肿瘤ECM纤维生成与肿瘤转移研究进展

沈培亮，刘兆国，王 旭，沈 颖，吴红雁，祝娉婷，陈文星，2，3，王爱云，2，3，陆 茵，2，3

（1．南京中医药大学药学院、2．江苏省中药药效与安全性评价重点实验室、3．江苏省中医药防治肿瘤协同创新中心，江苏南京 210023）

肿瘤ECM纤维生成与肿瘤转移研究进展

沈培亮1，刘兆国1，王 旭1，沈 颖1，吴红雁1，祝娉婷1，陈文星1，2，3，王爱云1，2，3，陆 茵1，2，3

（1．南京中医药大学药学院、2．江苏省中药药效与安全性评价重点实验室、3．江苏省中医药防治肿瘤协同创新中心，江苏南京 210023）

中国图书分类号：R-05；R329．24；R73-35；R730．5

摘要：肿瘤转移是恶性肿瘤最为重要的生物学特征之一，同时也是影响预后及导致治疗失败的主要因素。近年来研究表明，肿瘤微环境中的胞外基质（extracellular matrix，ECM）纤维生成在肿瘤转移过程中发挥极为关键的作用。肿瘤ECM纤维生成会形成相互交联的网状结构，这种网状结构不仅对肿瘤细胞起到支持和营养作用，同时对肿瘤的生长和浸润也起到相当重要的作用。因此，阻断肿瘤组织ECM纤维生成有可能对肿瘤转移产生抑制作用，这使得ECM纤维生成作为治疗靶标，备受人们关注。该文对肿瘤ECM纤维生成与肿瘤转移研究进展进行综述，并对靶向肿瘤ECM纤维生成进行肿瘤转移治疗的策略进行探讨，为后续研究及指导临床提供重要参考。

关键词：肿瘤；ECM纤维生成；肿瘤转移；细胞因子；分子机制；治疗策略

网络出版时间：2015－10－16 9：52 网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／34．1086．R．20151016．0952．004．html

肿瘤是目前全球所面临的一个主要健康问题，同时也是导致人类死亡的主要杀手，严重影响人们的健康和生活质量。已有研究证实，多种因素会导致肿瘤患者的死亡，其中尤以肿瘤转移最为关键［1］。既往研究认为，肿瘤胞外基质（extracellular matrix，ECM）过多沉积的胶原纤维对肿瘤转移起到一种阻碍作用［2］，然而最新研究表明，肿瘤组织的胶原纤维能够通过改变肿瘤的生物力学及细胞因子的分布，影响肿瘤的转移。2012年，Pathak课题组［3］研究体外模拟高胶原状态的肿瘤ECM对肿瘤细胞生物学行为的影响，结果发现高胶原状态的ECM能够明显增加神经胶质瘤细胞的迁移能力，这使得肿瘤微环境中的ECM纤维生成成为新的热点，备受人们关注。最近更多的研究表明，肿瘤ECM纤维生成不仅对肿瘤细胞起到支持和营养作用，同时对肿瘤的生长、浸润和转移也发挥关键的作用［4－5］，提示靶向肿瘤ECM纤维生成是干扰或抑制肿瘤转移的潜在方法。本文对肿瘤ECM纤维生成的生理功能及其与肿瘤转移关系的研究进展进行综述，探讨针对ECM纤维生成开展肿瘤转移治疗的策略，为临床研究及后续治疗提供重要参考。

1　肿瘤ECM纤维生成改变了实体肿瘤的诸多物理特性，介导了肿瘤的发生与发展

1．1ECM纤维生成改变了肿瘤的诸多物理特性 临床研究显示，实体肿瘤组织往往明显地出现胶原密度增加和组织坚硬现象［6］，这一现象被认为主要是由ECM纤维生成导致的。肿瘤ECM纤维生成改变了肿瘤组织的诸多物理特性，主要包括硬度、形态学及组织孔隙率的变化等。既往的研究认为，肿瘤ECM过多沉积的胶原纤维对于肿瘤的转移起到阻碍作用。然而最新的研究显示，肿瘤组织胶原的纤维程度能够通过改变肿瘤的生物力学和细胞因子的分布进而影响肿瘤的转移［7－8］。进一步深入研究发现，原位瘤的肿瘤细胞可通过分泌生长因子和细胞因子，激活纤维母细胞和肌纤维母细胞，进而增加肿瘤组织的胶原生成，使肿瘤组织胶原密度增大［9］；与此同时，肿瘤细胞会进一步黏附于ECM中的胶原纤维，借助胶原纤维的弹性力脱离原发灶，通过内渗等过程而侵袭周围的组织和远距位点［10－11］。

1．2ECM纤维生成介导了肿瘤的发生与发展 ECM纤维生成介导了恶性肿瘤多种的生物学行为，尤其在肿瘤转移过程中发挥重要作用。Kim等［12］运用哺乳类神经胶质瘤模型，通过敲除神经胶质细胞中的整合素，降低了肿瘤组织的坚硬程度，发现肿瘤细胞的侵袭能力明显下降，表明肿瘤组织的坚硬程度与肿瘤细胞的侵袭能力具有正相关。Zhao等［13］发现肝癌患者的肝脏组织相比于正常人，出现明显的坚硬程度增加，且体外研究发现高纤维胶原基质培养的HepG2细胞，其胶原黏附及转移能力明显增加。Kanno等［14］发现胰腺癌细胞能够通过活化胰腺星状细胞，促进其分泌胶原蛋白，进而增加胰腺肿瘤胶原的生成，而过度生成的胶原纤维通过促进上皮间质转化（epithelial mesenchymal transition，EMT）及激活Akt信号通路等过程，促进胰腺癌细胞的迁移和侵袭。

Brabrand等［15］通过比较不同阶段乳腺肿瘤ECM胶原状态，发现在侵袭的肿瘤组织中出现明显的胶原纤维生成的现象，且肿瘤组织内部出现较多的平直胶原纤维，而肿瘤组织周围则出现较多的卷曲胶原纤维。与此同时，在肿瘤组织侵袭的边界出现的则是平直且直线排列的胶原纤维，研究表明，这样的一种排列方式能够明显促进肿瘤的转移和侵袭。Kakkad等［16］运用二次谐波显微术的方法观察低氧乳腺实体瘤和前列腺实体瘤中胶原生成的变化，结果显示，低氧肿瘤出现了胶原纤维成分的改变，这样的改变主要是由I型胶原重塑导致，而这又会导致肿瘤转移及侵袭能力的升高。进一步研究发现，肿瘤ECM纤维生成的过程是与乳腺肿瘤的整个生长过程相伴随的，过度的胶原生成促进了肿瘤细胞的表面黏附及增加了PI3K的活性，进而介导了上皮细胞致癌基因的启动，从而促进了乳腺肿瘤的转移。

2　ECM纤维生成介导肿瘤转移的分子机制

2．1HIF-1通过促进ECM纤维生成介导肿瘤的转移 缺氧诱导因子1（hypoxia induced factor 1，HIF-1）是肿瘤细胞在缺氧条件下产生的主要细胞因子，通过调控肿瘤纤维生成过程中两个主要胶原生成环节，进而介导肿瘤的转移：①HIF-1介导细胞内胶原基因的表达。体外缺氧条件培养肿瘤细胞，发现肿瘤细胞的胶原基因转录及翻译明显增加，进而在基因水平上调控肿瘤ECM的胶原生成［17］。②HIF-1调控胶原重塑酶的表达。HIF-1能够促进肿瘤细胞和纤维母细胞脯氨-4-羟化酶（prolyl-4-hydroxylaseα-subunit，P4HA）的表达，而该酶在维持胶原三聚体热稳定性方面发挥极为关键的作用［18］。此外，HIF-1也能够增加细胞外分泌型的胶原交联酶赖氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）的表达，进而对已合成胶原进行重塑，从而使生成的胶原纤维便于肿瘤的转移［19］。

2．2TGF-β通过促进ECM纤维生成介导肿瘤的转移 研究表明，肿瘤组织的胶原生成主要来源于肿瘤基质中的成纤维细胞，而肿瘤细胞产生的转化生长因子β（transforming growth factor β，TGF-β）是激活成纤维细胞，进而促进其纤维生成的重要调节因子［9］。TGF-β能与TGF-β受体结合形成二聚体，进而使受体磷酸化。磷酸化的二聚体又能进一步促进受体下游的Smad2和3（drosophila mothers against decapen-taplegic protein）磷酸化，形成Smad2／Smad3的复合物，紧接着该复合物又与Smad4一起形成Smad复合物。Smad复合物能够与辅因子（co-factor）结合激活细胞核内的转录因子，进而促进胶原纤维的转录合成。同时，TGF-β也能够通过JNK、p38、ERK以及PKB／Akt等信号通路激活细胞核内的转录因子，进而促进纤维的生成，介导肿瘤的转移［20］。

2．3VEGF通过促进ECM纤维生成介导肿瘤的转移 研究表明，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth fac-tor，VEGF）能与肿瘤细胞表面的VEGF受体结合，进而激活GSK／β-catenin信号通路，激活后的GSK会失去泛素化降解β-catenin的活性，从而导致胞质中β-catenin浓度增加［21］。β-catenin作为一种核转录因子，其入核后能够促进内皮细胞尿激酶型纤溶酶原激活剂（urokinase-type plasminogen activa- tor，uPA）受体基因的转录和表达。uPA与受体结合后会进一步激活纤维蛋白溶酶系统［22］，进而介导ECM胶原纤维的生成与重塑，从而促进了肿瘤转移。

综上所述，HIF-1、TGF-β和VEGF在介导ECM纤维生成进而影响肿瘤转移中发挥了重要的作用，这为开发靶向ECM纤维生成的药物提供了重要依据。

3　靶向ECM纤维生成进行肿瘤转移治疗的策略

肿瘤转移是导致临床治疗失败及不良预后的主要原因［23］。多种因素介导了肿瘤转移的过程，因此，单一靶向某种特定基因、蛋白或信号通路无法从根本上有效抑制肿瘤的转移。针对这种情况，临床上应该采取怎样的治疗策略才能有效地治疗肿瘤转移呢？基于对上述ECM纤维生成介导肿瘤转移分子机制的分析，我们认为以下两点可以作为临床控制肿瘤转移的治疗策略：①针对HIF-1通过调控肿瘤纤维生成过程中两个主要胶原生成环节进而介导肿瘤转移，联合应用HIF-1特异性抑制剂和胶原重塑酶抑制剂。目前，HIF-1抑制剂已处于临床前和临床实验研究阶段［24－25］。同时，胶原重塑酶家族拮抗剂的研究也已成为新的热点，且在临床前实验中也取得了较好的效果［26－28］。因此，我们认为靶向抑制HIF-1并联合运用胶原重塑酶的拮抗剂，有望成为治疗肿瘤转移的一种策略。②联合应用HIF-1抑制剂、TGF-β受体阻断剂和VEGF受体阻断剂，实现从多个靶点抑制肿瘤ECM纤维生成及胶原重塑的过程，有效抑制调控ECM纤维生成的其他代偿机制，进而实现对肿瘤转移的抑制作用。

4　小结

肿瘤转移是个非常复杂的过程，这给临床上抗肿瘤治疗带来了很大的困扰［29］。肿瘤微环境中ECM的生物力学作用在肿瘤恶性生物学行为的过程中的作用不断受到关注，提示我们在关注细胞因子的重要作用时，也需要加强对肿瘤组织物理特性的关注。目前关于ECM纤维生成介导肿瘤转移的机制研究不够深入，很多问题仍有待解决，如肿瘤细胞如何利用ECM纤维生成调控肿瘤自身的运动性和黏附性，以及不同胶原分子之间的排列和组合对肿瘤转移究竟有何不同等。相信随着现代生物学的不断发展，这些困扰我们的问题会逐渐被破解。综上所述，笔者认为，ECM纤维生成有望成为新一类的抗肿瘤转移靶点，具有广阔的应用前景。

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Research progress on tumor ECM fibrogenesis in tumor metastasis

SHEN Pei-liang1，LIU Zhao-guo1，WANG Xu1，SHEN Ying1，WU Hong-yan1，ZHU Ping-ting1，CHEN Wen-xing1，2，3，WANG Ai-yun1，2，3，LU Yin1，2，3
［1．School of Pharmacy，Nanjing University of Chinese Medicine，Nanjing 210023，China；2．Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medicine，Nanjing 210023，China；3．Jiangsu Collaborative Innovation Center of Traditional Chinese Medicine（TCM）Prevention and Treatment of Tumor，Nanjing 210023，China］

Abstract：Tumor metastasis is one of the most important biologi-cal characteristics of malignant tumor，and it is also the main

factor resulting in poor prognosis and leading to failure of treat-ment．In recent years，studies have shown that the extracellular matrix（ECM）of tumor microenvironment plays a critical role in tumor metastasis．Tumor ECM fibrogenesis could form the cross-linked network structure，which not only provides nutrition and support to tumor，also it is necessary to tumor growth and inva-sion．These research results indicate that blocking ECM fibro-genesis may exert an inhibitory effect on tumor metastasis． Therefore，targeting ECM fibrogenesis has become a particularly attractive strategy as it can be used in the treatment of metasta-sis-related diseases．The ECM fibrogenesis in tumor is reviewed in this paper as well as the treatment strategies on tumor metas-tasis by targeting ECM fibrogenesis，which may provide refer-ences for follow-up research and clinical treatment．

Key words：tumor；ECM fibrogenesis；tumor metastasis；cyto-kines；molecular mechanisms；therapy strategies

作者简介：沈培亮（1992－），男，硕士生，研究方向：活血化瘀中药对肿瘤转移的影响，E-mail：15951938167＠163．com；陆 茵（1963－），女，博士，教授，博士生导师，研究方向：活血化瘀中药对肿瘤转移的影响，通讯作者，Tel：025-85811239，E-mail：luyingreen＠126．com

基金项目：国家自然科学基金资助项目（No 81173174，81202655，81403260）；中国博士后科学基金资助项目（No 2014M551639）；江苏省博士后资助项目（No 1401138C）；江苏省自然科学基金资助项目（No BK2012854）；江苏省2014年度普通高校研究生科研创新计划项目（No KYZZ＿0270）；2013年江苏高校优秀科技创新团队计划；江苏高校品牌专业建设工程资助项目（No PPZY2015A070）；江苏高校中药学优势学科建设工程资助项目（PAPD）

收稿日期：2015－08－02，修回日期：2015－08－30

文献标志码：A

文章编号：1001－1978（2015）11－1485－04

doi：10．3969／j．issn．1001－1978．2015．11．002