|
编译：月下荷花 来源：肿瘤资讯 同样的结直肠癌、同样的分期，却是不同的命运，究竟是什么影响了患者的不同结局呢？也许就是每个层面的每一跬步铸就了最后的失之千里。 结直肠癌（CRC）是最常见的肿瘤，20%诊断时已为IV期，35–45%的II和III期疾病术后5年复发。肿瘤发生转移需要癌细胞具有侵袭周围组织的能力、循环中可生存、能在其它器官定植生长。研究表明在缺少与转移相关突变时，CRC转移能力主要源于癌细胞获得干细胞样表型，这些干细胞表型和行为多样，与微环境的相互作用最终决定迁移、血液循环中生存并最终在新部位生长。西班牙的Tauriello教授在Mol Oncol杂志上发文对CRC转移能力的决定因素进行了详细阐述。 结肠癌变机制 1. 正常粘膜发展为结直肠癌 正常结肠上皮持续更新，陷窝有大量快速分裂的肠道干细胞（ISCs）维持再生稳态，WNT、EGFR/MAPK和NOTCH负责更新增殖，BMP和TGFβ负责分化。CRC最常见遗传学改变是APC失活，启动WNT途径活化，呈现干细胞样更新，上皮细胞过度生长，发生腺瘤。 小部分腺瘤出现侵袭性是因为发生附加驱动突变，包括：（1）KRAS、BRAF和 PIK3CA活化突变影响MAPK途径，促进癌细胞自主分裂和生存；（2）p53和ATM突变失活，基因组不稳定；（3）TGFBR2、SMAD4、SMAD2 和SMAD3突变致TGF-β沉默，使其在肿瘤微环境中的抑制作用消失。 有研究提出的线性进展模型显示上述4个途径突变时与发生侵袭性腺癌相关，不过突变是一个缓慢过程，也不是每个肿瘤都携带4种途径改变，已确诊CRC突变远超过上述4种途径驱动改变，一些只是过路突变，很多突变作用不清楚，需要进一步研究。 2. 转移 上述4种途径突变足以使肿瘤细胞在不利环境中生长，但多数肿瘤只有部分途径突变，转移能力并不充足。多数CRCs诊断时即有侵袭能力，转移中的限速步骤是定植，由于一些尚不知晓的原因多数肿瘤细胞在定植前死亡，只有定植后部分细胞才可能形成真正转移灶（图1）。下面将讨论利于CRC转移定植的内外源特征。  图1 CRC转移过程中的异质性类型 结直肠癌干细胞在转移中的作用 不但肿瘤间存在多样性，每个肿瘤内也包含多个不同表型和遗传异质性的细胞群，肿瘤内异质性（ITH）是转移进展和治疗耐药核心，癌细胞阶层性、克隆多样化和微环境与ITH有关。 1. 癌细胞阶层性 G.Barry Pierce提出：癌症包括许多恶性干细胞，具有显著增殖和有限分化的能力。研究表明CRC符合这一概念，人类CRCs中有一群肿瘤细胞可在免疫缺陷小鼠中增殖扩散，提示CRCs由具有不同致癌潜能阶层的细胞构成，上述研究中的细胞称作肿瘤启动细胞（也称作干细胞或CRC-SC）。 肿瘤启动细胞处于阶层顶端，具有自我更新、长期增殖潜能、小鼠接种后可发生肿瘤。CRC中干细胞性与分化平衡的调节途径与ISCs中相同，包括WNT、BMP和NOTCH。不是每个CRC都携带4个驱动途径改变（WNT、EGFR、TGF-β/BMP和p53），基质可能对肿瘤进展有促进作用。 2.侵袭前沿肿瘤细胞表型 CRC-SCs具有自我更新和启动肿瘤的能力时称作转移性干细胞（Met-SCs，图1），是转移的根源。CRC-SCs通过与邻近组织和肿瘤基质相互作用获得迁移能力，譬如与内皮细胞相互作用，通过癌细胞NOTCH信号激活前沿细胞ABL和RHO活性，便于穿越内皮（图2）。  图2 肿瘤细胞早期弥散的机制与治疗机会 出芽在CRC中很常见，侵袭边界有小簇癌细胞脱离，这些细胞拥有侵袭和迁移的表型特征，包括细胞外基质降解和上皮-间充质转化（EMT）基因表达增加，而且侵袭前沿或出芽癌细胞的核β-连环蛋白增加，可能是干细胞性标志。CRCs虽然拥有使WNT活化的突变，但来自基质细胞的信号进一步增加WNT功能，如HGF和PGE2（图2）。出芽与生存差相关，用于早期CRC预后风险评估。 其它来自基质有助于CRC-SCs侵袭和自我更新的因素包括IL-22、成纤维细胞衍生的IL-17A，研究还发现表达CD44-v6的CRC-SCs位于侵袭前沿时导致转移，CD44-v6是细胞迁移必备条件，基质细胞分泌的因子如HGF、OPN和SDF-1可促进其表达。总之微环境对迁移性CRC-SCs或Met-SCs具有塑造功能。 局部侵袭后CRC细胞进入血管，称作循环中肿瘤细胞（CTCs），与循环中的肿瘤DNA（ctDNA）一起可用于检测残留病变和评估复发风险。 3.增殖缓慢或冬眠状态细胞 CRC的转移多有潜伏期，转移由弥散的冬眠细胞形成，多数增殖缓慢或冬眠状态细胞对化疗耐药，对死亡诱导信号不敏感，甚至可抵御免疫系统杀伤作用。转移潜伏有2种机制：数量冬眠，肿瘤细胞增殖与死亡保持平衡，微转移灶不能增大；另一种是细胞静止或分裂捕获。理解潜伏机制对指导残留病灶去除很重要。研究显示CRC中的确存在缓慢增殖细胞以及冬眠细胞再活化，冬眠细胞在化疗时获得数量优势。 正常肠道上皮细胞多样化有助于理解CRC冬眠细胞：陷窝中多数ISC标志阳性细胞高效增殖，放化疗敏感，但小部分分泌细胞增殖缓慢且化疗相对耐药，这些细胞非克隆性，但具干细胞性，有助于上皮再生；已分化细胞可去分化，重塑ISC微环境，获自我更新能力，构成正常粘膜的干细胞池。这些概念可能也适用于癌症和转移中的细胞冬眠和可塑性。 4.癌症干细胞的克隆多样性 基因组不稳定的结果就是癌症获得大量遗传学和表观遗传学改变，导致肿瘤细胞不同表型和命运，这种进化现象是癌症适应不同环境、定植和耐药的基础。CRC的大爆炸模型提出在疾病早期即有克隆多样性，化疗压力对已存在的耐药克隆具有筛选作用。 因肿瘤细胞阶层性和克隆多样性导致的表型异质性并非独立存在，CRC-SCs可能是克隆选择的结果，影响CRC-SCs自我更新和分化信号途径的突变累积后增加被筛选的可能性，加速肿瘤细胞进化，直到肿瘤富含分化能力有限的CRC-SCs。克隆多样性与耐药、进化和转移潜能增加有关，不过研究显示肿瘤转移后并无特殊的遗传学改变，因此非遗传学因素可能与转移更相关。 转移时的微环境 肿瘤基质或微环境（TME）中含有大量细胞，基质功能与癌症进展转移相关。癌细胞强烈影响基质，导致微环境最终为癌症干细胞生长所用（图3）。大量研究着重明确与肿瘤恶化和转移定植有关的基质细胞构成，为新的治疗靶点提供信息。  图3 转移机制与治疗机会 1. 癌症相关成纤维细胞（CAFs） CAFs具有异质性，是TME中的重要细胞成分，通过分泌细胞因子促进肿瘤发生与生长，基因表达特征与CRC预后差相关（图2和3）。TGF-β是CRC预后差的标志，它能活化许多基质细胞，其中CAFs与预后差主要相关，活化CAFs表达几个促转移因子，分泌IL-11启动并增加转移癌细胞生存，此外TGF-β还可促进癌细胞与CAFs粘附后一起弥散进入转移位置。 有证据显示CRC-SCs能促使肝脏星状细胞（HSC）转化为CAFs，形成适宜转移的微环境，而且HSCs中的TGF-β信号受PDGFRα调节，形成旁分泌作用促CRC增殖迁移，伊马替尼可能对其有治疗作用，该药最初提出治疗CRC是其可抑制骨髓间充质干细胞（MSCs）的迁移，MSCs在TME中可分化为CAF样细胞。 2.内皮细胞 肿瘤细胞分泌的因子促进基质血管内皮细胞生长和血管生成，肿瘤内的血管网络紊乱、分支过多、周细胞减少、渗漏增加，后者与转移和预后差相关。VEGFA调节内皮细胞增殖，与肿瘤侵袭转移密切相关，针对VEGFA的贝伐单抗能提高IV期CRC生存（图2和3），贝伐单抗还有促进肿瘤内血管正常化、减少渗漏的作用。 肿瘤衍生的IL-33通过增加内皮细胞增殖促进肿瘤血管新生，大大增加CRC转移传播，阻滞IL-33途径能抑制血管生成、减少肿瘤发生。内皮细胞对CRC-SCs有直接促形成作用（图2），还可通过TGF-β作用转化为CAF样细胞（EndMT）促肿瘤生长。 3.免疫细胞 癌症逃避免疫杀伤是其标志之一，事实上免疫系统对癌症既有抑制作用也有促进作用。下面着重介绍与免疫治疗密切相关的一些机制。 （1）固有免疫细胞 几个骨髓来源细胞与肿瘤进展有关，细胞因子在其招募、与CRC细胞和TME的相互作用中很关键（图3）。CCR1阳性髓细胞与CRC进展和肝转移相关，巨噬细胞的典型作用是抑制CRC，称作M1，而另一种功能状态M2(肿瘤相关巨噬细胞，TAMs )则具有促肿瘤潜能，因此巨噬细胞具有可塑性，与TME有关，巨噬细胞的可塑性和双重功能可能成为治疗靶点。 与巨噬细胞相似，中性粒细胞在TME中也会通过TGF-β作用发生功能性改变， 肿瘤相关中性粒细胞（TANs）有助于肺转移，与术后复发相关。 （2）主动免疫细胞 主动免疫反应主要与T、B淋巴细胞有关，中心环节是CTLs，CRC中CTL浸润与预后良好相关，目前大量治疗策略拟增加T细胞反应，已在MSI肿瘤获得成功。TGF-β不但能使中性粒细胞功能转化，还能促进其它免疫细胞功能转化，如NK、树突细胞、巨噬细胞和T细胞，并直接抑制T细胞。树突细胞和TAM等与CAFs一样均可产生基质TGF-β，相互协同妨碍抗癌免疫反应。 4.TME协助CRC分层 异质性解释了AJCC分期有限的结果预测能力，同时也提供了用于预后的参数。Jerome等提出的基质免疫评分能预测疾病结果；根据基因表达将CRC总结为4个共识分子亚型（CMS），其中CMS4预后最差，间充质基因表达增加，最初认为与癌细胞EMT有关，近期研究显示反应了免疫抑制状态，而且其预测复发的能力远超AJCC分期和共识分子分层；近一步研究还发现侵袭性最强的肿瘤CAFs明显高表达TGF-β，有望用于评估预后。总之基质评估对分层大有帮助，也对治疗有指导作用。 CRC转移时的治疗靶点 多年来化疗一直是进展期CRC的主要治疗方法，化疗能杀死所有处于增殖状态的细胞，但对CRC-SCs无效。对肿瘤异质性和不同细胞生物学行为的理解有助于发展新的治疗策略。 1.靶向治疗 靶向治疗与标准化疗联合能增加疗效，如抑制EGFR信号途径改善CRC生存（图3），不过不可避免出现原发或继发耐药，通过靶点测序可能有助于治疗选择，不过克隆的多样性大大妨碍了结果解释，而且一个位点阻断后可通过其它途径代偿再次耐药，因此需要明确的标志用于预测靶向治疗反应。多途径联合抑制虽然能克服耐药，但毒性叠加妨碍其应用。 2.针对癌症干细胞的治疗 假说认为化疗不能杀伤CRC-SCs，是疾病复发的根源，目前有三种针对CRC-SC的治疗： （1）靶向CRC-SCs的关键途径，包括WNT、NOTCH、EGFR和TGF-β/BMP，以预防细胞扩增。不过这一方法并不总是有效，因为CRCs有许多遗传学改变影响上述途径。重要的是正常ISCs与CRC-SCs依赖同一途径，因此副作用很大。 （2）通过抗体-药物藕合物（ADCs）去除CRC-SCs，例如靶向Lgr5的抗体与不同毒素藕合后均具有抗瘤作用（图3），同样因与ISCs有许多共同的表面标志，导致副作用很大，而且如上文所述CRC-SCs可通过非SCs转化而来，这也限制了治疗的有效性（图3）。 （3）靶向CRC-SCs特异的分子，理论上毒性较小，例如BMI1抑制剂靶向CRC-SCs的自我更新，治疗作用显著，低剂量去甲基化药物5-AZA-CdR也有抗肿瘤作用（图3）。 3.基质治疗 许多基质细胞与CRC进展有关，针对TME策略能改善治疗反应、预防获得性耐药。例如研究显示成纤维细胞分泌的HGF能降低依立替康治疗反应，抗HGF治疗可逆转耐药，对未突变KRAS、但EGFR耐药者也可用此治疗策略，因其高表达HGF。抑制VEGF信号阻滞血管生成也是靶向TME的治疗策略，不过许多有治疗反应的患者会出现抗血管生成治疗耐药，可能是治疗后低氧诱导癌细胞进一步恶化。 另一种策略是将TME中的基质细胞功能重塑，理论上此种策略毒性较小。很多基质促癌功能都与TGF-β有关，对其抑制是很有前景的方向（图3）。 4.免疫治疗 免疫治疗的目的是诱导免疫反应，或是增强已存在的免疫反应，例如癌症疫苗活化肿瘤特异CD8+ CTL，在多种癌症治疗中取得疗效。很多治疗策略针对进展期疾病，结果令人失望，可能是源于不断进展的免疫抑制的TMEs，提示早期疾病可能会有获益。根据粘液素-1肽段设计的疫苗预防前列腺癌结果看好，不过如果早期就存在高水平免疫抑制，治疗同样失败。 另一种免疫治疗-免疫节点抑制在部分CRC取得疗效，此类CRC为高突变MSI肿瘤，通常携带多个新抗原，T细胞浸润明显，较高水平表达免疫节点。微卫星稳定CRCs中也存在新抗原、免疫浸润，未来免疫治疗应进一步探讨这方面的治疗。目前有临床研究正在评估联合多个免疫节点抑制的治疗效果，此外与其它治疗策略联合也可能增加治疗反应。 另有免疫治疗策略是抑制免疫细胞和CRC的促癌相互作用，一项I期研究中采用抗CCR5成功的靶向癌症与基质间的交互作用（图3）。TGF-β是经典免疫抑制因素，关键的细胞调节因子，高水平与预后差相关，TGF-β抑制的临床研究正在进行。 结语 总之肿瘤异质性表现在肿瘤阶层性、克隆多样性和肿瘤微环境三个方面，对CRC进展转移至关重要。这些因素对CRC分层、发展优化治疗策略具有指导作用。所有异质性对CRC-SCs的耐药和转移能力均有贡献， TME对转移定植尤其关键，因此靶向一个或多个上述位点都可能阻止CRC转移复发，其中直接靶向CRC-SCs或TME尤有前景。此外加深对CRC免疫的理解可能会引出更好的免疫治疗策略。 参考文献： Tauriello DV, Calon A, Lonardo E, Batlle E1,3.Determinants of metastatic competency in colorectal cancer.Mol Oncol. 2017 Jan;11(1):97-119. 责任编辑：肿瘤资讯-宋小编  爱学习 爱良医汇肿瘤资讯 |
|
|
