《Science特刊》之肿瘤转移
黎扬斯, 吴一龙
广东省人民医院肿瘤中心、广东省医学科学院、广东省肺癌研究所, 广州 510080
[通讯作者] 吴一龙,肿瘤学教授,博士研究生导师。
关键词: 肿瘤; 转移
中图分类号:R730 文献标志码:A
Tumor Metastasis:Special Issue of Science
LI Yang-si, WU Yi-long
CancerCenter,GuangdongGeneral Hospital,Guangdong Academy of Medical Sciences, Guangdong Lung Cancer Institute, Guangzhou 510080, China
Keyword: tumor; metastasis
近期的《Science》杂志推出了肿瘤转移前沿研究特刊,文章包括社论、新闻观点与展望、综述以 及研究文章。本文将其核心内容摘编出来分享学习。
恶性肿瘤的转移过程是一个不断克服障碍的过程,并非单独行动,更多的是以簇状入侵、循环并在远处分化增殖。原发灶释放的细胞外微囊泡——外泌体,在肿瘤远处转移之前已营造适合其生长的肿瘤微环境。原发灶和转移瘤的基因组学比较分析研究,目前已发现在不同肿瘤间和不同患者间,肿瘤转移的起源、路径、方向和时间上存在显著差异。但令人失望的是,目前并无证据支持存在可靶向治疗的“转移相关驱动基因”。尽管如此,免疫检查点抑制剂在转移性黑色素瘤的显著疗效,还是令人看到希望,其他以免疫为基础的疗法,如临床前模型中,中性粒细胞的靶向药物获得预期疗效。
1 肿瘤学的转变

Varmus教授撰写的社论指出, 从上个世纪60年代对肿瘤的束手无策, 到2015年奥巴马政府的精准医学计划, 再到如今美国副总统拜登倡导的癌症“ 登月计划” , 美国政府最近采取增加癌症研究经费的政策, 对治疗晚期肿瘤意义重大。他还提出, 更多的资源应该投入到预防性治疗中; 政府应支持肿瘤基因谱分析并给予报销, 因为这“ 会极大地丰富数据库, 加速人类对肿瘤基因谱的解读, 提供一个真正共享临床信息的试验平台” 。

2 肿瘤转移的模式和信号

传统的肿瘤转移观点认为, 肿瘤细胞从原发灶进入血流, 着床到远处的器官比如肺, 最终增殖生长为转移瘤。另一种观点是, 原发灶肿瘤细胞释发出外泌体到达靶器官, 其携带的重要遗传信息如蛋白和RNA等, 为肿瘤细胞在远处生根和招募骨髓细胞营造“ 转移前肿瘤微环境” , 为之后到达的肿瘤细胞提供滋养。

3 中性粒细胞促进肿瘤转移[1]

由Tü ting和Visser撰写的文章, 探讨了中性粒细胞在癌症转移中所起的作用。肿瘤转移过程中, 癌细胞会遇到各种正常细胞, 包括免疫细胞。中性粒细胞是血液中最丰富的免疫细胞, 保护机体免受感染、促进伤口愈合。然而有趣的是, 中性粒细胞往往在癌症患者体内聚集, 可能与癌症转移有关联。最近的小鼠肿瘤模型研究中, 很好地阐述了中性粒细胞促进肿瘤远处转移的作用: 由原发灶发出信号启动中性粒细胞聚集, 在转移性癌细胞到达之前为肿瘤转移做准备。如2015年3月《Nature》上荷兰癌症研究所报道, 中性粒细胞会被乳腺肿瘤“ 策反” , 促进癌细胞的扩散。中性粒细胞促进转移的分子基础已逐渐明确, 高迁移率族蛋白-1(HMGB1)、白介素-17 (IL-17) 以及粒细胞集落刺激因子(G-CSF), 抑制其在肿瘤转移中的作用机理, 包括抑制中性粒细胞的分化和极化, 抑制其聚集, 干扰转移后中性粒细胞的功能。高选择性的抑制中性粒细胞靶向治疗为肿瘤治疗提供了新思路, 在肺癌转移模型中, 抑制中性粒细胞生存的关键酶及其蛋白酶、干扰炎症调控因子等可起到抑制转移瘤的作用。该文指出, 干扰这些免疫细胞的治疗与经典抗肿瘤方案的组合, 有可能是阻止癌症转移的可行办法, 但尚需要更多的证据支持。

4 肿瘤细胞簇的转移模式[2]

由 Cheung和Ewald 撰写的文章中提出, 越来越多的证据表明肿瘤的传播需要肿瘤细胞簇一起行动, 这与单个细胞播种的传统观点相左。在乳腺癌肿瘤细胞簇的转移模型中, 突出了肿瘤细胞上皮成簇活动在肿瘤生长和播散中的作用; 肿瘤细胞簇能侵犯附近组织, 表达不同的分子特性, 尤其是细胞角蛋白14(K14), 表达K14的侵袭状态肿瘤细胞, 出现于播散性转移阶段(如集体侵袭、局部扩散、CTC簇及微转移), 但它们在原发灶及大的转移灶中是罕见的。肿瘤细胞簇是以上皮细胞还是间叶细胞为主来诱导肿瘤转移仍需进一步的研究。肿瘤细胞簇可能为治疗转移的一个潜在的方法, 但有三个重要问题有待解决:①肿瘤细胞簇状转移的生物学基础是什么?②不同肿瘤、不同转移部位之间的肿瘤转移的细胞学及分子特征是否一致? ③针对肿瘤细胞簇的具体治疗方案可以有哪些提示?

5 缺氧肿瘤微环境促进肿瘤转移[3]

由Rankin 和 Giaccia撰写的综述, 集中阐述了缺氧肿瘤微环境促进肿瘤转移的机制。缺氧是一种有效的微环境因子, 促进肿瘤转移, 而低氧诱导转录因子(hypoxia-inducible transcription factors, HIF)信号促进肿瘤的发生及进展。临床上HIF-1和HIF-2的高表达, 与远处转移的增加以及不良预后相关。肿瘤细胞通过促进HIF-α mRNA转录、蛋白稳定性以及下游靶基因的表达, 从而增强HIF信号在转移中的作用。HIF影响肿瘤转移的多个级联通路。肿瘤会利用HIF信号传导来操纵周围的免疫细胞, 使转移细胞产生免疫逃逸, 对转移有利; HIF依赖的基因表达在上皮间叶转化(EMT)、侵犯、迁移及肿瘤新生血管形成中起作用, 促进早期转移; HIF信号促进赖氨酰氧化酶(LOX)、LOX样蛋白及外泌体等分泌, 在转移靶器官中构建“ 友好的” 转移微环境; HIF还能促使癌细胞转移后的存活, 通过分泌VEGF-A促进肿瘤新生血管形成。能利用低氧信号传导通路的癌细胞, 在早期转移会优先被选择并到达远处靶器官。当前的研究对缺氧所调节的潜在的生物标志物和治疗靶点已有一些认识, 如受体酪氨酸激酶AXL是HIF依赖性侵袭和转移的关键介质, 如促血管生成因子VEGF-A是内皮细胞招募及增殖的关键因子, 可能是预防和治疗肿瘤转移的潜在靶点。

6 肿瘤转移是一个不断进化的过程[4]

由Turajlic和Swanton撰写的综述, 就肿瘤转移的来龙去脉对肿瘤如何演化进行了阐述。转移性亚克隆可能出现在原发灶的早期和晚期。对转移癌的基因进化研究, 有助于揭示原发灶和转移瘤间的治疗靶点差异, 揭示转移性克隆的时间模式和路径, 进一步探索肿瘤转移过程的生物学特征。当前两个主流的肿瘤转移演变模型是平行演化和垂直演化模型。这篇综述中重点介绍了众多不同癌种的肿瘤演化研究, 提出并无确切的肿瘤转移模型, 并无高级别证据证实存在转移驱动基因, 除了TP53突变可能在转移克隆中起作用, 这可能与其所致的染色体不稳定性相关, 而染色体不稳定常见于转移克隆中。还提出不同部位的转移存在基因表达的差异, 而转移过程中肿瘤次级克隆存在着竞争及协同合作, 基因表达会有动态改变。转移过程中不同时间与空间匹配样本的大型比较研究, 将有助进一步探明肿瘤转移的模型及机制, 尸体解剖以及动态液体活检对肿瘤转移的全面认识也将起到重要作用。

7 转移性黑色素瘤的细胞类型谱[5]

Tirosh教授等采用单细胞测序技术获得了转移性黑色素瘤中详尽的细胞类型谱, 结果显示即使是在同一肿瘤内, 肿瘤的基因表达也会有很大差异, 鉴别出一个亚群对治疗形成了耐药。该研究从转移性黑色素瘤患者获取19个肿瘤, 分析了4 645个恶性细胞、免疫细胞与间质细胞的RNA谱, 鉴别出在某一区域的恶性细胞中呈较高水平表达的229个基因, 除了癌细胞的定位, 其暴露于抗癌治疗的水平也会影响基因表达。AXL是一个与抗癌治疗耐药有关的标志物。2013年麻省理工学院的研究揭示, 癌症患者对ErbB抑制剂形成耐药, 大部分是因为AXL蛋白帮助癌细胞避开了ErbB抑制剂的效应, 使其无限生长所致。而在该文中, 治疗前不同表达水平AXL的黑色素瘤细胞混在一起; 抗肿瘤治疗后, 细胞的AXL表达水平发生了全面的改变。这项研究强调了细胞成分和细胞内通讯对定义肿瘤行为所起的重要作用。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] Tüting T, de Visser KE. Cancer. How neutrophils promote metastasis[J]. Science, 2016, 352(6282): 145-146. [本文引用:1]
[2] Cheung KJ.Ewald AJ. A collective route to metastasis: Seeding by tumor cell clusters[J]. Science, 2016, 352(6282): 167-169. [本文引用:1]
[3] Rankin EB.Giaccia AJ. . Hypoxic control of metastasis[J]. Science, 2016, 352(6282): 175-180. [本文引用:1]
[4] Turajlic S.Swanton C. . Metastasis as an evolutionary process[J]. Science, 2016, 352(6282): 169-175. [本文引用:1]
[5] Tirosh I.Izar B.Prakadan SM.et al. . Dissecting the multicellular ecosystem of metastatic melanoma by single-cell RNA-seq[J]. Science, 2016, 352(6282): 189-196. [本文引用:1]