頭頸部鱗狀細胞癌轉(zhuǎn)移機制及其影響因素研究進展

黨瑤 皇甫輝 秦藝驍 車琴 郝曉龍 綜述 王斌全 審校

頭頸部鱗狀細胞癌(Head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)是主要源于上呼吸道、消化道非角化上皮惡性增生的腫瘤。HNSCC在全球常見惡性腫瘤中居第六位，死亡率約占所有惡性腫瘤的1%～2%[1]。晚期HNSCC易發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移型HNSCC患者的一般情況及治療效果更差，癌癥轉(zhuǎn)移為HNSCC患者預(yù)后差及病死率高的常見原因。而HNSCC轉(zhuǎn)移機制并非十分明了，因此探究HNSCC轉(zhuǎn)移的機制及其影響因素可為HNSCC患者的診治手段提供更多新的思路，對提高患者生存率及生存質(zhì)量具有極為重要的臨床價值，也是目前國內(nèi)外眾多學(xué)者所關(guān)注的熱點話題。

1 HNSCC腫瘤轉(zhuǎn)移機制

1.1 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial to mesenchymal transition，EMT)導(dǎo)致HNSCC轉(zhuǎn)移的作用機制

腫瘤轉(zhuǎn)移是指腫瘤細胞離開原發(fā)部位后侵入淋巴管、血管或體腔，到達目標(biāo)部位后，長出與原發(fā)腫瘤不相連續(xù)但組織學(xué)類型相同的腫瘤。HNSCC轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生首先要求比較穩(wěn)定的鱗狀上皮癌細胞獲得運動及侵襲能力后離開原發(fā)部位[2]，此過程研究較多的機制為經(jīng)過EMT(Epithelial to mesenchymal transition，EMT)后癌細胞獲得自由遷移及侵襲的能力[3]，導(dǎo)致HNSCC腫瘤轉(zhuǎn)移的發(fā)生。

EMT是指在某些生理或病理情況下，上皮細胞向間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，該現(xiàn)象的結(jié)果使結(jié)構(gòu)緊密具有頂-底極性的上皮細胞轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)松散具有遷移、侵襲等特征的間質(zhì)細胞[4]。腫瘤細胞經(jīng)EMT過程后，其上皮細胞表型如E-鈣粘蛋白(E-cadherin)和β-連環(huán)蛋白(β-catenin)等表達降低而間質(zhì)細胞表型如N-鈣粘著蛋白(N-cadherin)、α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)及成纖維細胞特異蛋白-l(Fibroblast-specific protein-1，F(xiàn)SP-1)等表達增加，造成細胞之間粘附力喪失，而遷移的潛能和侵襲力增加[4]。并有研究表明，EMT與HNSCC轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生關(guān)系密切[5]。

在轉(zhuǎn)移性HNSCC中檢測到E-cadherin表達水平下降[6]，同時間質(zhì)細胞表型N-cadherin和波形蛋白表達水平增高[7]，提示在轉(zhuǎn)移性HNSCC發(fā)生過程中EMT發(fā)揮著重要作用。E-cadherin是一種重要的細胞黏附分子，單個的鈣粘蛋白通過免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域相互連接形成鈣粘蛋白拉鏈，其主要作用為調(diào)節(jié)細胞之間的緊密粘合，控制細胞的移動。N-cadherin為一種Ca2+依賴性細胞-細胞糖蛋白，在腫瘤細胞中表達的N-cadherin使腫瘤細胞失去細胞粘附性，獲得浸潤能力[8]。并有人提出“鈣粘蛋白轉(zhuǎn)換(即N-cadherin表達增高而E-cadherin表達降低)”可用來監(jiān)測轉(zhuǎn)移性HNSCC中EMT過程的發(fā)生。

1.2 癌細胞偽足導(dǎo)致HNSCC轉(zhuǎn)移的作用機制

經(jīng)過EMT過程，癌細胞獲得運動及侵襲能力，又有研究觀察到，癌細胞上有細絲狀突起的偽足產(chǎn)生，該偽足可通過降解基底膜及周圍的細胞外基質(zhì)(Extracellular matrix，ECM)產(chǎn)生的通道使癌細胞轉(zhuǎn)移至血管或淋巴管中[9]。偽足主要通過增加多種基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metallo proteinases，MMPs)的產(chǎn)生，使基底膜及ECM的降解增加，進而促進轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生[10]。在HNSCC癌細胞上可見到侵襲性偽足[9]，故癌細胞偽足在HNSCC轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生中發(fā)揮重要作用。

基底膜為位于上皮細胞基底面上分隔細胞與深部的結(jié)締組織的一層薄膜，主要作用使上皮細胞只沿基底膜橫向移動，防止進入ECM。后者為大分子的非細胞結(jié)構(gòu)，主要成分包括纖維結(jié)構(gòu)蛋白、糖蛋白、生長因子和蛋白聚糖等，這些蛋白可形成具有物理和生化支持功能的結(jié)構(gòu)，在周圍細胞的增殖及黏附起重要作用，其結(jié)構(gòu)的改變可為細胞的轉(zhuǎn)移提供遷移通道。MMPs可降解基底膜及ECM[11]，為腫瘤轉(zhuǎn)移提供有利條件，MMPs是一類依賴鋅離子及鈣離子的內(nèi)肽酶，參與ECM的代謝，常由癌細胞產(chǎn)生。HNSCC癌細胞上產(chǎn)生的偽足可通過增加MMP-2、MMP-9和MMP-14等與HNSCC轉(zhuǎn)移癌相關(guān)的MMPs的表達來促進HNSCC中基底膜和ECM的降解，增加轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生[12]。并有研究表明MMP-2和MMP-9水平與HNSCC患者的局部浸潤、頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、腫瘤進展和預(yù)后相關(guān)[13]。

2 HNSCC轉(zhuǎn)移的影響因素

2.1 缺氧環(huán)境促進HNSCC轉(zhuǎn)移

HNSCC轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生受多種因素的影響，惡性腫瘤生長所在的缺氧環(huán)境在促進癌細胞EMT誘導(dǎo)過程及偽足的形成中發(fā)揮重要作用，進而可促進癌細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移。癌細胞快速生長將大量消耗組織周圍的氧氣，而機體向腫瘤組織供氧不能相應(yīng)的增加，腫瘤組織內(nèi)缺氧刺激血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)表達上調(diào)，新生的具有高滲漏和不規(guī)則結(jié)構(gòu)等特征的血管向腫瘤組織供氧能力與正常血管相比較差，故腫瘤細胞仍處于缺氧環(huán)境中[14-15]。有研究表明，HNSCC癌細胞所處的缺氧環(huán)境可通過激活Notch信號傳導(dǎo)通路誘導(dǎo)EMT過程及偽足的形成，造成癌細胞的侵襲和遷移，抑制該信號通路后EMT過程也被抑制，轉(zhuǎn)移癌形成被逆轉(zhuǎn)[16]。

癌細胞所處的缺氧環(huán)境還可導(dǎo)致缺氧誘導(dǎo)因子1(Hypoxia inducible factor-1，HIF-1)表達增加，并以依賴HIF-1的方式增強了癌細胞EMT誘導(dǎo)過程[17]。HIF-1啟動HNSCC癌細胞EMT過程主要通過高表達的Slug、Twist兩種轉(zhuǎn)錄因子實現(xiàn)的[18]。Slug也被稱為Snail2，屬于Snail家族成員之一，在腫瘤的侵襲及炎癥反應(yīng)過程中發(fā)揮重要作用。HIF-1可通過提高Slug蛋白的活性啟動EMT過程進而增加HNSCC的侵襲轉(zhuǎn)移。Huang等[19]的研究報道在缺氧條件下，Slug還可增加MMPs的表達，增加EMT誘導(dǎo)及ECM降解，進而促進HNSCC癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移；Twist在多種惡性腫瘤中表達均較活躍，并在轉(zhuǎn)移癌中有較高水平的表達[20]。有研究表明在HNSCC中，低氧誘導(dǎo)的EMT及癌癥轉(zhuǎn)移過程可能是通過上調(diào)Twist表達水平實現(xiàn)的[21]。體外低氧條件下高表達的Twist激活了BMI1的表達，后者屬于polycomb家族成員之一，且在腫瘤組織中高表達，高表達的Twist和BMI1協(xié)調(diào)作用使E-cadherin表達下降[21]，故可誘導(dǎo)EMT過程導(dǎo)致HNSCC轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生，后續(xù)實驗敲低Twist后逆轉(zhuǎn)了HNSCC中EMT過程及癌細胞的轉(zhuǎn)移。

2.2 癌細胞糖酵解途徑促進HNSCC轉(zhuǎn)移

癌細胞的代謝途徑即糖酵解途徑也可促進HNSCC轉(zhuǎn)移。在缺氧條件下癌細胞的代謝途徑傾向于向耗氧較少的糖酵解途徑轉(zhuǎn)化，仍有研究表明，即使在氧氣充足的情況下，癌細胞的代謝途徑仍為糖酵解途徑[22]，可能由于該途徑產(chǎn)生ATP速度較快，對癌細胞競爭利用葡糖糖的自身代謝及生長有利；該途徑還可產(chǎn)生大量乳酸，所造成的酸性環(huán)境可增加癌細胞的轉(zhuǎn)移潛能及對治療的抵抗力[23]，糖酵解途徑還可誘導(dǎo)癌細胞EMT過程及偽足形成，增加癌細胞的侵襲和遷移能力。

缺氧環(huán)境及高表達的HIF-1可誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(Glucose transporter，GLUT)和乳酸脫氫酶A(Lactate dehydrogease A，LDHA)表達上調(diào)，從而使腫瘤細胞的能量代謝向糖酵解途徑轉(zhuǎn)變[24]。缺氧也可增加HNSCC癌細胞中與糖酵解過程相關(guān)基因如MCT1、MCT4、GLUT1和LDHA的表達水平，加速糖酵解途徑的進程[25]。缺氧條件下HNSCC癌細胞還可通過間質(zhì)粘附素(Metadherin，MTDH)與HIF-1之間的正反饋調(diào)節(jié)通路促進癌細胞的糖酵解過程，均可誘導(dǎo)癌細胞EMT過程及偽足的形成[25]，從而促進癌癥轉(zhuǎn)移。

磷酸果糖激酶-2/果糖-2，6-二磷酸酶3(Phosphofructokinase-2/Fructose-2，6-Bisphosphatase 3，PFKFB3)為糖酵解過程激活劑，促進糖酵解過程中對葡萄糖的攝取，在癌癥組織中常常過表達[26]。Li等[27]進行的小鼠動物實驗證明通過靶向抑制PFKFB3可使HNSCC癌細胞的糖酵解過程受阻，阻礙了癌細胞侵襲偽足的形成進而抑制癌癥的轉(zhuǎn)移。2-脫氧-D-葡萄糖(2-Deoxy-D-glucose，2-DG)為糖酵解途徑的抑制劑，Xu等[28]進行的一項研究結(jié)果表明，HNSCC癌細胞在體外經(jīng)2-DG處理后，逆轉(zhuǎn)了經(jīng)EGF誘導(dǎo)的EMT過程，抑制癌細胞的遷移和侵襲。

2.3 腫瘤相關(guān)細胞可促進HNSCC轉(zhuǎn)移

癌癥的轉(zhuǎn)移過程有多種腫瘤相關(guān)細胞的參與，其中與HNSCC轉(zhuǎn)移癌發(fā)生密切相關(guān)的細胞類型主要包括腫瘤相關(guān)巨噬細胞(Tumor-associated macrophage，TAM)、腫瘤相關(guān)成纖維細胞(Cancer-associated fibroblasts，CAF)及腫瘤相關(guān)中性粒細胞(Tumor-associated neutrophil，TAN)等。

TAM是參與腫瘤相關(guān)炎癥反應(yīng)的細胞之一，可促進HNSCC癌細胞的EMT誘導(dǎo)過程，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用。Gao等[29]的實驗結(jié)果顯示在TAM與HNSCC癌細胞的共培養(yǎng)系統(tǒng)中，TAM可分泌大量內(nèi)皮生長因子(Epithelial Growth Factor，EGF)和轉(zhuǎn)化生長因子-β(Transforming growth factor-β，TGF-β)，通過激活EGFR/ERK1/2信號傳導(dǎo)通路誘導(dǎo)HNSCC癌細胞的EMT過程，導(dǎo)致HNSCC癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。TAM還可產(chǎn)生巨噬細胞遷移抑制因子(Migration inhibitory factor，MIF)，在包括HNSCC在內(nèi)的眾多癌癥類型中，MIF與EMT的誘導(dǎo)過程關(guān)系密切，并有研究證明MIF的低表達可抑制HNSCC癌細胞的增殖和轉(zhuǎn)移[30]。體外細胞實驗表明，與HNSCC轉(zhuǎn)移癌相關(guān)的M2型巨噬細胞增加了HNSCC癌細胞偽足的形成，進而促進HNSCC癌細胞遷移[29]。

CAF是腫瘤基質(zhì)中主要細胞類型，主要功能為維持腫瘤細胞生長的有利環(huán)境，還可釋放多種細胞因子，以調(diào)節(jié)腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移等過程。有研究表明，CAF可能在HNSCC癌細胞的EMT誘導(dǎo)過程中發(fā)揮重要作用，CAF分別與原發(fā)性HNSCC癌細胞及轉(zhuǎn)移性HNSCC癌細胞共培養(yǎng)系統(tǒng)進行檢測，結(jié)果顯示在轉(zhuǎn)移性HNSCC癌細胞的系統(tǒng)中存在E-cadherin表達下調(diào)[31]。并有體外實驗結(jié)果表明，CAF表達的細胞分子如基質(zhì)細胞衍生因子1(Stromal cell-derived factor，SDF-1)可通過激活PI3K-Akt/PKB信號傳導(dǎo)通路誘導(dǎo)HNSCC細胞中的EMT過程而促進癌細胞的轉(zhuǎn)移[32]。CAF同樣可分泌大量的TGF-β，經(jīng)非Smad介導(dǎo)的TGF-β信號傳導(dǎo)通路誘導(dǎo)HNSCC癌細胞的EMT過程，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移性HNSCC的發(fā)生[33]。

TAN是浸潤至腫瘤組織內(nèi)的中性粒細胞，在腫瘤進展、癌細胞遷移和免疫抑制等多個方面都發(fā)揮著重要的作用[34]。TAN的促腫瘤表型N2可在缺乏干擾素-β(Interferon-β，IFN-β)的情況下使細胞因子如趨化因子(C-X-C基序)受體(Chemokine(C-X-C motif)receptor 4，CXCR4)、VEGF和MMP-9的表達增加進而促進ECM降解，增加HNSCC轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生[35]。并有研究表明TAN與HNSCC癌細胞的偽足形成有關(guān)，在TAN和HNSCC癌細胞的體外共培養(yǎng)系統(tǒng)中，TAN增加了腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor-α，TNF-α)和白介素-8(Interleukin-8，IL-8)的分泌，刺激癌細胞偽足形成、基底膜及ECM的降解，增加了HNSCC癌細胞的侵襲性[36]。

2.4 神經(jīng)前體細胞表達發(fā)育下調(diào)9(Neural precursor cell expressed developmentally downregulated 9，NEDD9)可促進HNSCC轉(zhuǎn)移

有研究表明NEDD9的過表達可造成HNSCC癌細胞偽足的形成、MMP的分泌，使ECM降解，最終造成癌細胞的侵襲和遷移[36]。NEDD9是Crk相關(guān)底物(Crk-associated substrate，CAS)家族成員之一，在多種癌癥類型中高度表達，并參與癌細胞的粘附、遷移和侵襲。Lucas等[37]進行一項研究表明HNSCC癌細胞遷移和侵襲是依賴NEDD9而發(fā)生的，免疫組織化學(xué)分析顯示NEDD9的過表達可增加癌細胞侵襲偽足的形成及MMP-14的表達，在基底膜及ECM降解過程中發(fā)揮重要作用，進而導(dǎo)致HNSCC轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生。

3 小結(jié)與展望

本文簡要敘述了轉(zhuǎn)移性HNSCC中觀察到的主要細胞及分子改變，對HNSCC癌細胞的轉(zhuǎn)移機制及其影響因素作了簡要的敘述。HNSCC癌細胞經(jīng)EMT過程獲得侵襲和遷移能力，生長出可降解基底膜及ECM的偽足，共同促進HNSCC轉(zhuǎn)移癌的發(fā)生；癌細胞所處的缺氧環(huán)境、癌細胞的代謝途徑、部分腫瘤相關(guān)細胞及NEDD9的過表達等均可促進HNSCC癌細胞EMT過程及偽足的產(chǎn)生，增加HNSCC癌癥的轉(zhuǎn)移。盡管HNSCC的轉(zhuǎn)移機制并非十分明確，但相信隨著研究的不斷深入，其轉(zhuǎn)移機制及其影響因素將會更加清晰，從而將為HNSCC轉(zhuǎn)移癌患者提供更全面的臨床診療思路。