姚蓉蓉 王艷紅
(復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院肝腫瘤內(nèi)科,上海 200032)
原發(fā)性肝癌是最常見的惡性腫瘤之一,居全球癌癥患者病死率的第三位,僅次于肺癌和胃癌,每年新增病例超過750 000 例[1]。肝細(xì)胞肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是最常見的原發(fā)性肝癌。HCC患者的主要死因是癌細(xì)胞的擴(kuò)散與轉(zhuǎn)移。近年來,腫瘤細(xì)胞所處的微環(huán)境對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響受到關(guān)注[2]。HCC發(fā)病的危險(xiǎn)因素很多,包括肝炎病毒感染、非酒精性脂肪性肝炎、糖尿病、血色素沉著病,氯乙烯、黃曲霉毒素等的誤食,過量飲酒或咖啡以及過量吸煙等。這些危險(xiǎn)因素可導(dǎo)致DNA突變、染色體重組和表觀遺傳學(xué)改變等,且可使腫瘤微環(huán)境發(fā)生改變,進(jìn)而形成類型各異、預(yù)后不同的肝癌[3]。目前,外科手術(shù)仍是提高HCC患者生存率的主要手段,但術(shù)后復(fù)發(fā)率和轉(zhuǎn)移率高[4]。近年來,涌現(xiàn)出不少通過改變腫瘤微環(huán)境治療HCC的相關(guān)研究,如有研究[5]指出,地塞米松通過調(diào)控11β-羥化類固醇脫氫酶(11β-hydroxysteroid dehydrogenase,11β-HSD)的表達(dá)能對(duì)HCC起治療作用。因此,進(jìn)一步研究HCC的微環(huán)境,并據(jù)此預(yù)測HCC細(xì)胞的表型特點(diǎn),可為HCC的分子靶向治療提供理論支持,這對(duì)于研發(fā)新的抗癌策略以及新的分子靶向藥物至關(guān)重要。
HCC微環(huán)境是個(gè)極其復(fù)雜的綜合系統(tǒng),包含多種細(xì)胞(如腫瘤實(shí)質(zhì)細(xì)胞、腫瘤相關(guān)的成纖維母細(xì)胞、肝星形細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞和炎性反應(yīng)細(xì)胞等)、細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞因子以及其他化學(xué)分子,它們通過協(xié)同作用促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[6]。
上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變(epithelial-to-mesenchymal transition ,EMT)是腫瘤發(fā)病的機(jī)制之一。腫瘤細(xì)胞在生長因子作用下或與腫瘤基質(zhì)相互作用過程中可發(fā)生EMT,在此過程中腫瘤細(xì)胞E-鈣黏蛋白(E-cadherin/CDH1)丟失,獲得間充質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)記分子如波形蛋白(vimentin ,VIM)等,增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的遷移性及侵襲性;EMT也可以通過促進(jìn)具有干細(xì)胞特性的癌細(xì)胞的產(chǎn)生,進(jìn)而啟動(dòng)轉(zhuǎn)移和侵襲機(jī)制;EMT還可能與腫瘤的化療抵抗以及復(fù)發(fā)相關(guān)。研究[7]表明,腫瘤基質(zhì)細(xì)胞分泌的轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、血小板衍生因子(PDGF)的上調(diào)可以誘導(dǎo)EMT的發(fā)生及肝細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)變,參與腫瘤形成。
此外,基質(zhì)細(xì)胞中Twist、Snail、VE-鈣粘素、波形蛋白的上調(diào)以及E-鈣黏素、肝細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子的下調(diào),均與HCC的不良預(yù)后相關(guān)[8]。Kim 等[7]的研究顯示,CDH1、DNA結(jié)合因子2(inhibitor of DNA binding 2,ID2)、基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metallo-proteinase, MMP-9)、及轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor 3,TCF3)的表達(dá)與HCV感染后HCC患者的預(yù)后相關(guān),可作為HCC的分子標(biāo)志物。
肝臟本身就是一種獨(dú)特的免疫微環(huán)境,肝臟中骨髓抑制細(xì)胞(MDSC)、樹突狀細(xì)胞(DC)、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)、自然殺傷細(xì)胞(NK)、細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞(CTL)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)等免疫細(xì)胞,以及癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAFs)、肝星狀細(xì)胞(HSCs)、肝內(nèi)皮細(xì)胞等非免疫細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物相互作用,參與HCC的免疫耐受及應(yīng)答,影響其發(fā)展與預(yù)后。傳統(tǒng)的HCC治療方案由于未對(duì)其免疫耐受環(huán)境產(chǎn)生影響,療效常不理想。因此,臨床醫(yī)師應(yīng)充分了解HCC免疫微環(huán)境內(nèi)各細(xì)胞表型以及淋巴細(xì)胞亞型,以制定出完善的免疫治療策略和新的分子靶向藥物,提高HCC的治療效果[9]。
2.1 免疫細(xì)胞
2.1.1 MDSC MDSC是一群具有免疫抑制功能的細(xì)胞統(tǒng)稱,通常認(rèn)為它們是正常的單核/巨噬細(xì)胞、DC細(xì)胞、粒細(xì)胞等處于分化的未成熟階段,且可以分為單核和分葉核兩類。腫瘤模型小鼠中,單核類MDSC典型的標(biāo)志性分子是CD11b和Ly-6C,而分葉核類MDSC的典型標(biāo)志分子是CD11b和Ly-6G。在腫瘤患者中,MDSC同時(shí)表達(dá)CD11和CD33等分子,而不表達(dá)人白細(xì)胞抗原DR。腫瘤微環(huán)境誘導(dǎo)產(chǎn)生的MDSC聚集在淋巴器官、血液以及病變部位。針對(duì)不同的免疫細(xì)胞群,MDSC通過分泌抑制性因子、接觸抑制以及誘導(dǎo)產(chǎn)生其他抑制性細(xì)胞等多種方式發(fā)揮免疫抑制作用[10]。
在腫瘤患者以及腫瘤模型小鼠中,MDSC存在于血液、淋巴結(jié)、脾臟、骨髓及腫瘤組織中。MDSC可由腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞因子誘導(dǎo)產(chǎn)生,常見的細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、IL-6、IL-10、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)、前列腺素2(PGE2)等。近年研究[11]發(fā)現(xiàn),IL-17在MDSC形成的免疫耐受中起重要作用,IL-17受體缺失抑制了MDSC的浸潤,促進(jìn)了CD8+T細(xì)胞的浸潤;而巨噬細(xì)胞可以趨化MDSC細(xì)胞到腫瘤部位,促進(jìn)其釋放IL-17;MDSC來源的IL-17又能趨化Treg細(xì)胞到腫瘤部位,并增強(qiáng)其免疫抑制功能;同時(shí),巨噬細(xì)胞可促使MDSC釋放IL-9,IL-9又能進(jìn)一步促使巨噬細(xì)胞存活,并增強(qiáng)對(duì)MDSC細(xì)胞的趨化作用。趨化因子CXCL5/ENA-78和CXCL12/SDF-1也可以募集MDSC進(jìn)而導(dǎo)致免疫逃逸。此外,GM-CSF在MDSC細(xì)胞的產(chǎn)生過程中起重要的作用,GM-CSF的抗體能逆轉(zhuǎn)MDSC依賴的抑制作用[9]。
MDSC誘發(fā)免疫耐受的主要機(jī)制是MDSC對(duì)NK細(xì)胞和T細(xì)胞的抑制。(1)MDSC對(duì)NK細(xì)胞的抑制:有研究[12]提示,MDSC可以通過接觸性抑制的方式抑制IL-2活化的NK細(xì)胞釋放細(xì)胞毒素。但也有研究[13]表明,在特定環(huán)境中,MDSC可激活NK細(xì)胞,例如,在急性肝炎中MDSC可以激活NK細(xì)胞,促進(jìn)其增殖。在接種人淋巴細(xì)胞腫瘤的小鼠體內(nèi),MDSC表達(dá)的細(xì)胞表面受體RAE-1可以通過與NK細(xì)胞的表面受體NKG2D相互作用而激活NK細(xì)胞,促進(jìn)其釋放γ-干擾素(IFN-γ),從而增強(qiáng)NK細(xì)胞的殺傷功能[14];(2)MDSC對(duì)T細(xì)胞的抑制:MDSC通過產(chǎn)生精氨酸、一氧化氮、活性氧,消化T細(xì)胞受體、減少半胱氨酸、干擾T細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn),誘導(dǎo)Treg細(xì)胞生成和T細(xì)胞耐受發(fā)揮對(duì)T細(xì)胞功能的抑制作用[9]。最近研究[15]發(fā)現(xiàn),腫瘤細(xì)胞可產(chǎn)生大量環(huán)加氧酶-2(COX-2),COX-2可催化產(chǎn)生PGE2,PGE2可刺激MDSC細(xì)胞釋放NADPH氧化酶(NOX2)以及精氨酸酶,營造免疫耐受微環(huán)境,促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展;用COX-2抑制劑(非甾體抗炎藥物賽利西布)喂食腫瘤模型小鼠,可以減少小鼠腫瘤組織以及全身的MDSC,并且通過降低活性氧(ROS)以及NO的水平影響MDSC的功能,從而逆轉(zhuǎn)T細(xì)胞耐受;(3)MDSC與Treg細(xì)胞:MDSC細(xì)胞可以作為抗原提呈細(xì)胞,攝取、處理并向Treg細(xì)胞呈遞耐受原,進(jìn)而激活Treg細(xì)胞,與其聯(lián)合抑制機(jī)體的免疫反應(yīng)[16]。
總之,MDSC是一類不成熟的細(xì)胞,在一定條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)楣逃忻庖呒?xì)胞。目前,以MDSC為靶點(diǎn)的治療策略正在研究中。(1)靶向抑制MDSC生成:一種方法是通過阻滯酪氨酸激酶受體(如SCF/c-kit)抑制MDSC、Treg細(xì)胞增殖,并減少與MDSC相關(guān)的炎性介質(zhì)IL-10和TGF-β的生成,保護(hù)腫瘤特異性T細(xì)胞;或用酪氨酸激酶抑制劑舒尼替尼阻止荷瘤小鼠以及腎細(xì)胞癌患者體內(nèi)MDSC的累積[9];另一種方法是促使MDSC分化為成熟的表型。ATRA是維生素A的衍生物,可促使MDSC分化為成熟的DC細(xì)胞(呈遞抗原誘導(dǎo)效應(yīng)性T細(xì)胞的免疫應(yīng)答)和巨噬細(xì)胞;炎性反應(yīng)介質(zhì)如IL-6、IL-1也可以促進(jìn)MDSC細(xì)胞的成熟,抗感染治療則可以通過阻止MDSC生成。研究[17-18]發(fā)現(xiàn),IL-1受體阻滯劑或PGE2受體阻滯劑可以減少M(fèi)DSC的產(chǎn)生和積累。(2)靶向抑制MDSC的積累:MDSC的募集受兩種化學(xué)反應(yīng)軸的調(diào)節(jié),CXCL5/ENA-78-CXCR2和CXCL12/SDF-1-CXCR4(由M2型巨噬細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生)。負(fù)性調(diào)節(jié)這兩種反應(yīng)軸可以消弱MDSC對(duì)效應(yīng)性T細(xì)胞以及其它淋巴細(xì)胞的影響,還可以擴(kuò)增M1型巨噬細(xì)胞的數(shù)量。針對(duì)微環(huán)境分子的免疫療法為抑制MDSC積累的有效方法。有研究[19]報(bào)告,激活Fas通路可使MDSC和Treg細(xì)胞短暫損耗,但值得注意的是,抑制細(xì)胞上Fas通路的沉默是其本身的機(jī)制還是依賴于IL-2/anti-CD40的治療尚需澄清。此外,一些抗腫瘤藥物,如曲貝替丁能抑制促腫瘤因子、巨噬細(xì)胞募集和腫瘤血管生成;多西他賽優(yōu)先靶向M2型受體陽性的MDSC細(xì)胞,而對(duì)M1受體陽性的MDSC細(xì)胞無影響,抑制荷瘤小鼠中MDSC的積累;此外,多西他賽與其他免疫療法聯(lián)合治療也證實(shí)了此觀點(diǎn)。吉西他濱可以通過選擇性誘導(dǎo)凋亡清除MDSC細(xì)胞。(3)靶向抑制MDSC的功能:研究[20]報(bào)道,精氨酸、氮氧合酶2是誘導(dǎo)MDSC細(xì)胞產(chǎn)生免疫耐受的最主要物質(zhì),而硝基阿司匹林可以抑制精氨酸和氮氧合酶2的表達(dá),從而抑制蛋白硝基化作用、組織抗原與TCR結(jié)合,扭轉(zhuǎn)荷瘤小鼠的免疫狀態(tài),有望成為一種癌癥疫苗。COX-2或PGE2抑制劑、IL-1阻滯劑通過減少過氧硝酸鹽的活性氧產(chǎn)物,從而抑制MDSC的功能,逆轉(zhuǎn)免疫耐受微環(huán)境。西地那非為5型磷酸二酯酶抑制劑,其通過干擾精氨酸和一氧化氮合成酶2(nitric oxide synthase 2,NOS2),影響MDSC的免疫耐受和募集效應(yīng)性CD4和CD8陽性T細(xì)胞[9]。
2.1.2 TAMs HCC中存在各種各樣的免疫細(xì)胞,TAMs是腫瘤與腫瘤基質(zhì)的交互作用中起主導(dǎo)性作用的免疫細(xì)胞,是浸潤于腫瘤組織的炎性細(xì)胞的代表。TAMs起源于單核細(xì)胞前體,由腫瘤衍生分子CCL2和M-CSF募集并分化為成熟的巨噬細(xì)胞。在不同微環(huán)境信號(hào)的影響下,巨噬細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生抗腫瘤活性和促腫瘤活性,與其相對(duì)應(yīng)的分別為經(jīng)典活化的MI型巨噬細(xì)胞和替代活化的M2型巨噬細(xì)胞[21]。在微生物和干擾素的刺激下,巨噬細(xì)胞分化為M1表型,其具有較強(qiáng)的抗原呈遞能力,高表達(dá)1L-12和其他促炎介質(zhì),激活Th1免疫應(yīng)答,并通過產(chǎn)生有毒的中介物(如NO、ROS)來消滅微生物和癌細(xì)胞[22-23]。而在IL-4、IL-13、IL-10、糖皮質(zhì)激素、Toll樣受體(TLR)的配體作用下,巨噬細(xì)胞分化為M2型,其抗原呈遞能力低,能分泌不同的細(xì)胞因子和趨化因子,如IL-10、TGF-β、趨化因子(CCL17、CCL22、CCL24等),進(jìn)而激活Th2免疫應(yīng)答,促進(jìn)血管生成組織重塑和修復(fù);此外,M2可通過改變代謝途徑促進(jìn)腫瘤進(jìn)展,如M2高表達(dá)的精氨酸酶可通過作用于精氨酸,使其生成鳥氨酸和多胺[23],而鳥氨酸和多胺是腫瘤細(xì)胞生長、增殖不可缺少的原料[24],或通過抑制殺傷性T細(xì)胞受體表達(dá)而直接抑制T細(xì)胞的免疫功能[25]。
研究[26]表明,巨噬細(xì)胞通過改變細(xì)胞表型來適應(yīng)微環(huán)境,這與一些分子信號(hào)通路的改變相關(guān),M1和M2細(xì)胞表型的改變沒有明確的差異,但腫瘤微環(huán)境中,TAMs的分子表達(dá)與M2的表達(dá)一致,表現(xiàn)為IL-10和精氨酸-1的高表達(dá),促炎因子、NO和ROS的低表達(dá),且其抗原呈遞能力差,因此認(rèn)為,TAMs傾向于極化M2表型。研究[27-29]表明,TAMs細(xì)胞數(shù)量的增加與血管生成、腫瘤轉(zhuǎn)移以及不良預(yù)后相關(guān)。此外,嚙齒類動(dòng)物以及人類的不同腫瘤中TAMs存在復(fù)雜交叉性表型表達(dá),如在胃癌患者中存在IL-10和1L-12共同高表達(dá)[30],提示與TAM表型相關(guān)的生物標(biāo)志物在不同腫瘤和腫瘤不同區(qū)域存在表達(dá)差異。
2.1.3 DC DC是目前已知的功能最強(qiáng)的抗原遞呈細(xì)胞。位于腫瘤微環(huán)境中的DC,即腫瘤浸潤性樹突狀細(xì)胞(TIDC),可將腫瘤抗原提呈給初始T細(xì)胞并誘發(fā)特異性抗腫瘤免疫[27]。肝臟受損時(shí),DC可產(chǎn)生腫瘤壞死因子(TNF),促進(jìn)T細(xì)胞增殖、NK細(xì)胞活化,進(jìn)而使肝臟發(fā)生炎性反應(yīng)和纖維化改變[31];但當(dāng)肝組織接觸脂多糖(LPS)時(shí),TLR-4產(chǎn)生的多種細(xì)胞因子可加速肝炎纖維化過程,而DC細(xì)胞則可以減少TLR4的表達(dá)[32]。有研究[33]發(fā)現(xiàn),瘤內(nèi)注射的巨噬細(xì)胞炎性蛋白(MIP-3α)可在小鼠肝癌病灶內(nèi)趨化、募集外周的DC,使其攝取并提呈腫瘤抗原,有效誘導(dǎo)針對(duì)肝癌細(xì)胞的特異性免疫應(yīng)答;而且MIP-3α在小鼠皮下肝癌模型的局部微環(huán)境中可能具有促進(jìn)DC成熟的作用。
漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞(pDC)是數(shù)量極少的一類免疫細(xì)胞,在機(jī)體穩(wěn)態(tài)條件下,該細(xì)胞主要分布于外周血及次級(jí)淋巴器官,在皮膚、黏膜、肺等外周組織中較少發(fā)現(xiàn)。研究[34]表明,pDC大量分布于各種實(shí)體腫瘤中,如頭頸部腫瘤、乳腺癌、卵巢癌、肺癌及皮膚癌;在腫瘤微環(huán)境中,pDC不能有效地激活T細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞,反而誘導(dǎo)各類免疫調(diào)節(jié)性細(xì)胞產(chǎn)生,促使腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫逃逸。
pDC雖然可以生成I型干擾素(IFN)誘導(dǎo)抗腫瘤免疫,但其更重要的作用是促進(jìn)免疫耐受。pDC通過多種機(jī)制參與腫瘤的免疫逃逸。IL-10作用于pDC產(chǎn)生non-Th1 T極化環(huán)境以及Tregs細(xì)胞增殖均可導(dǎo)致T細(xì)胞低反應(yīng);而給予外源性IL-12或抗IL-10的抗體可以提高pDC刺激T細(xì)胞增殖的能力[35]。未成熟的pDC可以抑制CD4+T細(xì)胞的活化;而成熟的pDC在腫瘤微環(huán)境中可以誘導(dǎo)CD8+Treg的產(chǎn)生和聚集,分泌細(xì)胞因子IL-10,是腫瘤免疫逃逸的重要機(jī)制之一。COX-2和TGF-β可以阻礙pDC的成熟,因此,應(yīng)用環(huán)氧合酶抑制劑和TGF-β拮抗劑能夠逆轉(zhuǎn)pDC功能,產(chǎn)生抗腫瘤免疫反應(yīng)。此外,pDC也可以誘導(dǎo)CD4+CD25+Treg細(xì)胞產(chǎn)生,導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸[9]。
2.1.4 其他免疫細(xì)胞 NK是一種非特異性免疫細(xì)胞,是抗腫瘤免疫系統(tǒng)的重要組成部分。NK細(xì)胞表達(dá)多種受體,如活化性受體(NKG2D、NKp44、NKp30、NKp46等)及抑制性受體(KIR2DL3 /CD158b、NKG2A/CD159a等);NK細(xì)胞的殺傷作用是其表面活化性受體與抑制性受體的綜合作用來實(shí)現(xiàn)的。但是,腫瘤微環(huán)境中,NK細(xì)胞在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)也和腫瘤細(xì)胞發(fā)生了相互免疫編輯,導(dǎo)致NK表面活化性受體表達(dá)下降,抑制性受體表達(dá)增強(qiáng),致使NK細(xì)胞的抗腫瘤效應(yīng)減弱[36]。因此,阻斷或抑制NK細(xì)胞的抑制性信號(hào)通路及增強(qiáng)活化性信號(hào)通路是提高NK細(xì)胞抗腫瘤效應(yīng)的主要手段。研究[37]發(fā)現(xiàn),將IL-12直接注射于肝癌模型小鼠瘤內(nèi),使得腫瘤微環(huán)境NK細(xì)胞活化性受體上調(diào),同時(shí)使抑制性受體下調(diào),而IL-12及IFN-γ的合成和分泌明顯增加,抑制腫瘤生長。
枯否細(xì)胞(kupffer cell,KC)是存在于HCC腫瘤微環(huán)境中的另一種比較重要的免疫細(xì)胞,又稱為清道夫細(xì)胞,屬于TAMs。KC表達(dá)CD68,屬CD11b+/F4/80+細(xì)胞亞系存在于肝臟,吞噬門靜脈循環(huán)中的塵細(xì)胞、凋亡細(xì)胞以及微生物,與抗原結(jié)合可釋放活性氧及促炎因子如TNF-α、IL-1和IL-6等。在同種異體移植中,KC通過調(diào)控免疫調(diào)節(jié)因子,如IL-10、TGF-β、吲哚胺雙氧酶(IDO)、NO和Fas,誘導(dǎo)受體對(duì)可溶性抗原的免疫耐受[38]。研究[39]表明,KC通過調(diào)節(jié)共刺激分子B7-H1(PD-L1)的表達(dá)減輕缺血再灌注肝臟模型的炎性反應(yīng);但在肝癌中,PD-L1/PD-1軸的激活是有害的 。
Th17屬CD4+T淋巴細(xì)胞,因其能產(chǎn)生IL-17而得名。Th17在某些特定腫瘤中含量增加[40]。Th17與腫瘤免疫機(jī)制的關(guān)系仍有爭議。HCC中Th17細(xì)胞數(shù)量增加被證實(shí)與腫瘤患者的不良預(yù)后以及術(shù)后復(fù)發(fā)相關(guān),因此推斷,Th17和IL-17會(huì)促進(jìn)腫瘤的進(jìn)程[41]。
Treg是誘導(dǎo)免疫逃逸的重要細(xì)胞;CTL是抗腫瘤的免疫細(xì)胞。研究[42]發(fā)現(xiàn),HCC組織中Treg細(xì)胞大量增加,且與患者的不良預(yù)后相關(guān);Treg/CTL比例可代表局部免疫平衡狀態(tài),Treg多且CTL少者預(yù)后較差,而Treg少且CTL多者則預(yù)后較佳。
2.2 非免疫細(xì)胞 CAFs是一些腫瘤間質(zhì)中最主要的細(xì)胞,參與腫瘤細(xì)胞和間質(zhì)的相互作用。研究[43]發(fā)現(xiàn),HCC細(xì)胞的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移是依賴CAF的,而HCC細(xì)胞也會(huì)反戈CAF的活化。CAF可以表達(dá)多種生長因子,如肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor,HGF )、內(nèi)皮生長因子( endotelial growth factor,EGF)、纖維化生長因子( fibroblast growth factor,FGF)、基質(zhì)細(xì)胞衍生生長因子(stromal cell-derived growth factor-1α,SDF-1α)、IL-6等[44]。
HSCs會(huì)活化核因子-kB(NF-kB)以及細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號(hào)通路,促進(jìn)癌細(xì)胞增殖、減少中心壞死。Amann等[45]已經(jīng)證實(shí)了HCC細(xì)胞促進(jìn)HSC活化的機(jī)制。此外,HSC和HCC的共刺激分子,如VEGF-A、MMP-2,可以刺激HSC的增殖、遷移及促血管生成因子的表達(dá)。HBV-X蛋白、HCV非結(jié)構(gòu)蛋白、MMP-9、PDGF、TGF-β1、JNK、胰島素樣生長因子蛋白5、組織蛋白酶B和組織蛋白酶D都是HSCs活化的潛在誘導(dǎo)物質(zhì)[46]。癌旁HSCs活化是肝癌不良預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測因素[47]。
肝竇內(nèi)皮細(xì)胞是一種特殊的上皮細(xì)胞,是肝臟中除KCs及DCs以外的第三種抗原遞呈細(xì)胞。在HCC組織和正常肝組織中,內(nèi)皮細(xì)胞存在分子表型和功能上的差異;腫瘤相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞活力增強(qiáng)能夠進(jìn)入快速地循環(huán)、遷移;參與肝癌中竇壁毛細(xì)血管化的形成,并且高表達(dá)CD105和TGF-β1,促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[48]。HCC組織中的內(nèi)皮細(xì)胞與正常肝組織中內(nèi)皮細(xì)胞的不同之處還在于:前者高表達(dá)多種血管受體,如VEGFR、Tie-2、EGFR、PDGFR、CXCRs等。此外,HCC內(nèi)皮皮細(xì)胞還高表達(dá)TGF-β1和CD105,其與化療藥物耐受相關(guān)[49]。
HCC是典型的炎性相關(guān)性惡性腫瘤,肝炎病毒是HCC形成的主要危險(xiǎn)因素。肝炎病毒所致肝臟慢性炎性環(huán)境以持續(xù)性表達(dá)細(xì)胞因子和募集免疫細(xì)胞為特點(diǎn),而肝細(xì)胞表面存在多種細(xì)胞因子受體,易受細(xì)胞因子的調(diào)控;其次,肝臟非實(shí)質(zhì)細(xì)胞也可以合成多種細(xì)胞因子,由這些細(xì)胞因子形成的微環(huán)境會(huì)影響免疫細(xì)胞的活性;此外,肝竇內(nèi)皮細(xì)胞也可以產(chǎn)生細(xì)胞因子并受其調(diào)控。因此,肝癌微環(huán)境中各種細(xì)胞分泌的炎性因子、趨化因子以及ECM非細(xì)胞成分可能都參與致癌過程[49]。
3.1 炎性因子
3.1.1 IL-6 IL-6是一種多效細(xì)胞因子,參與免疫調(diào)節(jié)、炎性反應(yīng)、腫瘤形成等多個(gè)生物過程。研究[50]發(fā)現(xiàn),用二乙基亞硝胺(diethylnitrosamine,DEN)處理小鼠,受損肝細(xì)胞釋放IL-1α,促使KC釋放IL-6,使存活的肝細(xì)胞非正常增生,促進(jìn)HCC的發(fā)生和發(fā)展。IL-6可以激活下游STAT-3和ERK通路產(chǎn)生致癌作用[51]。此外,慢性乙型肝炎患者血清中,高水平IL-6者患HCC的風(fēng)險(xiǎn)較高;HCC患者血清中高水平IL-6與其不良預(yù)后相關(guān)[51]。雌激素能抑制IL-6的釋放,這一現(xiàn)象可以解釋為何肝癌發(fā)病率存在性別差異[52]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[53]中,肥胖癥小鼠的IL-6高表達(dá),從而使其信號(hào)通路活化,這或許可以解釋為何肥胖癥患者HCC的發(fā)病率高。IL-6還具有促轉(zhuǎn)移的作用,有利于EMT進(jìn)程,血清中高水平IL-6可以用于區(qū)分初發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移癌。IL-6還具有免疫抑制作用,同其他細(xì)胞因子影響T細(xì)胞亞型的分化[23]。研究[54]表明,TAMs釋放的IL-6和IL-1β可以促進(jìn)Th17細(xì)胞增殖;高水平的Th17與HCC患者的腫瘤微血管密度和不良預(yù)后相關(guān)。
3.1.2 TNF-α 肝受損與肝切除后,巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α不僅是肝細(xì)胞再生的基礎(chǔ),而且參與HCC的發(fā)病、侵襲、轉(zhuǎn)移。已證實(shí),在炎性反應(yīng)誘導(dǎo)的小鼠模型中,TNF-α可以促進(jìn)HCC發(fā)展;在小鼠體內(nèi)輸入TNF-α抗體后則可以抑制其發(fā)展。在DEN誘導(dǎo)的HCC模型中,TNF-α同IL-6對(duì)肝脂肪變性和脂肪性肝炎所導(dǎo)致的肥胖相關(guān)性HCC有促進(jìn)作用;而阻斷TNF-α信號(hào)通路后則可以減緩HCC進(jìn)程[55]。此外,TNF-α還可以誘導(dǎo)P38(MAPK)、ERK、Akt的磷酸化以及IL-8的合成,刺激腫瘤炎性微環(huán)境關(guān)鍵成分的CAF的活化和Th17的增殖[56]。
另外,TNF-α和IL-1β通過誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞表面TNF相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(TNF-related Apoptosis-inducing Ligand,TRAIL),導(dǎo)致活化T細(xì)胞凋亡;TNF-α也刺激負(fù)性共刺激分子B7-H1或程序性死亡配體PD-L1的表達(dá),抑制CD8+T的免疫應(yīng)答[39]。TNF-α的這些作用促使腫瘤細(xì)胞發(fā)生免疫逃逸。此外,NF-κB信號(hào)通路可調(diào)控下游TNF-α的表達(dá),同時(shí)TNF-α參與誘導(dǎo)NF-κB的表達(dá),形成正反饋[57];而TNF-α單核苷酸多態(tài)性與癌癥易感性相關(guān)[58]。
3.1.3 IL-10 IL-10是重要的免疫抑制因子,在HCC患者中高水平表達(dá)。IL-10和TNF-α共同刺激B7-H1的表達(dá)導(dǎo)致腫瘤發(fā)生免疫逃逸。此外,癌細(xì)胞表達(dá)B7-H1與HCC組織中的TAM相關(guān),依賴于IL-10誘導(dǎo)的NF-κB和STAT-3信號(hào)通路。IL-10誘導(dǎo)FOXP3+Treg的分化,其與腫瘤的高侵襲性和患者的不良預(yù)后相關(guān);在HCC患者中可觀察到高水平的IL-10和Terg細(xì)胞;在小鼠模型中,IL-10不僅與免疫抑制相關(guān),也與高血管活性相關(guān)[23]。
3.1.4 IL-17 IL-17通過刺激巨噬細(xì)胞表達(dá)炎性因子(如IL-10、1L-1b、TNF-α等),進(jìn)而上調(diào)B7-H1的表達(dá)而導(dǎo)致HCC免疫逃逸的發(fā)生。相關(guān)報(bào)道[59]表明,HCC的癌前病變組織IL-17高表達(dá)與HCC的病情發(fā)展相關(guān),提示IL-17作為介導(dǎo)免疫抑制機(jī)制中的重要環(huán)節(jié),可以成為有利的分子靶向治療位點(diǎn)。
3.2 趨化因子 趨化因子和其受體調(diào)控HCC進(jìn)程的機(jī)制較為復(fù)雜。常見報(bào)道的趨化因子有,CCL22、CCL20、CCL17、CCL22、CCL24、CXCL12等。
HCC患者腫瘤組織中的CCL20高于非腫瘤組織[60]。此外,腫瘤組織局部CCL22和CCL20的高表達(dá)導(dǎo)致Th17細(xì)胞增加,提示趨化因子可以影響免疫抑制細(xì)胞Th17的募集[61]。而HCC肝內(nèi)轉(zhuǎn)移率高的患者,其CCL20的受體CCR6的表達(dá)水平也高,提示CCR6與肝內(nèi)轉(zhuǎn)移相關(guān),可作為肝癌切除術(shù)后復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的診斷因素[62]。另有研究[63]報(bào)道,CXCL12-CXCR4系統(tǒng)參與MMP-2、MMP-9的分泌,促進(jìn)HCC的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移。此外,CXCL12通過活化CXCL12/CXCR4信號(hào)軸將Treg細(xì)胞募集到腫瘤組織[64]。CXCR4高表達(dá)與遠(yuǎn)端淋巴轉(zhuǎn)移及3年生存率降低相關(guān)[65]。
3.3 HCC相關(guān)的生長因子 生長因子高表達(dá)及與這些因子相關(guān)信號(hào)通路的活化是炎性肝病和HCC的共同特征。生長因子表達(dá)異常會(huì)導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移,且有利于維持細(xì)胞腫瘤表型。腫瘤微環(huán)境中存在多種生長因子,它們與HCC的生成、轉(zhuǎn)移、侵襲以及復(fù)發(fā)相關(guān)。常見的生長因子有:TGF-β、PDGF-β、EGFR/EGFRL、VEGF。
3.3.1 TGF-β 在HCC中,根據(jù)腫瘤分期的不同,TGF-β表現(xiàn)出抗腫瘤或促腫瘤的雙重活性。在癌前階段,TGF-β是腫瘤抑制物,調(diào)控抗增殖和促凋亡信號(hào)通路;而在HCC中通過不同的機(jī)制發(fā)揮促腫瘤作用。TGF-β的促腫瘤機(jī)制包括幾下幾種,(1)TGF-β的作用類似于IL-10,是免疫抑制分子,它可以抑制CD8+T細(xì)胞的產(chǎn)物INF-γ,同時(shí)與IL-6、IL-10、IL-1β協(xié)同誘導(dǎo)Treg生成和Th17分化,促進(jìn)腫瘤生長和進(jìn)展[23];(2)TGF-β1可以活化微環(huán)境中的重要成分HSC,誘導(dǎo)侵襲性標(biāo)志物α3β1整合素的表達(dá)。 最近研究[66-67]發(fā)現(xiàn),TGF-β1可以激活局部黏著斑激酶(focal adhesion kinase,F(xiàn)AK)等,與HCC轉(zhuǎn)移相關(guān)激酶的活性,促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移,而阻斷TGF-β1則可以抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。TGF-β1促進(jìn)EMT的機(jī)制包括:TGF-β1通過下調(diào)E-鈣粘蛋白、上調(diào)E-鈣粘蛋白抑制物以及PDGF細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路導(dǎo)致EMT發(fā)生;通過誘導(dǎo)N-鈣粘素、波形蛋白以及HCC相關(guān)抗原CD147的表達(dá),促進(jìn)EMT的發(fā)生[66];(3)TGF-β1通過調(diào)節(jié)microRNAs(如miR-23a、miR-27a、miR-24及miR-181b)參與了HCC的發(fā)病,通過上調(diào)MMP-2和MMP-9的表達(dá)參與HCC的侵襲和轉(zhuǎn)移[68]。早期的研究已證實(shí),HCC患者血漿和組織中有高水平的TGF-β,且與患者生存期短相關(guān);然而,Mamiya等[69]的研究發(fā)現(xiàn),在已發(fā)生肝內(nèi)轉(zhuǎn)移的HCC患者中,TGF-β2為低表達(dá)。因此,TGF-β與HCC的關(guān)系仍待進(jìn)一步研究。
3.3.2 PDGF-β 如前所述,PDGF信號(hào)通路活化可以促進(jìn)HCC中的EMT進(jìn)程;PDGF-β屬血管生成因子,可以促進(jìn)血管生成;活化CAF和HSC,誘導(dǎo)HSC分化為增殖的肌成纖維細(xì)胞,導(dǎo)致肝纖維化繼而發(fā)生HCC;此外,PDGF還可以上調(diào)雙調(diào)蛋白,參與EGFR信號(hào)通路[23]。
3.3.3 EGFR 早期研究[23]表明,HCC患者中,EGFR/EGFRL高表達(dá)且與其生存率低相關(guān)。在基因修飾小鼠模型的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí),EGFR通路參與HCC的發(fā)病過程;EGFR抑制劑則可以逆轉(zhuǎn)這一過程。此外,EGFR信號(hào)通路的活化誘導(dǎo)VEGF的生成,參與腫瘤中血管的生成[70]。
3.3.4 VEGF VEGF參與肝癌的血管生成,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞及表達(dá)VEGF-A受體的癌細(xì)胞的增殖[71]。Zhu等[72]所述,在HCC患者的癌細(xì)胞膜、癌組織中以及血液中都存在高水平的VEGR及其受體VEGFR1、VEGFR2、VEGFR3;HCC中VEGF相關(guān)信號(hào)通路的活化與HCC血管侵襲、分期、不良預(yù)后和患者生存率有關(guān)。
3.4 其他基質(zhì)成分 其他基質(zhì)成分主要包括:骨橋蛋白(osteopontin,OPN)、COX-2、MMPs及MMP組織抑制因子(tissue inhibitor infector of MMP,TIMP)。
OPN是一種磷酸化的酸性糖蛋白,當(dāng)肝臟受損后,表達(dá)于巨噬細(xì)胞參與宿主的免疫應(yīng)答;此外,OPN與整合素相互作用,調(diào)控肝臟炎性反應(yīng)、腫瘤發(fā)展以及HCC的侵襲和轉(zhuǎn)移。研究[73]發(fā)現(xiàn),HCC患者血清中含高水平的OPN,且與肝功能減退、不良預(yù)后相關(guān);在體內(nèi)或體外應(yīng)用抗OPN抗體,可以抑制HCC細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移。
COX-2涉及脂質(zhì)炎性介質(zhì)的合成,在HCC患者中高表達(dá)。研究[74]表明,初發(fā)HCC患者體內(nèi)COX-2的表達(dá)與炎性細(xì)胞的存在相關(guān),且炎性細(xì)胞表達(dá)COX-2參與癌癥的早期階段。
MMP-7裂解Fas配體,使其喪失誘導(dǎo)調(diào)亡的作用,推測MMP參與凋亡信號(hào)通路的調(diào)節(jié)[75]。此外,MMP還可以通過調(diào)控趨化因子參與炎性反應(yīng),促進(jìn)腫瘤進(jìn)程[46]。研究[76]表明,載脂蛋白和中性粒細(xì)胞相關(guān)載脂蛋白共同作用可以增強(qiáng)MMP-9的促腫瘤活性。
TIMP是MMP的抑制劑,可防止ECM過度溶解,調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡、血管生成以及MMP的過度活化。正常情況下,MMP和TIMP的活性處于動(dòng)態(tài)平衡。研究[23, 46]表明,TIMP-1高表達(dá)可以抑制HCC細(xì)胞的增殖和侵襲;TIMP-3亦能夠抑制HCC的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。
腫瘤的發(fā)生和發(fā)展與某些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活或抑制有著緊密的聯(lián)系,這些信號(hào)通路的激活可促成免疫耐受微環(huán)境,從而促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展。其中肝癌信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路成為研究的熱點(diǎn),肝癌的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移是長期的、多因素共同作用的連續(xù)過程,該通路涉及多種調(diào)節(jié)因子,也不是一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系,而是各通路間相互交叉的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。
HCC中涉及的主要信號(hào)通路有:Hedgehog信號(hào)通路[77]、EGF/EGFR信號(hào)通路[78]、RAS/RAF/MEK/ERK信號(hào)通路[78-79]、PI3K/PTEN/AKT/mTOR信號(hào)通路[78, 80]、生長因子相關(guān)信號(hào)通路[78, 81]、IGF信號(hào)通路[78]、Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)傳導(dǎo)通路[78, 82]、IL-6/STAT3炎性相關(guān)信號(hào)通路[78]等。此外,在部分HCC患者中存在NTS/IL-8炎性通路的異常活化,神經(jīng)降壓素(neurotensin,NTS)的高表達(dá)與炎性微環(huán)境形成、腫瘤EMT以及與HCC患者預(yù)后較差密切相關(guān)[83]。實(shí)驗(yàn)[84]表明,NF-κB、缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor-α,HIF-α)以及STAT3是聯(lián)系微環(huán)境與腫瘤的關(guān)鍵分子。
NF-κB在炎性反應(yīng)和癌癥之間起橋梁作用。NF-κB家族有5個(gè)成員:NF-B1(p105/p50)、NF-B2(p100/p52)、RelA(p65)、RelB和c-Rel,它們可以組成同源二聚體或異源二聚體,與抑制性IkB蛋白(IkB)結(jié)合存在于細(xì)胞質(zhì)中,可因IkB的磷酸化而快速被活化。IkB蛋白的磷酸化受其激酶IκK復(fù)合物的調(diào)控,IκK由兩種活化亞型(IκKa和IκKβ)和調(diào)節(jié)性亞型(IκKr和NEMO)構(gòu)成。NF-κB可通過經(jīng)典途徑和旁路途徑被活化。LPS、TNF-a和IL-1β被IIK-β依賴的IKK激酶磷酸化,進(jìn)而導(dǎo)致NF-κB的活化屬經(jīng)典途徑;而LT-B、CD40L、BAFF和RANKL,通過IIK-A依賴的磷酸化導(dǎo)致NF-κB的活化屬于旁路途徑。肝細(xì)胞中IKK-B/NEMO基因敲除以及IKBa過度表達(dá)的小鼠模型中,細(xì)胞死亡加速、再生細(xì)胞的增生加強(qiáng),傾向于惡性化進(jìn)展,增加了腫瘤的易感性,提示肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞中的NF-κB有抑制腫瘤的作用,而巨噬細(xì)胞中NF-κB的活化是一種促腫瘤因子[85-87]。
STAT3是STAT家族的重要成員,是重要的核轉(zhuǎn)錄因子。STAT3可被JAK激酶、IL-6、EGFR、癌蛋白等激活,參與細(xì)胞的增殖、存活、凋亡、轉(zhuǎn)化、免疫等生理病理過程。STAT3處于多條致癌信號(hào)通路的交匯點(diǎn)。JAK-STAT、PI3K-mTOR、Ras-Raf-MAPK等多條信號(hào)通路均涉及STAT3的信號(hào)傳導(dǎo)[88]。研究[89]顯示,IL-6基因敲除小鼠能減少STAT3的活化,不易經(jīng)DEN誘導(dǎo)生成HCC。He等發(fā)現(xiàn)[90],STAT3缺乏小鼠DEN誘導(dǎo)HCC的誘發(fā)率降低了6倍,且其生成的腫瘤體積相對(duì)較小,表明STAT3對(duì)腫瘤細(xì)胞的存活和增殖起重要作用;而STAT3和NF-κB信號(hào)通路抑制劑可以阻斷肝癌細(xì)胞內(nèi)TAM誘導(dǎo)的B7-H1的上調(diào)。
HIF-1是一種轉(zhuǎn)錄活化復(fù)合物,分為誘導(dǎo)型亞型(HIF-1α、HIF-2α、HIF-3α)與組成型亞型(HIF-1β)。缺氧狀態(tài)下,HIF-1α結(jié)合緊密,阻斷了其翻譯后的羥基化,引起蛋白酶復(fù)合體介導(dǎo)的凋亡;此外,缺氧還可以募集HIF-1α、HIF-1β以及共刺激因子。缺氧時(shí),髓系巨噬細(xì)胞上調(diào)NF-κB,進(jìn)而刺激HIF-1基因的轉(zhuǎn)錄[91];而敲除IKKβ基因的小鼠,其肝細(xì)胞和KC中HIF-1的表達(dá)下調(diào)[86]。HIF-1信號(hào)通路對(duì)TAM的募集和活化起關(guān)鍵作用,并通過上調(diào)CXCR4/CXCR4L、CXCL12影響腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)的定位[92]。在低氧狀態(tài)下,HIF-1還參與調(diào)控腫瘤的促血管生成機(jī)制[23]。
近年來,腫瘤微環(huán)境在HCC發(fā)病、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移中的作用被廣泛接受,分子靶向治療理論的提出和臨床應(yīng)用為腫瘤內(nèi)科治療帶來了革命性的變化。隨著腫瘤基礎(chǔ)研究的不斷進(jìn)展,越來越多的新型腫瘤靶向藥物應(yīng)用于臨床,有效地提高了腫瘤患者的生存時(shí)間。
索拉非尼是晚期原發(fā)性肝癌的分子靶向藥物。主要是通過阻斷Raf/MEK/ERK通路介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),同時(shí)抑制多種酪氨酸激酶,如VEGF-2、VEGF-3與PDGFR-β及與腫瘤生長相關(guān)的c-Kit等來達(dá)到抗腫瘤作用[93- 94]。但Rimassa等[95]的Ⅱ期臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在放射治療失敗的進(jìn)展性肝癌患者中,當(dāng)索拉非尼劑量由400 mg/次、2次/d增加到600 mg/次、2次/d,患者的生存時(shí)間、生存質(zhì)量都沒有提高,說明增加索拉非尼劑量不能讓進(jìn)展期肝癌患者獲益。
布立尼布是另一種有希望應(yīng)用于肝癌治療的靶向藥物,它是小分子酪氨酸激酶抑制劑,主要通過抑制VEGF及FGF來治療腫瘤[96-97]。2011年布立尼布作為一線治療方案應(yīng)用于晚期肝癌的Ⅱ期臨床試驗(yàn),初步結(jié)果證明該藥安全能耐受,可用于晚期肝癌患者[98-99]。
除以上兩種治療HCC的靶向藥物外,其他分子靶向藥物也處于不同的臨床研究階段。TGF受體1激酶抑制劑LY2109761已被證實(shí),在體外可以抑制HCC的遷移能力,在體內(nèi)可以抑制腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移和侵襲[67]。其他激酶抑制劑的療效與安全性測試尚處于Ⅲ期臨床試驗(yàn)階段,如brivanib(靶向VEGFR2和FGFR1)、linifanib(靶向PDGFR和VEGFR)、sunitinib(靶向PDGFR、VEGFR、c-Kit和Flt-3)、erlotinib(靶向EGFR)、PI-88(靶向乙酰肝素酶和硫酸酯酶)。此外,重組單克隆抗體VEGF(bevacizumab)、VEGFR2 (ramucirumab)和EGFR(cetuximab)的評(píng)估處于Ⅱ~Ⅲ期臨床試驗(yàn)階段。
HCC發(fā)生的細(xì)胞與分子機(jī)制還沒有被了解,目前尚缺乏用于HCC早期診斷的分子標(biāo)志物,其靶向治療也仍面臨諸多挑戰(zhàn)。HCC微環(huán)境中,涉及細(xì)胞增殖、分化以及信號(hào)通路的分子都發(fā)生了改變。因此,新的抗HCC的療法應(yīng)該是靶向多種分子和通路的結(jié)合治療,而不是單一的物質(zhì)與單一通路。
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