肺癌侵襲及轉移機制的研究進展

張文謙， 李 輝

肺癌是目前全球發(fā)病率與死亡率最高的癌癥之一，據統(tǒng)計，2018年全世界新發(fā)肺癌總數目約為210萬例，占當年新發(fā)癌癥總病例的11.6%，其中肺癌死亡數目高達180萬例，占當年癌癥總死亡人數的18.4%[1]。大約90%的肺癌患者死亡是轉移的結果，而不是原發(fā)癌癥。近年來隨著靶向藥物及基因療法的出現，肺癌治療水平顯著提高，但患者5年生存率仍舊低于其他癌癥(如結腸癌、乳腺癌和前列腺癌)。最主要的原因還是癌細胞的局部浸潤與遠端轉移等惡化過程的發(fā)生，特別是癌細胞轉移。然而，這個過程是極其復雜的，涉及到大量的基因或途徑的改變，如上皮間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、血管或淋巴管的新生、癌細胞外滲并在遠端部位增生以及相關分子、細胞外基質和代謝底物等多方面相互作用決定。本文就近年來有關肺癌侵襲、轉移機制研究的進展進行闡述。

1 EMT

EMT是指細胞從上皮表型轉化為間質表型的過程，轉化后上皮細胞可獲得侵襲性和移行性。眾多研究表明EMT是腫瘤侵襲、轉移進展的重要環(huán)節(jié)之一，其中鈣黏附蛋白，如鈣黏附蛋白E(E-cadherin)、鈣黏附蛋白N(N-cadherin)等共同參與EMT調節(jié)[2]。有研究認為上皮鈣黏附蛋白E表達的缺失，鈣黏附蛋白N表達上調是EMT的主要特征，其中鈣黏附蛋白N的異常表達與腫瘤的侵襲轉移密切相關，同時是EMT中的一種間質標志物。這種鈣黏蛋白的異常表達增加了腫瘤細胞侵襲和轉移到遠處的能力，同時也提示著患者的預后不良[3]。事實上，已有研究證實鈣黏附蛋白N的表達促進了原位腫瘤細胞的脫落，甚至抑制了鈣黏附蛋白E的抑瘤作用。因此，鈣黏附蛋白N可能是腫瘤轉移的重要生物標志物。除此之外，轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)也是一種EMT誘導因子，有報道稱，在TGF-β刺激下，Smad3和Smad4形成Smad3/4復合物，此復合物被招募到鈣黏蛋白-2(cadherin-2，CDH2)啟動子區(qū)域，隨后通過與特定Smad結合元件直接相互作用上調鈣黏附蛋白N的表達，促進EMT[4]。因此，TGF-β介導EMT與腫瘤進展有關。

2 新生血管形成

與正常組織一樣，腫瘤組織需要血管提供足夠的營養(yǎng)和氧分來滿足新陳代謝的需要，清除廢物，并存活下來。在腫瘤轉移過程中，血液和淋巴管的運輸是必不可少的條件之一。正常情況下，血管的生成受到各種活化因子的影響，如成纖維細胞生長因子[酸性成纖維細胞生長因子(acid fibroblast growth factor,aFGF)和堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)]、血管內皮細胞生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、CXC趨化因子、血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)、表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)和缺氧誘導因子[缺氧誘導因子1A(hypoxia-inducible factor 1A，HIF1A)、缺氧誘導因子2A(hypoxia-inducible factor 2A,HIF2A)][5]。但由于機體的平衡性，上述因子不會輕易被激活，而在腫瘤環(huán)境下，機體平衡性遭受破壞，許多生長因子活化，如VEGF、bFGF和CXC趨化因子。以VEGF為例，雖然腫瘤細胞自身分泌VEGF能力較差，但其可激活腫瘤相關成纖維細胞(carcinoma-associated fibroblasts，CAFs)及炎癥細胞產生大量的VEGF，促進新生血管和微血管通透性的增加[6]。除此之外，肝配蛋白(ephrin)受體信號通路也發(fā)揮了重要作用，有研究證明其可以阻斷肝配蛋白ephrin A2/ephrin A3信號通路，而該信號通路被證實可以抑制血管生成[7]。新生血管的形成通常由血管生成因子調控，在腫瘤微環(huán)境中血管新生需要經歷以下幾個過程：(1)腫瘤細胞、活化的巨噬細胞、內皮細胞等激活血管生成信號[8]；(2)內皮細胞向腫瘤周圍基質侵襲，其過程與EMT非常相似；(3)腫瘤細胞增殖，主要依賴于腫瘤周圍細胞外基質(extracellular matrix,ECM)的數量和細胞基質的高度黏附性；(4)中等數量的ECM及細胞基質具有高黏附性可促進血管的形成，同時血管的形成也需cadherin-5和CD31(一種膜糖蛋白)調節(jié)[9]；(5)周細胞也是血管形成不可或缺的，其可以通過降低血管通透性來減少血管細胞凋亡，維持新生血管的活性[10]。血管的新生除了受各類細胞及血管生成因子的調控，還受到外界刺激因素的影響，包括代謝應激(缺氧、低pH或低血糖)、機械壓力和免疫、炎癥反應等，使促血管生長因子被激活，從而導致異常血管生成，進一步促進腫瘤轉移。其中，缺氧是驅動腫瘤血管生成的主要因素之一，會導致細胞中血管生成刺激因子的表達增加，一旦缺氧誘導VEGF上調，可額外激活缺氧誘導因子(hypoxia-inducible factor，HIF)信號來啟動血管生成，以供應氧分[11]。HIF將刺激現有血管系統(tǒng)的內皮細胞(endothelial cells，ECs)萌發(fā)并遷移到缺氧組織，隨后，內皮細胞分化為多種細胞類型，包括頂端細胞、莖細胞和管細胞。頂端細胞表達Delta樣蛋白4(Delta-like 4,DLL4)，是位于新血管頂部的非增殖細胞，響應VEGF信號引導新血管的方向[12]。表達Notch-1的莖細胞具有高度的增殖能力，當它們接收到DLL4/Notch信號時，能夠通過增殖延長發(fā)芽血管[13]。管細胞雖不增殖，但可形成血管的最終外觀[14]。在血管形成過程中，內皮祖細胞(endothelial progenitor cells，EPCs)參與了新血管內層的構建，周細胞通過提供結構支持和在ECs周圍形成外層來穩(wěn)定血管管腔[15]。隨后，ECs相互連接，形成連續(xù)、緊密的內皮，并創(chuàng)建循環(huán)，允許血液通過黏附分子循環(huán)，隨后構建基底膜[16]。最后，血管成熟，能夠輸送氧分和營養(yǎng)，滿足腫瘤組織缺氧的需要。對肺癌侵襲、轉移機制的研究進展中，有學者發(fā)現當人為干預試圖阻斷一種腫瘤轉移的途徑時，會導致腫瘤轉向另一種途徑，在VEGF水平低的腫瘤中，由于K-Ras突變，可以觀察到CXC趨化因子水平高[17]，這意味著腫瘤細胞具有轉換血管生成途徑的能力，同時也解釋了抗血管生成療法在肺癌治療中只具有部分療效。

3 淋巴管轉移

腫瘤細胞除了通過新生血管轉移，也可通過淋巴管轉移[18]。淋巴結轉移通?？捎蓛蓷l途徑實現：(1)通過現有的淋巴管發(fā)生轉移；(2)通過淋巴管生成產生新的分流[19]。而淋巴管的生成基本上由與血管生成相同的一系列事件組成，炎癥因子引起血管內皮細胞生長因子C(vascular endothelial growth factor C,VEGFC)和血管內皮細胞生長因子D(vascular endothelial growth factor D,VEGFD)受體激活，并與淋巴管毛細血管上的血管內皮生長因子受體(vascular endothelial growth factor receptor,VEGFR)-2、VEGFR-2/3受體和神經Nrp2信號素受體相互作用[20]。Kojima等[21]在非小細胞肺癌中的研究顯示淋巴管和淋巴結轉移中VEGFR-3水平升高，這一結果同樣證實了上述觀點。除此之外，還有一些細胞因子，如血管內皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGFA)、PDGF、成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor 2,FGF2)和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)等，也具有促血管生成和淋巴管生成雙重特性的作用[22]。

4 癌細胞抗凋亡

癌細胞的遷移不僅要求細胞具有能動性，還需要細胞有抑制凋亡的能力。正常情況下，各種條件和信號的刺激(氧化應激、缺氧等)均可引起細胞凋亡，而在腫瘤細胞中，其抗凋亡主要通過p53的缺失和Bcl2/BclxL的過表達來實現，同時兩者也可促進癌細胞增殖和轉移，其他變化如CD95/FAS基因突變、基因沉默、抗凋亡因子過表達[如存活的轉換酶抑制蛋白(FLICE-inhibitory proteins,FLIPs)或凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins,IAPs)]或下調凋亡前基因的突變等也可抑制腫瘤細胞凋亡。一些特定類型的細胞凋亡是由細胞與鄰近細胞分離引起的失巢凋亡(anoikis)或細胞骨架結構的喪失而引起的[23]，這些正常情況被作為一種保護機制觸發(fā)。有研究發(fā)現整合素以及整合素激活的激酶，如局灶性黏附激酶(focal adhesion kinase,FAK)和整合素連接激酶(integrin-linked kinase,ILK)，可以保護細胞免受失巢凋亡的侵襲。在腫瘤細胞中發(fā)現整合素受體改變或整合素激活激酶水平升高，因此整合素及其激酶也是促進癌細胞的生存和轉移的關鍵因素[24]。部分學者認為抑制腫瘤凋亡也與EMT相關，因為鈣黏附蛋白E下調以及Snail和Twist的激活可抑制失巢凋亡，減少細胞凋亡[25]。除此之外，神經營養(yǎng)受體TrkB，一種通常參與神經系統(tǒng)的發(fā)育及Snail/Twist信號通路的受體，已被發(fā)現可以抑制上皮細胞的失巢凋亡并提高癌癥的轉移潛能[26]。

5 內滲與外滲

在腫瘤細胞轉移、侵襲過程中，腫瘤細胞內滲發(fā)揮了重要作用。細胞內滲為細胞進入血管或淋巴管。其主要機制包含了血管趨化與淋巴管趨化。血管趨化主要由腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages，TAMs)來實現，其在血管和腫瘤邊緣聚集并分泌EGF，吸引腫瘤細胞進入血管[27]，隨后將腫瘤細胞釋放至循環(huán)系統(tǒng)，進而導致腫瘤轉移、擴散。淋巴管趨化過程也與血管趨化類似，由淋巴內皮細胞產生趨化因子CCL21或CXCL12來吸引腫瘤細胞[28]，進而通過淋巴管進行腫瘤細胞的轉移。外滲與內滲及炎癥期間白細胞浸潤的機制相似，腫瘤內皮細胞相互作用和血管通透性是其重要的環(huán)節(jié)。一方面研究認為癌細胞上過表達的受體[趨化因子受體CXCR4/CXCR7、CXCR6、CD44、遲現抗原-4(very late appearing antigen 4,VLA-4)、Axl/Mer、膜聯蛋白A2受體(annexin A2-receptor，AnxA2-R)]與靶器官細胞上表達的配體[基質細胞衍生因子1(stromal-derived factor-1，SDF-1)、CXCL16、透明質酸、纖連蛋白(fibronectin，FN)、生長停滯特異性蛋白6(growth arrest-specific protein 6，GAS6)和膜聯蛋白A2(annexin A2,AnxA2)]之間產生應答，從而促進外滲[29]。另一方面，癌細胞可延伸偽足，穿透內皮細胞連接靶器官上的細胞，在此過程中整合素和埃茲蛋白通過減少失巢凋亡并與血小板的相互作用促進外滲[30-31]。除此之外，鈣黏附蛋白E和連接蛋白26(connexin 26)可通過與內皮細胞形成連接，促進腫瘤細胞外滲過程[32]。

6 小結

肺癌侵襲及轉移過程中所利用的分子機制和途徑是十分復雜的，與發(fā)展和愈合的生理過程密不可分。過去幾十年的研究強調了在宏觀水平上腫瘤轉移的過程，然而，這對改善患者病情及預后幾乎沒有影響，仍有近90%的肺癌患者死因與癌癥轉移有關[33]。近年來的研究著重強調肺癌侵襲和轉移相關的分子機制，這有可能將治療重點從如何抑制癌細胞轉移到新的分子機制上，如阻斷癌細胞侵襲和轉移的分子途徑。在這一領域的進一步研究可能會帶來新的、更有效的預防和治療肺癌策略。