胰腺癌細(xì)胞外基質(zhì)及其靶向治療策略

張思睿

胰腺癌是全球范圍內(nèi)第12 常見的惡性腫瘤,也是癌癥死亡的第7 大原因［1］,其中約90%的胰腺癌為起源于腺管上皮的胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)。在過去10 年中,其發(fā)病率和死亡率總體呈上升趨勢,特別是在婦女和老年人中［2］。美國2021 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,在美國所有惡性腫瘤中,胰腺癌發(fā)病率在男性中位列第10 位,女性中位列第8 位,占惡性腫瘤相關(guān)死亡率的第4,且5 年生存率僅11%［3］。胰腺癌進(jìn)展快,易發(fā)生轉(zhuǎn)移,是預(yù)后最差的惡性腫瘤之一,大多數(shù)胰腺癌患者在診斷時處于晚期,切除率低；而全身治療中僅有一小部分患者獲得較理想的效果,顯然是由于胰腺癌對化療、分子靶向治療和免疫治療存在明顯的耐藥性。近年來,針對胰腺癌腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)的研究已成為全球研究熱點(diǎn),胰腺癌TME 包括細(xì)胞成分如免疫細(xì)胞、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(cancer-associated fibroblasts,CAFs) 等及非細(xì)胞成分。細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)是非細(xì)胞成分的主要構(gòu)成部分,ECM 作為各種細(xì)胞行為的調(diào)節(jié)器和細(xì)胞通信的介質(zhì),基質(zhì)結(jié)構(gòu)中的擾動會高度影響細(xì)胞的增殖和遷移［4］,在研究過程中逐漸被證實(shí)與胰腺癌的發(fā)生發(fā)展、腫瘤轉(zhuǎn)移和耐藥機(jī)制存在密切聯(lián)系。目前,越來越多的證據(jù)表明,靶向TME 中的各種ECM 成分和途徑可能是胰腺癌治療中值得展望的方向。

1 ECM 成分及其在腫瘤進(jìn)展中的作用

胰腺癌具有非常密集的纖維化基質(zhì),可增加組織間質(zhì)液壓和基質(zhì)的剛性機(jī)械性能,從而損害腫瘤灌注,損害抗腫瘤藥物的遞送,這種效應(yīng)因腫瘤血管密度降低而進(jìn)一步加?。?］,使靶向治療更富挑戰(zhàn)性。除機(jī)械影響外,ECM 還提供重要的生化作用,提供營養(yǎng)來源,或參與細(xì)胞信號傳導(dǎo),促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生存、增殖和轉(zhuǎn)移。

1.1 膠原蛋白 膠原蛋白是迄今為止PDAC 腫瘤中ECM 中最豐富和最有特征的成分。膠原Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ位于間質(zhì)間隙,而膠原Ⅳ、ⅩⅤ和層粘連蛋白則參與構(gòu)成基底膜,兩者之間的相互作用,在胰腺癌的惡性轉(zhuǎn)化階段起重要作用［6］。

ECM 膠原蛋白與胰腺腫瘤細(xì)胞表面表達(dá)的信號整合素相互作用,整合素α2β1 對膠原Ⅰ和Ⅴ具有高親和力,整合素α1β1 對膠原Ⅳ具有高親和力,以上膠原蛋白與整合素結(jié)合介導(dǎo)的粘附斑激酶(FAK)通路激活會誘導(dǎo)β-連環(huán)蛋白磷酸化,從而導(dǎo)致E-鈣粘蛋白復(fù)合物的破壞；膠原還與盤狀結(jié)構(gòu)域受體1(DDR1)結(jié)合,激活FAK 相關(guān)蛋白酪氨酸激酶(PYK2),導(dǎo)致N-鈣粘蛋白表達(dá)增加［7］。E-鈣粘蛋白的破壞和N-鈣粘蛋白的增加使細(xì)胞間粘附減少,是上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)的重要步驟,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移。此外,有研究顯示,膠原蛋白衍生的脯氨酸,在其他營養(yǎng)來源有限時,可為腫瘤細(xì)胞提供營養(yǎng),促進(jìn)其在營養(yǎng)有限的條件下存活［8］。

另一方面,基底膜型膠原ⅩⅤ會阻礙侵襲和EMT,且基底膜中層粘連蛋白含量＜25%與長期生存率下降相關(guān),但與之相反的,膠原蛋白Ⅳ在PDAC 基質(zhì)中顯示出高表達(dá)水平,并促進(jìn)PDAC 細(xì)胞的增殖和遷移［9］。在結(jié)締組織增生過程中,基底膜的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞,PDAC 細(xì)胞更多地暴露于間質(zhì)膠原中,這可能具有促腫瘤作用［10］。

1.2 蛋白聚糖與HA 蛋白聚糖在胰腺癌中也起著重要作用,而且可能同時存在促腫瘤和抗腫瘤兩種作用,如蛋白聚糖-I 與PDAC 患者的預(yù)后呈負(fù)相關(guān),硫酸肝素蛋白聚糖中Glypican-1(GPC1)和硫酸肝素蛋白聚糖2(HSPG2)等表達(dá)的提高和胰腺癌負(fù)荷成正相關(guān)等；另一方面,Li 等［11］研究發(fā)現(xiàn),ECM 中的光蛋白聚糖(lumican,一種富含亮氨酸的小蛋白聚糖)通過誘導(dǎo)G0/G1細(xì)胞周期停滯可以使PDAC 細(xì)胞進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài),使基質(zhì)表達(dá)光蛋白聚糖的患者生存率得到了顯著的改善。

蛋白聚糖通常與HA 非共價(jià)結(jié)合,HA 是一種以二糖為重復(fù)單元的直鏈高分子多糖,由于其極強(qiáng)的親水性,HA 保留水分,并在組織穩(wěn)態(tài)和生物力學(xué)完整性中充當(dāng)緩沖劑。在胰腺癌中,HA 是TME 的主要成分,其保留水分的特性是超生理腫瘤內(nèi)壓力的主要驅(qū)動因素之一,這種壓力可以超過在正常胰腺中觀察到的10 倍,從而導(dǎo)致胰腺癌中血管的塌陷［12］,循環(huán)量減少而損害了抗腫瘤藥物的輸送。在動物模型中,用透明質(zhì)酸酶分解HA 基質(zhì)可降低腫瘤內(nèi)壓力,恢復(fù)循環(huán),從而促進(jìn)藥物輸送,改善了對化療的反應(yīng)［13］。此外,細(xì)胞外HA與特定的細(xì)胞表面受體結(jié)合并相互作用,包括CD44 和HA 介導(dǎo)的運(yùn)動性受體(RHAMM),刺激胰腺腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動,促進(jìn)細(xì)胞存活、增殖和侵襲的能力,與胰腺癌的低生存率相關(guān)［14］。

1.3 Fn Fn 是ECM 中一種高分子量糖蛋白,在細(xì)胞粘附中起中心作用,可調(diào)節(jié)細(xì)胞極性、分化和生長。除了作為屏障增強(qiáng)腫瘤的耐藥能力外,Fn 本身還誘導(dǎo)對癌細(xì)胞生長和存活很重要的細(xì)胞內(nèi)信號通路的激活,包括適度增加ROS 提高腫瘤細(xì)胞存活率,以及由激活FAK 依賴性的PI3K/Akt/mTOR 通路阻斷線粒體中細(xì)胞色素c 的釋放,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡減少［15］。Fn 與細(xì)胞表面整合素結(jié)合啟動了許多重要的動態(tài)細(xì)胞過程,如遷移、粘附、增殖。例如,α5β1 和αVβ3 整合素在血管生成過程中至關(guān)重要,它們與Fn 結(jié)合為內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移提供路徑和引導(dǎo)；此外,整合素被Fn激活后,激活下游信號通路Rho 家族GTP 酶,其支持細(xì)胞骨架變化并促進(jìn)細(xì)胞運(yùn)動［16］。

2 靶向ECM 的治療策略

隨著胰腺癌TME 中ECM 的研究逐漸深入,其構(gòu)成腫瘤耐藥屏障的機(jī)制和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活、轉(zhuǎn)移的相關(guān)通路逐漸清晰,以ECM 為靶點(diǎn)靶向治療的可能性在實(shí)驗(yàn)中逐漸明朗。

2.1 靶向HA TME 中高含量的HA 增加間質(zhì)壓力,導(dǎo)致血管塌陷和腫瘤灌注減少,聚乙二醇化重組人透明質(zhì)酸酶20(PEGPH20)可以降解HA 逆轉(zhuǎn)該作用,為腫瘤內(nèi)藥物遞送創(chuàng)造有利條件,因此PEGPH20 聯(lián)合化學(xué)治療或免疫治療或許會有所突破。關(guān)于PEGPH20與吉西他濱和紫杉醇聯(lián)合用于胰腺癌治療,其隨機(jī)、安慰劑對照Ⅱ期研究結(jié)果顯示,在HA 水平高的胰腺癌患者中,吉西他濱、紫杉醇治療聯(lián)合PEGPH20 使用相較于單純化學(xué)治療,無進(jìn)展生存期由5.2 個月提升至9.2 個月,總生存期也由8.5 個月延長至11.5 個月［17］；但在其隨機(jī)Ⅲ期研究中聯(lián)合PEGPF20 的治療并未能顯著改善患者生存結(jié)果,PEGPH20 加化療組的總生存期為11.2 個月,而化療組為11.5 個月(P=0.9692)［18］。此外,在另一項(xiàng)Ⅰb/Ⅱ期研究(SWOG S1313) 中,PEGPH20 與改良的FOLFIRINOX 方案聯(lián)合用于治療幼稚的PDAC 患者,但結(jié)果顯示聯(lián)合PEGPH20 組中患者生存期明顯更差,且PEGPH20 組的不良結(jié)局與胃腸道反應(yīng)、血栓栓塞等不良反應(yīng)增加有關(guān)［19］。PEGPH20與化療在晚期PDAC 患者中的聯(lián)合治療的隨機(jī)對照試驗(yàn)失敗,導(dǎo)致目前PEGPH20 開發(fā)計(jì)劃的中斷。不過近來Blair 等［20］實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),HA 降解與FAK 抑制劑和抗PD-1 抗體聯(lián)合使用可增加T 細(xì)胞浸潤并改變T 細(xì)胞表型,使其向效應(yīng)記憶T 細(xì)胞發(fā)展,或許提示透明質(zhì)酸酶在聯(lián)合免疫治療方向仍值得展望。

2.2 靶向膠原蛋白 Madsen 等［21］研究提示,當(dāng)膠原Ⅰ的C 端pro 結(jié)構(gòu)域被前膠原蛋白酶活性切割時,膠原Ⅰ可以抑制腫瘤生長,膠原蛋白Ⅲ在切割時也有此效應(yīng),如何在保證減少抑制腫瘤的膠原Ⅳ、ⅩⅤ消耗的情況下靶向切割膠原Ⅰ、Ⅲ,可能是轉(zhuǎn)化這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果的未來研究方向。另外,ECM 中膠原蛋白Ⅰ的ECM可以為腫瘤細(xì)胞提供脯氨酸作為能量來源,脯氨酸在腫瘤細(xì)胞線粒體內(nèi)經(jīng)脯氨酸脫氫酶1(PRODH1)轉(zhuǎn)化為谷氨酸,進(jìn)入檸檬酸循環(huán)提供腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)生產(chǎn)所需能量［8］,在此基礎(chǔ)上,試驗(yàn)證明PRODH1競爭性抑制劑可以導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖和存活率的降低且敲除PRODH1 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有利于體內(nèi)腫瘤體積的減少［22］,PRODH1 有望成為限制胰腺腫瘤細(xì)胞的治療靶點(diǎn)。

2.3 靶向相關(guān)信號通路 整合素是細(xì)胞表面受體,與ECM 成分包括膠原蛋白、Fn 等結(jié)合后招募相關(guān)激酶進(jìn)一步激活相關(guān)下游信號通路從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展轉(zhuǎn)移。西侖吉肽(Cilengtitde)是由默克公司開發(fā)的整合素抑制劑,可阻斷整合素與ECM 的結(jié)合,阻斷整合素引導(dǎo)的下游信號通路,抑制腫瘤細(xì)胞增殖、生存和遷移,發(fā)揮抗腫瘤作用。

FAKs 是由ECM 受體(包括整合素)激活的非受體酪氨酸激酶(RTKs),FAK 的激活是多個ECM 促腫瘤通路的樞紐,在PDAC 細(xì)胞中也觀察到FAK 表達(dá)和激活的增加［23］。研究證明,FAK 抑制劑地法替尼(Defactinib)可以有效減少FAK 磷酸化,且與紫杉醇合用時對抑制體外細(xì)胞增殖具有協(xié)同作用,并可以減少體內(nèi)腫瘤生長［24］。更有進(jìn)一步研究顯示,低劑量放射治療(LDRT)聯(lián)合FAK 抑制劑,增加了免疫細(xì)胞浸潤以及對胰腺癌放射治療的敏感性。以上研究似乎提示了FAK 抑制劑在聯(lián)合化療及免疫治療方面的潛力。此外,膠原還與DDR1 結(jié)合激活PYK2,導(dǎo)致N-鈣粘蛋白表達(dá)增加,是EMT 的重要步驟,其小分子抑制劑可以降低PYK2 信號傳導(dǎo),降低癌細(xì)胞在體外的遷移能力［25］,阻斷DDR1 可能作為一種潛在的靶向治療策略。

Fn 可以通過Rho 通路的激活促進(jìn)腫瘤細(xì)胞運(yùn)動遷移,Rho 相關(guān)蛋白激酶(ROCKs)的表達(dá)已被證明在人類PDAC 疾病進(jìn)展過程中增加［26］。ROCK 抑制劑法舒地爾(fasudil)聯(lián)合吉西他濱和紫杉醇處理種植PDAC細(xì)胞小鼠的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),小鼠中轉(zhuǎn)移瘤的數(shù)量減少,腫瘤微血管密度增加提高藥物輸送,小鼠的存活率得到提高［27］。雖然目前還沒有美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)的ROCK 抑制劑治療PDAC 的臨床試驗(yàn),但就目前來看,它不失為一個有研究價(jià)值的靶點(diǎn)。

另外,CAF 在TME 中與ECM 沉積密切相關(guān),為了抑制基質(zhì)致密纖維化的形成,靶向CAF 的治療也值得探究。目前研究表明,Shh 信號通路及維生素D/維生素D 受體對CAF 的分化、轉(zhuǎn)錄等活動有調(diào)節(jié)作用,已有與化療、免疫治療聯(lián)合治療的臨床研究正在進(jìn)行中。

3 討論

ECM 在胰腺癌腫瘤生長、轉(zhuǎn)移和治療耐藥性中起重要作用,基于相關(guān)臨床前研究,ECM 具有許多有吸引力的治療靶點(diǎn)。然而,在臨床試驗(yàn)中,有部分曾被寄予厚望的靶向治療策略未能獲得期望的結(jié)果,這提醒ECM 是一個復(fù)雜的分子網(wǎng)絡(luò),可能同時具有促腫瘤和抗腫瘤作用,單純將ECM 的消耗作為治療策略很可能產(chǎn)生負(fù)面作用,或許調(diào)節(jié)恢復(fù)ECM 的穩(wěn)態(tài)平衡更有望成為改善胰腺癌結(jié)果的可行策略；另一方面,更好地了解基質(zhì)ECM 的可塑性,比如結(jié)合對CAF 的理解及通過調(diào)節(jié)相關(guān)通路下調(diào)其活動以改善TME 中的基質(zhì)纖維化和免疫抑制環(huán)境等。盡管目前尚沒有批準(zhǔn)的ECM 靶向治療,但是有很多藥物正處于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究或臨床試驗(yàn)階段,如果這些藥物能夠面世,對協(xié)同提高目前可用的細(xì)胞毒性和免疫治療的療效必然有重要作用。