肿瘤微环境与肿瘤转移相关性的研究进展

程 浩，贾喜花

(1.承德医学院，河北承德 067000;2.保定市第一中心医院肿瘤内科)

肿瘤微环境与肿瘤转移相关性的研究进展

程 浩1，贾喜花2

(1.承德医学院，河北承德 067000;2.保定市第一中心医院肿瘤内科)

肿瘤微环境;肿瘤转移;TLRs;多靶点

肿瘤转移是恶性肿瘤的基本特征和重要标志，是大多数癌症患者的主要致死原因。肿瘤发生转移是由肿瘤细胞内在的特性改变所决定的，尤其与所处的微环境息息相关。肿瘤微环境就像是一个小的生态环境，与其中的肿瘤细胞有着密切的联系，特别是肿瘤微环境中慢性炎症、组织缺氧、酸中毒、生长因子及免疫炎性反应等特征，Tool样受体(TLRs)在肿瘤的转移中也发挥了重要作用。对肿瘤微环境与肿瘤转移相关的研究进行综述，有助于深入了解肿瘤转移的因素，为临床诊断、治疗和评价病情的靶标提供帮助。

1 肿瘤微环境

肿瘤的形成、进展和转移不只与肿瘤细胞本身有关，而是由多种异型细胞相互作用而形成的复杂组织，由此产生肿瘤微环境的概念[1]。早在1979年，Lord等[2]就提出肿瘤微环境的概念，但当时并没有引起广泛关注。肿瘤微环境是肿瘤在其发生过程中所处的内环境，由肿瘤细胞、间质细胞、微血管、微淋巴管、组织液及少量浸润细胞等共同组成。它是一个复杂的综合系统，由许多基质细胞组成，包括成纤维细胞、免疫炎性细胞、脂肪细胞、胶质细胞、平滑肌细胞及一些血管细胞等。这些细胞可被肿瘤细胞诱导，在其周围产生大量的生长因子、细胞趋化因子及基质降解酶，有利于肿瘤细胞的增殖和级侵袭。它具有肿瘤组织内血供不平衡、间质高压、营养物质相对缺乏、组织缺氧和酸中毒、大量生长因子和蛋白水解酶的产生及免疫炎性反应等特点，其内存在各种不同类型的细胞，包括内皮细胞、周细胞、肿瘤相关性成纤维细胞、肌纤维母细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、自然杀伤细胞和抗原提呈细胞(如巨噬细胞和树突状细胞)等。肿瘤微环境中浸润的免疫细胞，其抗肿瘤效应的下调有利于恶性肿瘤的进展、新生血管的形成及向特定部位的转移。

2 肿瘤转移

证据表明，80%以上的恶性肿瘤患者最终死于肿瘤转移。从原发部位脱落的肿瘤细胞中，只有不到0.01%的肿瘤细胞能最终完成全部转移过程，形成肿瘤转移病灶，看似肿瘤转移是一个低效率的过程，临床中却有不断增高的趋势。因为肿瘤转移涉及肿瘤细胞间及肿瘤细胞和基质之间的多个步骤和分子反应，肿瘤的发生、发展和转移是一个多阶段、多步骤、多基因参与的过程，涉及大量相关基因结构和表达调控的改变，诸如基因突变、原癌基因活化、抑癌基因失活等[3]。生物学过程包括肿瘤细胞粘附、降解细胞外基质(ECM)、侵袭基底组织、进入特定组织的归巢能力、运动迁移和循环系统的转运和促血管生成。许多跟转移相关的基因都引起了肿瘤细胞骨架系统的改变，造成肿瘤细胞伪足等与细胞运动相关的结构的变化[4]。

3 肿瘤微环境与肿瘤转移

3.1 慢性炎症 慢性炎症会增加肿瘤进展的风险。在肿瘤进展的早期，炎性损害造就了一个有利于肿瘤发展的微环境，组织慢性损伤带来的炎性刺激与肿瘤发生、发展有密切联系[5,6]，如慢性反流性食管炎则是食管癌发病的高危因素。自身免疫性疾病或细菌感染引起的慢性炎症是一些恶性肿瘤发生的重要的危险因素，如乙型和丙型肝炎病毒与肝癌相关，幽门螺杆菌(HP)与胃癌相关，巨细胞病毒和E-B病毒与血液系统恶性肿瘤相关等。非特异性促炎物质如脂多糖(LPS)能促进肿瘤生长、肿瘤血管生成和肿瘤向其它脏器转移[7]。慢性炎症刺激能导致肿瘤释放许多直接促进肿瘤自身生长的因子，如集落刺激因子1、粒细胞单核细胞集落刺激因子、转化生长因子β(TGF-β)、血管内皮生长因子(VEGF)、白细胞介2和趋化因子(如CCL2、CCL7)等，构成一个有利于肿瘤发生、发展的微环境[5,8]。

3.1.1 TGF-β:TGF-β具有直接的促肿瘤细胞生长作用，在维持骨形成和骨破坏的动态平衡中发挥重要作用[9]:一方面，在肿瘤发生的起始阶段起着抑癌的作用;另一方面，在进展期可促进肿瘤血管新生，诱导有利于肿瘤浸润转移的微环境形成。其在肿瘤细胞中可诱导表达VEGF、金属蛋白酶MMP-2和MMP-9，负调控金属蛋白酶抑制因子，提供蛋白酶丰富的微环境，有利于肿瘤细胞的迁移和浸润适当的血管上皮细胞，直接或间接促使肿瘤细胞的转移。

3.1.2 炎性免疫细胞:肿瘤恶变中有许多炎性免疫细胞的参与和调节，起主要作用的是机体固有免疫细胞，包括巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞等，它们释放趋化因子、血管生长因子、基质降解酶等，形成有利于肿瘤生长和侵袭转移的微环境[10]。还可通过产生活性氧和氮类，形成一种细胞DNA的损伤剂过氧亚硝酸盐，加强肿瘤基因的不稳定性，引起基因突变。乳腺癌及膀胱癌中趋化因子配体2的表达与预后不良呈正相关，集落刺激因子1在子宫、卵巢、前列腺癌中高表达;粒细胞集落刺激因子和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子是主要的、广泛存在于各种肿瘤中的造血生长因子，可在体内募集单核巨噬细胞、中性粒细胞等到达肿瘤临近的部位，促进肿瘤发展进程，还可诱导肿瘤血管生成，主要招募正常的内皮祖细胞到达肿瘤组织。

3.1.3 粘附分子:炎症细胞产生的大量粘附分子为细胞恶性转化、肿瘤细胞生长、迁移及浸润转移提供了便利。肿瘤细胞可改变周围基质，使之成为有利于浸润并支持肿瘤生长的细胞外环境，肿瘤的发展阶段依赖于基质的激活程度，而粘附分子是肿瘤细胞与其外部环境相互作用的重要介导者。如细胞的恶性转化通常以细胞骨架重排、粘附的减少及异常粘附引起的异常信号传导为特征，细胞间正常粘附的丧失引起肿瘤细胞的迁移和增生，导致浸润和侵袭。肿瘤细胞钙粘素表达及细胞粘连的重新获得，有抑制肿瘤生长及肿瘤细胞迁移的作用。E粘钙素表达的丧失导致细胞粘连的丧失，与腺瘤向癌的转变及转移能力的获得相关[11]。整合素以多种方式参与肿瘤的生长与转移。大量肿瘤细胞进入血液循环，只有少数细胞成功转移，因为要定居于其它靶器官，肿瘤细胞需要肿瘤细胞的粘附分子包括整合素与内皮上的受体介导而附着于血管内皮细胞。

3.2 组织缺氧 1955年，Thomlinson等就发现恶性肿瘤内存在低氧[12]。大部分恶性肿瘤生长、发展过程中都存在内部缺氧区域，这些区域常出现坏死，更易发生肿瘤转移。缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)在肿瘤组织缺氧区域中处于高表达状态，其表达相当广泛，与肿瘤的恶性程度极其相关，成为重要的抗肿瘤转移的靶标。应用HIF-1α单克隆抗体进行免疫组化，结果显示HIF-1α在许多肿瘤细胞中高表达。Gunther在有关乳腺癌的研究中发现，HIF-1α处于高表达，脑(少突神经胶质细胞瘤)、子宫、口咽、卵巢癌的研究显示，HIF-1α的过度表达与病人死亡率明显相关。Kelly等[13]发现，HIF-1α是调节血管生成的重要因子，控制着多种血管生成生长因子的表达。HIF-1α上调会使VEGF表达升高。

3.3 酸中毒 肿瘤细胞的旺盛生长伴随着大量酸性代谢产物的外排，三羧酸循环障碍、无氧糖酵解释放大量乳酸及肿瘤周围组织不完备的脉管系统，使分解代谢产物不能及时排除，促成肿瘤组织周围酸性环境的形成。实验证明，即使在乳酸产量低或人工提高肿瘤组织氧分压或供血量的情况下，依然存在低pH的情况，至少证明无氧代谢不是肿瘤微环境产生酸的唯一机制。实际上还与肿瘤细胞膜系统上的多种离子交换体有关，最典型的是V-ATPases。它是靠水解ATP功能的质子运输通道，分布于某些器官、组织或细胞的囊泡、溶酶体、内质网等细胞器上，将质子从胞内泵到胞外或者从内层膜泵到膜间层[14]。这样肿瘤细胞可将代谢中产生的大量H+运输到细胞外，维持胞质的中性和胞外的酸性环境，胞外的H+会随浓度梯度进入正常细胞组织并大量积聚，激活酶级联反应导致细胞坏死或凋亡，更有利于肿瘤的扩散与转移。

肿瘤细胞通过诱导产生酸性环境实现无限增殖、侵袭、转移和免疫逃避及产生新生血管。磁共振波谱分析发现,给乳腺癌转移模型鼠口服或皮内注射NaHCO3，可选择性提高肿瘤外pH值，减少淋巴结和肝转移灶的形成[15]。肿瘤酸性微环境可导致周边正常细胞的坏死和凋亡，释放组织蛋白酶B和其它蛋白水解酶，导致ECM降解[16];改变肿瘤细胞的生物活性，通过上调VEGF等基因表达促进肿瘤新生血管生成[17];导致免疫功能异常，逃避宿主免疫应答及免疫治疗[18];促使肿瘤细胞对放疗不敏感[19]，使肿瘤细胞产生耐药性，逃避化疗药物损伤[20]。另外，还能诱导溶酶体分泌增加和活化，激活蛋白水解酶，来促进ECM的降解和重构，有助于肿瘤的侵袭和转移。Taraboletti等[21]发现，肿瘤细胞表面可以向内皮细胞分泌一种转运VEGF的小囊泡，pH值越低越有利于小囊泡对于VEGF的摄取。

3.4 TLRs与肿瘤转移 肿瘤微环境中肿瘤细胞、肿瘤基质细胞和浸润的免疫细胞都表达Tool样受体(TLRs)，肿瘤细胞、免疫细胞、损伤相关分子模式(DAMPs)和病原相关分子模式(PAMPs)间的相互作用是通过TLR信号实现的，TLRs在其中发挥了重要作用。肿瘤细胞被TLR信号活化后能释放细胞因子和趋化因子，招募和选择优化的免疫细胞产生更多的细胞因子和趋化因子，这种异常的细胞因子模型与免疫耐受、肿瘤进展和转移相关。肿瘤微环境中慢性炎症、PAMPs和TLRs可以促进肿瘤细胞生存和转移，从而促使肿瘤进展。

3.4.1 TLRs与肿瘤的血管生成:TLRs与其配体相互作用对肿瘤血管生成和引起肿瘤微环境中缺氧起重要作用，而血管生成和缺氧有利于肿瘤生长转移。实体肿瘤组织缺氧能导致细胞释放DAMPs，激活TLR信号。TLR可促使HP相关胃癌的肿瘤血管生成[22]。另发现，LPS能直接激活TLR信号路径而启动血管生成[23]。VEGF是与TLR信号相关的异常分子模式，诱导生成的新生血管，其异常的通透性能引起组织间隙高压及进一步缺氧，进而又能刺激更多的VEGF产生。进入循环系统的肿瘤数量与肿瘤内血管密度密切相关，血管丰富的肿瘤有更高的转移率，其微血管密度已成为预测肿瘤转移、复发和判断预后的一项重要指标[24]。

3.4.2 TLRs活化细胞因子和趋化因子:慢性炎症下，TLR配体与表达在肿瘤细胞上的TLRs结合，可活化肿瘤细胞释放细胞因子和趋化因子，随后浸润的免疫细胞被细胞因子活化后，诱导释放更多的细胞因子，损伤效应性T细胞、抗原提呈细胞和TAA特异性的免疫功能，最终导致肿瘤的免疫耐受。黑色素瘤细胞系的TLR2-4被激活后，可增加细胞分泌致炎细胞因子(TNFα,GCSF,IL-la和IL-6)、促炎趋化因子(CCL2和CXCL2)、免疫抑制性细胞因子(IL-10)和炎症因子(COX2)。表达TLRs配体的肿瘤细胞增加分泌TGFβ、IL-8、趋化因子受体4、细胞间粘附分子-1和VEGF[25]。它们在肿瘤微环境中，对肿瘤细胞、免疫细胞和正常细胞产生多重影响，最终促进肿瘤进展。

4 结语

肿瘤转移是一个复杂的、多因素、多步骤、多基因共同调控的综合病变过程，涉及诸多分子生物学过程及肿瘤微环境的相互作用。特殊的肿瘤微环境通过多种调节机制，物质与宿主的交互作用，影响着肿瘤细胞的发生、发展与侵袭转移。要从多个层面进行深入探讨，为预防肿瘤转移、降低肿瘤转移的发生率寻找新的治疗途径。应该以肿瘤微环境作为靶点，研制设计多靶点的抗肿瘤药物，从整体上把握，才有可能取得更多的治疗效果和更低的毒副作用。未来采用肿瘤微环境疗法来治疗癌症也将成为可能，而多靶点药物的开发和多靶点药物的联合应用将会掀开抗肿瘤治疗的新篇章。

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