肺癌侵袭和转移分子机制研究进展

刘贤忠，张丽婷，童卫泉，王　帅，徐志波，陈　芳

1浙江中医药大学第一临床医学院呼吸科，杭州310053　2浙江中医药大学第一附属医院肺功能室，杭州310006



·综述·

肺癌侵袭和转移分子机制研究进展

刘贤忠1，张丽婷1，童卫泉1，王帅1，徐志波1，陈芳2

1浙江中医药大学第一临床医学院呼吸科，杭州3100532浙江中医药大学第一附属医院肺功能室，杭州310006

摘要：肺癌侵袭和转移的基本方式是细胞外基质中肿瘤细胞的脱落，周围组织和基底膜的侵袭，渗入血流，通过血流生存和运输，在远处位点外渗、迁移和逮捕，最后形成转移性病灶。这些步骤需要基本的机制，如肿瘤干细胞、肿瘤细胞的扩散和活力、凋亡逃避、血管生成和淋巴管生成、渗入和循环及渗出血流、远处转移的增殖等，这些都与肺癌侵袭和转移有关。更好地理解肺癌侵袭和转移的机制，能更有效地预防和治疗肺癌。

关键词：肺肿瘤；侵袭；转移；分子机制

ActaAcadMedSin，2016,38(1)：108-112

肺癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一，也是肿瘤相关性死亡的主要原因，中国每年有140万人死于肺癌和160万新发肺癌患者[1]。2012年，登记在ClinicalTrials.gov上的非小细胞肺癌(non small cell lung cancer，NSCLC)试验有477个，包括105个(22.0%)Ⅰ 期试验、223个(46.8%)Ⅱ 期试验和63个(13.2%)Ⅲ期试验。中国有61个(12.8%)，仅次于美国的244个(51.2%)[2]。这些数据表明目前正在进行大量的肺癌研究，同时暗示肺癌发生、发展、侵袭和转移的复杂性。因此对肺癌侵袭和转移机制的研究，有助于提高临床治疗肺癌的疗效。肺癌侵袭和转移包括：(1)细胞外基质中肿瘤细胞的脱落，通过蛋白水解酶降解细胞外基质；(2)邻近组织和基底膜的侵袭；(3)渗入血流或淋巴管，通过细胞黏附分子黏附在内皮细胞上，再通过血流而生存并转移；(4)外渗和远处转移的形成。本文将从肿瘤干细胞、肿瘤扩散和细胞活力、凋亡逃避、血管生成和淋巴管生成、渗入循环渗出、远处转移的增殖等方面来阐述肺癌侵袭和转移的分子机制研究进展。

肿瘤干细胞

肿瘤干细胞在肿瘤中只占极少数，其显著特点是具有极强的自我更新及分化能力，是肿瘤发生及复发的来源。大量的数据支持肿瘤干细胞假说：(1)在接种到免疫缺陷小鼠后，只有一小部分肿瘤细胞能成为一个新的肿瘤；(2)这些细胞具有独特的表面标记轮廓；(3)继发性肿瘤通过这些细胞自我更新和分化[3]。肿瘤干细胞不仅存在于血液系统肿瘤中，也存在于肺癌中，如2008年在NSCLC和小细胞肺癌中都发现的具有自我更新并高度致瘤的CD133+[4]。肺癌干细胞通过Notch及Wnt通路来维持自我更新和增殖分化，并具有很强的侵袭和转移能力[5]。

肿瘤细胞播散和活力

肿瘤细胞脱离的起始步骤基于肿瘤细胞间或细胞基质间黏附分子，包括钙黏素、整合素、选择素、免疫球蛋白超家族等，以钙黏素最为重要。E-钙黏素既能直接调节细胞间的黏附作用，也能通过受体酪氨酸激酶产生调节表皮生长因子受体活性和影响GTP酶活性的δ-连环蛋白而在细胞内信号发挥功能。E-钙黏素功能的丧失对于表皮肿瘤细胞脱离原发肿瘤并获得运动能力极为重要。一项Meta分析结果显示，E-钙黏素表达下调和NSCLC进展有关，并能作为NSCLC患者的预后因子[6]。

肿瘤细胞扩散和运动有3个主要途径：(1)细胞板、细胞团和细胞流中肿瘤细胞的集团性移动，主要由平足蛋白调节。(2)变形虫样运动，通过细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的裂解使肿瘤细胞变成球形并滑动，此过程主要通过RhoA/ROCK信号通路调节。(3)上皮间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，也是最重要的途径，是指肿瘤细胞分泌的酶使细胞伸长和降解细胞外基质，通过形成锚定特殊ECM的板状伪足而转移，在肌动蛋白的收缩下细胞向前移动[7]。

诱导EMT而发挥重要作用的途径有多条，然而与肺癌有关的主要是转化生长因子β(transforming growth factor β，TGFβ)途径和miRNA途径[8- 9]。在NSCLC中，TGFβ主要通过促进p(38)/β-catenin/PPARγ信号通路而促进EMT，从而促进肺癌生长、侵袭及转移[8]。miRNA在转录后水平通过抑制翻译和诱导mRNA降解能负向调节基因表达。有研究指出，miR- 126能抑制NSCLC而miR- 200则能促进NSCLC发展，二者均和NSCLC患者预后有关[9]。一旦肿瘤细胞经历EMT，它就会通过延伸伪足和结合ECM配体而迁移，并通过肌动蛋白细胞骨架收缩而前行。肿瘤细胞的伪足形成和延伸与一些酶的激活及一些蛋白有关。其中丝切蛋白1是一种肌动蛋白形成的骨架蛋白，在肺癌A549细胞中TGFβ诱导的EMT下过度表达[10]。肿瘤细胞-ECM黏附是通过整合素来调节的，后者是双向力传感器，因其不仅能通过激活细胞内激酶而转化ECM，同时能将细胞内机械力传输至ECM。通过这些机制，肿瘤ECM变得更硬更致密，被整合素受体所识别，有助于肿瘤转移。在NSCLC中，整合素αvβ5是患者的预后生物标志物，并与转移及疗效有关[11]。EMT移动的整个过程是蛋白酶依赖性的。肿瘤细胞或肿瘤基质细胞分泌的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)等能降解肿瘤细胞基底膜及ECM，从而促进肿瘤细胞脱离，并侵袭入周细胞且形成远处转移。MMP9、12的高表达及MMP2的低表达都与肺癌转移有关[12]。

凋亡逃避

一个肿瘤细胞能迁移不仅是因为其能迁移，也需要逃避凋亡。凋亡过程较为复杂，其能在多种条件和信号下被激活。肿瘤抵抗凋亡的主要机制是p53丢失和Bcl/BclxL过度表达，这两个机制均能促进肿瘤细胞增殖和转移[13- 14]。尽管凋亡只有几个特殊形式，如细胞之间黏附或细胞与ECM之间黏附不足、细胞骨架结构缺失，然而这些都能在正常情况下被触发而作为一种保护机制从而导致凋亡逃避[15]。失巢凋亡是一种特殊的细胞程序性死亡，是由于细胞与细胞外基质或与邻近细胞脱离接触而诱发，在肿瘤的生长、侵袭和转移中发挥重要作用。失巢凋亡的逃避主要由整合素调控，后者通过激活激酶等促进肺癌细胞逃避凋亡，从而促进肺癌的侵袭和转移[16]。有研究指出，整合素α3和Bcl- 2蛋白对肺癌患者的预后具有一定的预测意义[17]。

血管生成和淋巴管生成

血管生成和淋巴管生成能提供肿瘤细胞生长的营养物质及代谢产物排泄通道。通过血管和淋巴管传输，是肿瘤细胞形成远处转移的重要条件，并能使肿瘤细胞转移距离达到最小[18]。因此血管生成和淋巴管生成对肿瘤生长、侵袭及转移至关重要。

血管生成通过大量激活剂和抑制剂而调节，主要包括细胞因子、肿瘤抑素、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)、缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor，HIF)等。多种血管生成因子的存在，表明肿瘤血管生成有多条通路，这能解释在阻断某一条通路时，仍会有耐药的发生。在肺癌中，血管生成主要和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、神经生长因子、HIF- 1α等有关[19]。肿瘤细胞分泌少量促血管生成因子，而肿瘤基质细胞能产生大量的血管生成因子，导致新血管的形成和微血管通透性的增加。血管生成过程包括：(1)在缺血缺氧时，肿瘤细胞或肿瘤基质细胞分泌多种血管生成因子；(2)血管基底膜和细胞外基质在蛋白酶的作用下降解；(3)通过间充质转化，对周围内皮细胞侵袭；(4)产生有功能性的毛细血管管腔[20]；(5)通过周细胞内层而使血管成熟，这种周细胞能降低血管通透性和保护血管细胞免受凋亡[21]。

淋巴管生成也能促进肺癌的生长、侵袭和转移，其由类似血管生成的一系列步骤组成。参与淋巴管生成的因子主要是VEGFC和VEGFD，这两个因子均被炎症细胞因子所诱导，并通过结合VEGFR- 2、VEGFR- 3和毛细淋巴管上神经纤毛蛋白，而发挥促淋巴管生成的作用[22]。

渗入、循环、渗出

肿瘤进入血管和淋巴管管腔源于趋化因子对血管的趋化作用。肿瘤相关巨噬细胞能在血管及肿瘤边缘聚集和分泌EGF，而后者能吸引肿瘤细胞进入血管，从而促进血管趋化作用[23]。淋巴管趋化主要是由淋巴管的CCL21、CXCL12促进，而CCL21和CCL12能诱导肿瘤细胞过度表达CCR7和CXCR4受体[24]。间充质细胞和变形迁移细胞能渗入血管，一旦在血管中，肿瘤细胞就处于机械血流的强大流动力之下。因此，尽管很多肿瘤每天都有数以百万计的肿瘤细胞进入血流，但仅有几个细胞能在血流中存活下来。渗入血流中的肿瘤细胞大多数被一级或二级血管床阻拦，其中一些肿瘤细胞破裂，发生形态学变化。因为变形细胞是球形，所以在高动力的血流中较易生存。这就是进入血流中的间充质-变形细胞转化对于EMT型迁移的肿瘤细胞很重要的原因。

在原发肿瘤切除的患者中，循环中转移性肿瘤细胞有两种形式：周围血中的循环肿瘤细胞(circulating tumor cells，CTCs)和骨髓中的扩散肿瘤细胞(disseminated tumor cells，DTCs)。与DCTs相比，CTCs寿命减半，同时两种细胞都形成远处转移，而且远处转移的部位较多，如肺、大脑、肝、骨等。两种转移性肿瘤细胞在肺癌中均能被检测到，且CTCs对于肺癌患者有预后价值[25- 26]。一些CTCs和血小板在CTCs周围形成一个“斗篷”覆盖抗原特异结合域，允许CTCs避免被检测和逃避免疫监视。血小板源“斗篷”式CTCs更能形成远处转移，并且动物实验表明抗血小板会降低CTCs转移率[27]。CTCs形成远处转移主要有两种机制：(1)器官致密毛细血管床所致的机械逮捕；(2)以非随机形式在特殊器官的选择性逮捕。这两种形式不会相互排斥，依赖于肿瘤形式的各自优势和远处转移器官相一致。

血管外渗也是肿瘤细胞逃避凋亡的一种形式，其机制和渗入血管的机制类似，甚至与炎症中白细胞渗出相似。渗出依赖于肿瘤血管内皮细胞间的相互作用和血管通透性，而肿瘤细胞伸出伪足并通过内皮细胞缝隙。肿瘤细胞因在血流中会受到机械力的冲击而受损，所以通过外渗逃避损伤，从而有利于肿瘤的侵袭和转移。整合素不仅在肿瘤逃避失巢凋亡中发挥重要作用，亦能促进肿瘤细胞外渗[28]。

远处转移的增殖

一旦肿瘤细胞渗出，它可能有3种选择：凋亡、转入冬眠和增殖为新肿瘤而形成转移。经历血流循环及渗出，大部分细胞死亡，少数被保留下来。少数存活下来细胞中大部分进入冬眠，一旦极小一部分(小鼠实验中小于0.006%)再次出现，即可形成新肿瘤[29]。大多数肿瘤细胞休眠的主要原因是缺乏使肿瘤细胞增殖的足够血液以供应氧气、营养和生长因子。因此休眠的细胞可能会在增殖和凋亡之间的平衡状态持续很长一段时间。形成的新肿瘤在肿瘤患者中保留下来，甚至持续到1个化疗疗程后仍在，并可能在治疗后数年开始无控制的增殖[30]，这就是有血管生成倾向的器官更可能是转移的位点原因。

展望

尽管传统化疗、放疗及手术在治疗肺癌时取得了一定进步，然而化疗耐药、手术适应证的限制和放疗不良反应等是肺癌治疗瓶颈的主要原因。近年来在肺癌侵袭及转移的分子机制方面的研究虽然越来越多，但其机制非常复杂且不可分割。未来需要更多更大型的研究投入到肺癌机制中，去发掘治疗肺癌的新的有效靶点及新的有效治疗方法。同时干扰多种分子机制或通路来抑制肺癌侵袭和转移或许是未来治疗肺癌的新途径。

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Research Advances in Molecular Mechanisms of the Invasion andMetastasis of Lung Cancer

LIU Xian-zhong1，ZHANG Li-ting1，TONG Wei-quan1，WANG Shuai1，XU Zhi-bo1，CHEN Fang2

1Department of Respiration，First Clinical Medical College，Zhejiang Chinese Medicine University，Hangzhou 310053，China2Department of Lung Function，First Affiliated Hospital，Zhejiang Chinese Medicine University，Hangzhou 310006，China Corresponding author：CHEN FangTel：0571- 87070329，E-mail：funchen@163.com

ABSTRACT：The basic way of invasion and metastasis of lung cancer is that the tumor cells shed in the extracellular matrix，invade the basement membrane and the surrounding tissue，infiltrate into blood flow，and then survive and transport via the blood flow. After having been extravasated，migrated and arrested in the distant site，they finally form a metastatic lesion. Some basic mechanisms are required in these steps，such as tumor stem cells，diffusion and activity of tumor cells，escaping from apoptosis，angiogenesis and lymphangiogenesis，infiltration into blood flow，circulation and exudation，and distant metastasis proliferation. A better understanding of the mechanisms of the invasion and metastasis of lung cancer will facilitate the prevention and treatment of lung cancer.

Key words：lung cancer；invasion；metastasis；molecular mechanism

(收稿日期：2015- 02- 03)

DOI：10.3881/j.issn.1000- 503X.2016.01.020

中图分类号:R734.2

文献标志码:A

文章编号：1000- 503X(2016)01- 0108- 05

通信作者：陈芳电话：0571- 87070329，电子邮件：funchen@163.com

基金项目：国家自然科学基金(81302934)和浙江省科技厅钱江人才计划(2012R10063)Supported by the National Natural Sciences Foundation of China(81302934)and the Qianjiang Talents Plan of Science and Technology Department of Zhejiang Province(2012R10063)