腫瘤細(xì)胞休眠的新機(jī)制研究進(jìn)展

李 明 綜述,劉躍亮 審校(.重慶市巫溪縣人民醫(yī)院檢驗(yàn)科 405800；2.重慶市中醫(yī)院檢驗(yàn)科 400000)

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·綜 述·

腫瘤細(xì)胞休眠的新機(jī)制研究進(jìn)展

李 明1綜述,劉躍亮2△審校
(1.重慶市巫溪縣人民醫(yī)院檢驗(yàn)科 405800；2.重慶市中醫(yī)院檢驗(yàn)科 400000)

腫瘤轉(zhuǎn)移； 腫瘤復(fù)發(fā)； 腫瘤細(xì)胞休眠

生物細(xì)胞休眠是普遍存在于生物界的一種自然現(xiàn)象。近年來眾多研究表明，腫瘤細(xì)胞休眠是腫瘤復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的主要原因。對(duì)腫瘤細(xì)胞休眠機(jī)制研究，目前較明確的機(jī)制，如各種因素激活休眠相關(guān)基因、暫時(shí)性抑制腫瘤血管生成、腫瘤細(xì)胞自身的免疫逃逸、生物體癌基因與抑癌基因之間的相互作用、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)制等因素。然而，研究的主要目的是發(fā)掘更有效的腫瘤治療方法與手段，如通過有意地促進(jìn)腫瘤細(xì)胞休眠，延緩腫瘤轉(zhuǎn)移與復(fù)發(fā)，抑制惡性腫瘤的快速進(jìn)展，在早期即抑制腫瘤的發(fā)展等。本方通過閱讀大量文獻(xiàn)，收集并整理針對(duì)腫瘤細(xì)胞休眠的新思路、新方法及通過建立各種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型并進(jìn)行科學(xué)觀察得出的最新進(jìn)展，為腫瘤治療新方法、新思路提供有力的科學(xué)依據(jù)和理論支持，現(xiàn)綜述如下。

1 腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)

腫瘤患者死亡的主要原因就是腫瘤轉(zhuǎn)移和(或)抗腫瘤治療后復(fù)發(fā)，而且在早期并沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)的任何跡象。這種令人費(fèi)解的臨床現(xiàn)象，成為現(xiàn)代腫瘤學(xué)理論研究人員的研究熱點(diǎn)與重點(diǎn)。腫瘤細(xì)胞分散地存在并且播散到機(jī)體的其他部位或組織，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為這可能在腫瘤診斷的早期就已經(jīng)發(fā)生。對(duì)腫瘤患者實(shí)施輔助治療，通常被認(rèn)為可以有效預(yù)防局部腫瘤復(fù)發(fā)或可以靶向抑制殘留病灶內(nèi)的腫瘤細(xì)胞。臨床數(shù)據(jù)表明部分患者通過輔助治療得到一定的治療效果，但是，不是所有患者都能獲得同樣的效果。有研究數(shù)據(jù)證實(shí)，殘留病灶內(nèi)散在的腫瘤細(xì)胞，其生物學(xué)特性與原發(fā)腫瘤或已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)特性有很大差異，造成這種差異的主要原因是分散于病灶內(nèi)的腫瘤細(xì)胞可以使患者無(wú)任何臨床癥狀和不表達(dá)可檢測(cè)到的腫瘤分子標(biāo)記，而且可以進(jìn)入休眠狀態(tài)，對(duì)靶向治療藥物或常規(guī)抗腫瘤藥物不敏感或逃避。如乳腺癌患者中，大約有62%的患者在5年內(nèi)再次產(chǎn)生可檢測(cè)到的腫瘤標(biāo)記物[1]，這些結(jié)果或許在暗示分散的腫瘤細(xì)胞可以引起復(fù)發(fā)。因此，通過靶向抑制分散的休眠中的腫瘤細(xì)胞，或許可以延長(zhǎng)更多腫瘤患者的生存期。

2 腫瘤細(xì)胞休眠的新機(jī)制

2.1 腫瘤細(xì)胞早期分散并進(jìn)入休眠狀態(tài) 腫瘤細(xì)胞早期就出現(xiàn)分散現(xiàn)象，而且具有異質(zhì)性[2]，這群細(xì)胞被從休眠中喚醒后，在周圍微環(huán)境適宜的條件下，可能再次誘發(fā)腫瘤復(fù)發(fā)。腫瘤細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)，有其獨(dú)特的機(jī)制，與發(fā)生轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞不同。轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞，先在經(jīng)過上皮細(xì)胞與間葉細(xì)胞之間的過渡轉(zhuǎn)換[1]，這種過渡細(xì)胞可能會(huì)稍晚于腫瘤細(xì)胞發(fā)生分散。早期發(fā)生分散的腫瘤細(xì)胞，先經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的休眠，再過渡為可轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞[3]。關(guān)于腫瘤細(xì)胞團(tuán)早期發(fā)生分散，目前可獲得的研究數(shù)據(jù)表明，首先，早期分散的腫瘤細(xì)胞經(jīng)過獨(dú)自的分化并最終發(fā)展為與原發(fā)腫瘤細(xì)胞不同的生物學(xué)特性[1]，這解釋了為什么常規(guī)抗腫瘤治療沒有明顯的效果；其次，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型研究表明，發(fā)生分散的腫瘤細(xì)胞處于休眠狀態(tài)，這得到了臨床證據(jù)支持[4]，長(zhǎng)時(shí)間的休眠和分散，使得這部分腫瘤細(xì)胞對(duì)常規(guī)抗腫瘤治療不敏感，成為后期復(fù)發(fā)的源頭。此外，轉(zhuǎn)移生態(tài)位學(xué)說認(rèn)為，早期發(fā)生分散的腫瘤細(xì)胞在機(jī)體內(nèi)其他部位獲得了一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)支持[5]。早期分散的腫瘤細(xì)胞會(huì)主動(dòng)發(fā)展為腫瘤轉(zhuǎn)移，即使這部分細(xì)胞一直處于休眠狀態(tài)，這表現(xiàn)為早期分散的腫瘤細(xì)胞和發(fā)生轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞有著密切的關(guān)系，早期分散的腫瘤細(xì)胞群可以逃避抗腫瘤藥物而生存下來[6]，成為晚期腫瘤轉(zhuǎn)移的源頭。原發(fā)腫瘤與復(fù)發(fā)腫瘤細(xì)胞之間，其生物特性是有差異的，這種差異體現(xiàn)在殘留于患者體內(nèi)休眠的腫瘤細(xì)胞所表現(xiàn)出來的獨(dú)特的生物學(xué)特征。

2.2 休眠中的腫瘤細(xì)胞 有關(guān)腫瘤休眠，最早期是20世紀(jì)40年代由Wilis等人研究發(fā)現(xiàn)并命名；后來，被Hadfield等人再次進(jìn)行了較詳細(xì)的描述。這兩篇文獻(xiàn)都源于在研究中觀察到腫瘤細(xì)胞有絲分裂周期停滯和細(xì)胞增殖抑制。休眠，被形容為三種形式：細(xì)胞休眠，通過內(nèi)在的或外在的機(jī)制使實(shí)體腫瘤細(xì)胞或分散的腫瘤細(xì)胞處于沉默狀態(tài)[7]；血管生成休眠，即腫瘤細(xì)胞團(tuán)塊內(nèi)部，存活的分散的腫瘤細(xì)胞與因血管生成不良而死亡的腫瘤細(xì)胞之間的平衡；免疫介導(dǎo)的休眠，即腫瘤細(xì)胞團(tuán)塊內(nèi)細(xì)胞本身分泌的毒素物質(zhì)的作用[8]使該團(tuán)塊細(xì)胞數(shù)量保持相對(duì)平衡。臨床研究表明，散在的單個(gè)腫瘤細(xì)胞是不具有增殖能力的，因?yàn)椴荒軝z測(cè)到任何細(xì)胞增殖相關(guān)標(biāo)記物信息，這可能是細(xì)胞休眠的真實(shí)表現(xiàn)方式。另有學(xué)者將這一現(xiàn)象描述為細(xì)胞沉默。沉默是一種穩(wěn)定狀態(tài)，即非增殖狀態(tài)，與細(xì)胞衰老相比，這種狀態(tài)是可逆的。

2.3 腫瘤細(xì)胞休眠是可逆的細(xì)胞周期抑制 細(xì)胞衰老，即生長(zhǎng)抑制，發(fā)生衰老的細(xì)胞不會(huì)再活化為休眠狀態(tài)的細(xì)胞，是不可逆的，而實(shí)驗(yàn)研究所觀察到的細(xì)胞復(fù)制、增殖抑制，是通過癌基因誘導(dǎo)的應(yīng)激狀態(tài)[9]。分散的腫瘤細(xì)胞處于一種非增殖狀態(tài)或低度活躍的細(xì)胞周期狀態(tài)，可能是G0/G1期抑制[10]。然而，休眠信號(hào)暗示晚期復(fù)發(fā)的可能性[11]，表明這可能不是簡(jiǎn)單的不同信號(hào)通路上的細(xì)胞生長(zhǎng)因子的調(diào)節(jié)，而是部分基因參與的調(diào)節(jié)機(jī)制，如參與調(diào)節(jié)正常干細(xì)胞沉默的基因，如趨化因子CXCL12 (又稱基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1，SDF-1)[12]，這些基因可誘導(dǎo)處于靜止?fàn)顟B(tài)的正常肌細(xì)胞、毛囊細(xì)胞和造血干細(xì)胞等，這些細(xì)胞內(nèi)大約62%的基因在處于休眠狀態(tài)的頭頸部肉瘤細(xì)胞中表現(xiàn)為表達(dá)上調(diào)[13]。在正常干細(xì)胞內(nèi)參與調(diào)節(jié)休眠狀態(tài)的信號(hào)分子，同時(shí)抑制癌基因信號(hào)分子而誘導(dǎo)細(xì)胞沉默[14]。或許正是這些分散的腫瘤細(xì)胞，具有可以使正常干細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài)的調(diào)節(jié)程序，而且這群細(xì)胞既具有持久而潛在的腫瘤初始化功能，又具有多能干細(xì)胞所特有的細(xì)胞生物特性，這解釋了為什么腫瘤細(xì)胞具有較高的適應(yīng)能力和生存能力，從而加速腫瘤惡化。

2.4 喚醒并殺滅休眠中的腫瘤細(xì)胞 目前，臨床抗腫瘤治療主要是針對(duì)處于增殖狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞，并且取得了較顯著的效果。因此，在缺乏高效而特異的抗腫瘤藥物的情況下，處于休眠狀態(tài)的分散的腫瘤細(xì)胞被喚醒，必將加速腫瘤患者結(jié)局惡化。如果分散的腫瘤細(xì)胞能夠一直保持休眠狀態(tài)或在休眠狀態(tài)下將其殺滅，這將成為新的預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移的戰(zhàn)略性思維。但是，這種思維缺乏足夠的研究數(shù)據(jù)支持。正如那些已經(jīng)產(chǎn)生耐藥的腫瘤細(xì)胞，能夠幸存于抗腫瘤藥物的靶向作用，是通過激活應(yīng)激信號(hào)機(jī)制或者通過變異產(chǎn)生耐藥基因[15]。此外，是否可以通過喚醒休眠狀態(tài)下的腫瘤細(xì)胞，促進(jìn)傳統(tǒng)的抗增殖藥物消滅腫瘤細(xì)胞呢？目前的臨床數(shù)據(jù)顯示，化療藥物對(duì)增殖中的腫瘤細(xì)胞和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞的作用效果不是很理想。較多文獻(xiàn)研究表明，從遺傳學(xué)角度分析，殘余的分散的腫瘤細(xì)胞具有極大的異質(zhì)性[16]。所以，喚醒處于休眠狀態(tài)的、分散的腫瘤細(xì)胞，就等于擴(kuò)大了其遺傳變異特性，或激活其他尚不明確的腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制，而產(chǎn)生不可想象的對(duì)其他疾病的抵抗治療。因此，喚醒休眠的分散的腫瘤細(xì)胞反而能促進(jìn)腫瘤復(fù)發(fā)[17]。所以，不提倡喚醒休眠中的腫瘤細(xì)胞，繼續(xù)保持或誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞休眠[18-19]或在腫瘤細(xì)胞休眠下進(jìn)行消滅，才是創(chuàng)新的治療戰(zhàn)略。

2.5 腫瘤細(xì)胞休眠的分子機(jī)制新進(jìn)展 腫瘤細(xì)胞休眠的遺傳表型與減弱的磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K-AKT)信號(hào)通路有密切關(guān)系[20]。在細(xì)胞微環(huán)境營(yíng)養(yǎng)刺激下，腫瘤細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，這種細(xì)胞因子可以抑制PI3K信號(hào)通路[21]，導(dǎo)致細(xì)胞沉默和誘導(dǎo)細(xì)胞自吞噬。早期即發(fā)生分散的腫瘤細(xì)胞，因?yàn)槿狈?xì)胞黏附作用而出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)貧瘠，這種細(xì)胞微環(huán)境條件使腫瘤細(xì)胞呈現(xiàn)短暫的細(xì)胞周期抑制。研究表明，這種抑制是因?yàn)镋GFR-Y1086(epidermal growth factor receptor)自身磷酸化所造成的，以這種方式抑制AKT活化和細(xì)胞周期素Cyclin D1生物合成[22]。Balz 等[23]已經(jīng)從人骨髓中獲得了分散的乳腺癌細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞群增殖活性很低，但是給予充足的培養(yǎng)，這群細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的增殖活性。而且，這群細(xì)胞依舊攜帶有在活體時(shí)的腫瘤細(xì)胞遺傳表型[24]。在體外生長(zhǎng)較快的腫瘤細(xì)胞，在體內(nèi)則表現(xiàn)為休眠狀態(tài)[25]，并且在這些細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了較弱的甚至可檢測(cè)到的AKT-S473磷酸化產(chǎn)物，在這種微環(huán)境中，不影響腫瘤細(xì)胞在體外的增殖，但是，AKT信號(hào)通路的減弱，在一定程度上使分散的腫瘤細(xì)胞提前進(jìn)入細(xì)胞沉默狀態(tài)。骨髓中分散的腫瘤細(xì)胞處于非增殖狀態(tài)，并且缺乏Ki67、增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)等細(xì)胞增殖相關(guān)因子，但是，在這些細(xì)胞中減弱的AKT信號(hào)通路可使PI3K-AKT受到抑制，都能促進(jìn)分散的腫瘤細(xì)胞沉默。此外，在休眠中的頭頸部肉瘤細(xì)胞中，AKT磷酸化水平是明顯減低的[24]。另有研究表明，這些沉默的細(xì)胞群表現(xiàn)為獨(dú)立于AKT信號(hào)通路的mTOR的過度活化，這一過程是通過上調(diào)小分子GTP酶RHEB和轉(zhuǎn)錄因子ATF6α[24]。小分子GTP酶RHEB、血清溶血磷脂酸(LPA)[26]和轉(zhuǎn)錄因子ATF6α共同使分散的頭頸部肉瘤細(xì)胞在抗腫瘤治療中幸存下來，并且不受細(xì)胞凋亡程序的影響而發(fā)生凋亡[27]。因此，細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的自我適應(yīng)性調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)分散的腫瘤細(xì)胞在休眠狀態(tài)下不受抗腫瘤藥物的影響而存活下來，成為日后腫瘤復(fù)發(fā)的源頭。

3 小 結(jié)

不斷更新的研究數(shù)據(jù)使對(duì)腫瘤分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)增添了更多新的內(nèi)容，同時(shí)，也為腫瘤治療提供新的思路和方法。眾多新的問題，需要研究人員進(jìn)行深入的探索，目前針對(duì)腫瘤細(xì)胞休眠的研究，主要是在研究過程中需要可以有效地說明腫瘤細(xì)胞處于休眠狀態(tài)的可檢測(cè)標(biāo)記物或其他有意義的信號(hào)分子，這對(duì)于將來進(jìn)行靶向性藥物研究與開發(fā)是至關(guān)重要的，同時(shí)，也可以檢測(cè)患者體內(nèi)是否有休眠中的腫瘤細(xì)胞，作為評(píng)價(jià)腫瘤患者狀況的危險(xiǎn)因子；當(dāng)然，并不是所有的腫瘤都具有休眠的生物特性，如部分乳腺癌、前列腺癌，早在治療后前3年即復(fù)發(fā)，目前的研究數(shù)據(jù)沒有發(fā)現(xiàn)有休眠的任何特征；復(fù)發(fā)時(shí)間與診斷時(shí)間是有關(guān)系的，即使腫瘤復(fù)發(fā)了，沒有及時(shí)進(jìn)行診斷也等于沒有發(fā)現(xiàn)，所以建議腫瘤患者能夠定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以監(jiān)視腫瘤復(fù)發(fā)與否。關(guān)于腫瘤細(xì)胞休眠研究中的其他問題，需要研究人員投入更多進(jìn)行更深入的研究，為評(píng)估腫瘤患者治療效果，以及腫瘤靶向治療藥物開發(fā)提供新思路、新觀點(diǎn)和更有力的理論支持。

[1]Klein CA.Framework models of tumor dormancy from patient-derived observations[J].Curr Opin Genet Dev,2010,21(1):42-49.

[2]White AC,Khuu JK,Dang CY,et al.Stem cell quiescence acts as a tumour suppressor in squamous tumours[J].Nature Cell Biol,2014,16(1):99-107.

[3]Bragado P,Sosa MS,Keely P,et al.Microenvironments dictating tumor cell dormancy[J].Recent Results Cancer Res,2012,195:25-39.

[4]Shiozawa Y,McGee S,Pienta MJ,et al.Erythropoietin supports the survival of prostate cancer,but not growth and bone metastasis[J].J Cell Biochem,2013,114(1):2471-2478.

[5]Hüsemann Y,Geigl JB,Schubert F,et al.Systemic spread is an early step in breast cancer[J].Cancer Cell,2008,13(1):58-68.

[6]黃旭暉,王昌俊,張曉文,等.小鼠肝癌休眠模型的建立[J].中華腫瘤防治雜志,2013,20(19):1484-1486.

[7]王世岐,楊乾坤,劉祖娟,等.骨橋蛋白與腫瘤休眠關(guān)系研究進(jìn)展[J].重慶醫(yī)學(xué),2013,42(8):944-946.

[8]于正洪,姜恩澤,王新星,等.腫瘤休眠期細(xì)胞的研究進(jìn)展[J].臨床腫瘤學(xué)雜志,2014,19(2):172-175.

[9]Hanahan D,Weinberg RA.Hallmarks of cancer:the next generation[J].Cell,2011,144(5):646-674.

[10]Sang L,Coller HA,Roberts JM.Control of the reversibility of cellular quiescence by the transcriptional repressor HES1[J].Science,2008,321(5892):1095-1100.

[11]Kim RS,Avivar-Valderas A,Estrada Y,et al.Dormancy signatures and metastasis in estrogen receptor positive and negative breast cancer[J].PLoS ONE,2012,7(4):1-8.

[12]Cheung TH,Rando TA.Molecular regulation of stem cell quiescence[J].Nature Rev Mol Cell Biol,2013,14(6):329-340.

[13]Chatterjee M,van Golen KL.Farnesyl transferase inhibitor treatment of breast cancer cells leads to altered RhoA and RhoC GTPase activity and induces a dormant phenotype[J].Int J Cancer,2011,129(1):61-69.

[14]El Touny LH,Vieira A,Mendoza A,et al.Combined SFK/MEK inhibition prevents metastatic outgrowth of dormant tumor cells[J].J Clin Invest,2014,124(1):156-168.

[15]林舉擇,王昌俊.腫瘤休眠防治腫瘤術(shù)后復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的策略[J].廣東醫(yī)學(xué),2013,34(1):157-158.

[16]Smits BM,Haag JD,Rissman AI,et al.The gene desert mammary carcinoma susceptibility locus Mcs1a regulates Nr2f1 modifying mammary epithelial cell differentiation and proliferation[J].PLoS Genet,2013,9(6):1-20.

[17]Marlow R,Honeth G,Lombardi S,et al.A novel model of dormancy for bone metastatic breast cancer cells[J].Cancer Res,2013,73(23):6886-6899.

[18]喬京京,辛彥.節(jié)律化療誘導(dǎo)腫瘤休眠的研究進(jìn)展[J].臨床腫瘤學(xué)雜志,2013,18(8):750-754.

[19]王愛云,樊賢超,陸茵,等.以中藥誘導(dǎo)腫瘤休眠作為腫瘤防治策略的探討[J].中草藥，2011,42(3):598-601.

[20]Kang Y,Pantel K.Tumor cell dissemination:emerging biological insights from animal models and cancer patients[J].Cancer Cell,2013,23(5):573-581.

[21]Humtsoe JO,Kramer RH.Differential epidermal growth factor receptor signaling regulates anchorage-independent growth by modulation of the PI3K/AKT pathway[J].Oncogene,2010,29(8):1214-1226.

[22]Giancotti FG.Mechanisms governing metastatic dormancy and reactivation[J].Cell,2013,155(4):750-764.

[23]Balz LM,Bartkowiak K,Andreas A,et al.The interplay of HER2/HER3/PI3K and EGFR/HER2/PLC-γ1 signalling in breast cancer cell migration and dissemination[J].J Pathol,2012,227(2):234-244.

[24]Bragado PL,Estrada Y,Parikh F,Krause S,Capobianco C,et al.TGF-β2 dictates disseminated tumour cell fate in target organs through TGF-β-RⅢ and p38α/β signaling[J].Nature Cell Biol,2013,15(11):1351-1361.

[25]Lu X,Mu E,Wei Y,et al.VCAM-1 promotes osteolytic expansion of indolent bone micrometastasis of breast cancer by engaging α4β1-positive osteoclast progenitors[J].Cancer Cell,2011,20(6):701-714.

[26]張小南,盧祥珍,顏永乾.3種腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合檢測(cè)對(duì)非小細(xì)胞肺癌診斷的臨床應(yīng)用價(jià)值[J].國(guó)際檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志,2015,36(13):1876-1777.

[27]陳惠,渠景連,龔婕寧.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)惡性腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展[J].中國(guó)中藥雜志,2014,39(15):2823-2828.

10.3969/j.issn.1672-9455.2015.22.061

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1672-9455(2015)22-3437-03

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△通訊作者，E-mail：oliu6688@163.com。