化疗药物引发肿瘤转移的现象及机制探讨

李乐，吴启鹏，江振洲，2*（.中国药科大学 新药筛选中心，南京 20009；2.中国药科大学 江苏省药效研究与评价服务中心，南京 20009）

目前，癌症的治疗手段仍以化疗为主。化疗药物通过作用在肿瘤细胞生长繁殖的不同阶段，抑制或杀死肿瘤细胞。然而，化疗药物可能通过改变肿瘤细胞的生物学特征或引起机体中非肿瘤细胞微环境的变化促进肿瘤的恶性进展和转移扩散。阐明化疗药物诱导转移的机制能够更好地预测肿瘤发生转移的风险，有助于开发新的治疗策略或药物来抑制或拮抗化疗引起的肿瘤转移[1]。

1 肿瘤转移的发生及相关的机制

肿瘤细胞从原发部位扩散到继发部位形成肿瘤的过程称为转移。转移的发生不仅是一个细胞自主的事件，而且受到复杂组织微环境的严重影响。肿瘤转移是一个不断发展的过程，是指恶性肿瘤细胞从原发部位，经淋巴管、血管或体腔等途径，到达其他部位继续生长的过程[2]。肿瘤转移通常预示着不良的预后，包括：① 肿瘤转化，肿瘤细胞首先通过改变自身微环境获得适应转移的能力，同时肿瘤细胞在原发灶大量增殖，新生血管生长。肿瘤细胞发生转化时表现出遗传和表型不稳定，发生基因突变和表型飘移，黏附分子可改变并帮助肿瘤获得转移能力[3]。② 分离和局部侵袭，如果肿瘤细胞要实现远处扩散，首先恶性增殖的细胞与母体肿瘤分离。分离和局部侵袭同时伴随细胞外基质降解和定向细胞运动两个过程。伪足的形成是肿瘤细胞有效游离和迁移的关键。伪足具有信号传导、运动和蛋白水解功能。③ 肿瘤细胞在血管内存活和传播，血管生成、淋巴管生成、基质降解以及黏附分子和基质成分之间的相互作用都是肿瘤细胞血管内传播的关键[4]。大多数恶性肿瘤通过有序的扩散进入血管，造成局部浸润和淋巴管浸润，然后导致血行播散[5-6]。④ 增殖和形成肿瘤，播散的肿瘤细胞与靶器官部位的毛细血管壁发生黏合，在靶器官定位并形成微小转移灶，形成与原发肿瘤同样类型的继发瘤[7]。

肿瘤转移是一个复杂的、多因素调控的动态过程，现从以下几个方面介绍主要进展。

1.1 上皮间充质转化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）促进肿瘤转移

EMT是上皮细胞获得间充质特征的过程。在此过程中，细胞失去其上皮特征并获得间充质特征。EMT发生的重要标志是E-钙黏蛋白的丢失和间充质标志物波形蛋白表达的增加，E-钙黏蛋白水平下降可导致细胞黏附力降低，进而促进肿瘤转移与侵袭。EMT与肿瘤的发生、转移、侵袭和对治疗的耐受有关[8]。EMT会导致上皮细胞中连接分子表达缺失，破坏细胞极性，从而增强细胞迁移能力。此外，EMT还可以通过提高基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP）的表达，从而破坏肿瘤细胞侵袭的组织学屏障，便于细胞从原发肿瘤分离脱落发生侵袭转移。

1.2 肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSCs）参与血管生成

CSCs是一种具有自我更新和多向分化能力的肿瘤细胞亚群。CSCs与肿瘤转移密切相关，可增加肿瘤运动性和侵袭性等[9]。血管生成和淋巴管生成是肿瘤转移过程中的重要病理改变，而CSCs直接或间接参与血管生成和淋巴管生成[10-12]。血管生成因子和淋巴管生成因子在缺氧条件下由CSCs高度表达，这表明CSCs在肿瘤发生和发展过程中可间接促进血管生成和淋巴管生成。此外，CSCs可能通过转化为肿瘤血管生成干细胞/祖细胞或通过发展无内皮模式的血管生成拟态来构建肿瘤微循环，从而直接参与血管生成[13]。

1.3 自噬在肿瘤转移不同阶段中的作用

自噬是细胞内利用溶酶体降解细胞器和蛋白质的过程，在维持细胞稳态和更新中发挥作用[14]。自噬通常由营养缺乏、活性氧、缺氧、药物刺激和内质网应激等因素触发。自噬可能导致多种病理状况的发生，如神经退行性病变、衰老和癌症[15]。自噬在肿瘤转移过程的不同阶段中发挥着不同的作用。在肿瘤转移的早期阶段，自噬可能通过防止肿瘤坏死和限制炎性细胞浸润来抑制转移[16]；而在肿瘤转移的晚期阶段，自噬可能通过促进恶性肿瘤细胞在循环中的扩散，增强游离的转移细胞在目的器官中的定植，并诱导转移细胞在新环境中生存，维持肿瘤的代谢、生长和存活，促进肿瘤转移的发生和发展[17-18]。

1.4 表观遗传变化促进肿瘤转移

人类许多疾病的发生伴随着表观遗传变化，表观遗传变化参与了肿瘤形成的早期阶段，并被认为是肿瘤的标志[19]。基因组和表观基因改变参与了肿瘤细胞转化，肿瘤进展和转移的过程。DNA甲基化是主要的表观遗传修饰，这种修饰由DNA甲基转移酶催化。研究表明活化T细胞核因子1（the nuclear factor of activated T cells，NFAT1）在鼻咽癌中由于启动子高甲基化而沉默，沉默的NFAT1通过激活整合素亚单位α6（integrin subunit alpha 6，ITGA6）转录促进鼻咽癌EMT的发生和转移[20]。Mou等[21]的研究表明长链非编码RNA淋巴结转移相关转录本1（Long non-coding RNA lymph node metastasis associated transcript 1，LNMAT1）通过招募ZESTE基因同源物2增强子（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）到细胞黏附分子1（cell adhesion molecular 1，CAM1）启动子中抑制CAM1的表达，LNMAT1通过抑制CAM1的表达促进恶性黑色素瘤细胞的迁移和侵袭。骨肉瘤中促转移基因易洛魁族同源盒1（Iroquois homeobox 1，IRX1）启动子的低甲基化导致了IRX1基因的高表达，而IRX1通过增强CXC趋化因子配体14（C-X-C Motif Chemokine Ligand 14，CXCL14）/NF-kB信号传导促进骨肉瘤肺转移[22]。还有研究报道含有Jumonji结构域蛋白2C（Jumonji domain-containing protein 2C，JMJD2C）可以通过降低肺腺癌转移相关转录本1（metastasis associated in lung denocarcinoma transcript 1，MALAT1）启动子的组蛋白甲基化水平，进而上调MALAT1的表达，增强β-catenin信号通路的活性，从而增强结直肠癌细胞的体内外转移能力[23]。

总的来说，肿瘤发生转移的原因有很多，肿瘤细胞自身因素和肿瘤微环境以及转移前环境的塑造等因素的改变都可以引起肿瘤转移。

2 化疗药物促进肿瘤转移的作用及机制

化疗对于肿瘤的治疗和控制至关重要，然而化疗药物也可能通过诱导肿瘤细胞内或宿主微环境的改变，诱导血管通透性增强，促进肿瘤细胞生存或增殖，最终促进肿瘤细胞扩散到远处的器官（见图1）。有研究表明化疗药物可以上调有利于肿瘤生存的蛋白，进而减弱化疗药物对肿瘤细胞的抑制或杀伤作用，增加肿瘤细胞的存活率[24]。

图1 肿瘤转移机制图（由Figdraw绘制）Fig 1 Mechanism of tumor metastasis（drawn by Figdraw）

2.1 细胞毒性化疗药物

细胞毒性化疗药物是指能够直接杀死肿瘤细胞或抑制肿瘤细胞生长、增殖的一类化疗药物，作用机制包括抑制肿瘤细胞核酸或蛋白质的合成、干扰大分子物质代谢、干扰微管系统、抑制拓扑异构酶活性等。

2.1.1 环磷酰胺 环磷酰胺属于噁氮磷基团的烷基化剂，它是治疗血液系统恶性肿瘤以及各种上皮性肿瘤的主要药物[25]。研究表明环磷酰胺可通过影响MMP2、CAM1和组织金属蛋白酶抑制剂2（tissue inhibitor of matrix metalloproteinase 2，TIMP2）的表达，增加T739小鼠体内肺转移和肿瘤结节的数量和面积，提示环磷酰胺可能通过基质降解蛋白酶和黏附蛋白的协同作用增强小鼠肺癌细胞LA795的肺转移过程[26]。Hung等[27]的研究结果表明，当暴露于环磷酰胺时，乳腺癌细胞MDA-MB-231可能通过激活CXC趋化因子受体4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）和下游效应物如MMP9和MMP13的表达而被诱导迁移。细胞毒性化疗药物环磷酰胺可改变骨微环境，通过增加骨髓源性细胞因子促进前列腺癌骨转移[28]。总之，环磷酰胺临床疗效确切，应用广泛，然而，环磷酰胺长期以来被认为与增加肿瘤转移的潜在风险相关，研究表明，环磷酰胺可能刺激肿瘤细胞微环境而不是肿瘤细胞本身促进转移[29]。

2.1.2 紫杉醇 紫杉醇是一种具有抗肿瘤活性的二萜生物碱类天然抗肿瘤药物，通过促进微管蛋白组装成微管，抑制微管的解聚，阻滞细胞周期进程和有丝分裂，从而抑制肿瘤细胞生长[30]。临床上已被广泛应用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈部癌的治疗。有研究报道了紫杉醇在治疗的同时会促进肿瘤的转移，低浓度紫杉醇（4 nmol·L－1）作用于卵巢癌细胞SKOV3、上皮性卵巢癌细胞A2780后通过激活PI3K/Akt通路诱导MMP1的表达从而促使存活卵巢癌细胞的迁移能力显著提升[31]。紫杉醇化疗通过激活乳腺癌细胞MDA-MB-231中的Toll样受体4（toll like receptor-4，TLR4）通路，从而加剧肿瘤微环境、区域淋巴结的炎症进而显著增加淋巴结和远处器官的转移[32]。还有研究结果表明紫杉醇通过促进淋巴管内皮细胞（lymphatic endothelial cell，LEC）自噬来维持化疗期间的淋巴管结构，并通过诱导血管通透性来增加肿瘤细胞的淋巴转移[33]。总的来说，紫杉醇可以通过诱导NF-κB依赖的炎症反应、产生血管生成因子和促生成因子促进肿瘤转移，这些因子直接或间接增强肿瘤侵袭性，或通过调动骨髓髓样细胞，通过旁分泌方式促进肿瘤扩散[34]。

2.1.3 顺铂 顺铂是金属铂类抗肿瘤化疗药物。顺铂通过破坏DNA、抑制DNA合成和有丝分裂、诱导细胞凋亡从而杀死肿瘤细胞。顺铂具有广谱抗肿瘤作用，临床用于治疗卵巢癌、前列腺癌、骨肉瘤等多种实体肿瘤。有研究表明顺铂化疗可能有引起肿瘤转移的风险，Liu等[35]研究报道了顺铂可以通过调节经典活化巨噬细胞（classically activated macrophages，CAMs）促进卵巢癌A2780、SKOV3细胞EMT和迁移，趋化因子配体20（chemokine ligand 20，CCL20）是顺铂刺激的CAMs上调的关键细胞因子，介导卵巢癌细胞迁移。顺铂可通过ERK/AP-1轴进一步上调肺癌细胞A549、Pc9中DCBLD2的表达，DCBLD2通过磷酸化GSK3β和稳定β-连环蛋白促进EMT和转移[36]。总之，顺铂导致的肿瘤转移发生与其诱导促生存信号通路和侵袭标志物有关。

2.1.4 阿霉素和表阿霉素 阿霉素和表阿霉素属于抗生素类抗肿瘤药物，作用机制是药物直接嵌入DNA核碱基对之间，干扰转录过程，阻断DNA/RNA合成和抑制拓扑异构酶Ⅱ发挥杀伤肿瘤细胞的作用，主要用于治疗白血病、恶性淋巴瘤和多发性骨髓瘤等多种恶性肿瘤[37]。研究发现阿霉素通过激活RhoA/MLC通路，进而增强乳腺癌细胞MCF7 和 BT474的迁移和侵袭[38]。也有研究报道阿霉素治疗增加了乳腺癌细胞MDA-MB-231和BT549中损伤DNA结合蛋白1（damaged DNA binding protein 1，DDB1）和CUL4相关因子13（DDB1 and CUL4 associated factor 13，DCAF13）的表达，从而促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭[39]。表阿霉素可以显著增加乳腺癌细胞中转移相关蛋白1（metastasis-associated protein 1，MTA1）的表达，从而促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭[40]。

2.2 分子靶向化疗药物

细胞毒性化疗药物对增殖速度快的正常细胞不加选择地破坏，促进了肿瘤治疗学中分子靶向化疗药物的发展。靶向药物通过与肿瘤生长和进展过程中相关分子靶点相互作用，最大限度地减少周围正常组织的损伤，以达到局部杀灭肿瘤细胞的目的[41]。

2.2.1 舒尼替尼 舒尼替尼是一种新型多靶向性治疗的口服药物，是血小板衍生生长因子受体α-β（platelet-derived growth factor receptor-alpha，beta，PDGFRα-β）、血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）和干细胞因子受体（stem cell factor receptor，SCFR）的抑制剂，主要用于治疗肾癌、神经内分泌肿瘤和胃肠道间质瘤。研究表明由P65诱导的miR-452-5p是舒尼替尼的潜在治疗靶点，舒尼替尼抑制miR-452-5p进而上调SMAD4/SMAD7信号促进肾癌细胞OSRA2和A498的侵袭和转移[42]。舒尼替尼通过促进EMT进程，以神经纤毛蛋白1（neuropilin 1，NRP1）依赖的方式促进结直肠癌细胞侵袭和转移[43]。舒尼替尼属于VEGF/VEGFR抑制剂，可能通过靶向血管内皮细胞，抑制肿瘤血管生成，导致肿瘤细胞内缺氧，进而促进了肿瘤细胞在缺氧条件下的转移和侵袭[44]。

2.2.2 5-氮杂胞苷和地西他滨 DNA甲基化是一种主要的表观遗传修饰方式，可在不改变DNA碱基序列的情况下调节基因表达。DNA甲基转移酶是一种催化DNA甲基化的酶，因为DNA甲基化是可逆的，可以通过使用DNA甲基转移酶抑制剂来逆转DNA异常的高甲基化[45]。DNA甲基转移酶抑制剂5-氮杂胞苷和地西他滨是目前利用表观遗传学进行肿瘤治疗使用最广泛的药物[46]。5-氮杂胞苷和地西他滨通过下调DNA甲基化水平并诱导肿瘤细胞中表观遗传沉默的肿瘤抑制基因的重新激活，已广泛应用于急性髓系白血病、慢性髓系白血病和骨髓增生异常综合征的临床治疗[47]。

相关的研究表明使用DNA甲基转移酶抑制剂存在促进肿瘤转移的可能。研究发现5-氮杂胞苷处理降低了SKOV3和A2780细胞中CpG岛的甲基化水平，5-氮杂胞苷治疗增加了小鼠异种移植模型中肺转移结节的数量，5-氮杂胞苷对甲基化的抑制增加了卵巢癌细胞中侵袭足的形成并增强了细胞外基质的降解，进而促进了卵巢癌的转移和侵袭[48]。DNA甲基转移酶抑制剂地西他滨可能通过激活促侵袭基因刺激胰腺癌的侵袭和转移[49]。Kim等[50]的研究发现地西他滨处理野生型SKOV3细胞可剂量依赖性增强干扰素诱导的跨膜蛋白1（interferon-induced transmembrane protein 1，IFITM1）的表达，进而增加了卵巢癌细胞的迁移和侵袭性。此外，Poplineau等[51]的研究表明DNA甲基转移酶抑制剂地西他滨主要通过Sp1募集调节MMP1的表达而增加人纤维肉瘤细胞HT1080细胞的侵袭潜能。Li等[52]的研究表明地西他滨通过上调神经前体细胞表达下调因子4-1（neural precursor cell-expressed，developmentally downregulated 4-1，NEDD4-1）的表达和限制环核苷酸Ras鸟嘌呤核苷酸交换因子（cyclic nucleotide-Ras guanine nucleotide exchange factors，CNrasGEFs）的表达促进人胃癌细胞MGC803细胞的迁移和侵袭。总的来说，DNA甲基转移酶抑制剂可以降低基因启动子区的甲基化水平，启动子区的低甲基化水平，包括致癌基因的低甲基化和转移相关抑癌基因的低甲基化，可能增强了肿瘤细胞的转移行为，此外，5-氮杂胞苷可能通过促进MMP家族某些基因的重新激活，增加了肿瘤细胞的侵袭性。

2.2.3 贝伐珠单抗 贝伐珠单抗是一种重组人源化免疫球蛋白G1单克隆抗体，通过结合血管内皮生长因子-A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A），抑制其与VEGF受体-2的结合，进而抑制VEGF的生物学作用，达到抑制肿瘤生长的目的，在临床用于转移性结直肠癌的治疗。然而，长期暴露于贝伐珠单抗会导致大肠癌细胞在体外的迁移和侵袭增加，这与VEGF家族配体、胎盘生长因子（placental growth factor，PLGF）和VEGF-C的表达增加以及VEGFR-1的激活有关[53]。还有研究表明，高剂量贝伐珠单抗可能通过下调Claudin5的表达提高人脐静脉内皮细胞的转移能力，进而增加肺癌细胞A549的转移和侵袭[54]。Xu等[55]的研究结果表明，贝伐珠单抗治疗增强了富含脯氨酸的酪氨酸激酶2（proline-rich tyrosine kinase 2，Pyk2）的磷酸化，进而促进了胶质瘤细胞C6的侵袭。

3 展望

化疗在恶性肿瘤的治疗中已被广泛证明是有效的，在临床中仍然占有突出地位。化疗可以改变机体内环境的平衡和肿瘤细胞的部分特性，部分化疗药物甚至增加了肿瘤的转移发生率，影响肿瘤治疗的结局。化疗药物可能通过在原发性肿瘤中起关键应激源作用，造成组织损伤、缺氧等，促进局部和系统促炎细胞因子和趋化因子的释放，或通过改变或增强巨噬细胞和肿瘤细胞的转移行为促进肿瘤转移。因此，寻找化疗药物促进转移的关键性诊断标志物也是今后努力的方向之一。临床在使用化疗药物时，应注意化疗药物对转移生物标志物或肿瘤微环境的改变，及时更换药物或采用联合用药方案。开发在诱导肿瘤细胞死亡方面具有更大特异性的新药物以及实施新的治疗策略，为每个患者选择最佳方案和剂量，是肿瘤化疗学的当务之急[56]。