现代医学对恶性肿瘤转移相关机制的研究进展

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钙连接素: 钙连接素( cadherin) 是一种跨膜糖蛋白,主要 参与细胞间的连接,分为 E-cadherin,P-cadherin 和 N-cadherin 3 种,其中 E-cadherin 被视为 EMT 的主要调控者,其表达的 下调是 EMT 发生的限速步骤,E-cadherin 通过细胞内外黏附 功能,维持细胞间连接及上皮细胞诸多功能。也有专家研究 发现,N-cadherin 可促进肿瘤细胞迁移和转移,而且其作用可 以和 E-cadherin 介导的细胞间黏附作用相当[15]。
肿瘤转移这一复杂的过程包括: 原发瘤发展为侵袭性肿 瘤,肿瘤细胞侵袭基底膜,肿瘤细胞进入淋巴系统和血液循 环系统并随之在体内转移,在循环系统中形成瘤栓并转运到 远处靶器官,滞留于靶器官微血管中,穿出血管并形成微小 转移灶,肿瘤血管形成并在继发组织器官继续生长这几个阶
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中医药通过调控肿瘤微环境稳态从而影响复发转移,主
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要表现在[11-12]: 扶助正气为主中医调控免疫微环境; 活血化 瘀为主中药调控肿瘤微环境,“肿瘤血管新生”机制影响肿瘤 转移; 消痰散结为主中药调控黏附分子表达进而调控肿瘤微 环境。 1. 8 上皮间质转化与肿瘤转移 1. 8. 1 EMT 概念 上皮间质转化( EMT) 是指具有极性的上 皮细胞转换成具有活动能力、能够在细胞基质间自由移动的 间质细胞的过程,它以上皮细胞极性的丧失及间质特性的获 得为重要 特 征[13],这 种 表 型 的 转 换 允 许 肿 瘤 细 胞 摆 脱 细 胞———细胞间连接而表现得更具侵袭性。 1. 8. 2 EMT 的发生机制 EMT 的发生是一个动态的、多步 骤的过程,包括细胞间黏附的丧失、肿瘤基底膜和细胞外基 质的破坏以及细胞骨架的重构而导致细胞运动性增强和迁 移的产生[14]。EMT 的发生涉及到多个信号转导通路和复杂 的分子机制,目前,其具体机制尚未完全阐明,可能与钙连接 素、生长因子、转录因子及微环境等有关。
件,如细胞迁移能力、侵袭能力、蛋白溶解酶活性、促凝血、促 肿瘤血管生成等。DNA 突变、染色体重排和表观遗传学改变 构成了肿瘤细胞基因组的内在不稳定性。细胞内在的基因 组不稳定性和外部微环境适者生存的进化选择共同作用,导 致肿瘤细胞对正常内环境的生长调控、免疫监视和环境抑制 产生抗性,在此基础上发生连续突变和异常分化,形成肿瘤 的异质性,通过有丝分裂在细胞间世代传递,且转移瘤往往 比原发瘤中的细胞显示出更强的生长特性,细胞分裂指数增 高。肿瘤的遗传异质性是肿瘤细胞逃避免疫监视、产生化疗 抗性、形成转移复发的根源,是抗转移治疗中不可忽视的重 要环节。 1. 4 失巢凋亡抗性
“解剖和机械”学说认为,某些原位肿瘤细胞随着血流或 淋巴流在其最先到达脏器的毛细血管或毛细淋巴管发生机 械性滞留,并穿过血管在局部增殖,从而形成转移灶。 1. 2 “种子与土壤”学说
英国学者 Paget 于 1889 年提出了“种子和土壤”学说[1], 指出肿瘤细胞( 种子) 只能在为其提供舒适环境的相对特异 的器官组织( 土壤) 中才能生长繁殖。 1. 3 肿瘤遗传异质性
细胞的趋化性与趋触性迁移皆依赖于细胞外基质,细胞 外基质可以控制细胞迁移的速度与方向。真核细胞,除成熟 血细胞外,大多须黏附于特定细胞外基质上才能抑制凋亡而 存活,称为锚着依赖性,上皮细胞及内皮细胞一旦脱离了细 胞外基质则会发生程序性死亡,这种因细胞与胞外基质之间 失去交互作用而诱导的凋亡形式称为失巢凋亡[3]。因此,转 移细胞必须对失巢凋亡以及凋亡本身产生抗性,以使自身在 播散和异位定植的过程中得以存活。有研究显示,肿瘤细胞 中多种有效的抗凋亡基因( 如 Bcl-2,Bcl-XL) 出现异位过表 达,使它们对死亡刺激信号产生高度抗性,且往往伴随 survivin 途径的激活、基质金属蛋白酶( MMP) 的上调、局部黏着 斑激酶( FAK) 的过表达以及 p53 的失活,从而增加了转移效 率[4]。 1. 5 血管与淋巴管生成
生长因子: EMT 的发生受多种生长因子的调控,如肝细 胞生长因子( HGF) 、成纤维细胞生长因子( FGF) 、表皮生长 因子( EGF) 、转 化 生 长 因 子 ( TGF-β) 、胰 岛 素 样 生 长 因 子 ( IGF) 、血管内皮生长因子( VEGF) 等,这些生长因子可与上 皮细胞表面的相应受体结合,经不同的信号转导通路,影响 细胞黏附分子与细胞骨架的功能。TGF-β 是在大多数癌细 胞中过度表达的多功能细胞因子,其在肿瘤发展中具有双重 作用。在肿瘤发生的早期,TGF-β 可抑制原发肿瘤的生长; 而在肿瘤发展后期,通过促进 EMT、侵袭和细胞迁移来促进 肿瘤演进[16]。HGF 是原癌基因 C-met 的配体,可以通过改 变癌细胞表面 E-cadherin 的分布和活化 PI3K 与 ERK1 /2 信 号途径而促进肿瘤癌细胞的侵袭与转移[17]。IGF 可以诱导 β-连环素从上皮细胞表面转移到核内,同时使胞内 E-cadherin 的表达降低,促进 EMT 的快速转化[18]。EGF 可以促进受 损表皮的修复与再生,活化蛋白激酶( MAPK) 及磷脂酰肌醇 3 激酶( PI3K-Akt) 途 径,促 进 乳 腺 癌 细 胞 EMT 的 发 生[19]。 还有研究表明,VEGF 除参与血管生成外,也可以通过自分 泌促进肿瘤细胞 EMT 的发生[20]。
Fidler 等[2]提出了肿瘤细胞的异质性学说,该理论认为 在遗传表型各异的原发肿瘤内,大多数的原发肿瘤细胞转移 能力很低,只有极少数细胞( 估计少于千万分之一) 由于突变 而获得转移必须的表型,而这些细胞具备形成转移的必要条
[收稿日期] 2014-03-30 [基金项目] 国家自然科学基金项目( 81373603) [通信 作 者] * 龚 婕 宁,博 士 生 导 师,Tel: 13901580022,E-mail: 13901580022@ 163. com [作者简介] 陈惠,Tel: 13218061958,E-mail: 1060138599@ qq. com
转录因子: 转录因子在信号转导中位于蛋白激酶下游, 目前发现 Snail,Slug,Twist,EF1 / ZEB1,SIP1 / ZEB2,E12 / E47, Smad,NF-κB 等转录因子与 EMT 密切相关。Snail 与 Slug 同 属于一个转录因子家族,两者不仅可以与 Smad 的相互作用 蛋白( sip1) 竞争性结合 E-cadherin 启动子区的 E-box 连接基
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序,抑制 E-cadherin 的表达及促进波形蛋白的表达,也可以 经由形成 β-连环-T 细胞因子-4 ( TCF-4) 转录复合体来促进 EMT 的 发 生[21-22]。 Snail 是 引 发 EMT 的 核 心 转 录 因 子, RTKs,TGF-β,Notch,Wnt,TNF-α 和 BMPs 通过激发 Snail 进 而促进 EMT 发生[23]。Twist 蛋白也通过与 E-box 序列结合 来抑制 E-cadherin 的 表 达,诱 导 EMT 的 发 生[23]。ZEB1 与 SIP1 同属 ZEB 家族,ZEB1 与 SIP1 均能结合 TGF-β 信号通路 中的 R-Smads,并在 TGF-β 信号刺激下,与R-Smads-smad4 复 合体直接结合,调节 SMA,p21,p15 等多个与 EMT 相关的基 因转录[24]。Lander 等发现 Ppa 蛋白通过与F-box序列结合来 调控 Twist,Snail,Slug 及 Sip1,是 EMT 发 生 的 普 遍 调 节 因 子[25]。
[关键词] 现代医学; 恶性肿瘤; 转移机制; 上皮间质转化; 肿瘤干细胞
恶性肿瘤是危害人类健康的全球公共卫生问题之一,转 移是恶性肿瘤发生和演变过程中最危险的阶段,为新世纪人 类的第一杀手,临床上,60% 以上的恶性肿瘤患者在发现时 已经转移。我国 作 为 一 个 发 展 中 大 国,随 着 工 业 化、城 镇 化 和人口老龄 化 进 程 的 加 快,不 良 生 活 方 式 及 环 境 污 染 等 问 题,导致恶性肿瘤转移呈上升趋势,因此,预防及抑制恶性肿 瘤转移是迫切需要解决的关键问题。恶性肿瘤转移的机制 认识、研究经历了漫长的过程,逐渐趋于成熟完善,中西医亦 有互通互补之处,本文对恶性肿瘤转移相关机制的现代医学 成果进行综述,以期为恶性肿瘤转移的防治提供更多理论依 据及诊疗思路。 1 相关学说 1. 1 “解剖和机械”学说
活血化瘀中药在抗肿瘤血管新生方面具有良好疗效,其 机制[6]主要为: 抑制肿瘤血管生成促进因子( 血管内皮生长 因子 VEGF、微血管密度 MVD 等) 的表达; 直接抑制内皮细 胞增殖,如雷公藤红素、槲皮素、白芨提取物等; 抑制胞外基 质金属蛋白酶( MMP) 的活性途径,如蝎毒多肽提取物、姜黄 素; 与健脾益气中药的协同作用,两者结合可改善机体内环 境,抑制肿瘤血管生成。 1. 6 肿瘤休眠
目前研究发现,免疫逃逸是肿瘤休眠发生或激活的关键 机制之一[8-9],中医防止肿瘤术后复发和转移治疗上强调“扶 正祛邪”、“截断传舍”,和肿瘤休眠有异曲同工之妙,也就是 通过增强免疫监视将残癌细胞维持极低数量并且促进尽可 能多的残癌细胞处于休眠状态,已证实健脾化瘀治疗有这方 面效应。 1. 7 微环境
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现代医学对恶性肿瘤转移相关机制的研究进展
陈惠,渠景连,龚婕宁*
( 南京中医药大学 基础医学Hale Waihona Puke Baidu,江苏 南京 210046)
[摘要] 恶性肿瘤转移是恶性肿瘤发生和演变过程中最危险的阶段,是恶性肿瘤患者死亡的首要原因,临床上,60% 以 上的恶性肿瘤患者在发现时已经转移。近年来,现代医学对恶性肿瘤转移的机制研究取得突破性进展,从单纯的“解剖和机 械”学说向“种子与土壤”学说迈进,再向微环境学说、肿瘤干细胞学说深入,特别是新兴的肿瘤干细胞学说成功解释了恶性肿 瘤转移表现的肿瘤遗传异质性、失巢凋亡抗性、肿瘤休眠等现象,为恶性肿瘤转移的治疗提供了更多新的靶点与诊疗思路。
肿瘤细胞离开原发灶到达转移靶器官定居后可继续生 长,短期内形成新的肿瘤灶,但并不是所有的具有形成转移 能力的肿瘤细胞到达转移靶器官后就立即开始进入增殖的 细胞周期,而是部分作为静息期的细胞定居下来,在相当长 的时间内处于稳定状态而不会形成新的转移灶,即肿瘤细胞 休眠[7]。临床统计发现,患者原发肿瘤根治性切除后,可在 数年乃至数十年后再次增殖形成转移灶,原发乳腺癌手术切 除后 20 年间无肿瘤复发临床症状的患者血液中仍能检测到 休眠肿瘤细胞,这些为肿瘤休眠提供了直接证据。
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段[5]。肿瘤细胞进入血液淋巴系统后就离不开血管与淋巴 管,血管与淋 巴 管 生 成 关 系 到 肿 瘤 细 胞 能 否 在 转 移 器 官 安 家,因为没有血管与淋巴管提供充足的养分,肿瘤细胞无法 增殖,转移灶自然无法继续长大,肿瘤生物学证据表明,肿瘤 生长、侵袭与转移高度依赖新生血管的形成,当瘤体增长至 2 ~ 3 mm3 时,如果没有新生血管形成,肿瘤组织将保持休眠 或退化状态,因此,抑制血管与淋巴管新生是控制转移的一 个关键点。
恶性肿瘤的研究与治疗从原来针对单一的肿瘤细胞向 微环境演进,相应地治疗也更有靶向性,目前提出了多种治 疗靶点: 血管生成抑制剂、信号传导通路抑制剂、细胞因子抑 制剂、细胞外基质 ( ECM) 降解抑制剂、肿瘤干细胞抑制剂 等[10]。
肿瘤转移过程复杂,在转移过程中,肿瘤细胞的游离、迁 移、侵袭、适应和重新黏附涉及到基质降解酶和各种细胞活 动,每一步的进行都有微环境的参与,其中的微环境包括间 质细胞、细胞外基质、不同部位的肿瘤微环境、不同部位肿瘤 微环境的相互作用,另外还有各种生长因子、转录因子等的 调节,肿瘤细胞与微环境之间似乎上演着正邪的斗争,肿瘤 细胞是一团邪气,微环境是正气,两者之间微妙的斗争共同 决定病情的转向。
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