结直肠癌肝转移的分子机制研究进展

韩凯，王凤伟，潘志忠，谢丹△

1 中山大学附属肿瘤医院华南肿瘤学国家重点实验室 广东广州 510060

2 中山大学附属肿瘤医院结直肠科 广东广州 510060

最新统计结果表明，结直肠癌已经成为全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一，严重威胁人类健康［1］。结直肠癌通常经血液循环转移至肝脏，约20%的患者在初次诊断时即存在肝转移，另外有20%～30%的患者在原发灶切除术后仍会出现肝转移［2］。肿瘤转移，是指肿瘤细胞脱离原发灶，侵入间质，渗入血管或淋巴管，随循环系统到达远处器官后定植，逐步增殖，最终形成肉眼可见转移灶的过程。肝转移是导致结直肠癌患者死亡的最主要原因。无转移的早期结直肠癌患者，5年生存率超过90%，而合并远处转移的晚期患者，5年生存率则仅有10%～20%［3］。尽管针对VEGF和EGFR等分子的靶向治疗取得了一定的抗转移效果，但是并没有显著延长结直肠癌肝转移患者的总生存期。目前，转移灶切除术仍是治疗结直肠癌肝转移患者的唯一潜在治愈手段，可以使其5年生存率提高到约36%［4］。但令人遗憾的是，超过75%的患者最终出现术后复发［5］。因此，阐明结直肠癌肝转移的分子机制，并据此研发有效防治转移的药物，是结直肠癌治疗领域亟待解决的问题之一。

近百年来，学术界对恶性肿瘤转移的分子机制提出了各种假说，其中，以Paget提出的“种子和土壤”学说最为著名［6］。该理论认为，肿瘤转移是种子（即肿瘤细胞）和土壤（即肿瘤微环境）相互作用的结果。本文将以转移过程中关键步骤的调控为主线，结合肿瘤细胞与微环境的相互作用，对结直肠癌肝转移的分子机制研究进展进行简要综述。

1 为什么是肝？

结直肠癌肝转移是一个非常复杂的生物学过程，机制尚不完全明确。传统的观点认为，结直肠癌最常侵犯静脉，发生率高达20%～30%，而肝脏是结直肠静脉血回流的第一站，且对血液的廓清率较高，是癌细胞最容易定植的脏器。但是，该理论是从解剖学角度对临床现象进行总结，并未详细阐明其分子机制，对抗转移治疗的指导意义有限。

事实上，恶性肿瘤远处转移的器官特异性及其分子机制，一直是肿瘤学基础研究领域的世界性难题。早期的相关研究主要是分析肿瘤细胞内在特征，如关键基因或信号通路等对其远处转移器官特异性的决定作用。Zeelenberg等［7］曾报道，CXCR4阳性的CT26细胞可以形成明显的肝转移，而CXCR4缺失的CT26细胞则不具有该功能，说明CXCR4基因参与结直肠癌肝转移的发生；机制研究表明，CXCR4阳性的结直肠癌细胞能够与肝窦内皮细胞、Kuffer细胞和成纤维细胞等高表达的CXCL12（CXCR4的特异性配体）所结合，从而促进结直肠癌发生肝特异性转移。此外，2015年Lyden等［8］研究表明：肿瘤细胞外泌体携带的整合素决定了其远处转移的器官特异性，其中，整合素αVβ5与恶性肿瘤肝转移密切相关。该研究从实验和临床上充分证实了整合素决定肿瘤转移器官特异性的重要作用，为抗转移治疗药物的开发指明了新的方向。

2 转移起始

侵袭指恶性肿瘤细胞脱离原发灶的过程，是转移发生的起始阶段。已经有较多研究关注促进肿瘤转移起始的关键细胞亚群，其中，以肿瘤干细胞（cancer stem cell, CSC） 学说为主流［9-10］。一般认为，CSC是肿瘤中少数具有无限增殖和多方向分化潜能的细胞，对其发生、发展和转移等生物学过程起决定性作用［11］。研究表明，CD133和CD44是CSC的特异性标志物，高表达CD133和CD44的结直肠癌患者，发生肝转移的风险将大大增加［12-14］。其他干细胞相关标志物，如OCT4等，同样参与促进结直肠癌转移的起始步骤［15］。

上皮间质转化（epithelial mesenchymal transition，EMT）也被认为是促进转移起始的关键因素［16-18］。EMT是指上皮细胞在特定条件下向间质细胞方向转化的生物学现象，在肿瘤远处转移过程中发挥重要作用。原位结直肠癌细胞通过EMT现象，使E-cadherin降低而N-cadherin升高，导致肿瘤细胞出现更强的转移倾向［16-17］。同时，维持CSC的关键转录因子OCT4和SOX2等，也通过多种机制参与了EMT的发生，使结直肠癌转移起始的分子调控网络更加复杂［19-20］。

另有研究表明，CD36阳性的恶性肿瘤细胞亚群直接促进转移起始过程的发生，抑制肿瘤细胞表面CD36受体可以减少多种恶性肿瘤细胞的转移率［21］。但是，CD36阳性的恶性肿瘤细胞亚群，EMT相关标志物表达水平反而略低于CD36阴性亚群，提示EMT可能不是恶性肿瘤细胞转移过程的关键始动环节［21］，另有部分研究也支持该结论［22-25］。

然而，以上研究仅关注了肿瘤细胞自身的部分关键基因，却并不能解释一个令人疑惑的问题：原发灶的肿瘤细胞是如何在转移起始阶段就获得了能够在远处器官定植并存活的生物学特性？2012年，Cancer Cell文章报道，原位结直肠癌细胞通过与微环境中间质细胞相互作用，获得了转移发生的必要特征，间质细胞来源的TGF-β信号是结直肠癌转移发生的关键始动因素［26］，但是相关结论仍需要进一步实验研究支持。

3 细胞外基质重塑

自原发灶脱离的肿瘤细胞，需要对细胞外基质（extracellular matrix，ECM）进行重塑，以破坏周围组织屏障，并顺利渗入血管、淋巴管等。ECM重塑与肿瘤细胞的迁移和浸润、转移等过程相关。研究表明，参与ECM重塑的主要是基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs） 家族［27］。

MMP2和MMP9是MMPs家族最重要的成员，已经被证明参与多种恶性肿瘤的ECM重塑，促进转移发生。MMP2参与Ⅳ型胶原蛋白的降解，激活下游级联反应，破坏肿瘤细胞周围的组织屏障［28］。MMP9是MMPs家族分子量最大的蛋白酶，参与弹性蛋白和Ⅳ型胶原蛋白等ECM主要成分的降解过程，促进肿瘤相关血管生成，加速肿瘤的转移过程［29］。

MMP7是MMPs家族分子量最小的蛋白酶，在肿瘤细胞中特异性高表达［30］。MMP7 作为 Wnt/βcatenin和Fas/FasL等信号通路的下游因子，参与肿瘤细胞ECM的降解，促进侵袭过程［31］。研究表明，MMP7高表达的结直肠癌患者，无病生存期较低，提示MMP7参与结直肠癌转移过程［31］。

4 细胞存活

脱离原发灶并渗入循环系统的肿瘤细胞，将发生失巢凋亡或被免疫系统识别并消灭，因此，肿瘤细胞必须具有某些关键突变以维持其存活。已经有部分研究关注肿瘤坏死因子［32-33］和干扰素［34-35］相关信号通路在肿瘤细胞抵抗失巢凋亡过程中的重要作用，并取得了一定的成果。但是，相关研究仍不充分，在此就不再赘述。

5 转移器官定植和生长

肿瘤细胞在转移器官的定植、存活并生长是转移过程中效率最低的步骤，仅有不到0.01%的循环肿瘤细胞最终形成肉眼可见的转移灶［36-37］。该结果提示，肿瘤细胞与转移微环境的相互适应极大地影响转移灶的形成过程［38］。机体自身天然倾向于抵抗恶性肿瘤转移［39］，正常的远处器官微环境对肿瘤细胞具有抑制作用，如正常肺组织分离的细胞因子可以有效减少肺转移灶的生长［40］，正常脑组织提取物也可以抑制黑色素瘤脑转移［41］。但是，微环境中某些因素，如趋化因子、血管生成因子、部分免疫细胞等，在肿瘤的不同阶段能够发挥抑制或促进肿瘤细胞定植和生长的作用［42］。换言之，随着种子（肿瘤细胞）的生长，土壤（即转移微环境）可能被改造以更适宜其增殖。

2005年，Lyden等［43］首次提出转移前微环境（pre-metastatic niche）的概念，他们指出：原位肿瘤细胞可以通过分泌某些可溶性因子，招募骨髓来源细胞进入靶器官，改造转移前微环境，最终促进其自身在转移器官的定植和生长。也就是说，转移前微环境可能在转移肿瘤细胞定植发生前就已经完成。后续研究报道，恶性肿瘤细胞来源的外泌体，可能经循环系统到达靶器官，通过其携带具有生物活性的RNA、DNA和蛋白等物质，参与靶器官转移前微环境的形成［44］。同时，靶器官微环境中其他细胞也参与了肿瘤细胞的定植和外生性生长过程。例如，脑星形胶质细胞来源的外泌体携带大量miR-19a，可以降低转移肿瘤细胞内的PTEN蛋白水平，从而促进其外生性生长［45］。

综上所述，肿瘤转移的发生是多步骤、有选择性的过程，其调控机制极为复杂。不同基因、不同信号通路的协同作用调控了结直肠癌肝转移的各个关键步骤。我们简要介绍了可能参与转移发生各步骤相关的关键分子，以期为探索结直肠癌肝转移治疗提供新的思路和理论基础。