化疗促肿瘤转移的机制研究

罗秋月，张 青综述，熊绍权，周 莎审校

0 引 言

化疗可将肿瘤缩小至无法检测的水平，然而，多数患者在化疗后仍出现病情进展，甚至边化疗边复发，直至肿瘤转移及扩散［1⁃2］。研究表明，即使经铂类、紫杉类和蒽环类等化疗后，肿瘤除在原处进展外，40%以上还将出现远处新增转移［3］。化疗后的复发、转移是90%的恶性肿瘤患者治疗失败和死亡的主要原因［4］。因此，了解化疗促肿瘤转移的机制对肿瘤患者的治疗及预后尤其重要。

1889年paget就肿瘤转移提出“种子⁃土壤”学说，认为肿瘤生长、发展和转移一方面需具有转移潜能的癌细胞滞留于远处毛细血管，浸润器官实质并增殖，另一方面需靶器官产生利于转移的前位点（如在癌细胞到达前募集巨噬细胞，分泌血管内皮生长因子等）来吸引癌细胞，只有两方面相互影响、相互作用时才能形成新增转移灶［5］。化疗致肿瘤新增转移的机制是多方面和复杂的，包括癌细胞（种子）的内在变化和宿主中非癌细胞（土壤）的变化。

1 化疗诱发癌细胞生物学特征改变

1975年，van Putten等［6］发现，相对于对照组，用环磷酰胺处理的小鼠中循环肿瘤细胞的数量及促转移效应影响高达1000倍，增强了转移性肺结节的形成，发现了化疗对肿瘤转移的促进作用。其后部分研究关注了化疗对肿瘤转移的影响。如2001年，De Larco等［7］用多柔比星和5′⁃氟尿嘧啶对乳腺癌细胞MCF⁃7进行2周的连续处理后，与未处理的细胞相比，处理后残存的MCF⁃7细胞间的连接变得松散，表现出更强的增殖能力和侵袭性，在裸鼠实验中，处理后的细胞形成移植瘤的生长速度更快，并发生自发性肺转移。这些研究不同侧重地解释了化疗后肿瘤细胞转移潜能增强的原因，总结如下。

1.1 化疗对耐药细胞和高侵袭细胞的筛选作用化疗后耐药是恶性肿瘤晚期预后差的重要原因。化疗药物首先进入外周循环系统，再到达肿瘤和骨髓，杀灭病灶及全身肿瘤细胞。然而，化疗也能诱导肿瘤细胞和外周血中耐药及侵袭细胞的高表达，导致化疗的失败，肿瘤的复发和转移。例如化疗能激活、募集肿瘤干细胞，促使其产生耐药，并通过自我更新机制长期保留耐药性状，使肿瘤进展［8⁃9］。Lu等［10］用紫杉醇和卡铂对MDA⁃MB⁃231乳腺癌细胞处理72h后进行乳腺球和乙醛脱氢酶活性测定，确定化疗通过诱导HIF⁃1富集肿瘤干细胞，肿瘤干细胞数量增多，活性增强。郭崇勇等［11］发现在MCF⁃7乳腺癌细胞株使用多柔比星后肿瘤干细胞被募集至肿瘤外周，数量明显增多，并发现裸鼠的成瘤能力较未化疗组明显增强，瘤体体积较未化疗组明显增大。此外，Quintavalle等［12］在头颈部腺癌细胞系（SCC61 cells）中使用紫杉醇化疗后发现癌细胞侵袭性伪足数量及细胞降解均明显增加，癌细胞迁移及侵袭能力均较空白对照组明显增强。不少化疗后肿瘤转移潜能增加的研究都建立在化疗诱导肿瘤细胞耐药的基础上，且研究显示，经化疗后复发、转移的肿瘤，因对多药耐药，对药物的反应差等因素，往往较原发肿瘤更加凶险，预后极差［13⁃14］。

1.2 化疗诱导上皮⁃间质转化使癌细胞更具恶性表型由于肿瘤细胞具有表达的异质性、高突变率等特点，易被缺氧、抗肿瘤药物等诱导，使之恶性程度更高［15⁃16］。目前研究发现的主要是上皮⁃间质转化（epithelial⁃mesenchymal transition，EMT），包括丧失极性，使细胞转变为间质表型［17⁃18］。肿瘤间充质细胞表型与迁移能力增加，阻止细胞凋亡，细胞外基质降解酶产生增加以及侵袭性倾向增加有关［19⁃20］。Kajiyama等［21］发现，上皮源性的 NOS2⁃PR卵巢癌细胞，经过紫杉醇作用耐药后，细胞表面E⁃钙黏蛋白明显降低，而间质细胞标志物纤连蛋白、波形蛋白、平滑肌肌动蛋白及EMT的介导因子Snail和Twist表达增加，同时呈现更高的侵袭性表型。Xiong等［22］的研究发现，体外培养的肝癌细胞经过连续化疗后，残存的肿瘤细胞的侵袭和迁移能力得到增强；接种裸鼠肝后体内化疗，残存细胞肺转移能力增强，并伴有EMT。

1.3 化疗上调相关促癌基因的表达癌基因在正常组织中不表达或低表达，癌变时阳性表达。目前研究较多的癌基因如Ras、Bcl⁃2、MTA⁃1、C⁃erbB⁃2、c⁃myc等，这些基因通过增强肿瘤细胞的转移侵袭能力，促进肿瘤新生血管生成，抑制细胞凋亡，促使细胞恶变，参与细胞自噬和凋亡交叉对话机制，引起肿瘤细胞多药耐药等使之更有利于肿瘤的侵袭、转移和扩散［23⁃25］。多项研究表明，化疗、放疗、DNA损伤等可激活或上调癌基因，从而促进肿瘤的发生发展［26⁃27］。近年来，细胞自噬成为研究热点，而自噬引起肿瘤细胞耐药、复发和转移与化疗诱导、活化自噬相关癌基因密不可分。如潘半舟等［28］发现化疗使Bcl⁃2磷酸化导致beclin1的释放促进自噬，同时释放磷酸化的Bcl⁃2仍能与Bax结合抑制凋亡，自噬成为保护性机制，诱导肿瘤耐药，甚至引起多药耐药。此外，化疗上调促癌基因后能直接增强肿瘤细胞侵袭性和耐药。如杨桐等［29］研究证实经表柔比星处理后的人乳腺癌细胞MCF⁃7和MDA⁃MB⁃231较正常培养组MTA1的表达水平明显升高，scratch和transwell实验表明在表柔比星组的肿瘤细胞迁移能力和侵袭能力显著增强，在体内试验中，表阿霉素组的肺表面转移灶数量明显多于空白对照组。Kwon等［30］发现化疗后耐药的肺腺癌A549小鼠中Bcl⁃2表达水平升高，减弱了caspase 3、caspase 9的活性，抑制细胞凋亡能力，从而促使多药耐药。

1.4 化疗引起炎症反应并诱导促转移因子的表达1863年，Rudolf Virchow观察到肿瘤组织中有炎症细胞存在，并首先提出炎症和肿瘤之间存在关联的假设［31］。大量实验对炎症如何促进肿瘤转移的机制进行成熟的研究及阐述，发现炎症细胞是肿瘤微环境的重要组成部分，能释放一些可溶性调节因子，提供促进肿瘤细胞传播的信号，在肿瘤侵袭转移过程中有重要作用［32⁃33］。Ohta等［34］发现，顺铂可以通过PI3/AKt级联反应促进卵巢癌细胞中NF⁃κB激活，这与Annunziata等［35］报道的化疗后的卵巢癌患者肿瘤组织会出现NF⁃κB转录因子p65和p50的共同高表达的现象是一致的。NF⁃κB是细胞内炎症信号通路的核心节点，该通路的激活会促进下游的如TGF、IL⁃6、IL⁃8等相关基因的表达［36⁃38］。研究表明，上述基因是对肿瘤血管生成、增殖和侵袭均有调控作用的细胞因子［39⁃41］。Biswas等［42］报道经多柔比星化疗后的乳腺癌小鼠，相比于空白对照组，检测出更多的循环肿瘤细胞和肺转移灶，并伴随血液和组织中TGF⁃1水平的增加，使用TGF⁃1中和剂后可以使转移得到显著抑制。

化疗促癌转移，除了诱变癌细胞生物学特性之外，还有无其他机制呢？

2 化疗改变宿主内环境。

2017年，Chang等［43］发现在正常小鼠中使用紫杉醇后，再注射入乳腺癌细胞，更容易发生肺转移，而将小鼠的ATF3基因敲除，发现肺部转移癌灶明显减少，进一步研究发现，在ATF3缺失的小鼠，巨噬细胞M2极化受抑，化疗后肿瘤微血管密度减低和侵袭性减弱，循环肿瘤细胞减少，肺转移程度明显减轻。提出化疗药物可经过宿主途径促进肿瘤转移并将研究报道发表在PANS上，引起全球广泛关注。这些非瘤细胞通过分泌细胞因子和趋化因子等方式作用于肿瘤细胞，调节肿瘤细胞对化疗药物的反应，增强肿瘤细胞增殖、侵袭、迁移能力，促进肿瘤细胞免疫逃避及肿瘤血管生成，造成肿瘤转移。因此，化疗促进肿瘤转移，不仅有其对癌细胞（种子）的诱变之利，更有对宿主内环境（土壤）作用之因。对于后者，我们将其分为免疫细胞和非免疫细胞。

2.1 宿主化疗内环境中的免疫细胞宿主来源的免疫细胞包括巨噬细胞、中性粒细胞、血小板、髓系抑制细胞等［44］。以巨噬细胞为例，巨噬细胞分为M1型巨噬细胞（经典活化）、M2型巨噬细胞（替代活化），M1型巨噬细胞参与抗原提呈，发挥抗肿瘤作用，M2型巨噬细胞则促进肿瘤的增殖、侵袭和转移［45］。化疗致巨噬细胞M2极化后，可通过以下效应机制促进癌转移：①化疗募集M2巨噬细胞至瘤周，M2巨噬细胞上调和释放VEGF，促进肿瘤及瘤周新生血管、淋巴管生成，利于血行、淋巴结转移［46⁃47］。②巨噬细胞M2极化后，分泌表达炎症因子如IL⁃10、TGF⁃β等，增强癌细胞侵袭和迁移能力［48］。③抑制NK细胞、CD8T细胞释放穿孔素和颗粒酶，导致局部免疫失衡，甚至免疫抑制，促进肿瘤转移［49］。Dijkgraaf等［50］研究发现，铂类化疗药物能诱导宫颈癌和卵巢癌患者的单核细胞分化为M2巨噬细胞，促进IL6和PGE2两种炎症介质的分泌。在乳腺癌的小鼠模型中，紫杉醇常规化疗可以造成小鼠体内M2巨噬细胞募集，诱导CSF1和IL⁃34分泌增多。使用CSF1R拮抗剂协同紫杉醇治疗后，小鼠乳腺癌肺转移减少［51］。另有Alishekevitz 等［52］发现经紫杉醇化疗的小鼠体内M2巨噬细胞募集，血管内皮生长因子 C（vascular endothelial growth factor⁃C，VEGF⁃C）释放增多，促进了淋巴管的生成和淋巴血管重塑，肿瘤复发转移，而使用31C1阻断VEGF⁃C/VEGFR3通路后，经紫杉醇化疗的乳腺癌BALB/c小鼠体内肺转移病灶明显减少。

2.2 宿主化疗内环境中的非免疫细胞宿主来源的非免疫细胞包括内皮祖细胞、成纤维细胞、细胞外基质等［44］。非免疫细胞促转移的机制往往较单一。内皮细胞作为血管内皮细胞的前体，主要参与肿瘤血管生成。Morita等［53］检测了化疗前后的非小细胞肺癌患者外周血内皮祖细胞（circulating endo⁃thelial progenitors cells，CEPCs）值，发现化疗后部分非小细胞肺癌患者外周血的VEGF⁃A、CECPs值比非肿瘤患者高；且发现CECPs水平和患者对化疗的反应相关，证实化疗前低CEPCs的患者与高CEPCs患者相比不易发生进展、转移。

成纤维细胞释放细胞外基质蛋白质、蛋白酶、细胞因子和趋化因子等，影响宿主内环境［54］，被证实能促进胃癌、乳腺癌、前列腺癌、结肠癌等不同肿瘤的转移［55⁃58］。Lotti等［59］收集了奥沙利铂治疗的结直肠癌患者，发现化疗后成纤维细胞数目明显上升，诱导成纤维细胞分泌IL⁃17A，与肿瘤起始细胞上的IL⁃17A⁃R结合，促进了肿瘤起始细胞耐药、增殖。另有研究［60］指出顺铂化疗后肺恶性肿瘤的进展与其诱导成纤维细胞中的IL⁃11过表达有关。IL⁃11促进转录激活因子STAT3磷酸化，激活IL⁃11R/STAT3信号通路，上调抗凋亡基因蛋白BCL⁃2及生存素的表达促进肿瘤细胞增殖。

细胞外基质位于肿瘤细胞周围，与肿瘤细胞相黏附，肿瘤细胞通过其降解达到转移目的。细胞外基质组成和结构的重新调整，释放生物活性分子的过程称为重塑。降解是重塑的主要过程。因此，细胞外基质的重塑与肿瘤转移密切相关。化疗药能诱导降解细胞外基质的相关蛋白酶如：MMP⁃2，从而加快其重塑促进肿瘤转移。研究发现，环磷酰胺诱导MMP⁃2的上升，且 VEGF和 MMP⁃2呈正相关，VEGF上升能促血管新生，诱导血管内皮细胞增殖，同时可刺激内皮细胞释放MMP，使细胞外基质的降解，增强肿瘤细胞的侵袭力，促进肿瘤的浸润和新生血管生长，最终致肿瘤转移［61］。

3 结 语

尽管化疗药物在癌症治疗过程中靶向并杀死恶性肿瘤细胞，但化疗增强了原发性肿瘤的癌细胞（种子）的浸润、扩散，并促进了宿主内环境（土壤）的改变以更好地吸引癌细胞，使癌细胞定植、生长，从而解释了种子⁃土壤理论背景下化学疗法的矛盾性促癌效应。最近的研究显示新辅助化疗后残余癌症负担与更差的临床结果相关［62］，且转移导致超过90%的恶性肿瘤患者死亡，因此，阐明化疗加剧癌症进展的机制具有临床意义。

总之，化疗增强了转移级联中的多个步骤，而转移过程中不仅种子的有利因素更有宿主内环境的作用。因为化疗是癌症患者重要并广泛运用的治疗手段，阐明机制并寻求解决途径是我们应该关注并研究的热点。