微环境与肝癌发病机制的研究进展

杜义江，肖长义*

(三峡大学 1.医学院 组织学与胚胎学教研室, 湖北 宜昌 443002； 2.第一临床医学院 中心实验室， 湖北 宜昌 443003)



微环境与肝癌发病机制的研究进展

杜义江1,2，肖长义1,2*

(三峡大学 1.医学院 组织学与胚胎学教研室, 湖北 宜昌 443002； 2.第一临床医学院 中心实验室， 湖北 宜昌 443003)

肝细胞癌是一种在微环境刺激因素作用下由肝细胞基因组积累的突变所导致的常见原发性肝癌。肿瘤微环境是一个动态系统，由肿瘤细胞、间质组织、细胞外基质、组织低氧及饮食、胃肠道微生物群落和微泡等组成，肝脏微环境在肝细胞癌发生，发展和治疗中起重要作用，研究肝细胞癌微环境可为发现肿瘤生成机制和肝细胞癌治疗新靶点提供新的借鉴。

肝细胞癌；微环境；炎性反应；肝硬化；信号通路；DNA

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是原发性肝癌最常见的恶性肿瘤，在世界恶性肿瘤占第6位和癌症死亡第3位，主要风险包括：慢性乙肝、丙肝感染、肝硬化、黄曲霉素B1污染(aflatoxin B1, AFB1)等[1]。肝细胞癌的发生是肝细胞在微环境介质影响下恶性转化的结果。肝脏由肝细胞、非肝细胞细胞类、 细胞外基质(extracellular cell matrix，ECM)和各种细胞因子以及其他化学分子组成。非肝细胞细胞类包括：基质细胞，免疫细胞，胆管内皮细胞，血管内皮细胞和肝祖细胞群；细胞因子如表皮生长因子(epidermal growth factor EGF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、纤维母细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)

等。非肝细胞细胞类及细胞因子等均可影响肝细胞癌的发生和进展。慢性肝炎，肝细胞病毒和细胞因子、生长因子等因子高度互联，组成了有助于恶性细胞进展和维持的复杂微环境[2]。本文主要讨论这些因素对肝细胞癌发生和发展的作用。

1 肝癌发生的微环境

肝细胞癌是由肝细胞基因组在微环境刺激因素作用下积累的突变所导致的，导致肝细胞癌发病机制的微环境刺激因素是多样的，日常饮食、环境毒素、微泡、胃肠道菌群及慢性病毒感染均是可改变肝脏微环境的介质。黄曲霉素污染、铁及乙醇摄入过量、高脂饮食、药物滥用、自身免疫性疾病、遗传因素和糖尿病等可导致肝细胞DNA损伤及肝纤维化，进而导致肝癌的发生[3- 5]；微泡包括微粒和外染色体，可抑制Treg T细胞的免疫效应和阻止骨髓来源树突状细胞的分化而导致肝细胞癌的发生。癌细胞释放的外染色体含有肿瘤抗原成分，可参与免疫效应，转运与肿瘤生长和存活相关的mRNA、microRNAs、蛋白，促进肿瘤的侵袭及转移[6]。微泡在肿瘤微环境中与各种复杂的因素相互作用，促进HCC进展和转移。高脂饮食、遗传性肥胖及抗生素可诱导肠道菌群改变，增加胃肠道(gastrointestinal tract,GIT)黏膜通透性，促使炎性产物进入肝脏门静脉循环，导致DNA损伤和肝星状细胞基因表达，由IL- 1β介导的衰竭分泌应答使星状细胞分泌多种炎性因子和肿瘤促进因子，促进HCC进展[7]。乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)和丙型肝炎病毒(hepititis C virus,HCV)慢性感染导致的肝细胞癌在80%以上，是肿瘤微环境发展的主要诱因。流行病学研究和动物实验均已证实这两种病毒感染与肿瘤生长的相关性。HBV感染导致炎性反应介导的肝细胞死亡，并伴随肝再生，肝纤维化和肝硬化，产生致诱变的微环境。HBV基因组也可整合到宿主染色体DNA，表达HBV相关致癌蛋白。转基因鼠研究已证明慢性HBV特异性T细胞介导的肝损伤能够充分诱导体内肝细胞癌变，可制造出HBV肝细胞癌模型。HCV病毒感染可抑制宿主细胞免疫反应，导致肝细胞凋亡或坏死，从而介导募集非特异性淋巴细胞因子对病毒持续性的非特异性免疫反应，产生非HCV结合抗体，引起自身坏死性炎性反应和肝纤维化[8]。最近有研究表明HepG2细胞是由人乳头状瘤病毒(human papillomavirus，HPV)感染转化而来，HPV E6、E7致癌蛋白可改变P53等因子活性，在肿瘤形成机制中扮演重要角色，HPV可能是肝细胞癌的诱因之一[9]。

2 炎性反应与肝癌发生的关系

病毒感染导致的慢性细胞损伤和再生过程中，由病毒性肝炎诱导的免疫调节，促进细胞增殖和细胞凋亡，持续刺激细胞周期进程加快，肝细胞过度增殖导致端粒缩短，染色体不稳定性增加，而有丝分裂期间DNA易损伤，这些都会促进DNA突变的积累，最终引起基因突变，肝细胞恶性转化[8]。慢性HBV和HCV感染使免疫细胞如巨噬细胞和白细胞被募集到损伤部位，导致了“呼吸爆发”，活性氧(reactive oxygen species, ROS)过量产生，并导致氧化应激和重要的生物分子蛋白质和DNA损伤，进而发展为肝细胞癌[10]。HCV也可通过表达HCV核蛋白和抑制线粒体电流运动直接增加胞内ROS含量[11]。

慢性炎性反应可改变受损伤肝的因子表达，活化核因子(nuclearfactor-kappa B, NF-κB)、STAT3等通路，使肝星状细胞内ECM累积，组织重构，导致纤维化和肝硬化[12]。慢性炎性反应使肝细胞失去扩增能力，促使胆道上皮细胞转分化为祖细胞，而肝祖细胞的增殖有可导致肝癌发生的危险[13]。

T细胞在肝癌的免疫监视和抑制上具有关键性作用，慢性炎性反应可诱导T细胞凋亡而导致免疫耐受或衰竭，失去免疫监视，最终发展为肝硬化和肝细胞癌[14]。肝脏中致耐受性的微环境可促进肿瘤从免疫应答中逃脱，免疫细胞相关病毒抗原的释放可改变宿主细胞与免疫系统间信号，导致耐受效应，抑制细胞毒性T细胞应答。肝癌细胞可通过募集调节T细胞(Treg)来直接改变肝的微环境，或改变程序性死亡- 1通路(PD- 1)，导致患者术后复发率增加和预后不良[15]。

3 组织重塑与肝癌发生的关系

多数肝癌患者都有肝硬化，表明ECM异常累积对肝癌发展是有促进作用的。肝癌中ECM的重塑与肝微环境中多种细胞协调作用有关：1)间质细胞，如成纤维细胞和肝星状细胞，可减少ECM成分；2)免疫细胞，如巨噬细胞，可通过间质细胞的活化或直接通过基质金属蛋白酶(MMPs)作用降解ECM诱导ECM重塑；3)肿瘤细胞，可直接通过改变信号分子或受体来诱导间质细胞重塑。这些微环境因子通过改变ECM降解与合成间的平衡而增加ECM累积。炎性反应的持续存在将影响TGF-β/Smad、PI3K、MAPK、NF-κB、Janus kinase/signaltransducer and activator of transcription(JAK/STAT)和过氧化物酶体增殖物激活受体通路等，导致ECM积聚和肝硬化[16]。基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)表达的增加也可导致ECM堆积导致肝硬化[17]。低氧是诱导肿瘤增殖、转移和血管生成的一个重要的机制，低氧可导致血流改变使ECM积累而促进肿瘤发展。肿瘤的迅速增长导致营养和氧供受限，肿瘤和非肿瘤组织通过对低氧环境的细胞应答上调血管生成因子，促进血管生长增加氧和营养物质的供应，从而促进肿瘤生长。肝细胞低氧也可产生亚硝基氧化物等活性氮物质，导致缺血诱导因子- 1α(HIF- 1α)激活，血管内皮生长因子-α(VEGF-α)表达和血管生成增加，进而导致肝硬化[18]。

4 信号通路改变在肝癌发生中的作用及其调控机制

病毒在感染肝细胞的过程中其基因组可与宿主细胞基因组整合，导致基因组不稳定性、基因和染色体缺失与易位、细胞DNA扩增及产生融合基因转录等，改变宿主基因调控转录机制，影响宿主基因组中癌基因、抑癌基因及miRNAs的表达引起细胞癌变。HBV、HCV病毒通过DNA修复系统的修复作用和中心体的复制机制参与到肝癌的产生过程，由病毒编码的癌基因蛋白通过影响基因表达和信号通路而促进恶性转化。由HCV、HBV编码的几种蛋白如乙型肝炎病毒x蛋白(HBx)等能改变细胞因子的表达，可激活核因子NF-κB、STAT3、Wnt/β-catenin、PI3K-AKT-mTOP、P53、VEGF、FGF等多个炎性反应信号分子和炎性反应信号通路及TNF-α、IL- 6等细胞因子，调节肿瘤微环境和肝脏免疫反应，促进肝癌的进展[8,19]。HPV E6和E7致癌蛋白可与PDZ结构域蛋白结合导致细胞增生，并通过抑制P53而阻止对细胞基因组突变的正常修复[9]。

肝纤维化导致肝基质细胞串联状态的改变是肝细胞癌发病的重要机制，到肝细胞的直接信号可通过改变基质细胞因子的分泌而促进肝细胞癌进展。基因鼠的肝星状细胞在炎性反应诱导下转化为成纤维细胞、纤维细胞，进而促进肝细胞癌的进展。这种促进作用是瘤细胞中植入的基质细胞分泌转化生长因子β(TGF-β)激活TGF-β/Smad、JAK/STAT等致癌通路导致的[16]。

肿瘤细胞间相互作用或与ECM相互作用，通过自分泌和/或旁分泌生长因子、细胞因子和细胞外基质蛋白等，激活Hedgehog、Notch、TGF-β、Wnt和PI3K/AKT等信号通路， 使E-钙黏蛋白(E-calnexin)、紧密连接蛋白- 1(zonula occludens- 1, ZO- 1)等上皮标志物低表达，N-钙黏蛋白(N-calnexin)、细胞间丝波形蛋白(vimentin)、基质金属蛋白酶(MMP)等间质性标志物高表达。E-calnexin缺失或低表达是上皮间质转化(EMT)的标志特征，E-calnexin到N-calnexin的转换，将诱导发生EMT，促进肝细胞癌的进展和转移[20]。细胞外基质金属蛋白酶诱导因子(EMMPRIN)的表达也可调节这些通路。白细胞、肿瘤细胞和巨噬细胞分泌的EMMPRIN促使肝基质细胞和肝细胞相互作用而促进MMP表达，MMP及其抑制剂TIMP共同调节细胞外基质和肿瘤微环境，是肿瘤微环境的主要调节者。 EMMPRIN的表达和MMP的激活与肝细胞癌的血管形成、侵袭、EMT、转移、复发及癌细胞系凋亡减少相关，使肝癌细胞在远离肝脏的部位生存避免术中被切除，导致早期肝癌的复发[21]。

Hh(Hedgehog)通路是肝癌形成的常见信号通路，可改变肿瘤间质信号导致肝癌进展。肝癌Hh通路增加肌成纤维细胞的糖酵解产生大量游离乳酸，使肝癌细胞通过代谢脂肪酸途径产生能量[12]。Hh信号通路改变可活化肝基质细胞及祖细胞而促进肝纤维化。Wnt信号通路的激活也可驱使肝祖细胞向癌细胞发展[22]。

5 基因(DNA)改变在肝癌发生中的作用及其调控机制

接触或食入化学致癌物都可以直接改变DNA序列而导致DNA突变，黄曲霉素B1(AFB1)可造成氧化性DNA损伤导致DNA加合物形成和突变[3]。在体外接触AFB1的转基因小鼠成纤维细胞可发现P53的突变。流行病学研究表明AFB1与肝癌病人P53突变有关，AFB1可抑制P53对G1检查点的阻滞作用，避开细胞DNA损伤应答，导致DNA突变率增加，促进肝癌的发生[23]。乙醇能够增加肝细胞内ROS的浓度，致DNA甲基化和去甲基化改变，DNA加合物形成增加[24]。乙肝等肝炎病毒基因插入宿主细胞基因组中，可改变宿主肝脏细胞的表观遗传学状态，HBx上调DNA甲基转移酶(DNMT)1，DNMT3A1与dnmt3a2等，使启动子区CpG岛甲基化，抑癌基因失活，致使肝细胞癌基因得到表达[25]。启动子中CpG甲基化可激活JAK / STAT和其他肝细胞癌触发通路，导致肝细胞癌的发生。

6 结语与展望

肝癌发生与肝脏微环境中介质刺激密切相关，最终导致肝细胞的基因突变，研究肿瘤微环境与肿瘤的发生发展机制，对发现治疗肿瘤的新靶点至关重要。病毒相关分子机制和免疫介导是肝癌发生的主要因素，调节着肝癌微环境因子间关系，提示改变的信号通路可用于治疗肿瘤。肥胖和糖尿病、乙醇、铁过载等辅助因子通过促进炎性反应和其他未知机制致癌。可通过多种方式协同治疗HCC，而减少肿瘤的发展和扩散。注射HBV疫苗可预防HCC，抗病毒治疗也可降低术后HCC复发率。生长因子、基质金属蛋白酶抑制剂和免疫调节剂药物，肿瘤-基质界面靶向治疗都可作为治疗肝癌的新方法。

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骨质疏松威胁停经女性健康

据美国国家科学院院报(PNAS)网站(2013-10-24)报道，国际骨质疏松基金会(IOF)的一项新报告指出，女性虽然平均寿命越来越长，但如果不注意骨骼健康，将严重影响女性老年的生活质量。根据IOF数据，全球约有2亿女性正受骨质酥松问题困扰，50岁以上的妇女有1/3因为骨松而发生骨折，因此呼吁停经妇女应重视这个健康问题。

这篇名为“停经妇女的骨骼健康照顾”(Bone Care for the Postmenopausal Woman)报告提到，50岁以上的妇女不论在家庭或社会上都扮演着照顾家里的年幼儿童、长辈或生病的家属常常都须由她们来照顾。维持骨骼健康不只对这些妇女本身有益，同时对其家人也是非常重要的。

该研究称，预防骨质酥松的工作当然是愈早愈好，但停经是对抗骨质流失、肌肉疲弱非常关键的时期，预防工作若在这个阶段又延迟了，就会提高发生骨质疏松、跌倒及骨折的风险。据统计，45岁以上的妇女，因骨折而住院的时间都比糖尿病、心脏病及乳腺癌患者要长，对生活造成负担。

此外，报告也强调，骨折的次级防护工作同等重要。曾有骨折经验者发生二度骨折的风险，是从未发生骨折者的2倍；停经妇女若出现手腕受伤或脊椎骨折，这通常都是未来出现更多骨折的前兆，因此应注意接受检测与预防治疗的必要性。最后，报告指出全球有20%的臀部骨折患者在一年内死亡，所以预防工作不容忽视。

该研究刊登于国际骨质疏松基金会会刊。

Advance of microenvironment and the pathogenesis of hepatocellular carcinoma (HCC)

DU Yi-jiang1,2, XIAO Chang-yi1,2*

(1.Dept. of Histology and Embryology, Medicine College of China Three Gorges University, Yichang 443002; 2.Central Laboratory, the First College of Clinical Medicine Science, China Three Gorges University, Yichang 443003, China

Hepatocellular carcinoma (HCC) is a prevalent primary liver cancer that is driven by cumulative changes in the hepatocyte genome which were influenced by the liver microenvironment. The tumor microenvironment is a dynamic system, including cancer cells, stroma, the extracellular matrix. tissue hypoxia, diet, gastrointestinal tract (GIT) microflora and circulating microvesicles, The liver microenvironment plays a pivotal role in HCC tumerigenesis, progression and therapeutic efficienry. The study of the HCC microenvironment will provide new insights into the mechanism of tumourigenesis and potential novel targets in the treatment of HCC.

hepatocellular carcinoma; microenvironment; inflammation; cirrhosis; cell signaling; DNA

2014- 08- 29

：2014- 11- 20

湖北省自然科学基金(2011CDC002)

*通信作者(correspondingauthor)：xiaochy@ctgu.edu.cn

1001-6325(2015)02-0248-05

短篇综述

R730

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