代谢综合征在子宫内膜癌及其肿瘤微环境中的研究进展

孔维娜,李 佳,赵淑华,杨 红

(空军军医大学西京医院妇产科,陕西 西安 710032)

子宫内膜癌(Endometrial carcinoma,EC)在中国的发病率位居妇科肿瘤第2位且呈逐年上升的趋势,然而临床上尚缺乏EC特异性诊断及预后标志物,尽管大多数EC患者早期症状明显得以及时诊断,术后5年生存率良好,但与代谢综合征相关的EC的高发病率仍然致使死亡人数居高不下[1-2]。代谢综合征是包括腹型肥胖、高血糖、胰岛素抵抗、血脂异常和高血压等在内的一组临床特征[3]。据统计,糖尿病患者、超重患者[体重指数(BMI)>25 kg/m2],以及伴随高血压的肥胖患者患EC的风险分别是对照人群的2.12倍、2.45倍、3.5倍,同时EC患者中代谢综合征的发病率也逐年增高[4]。近年来肿瘤微环境(Tumor microenvironment,TME)相关研究发现微环境因素对肿瘤发生风险的贡献高达90%～95%[5],其中代谢综合征在细胞微环境的改变、TME的塑造以及微环境向TWE转变的过程中具有重要作用[6-7]。EC合并代谢综合征时各类代谢产物在TME中堆积,后者通过多种机制影响TME中的非肿瘤细胞,促进TME重塑,增加EC转移和复发风险。鉴于TME在与肿瘤细胞之间持续、动态的相互作用中发挥着促进肿瘤生长和进化的重要作用,是肿瘤特征获得和维持的关键因素之一,对代谢综合征与TWE之间相互作用的研究或许可以为靶向TME及其成分进行肿瘤治疗提供机会。本文就腹型肥胖、糖尿病和高血压等代谢综合征组分对EC及其肿瘤微环境产生和发展的相关研究进行综述,以期在临床上通过个性化的干预,为EC患者的治疗和预后管理提供有益参考。

1 肥胖对EC及其TME的影响

1.1 炎 症 肥胖是全身或组织层面慢性炎症的常见原因之一。白色脂肪组织(White adipose tissue,WAT)容易长期被巨噬细胞和淋巴细胞等免疫细胞浸润而处于慢性损伤状态[8],免疫细胞浸润脂肪组织并包围死亡或垂死的脂肪细胞形成冠状结构(Crown-like structures,CLS)[9],CLS诱导核因子κB(Nuclaer factor kappa-B,NF-κB)激活,升高肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、单核细胞趋化蛋白-1(Monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)以及前列腺素E2(Prostaglandin E2,PGE2)等炎症性细胞因子,进一步激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun n-terminal kinase,c-JNK)途径[10]。JNK通路在反馈调节炎症之余,影响EC细胞的生长分化及应激反应,构建了抑制性的早期TME以协助EC细胞的免疫逃逸[11]。同时CLS通过干扰胰岛素受体激酶1(Insulin receptor substrate 1,IRS-1)与胰岛素受体的结合并且促进IRS-1的降解破坏胰岛素信号传导进而参与血糖对EC微环境的重塑[12]。

1.2 激素信号增强 肥胖提高细胞色素P450家族19亚家族(Cytochrome P450 family 19 subfamily,CYP19)的转录从而诱导芳香化酶表达,导致雌激素合成增多,在无孕激素拮抗的情况下,增多的雌激素通过雌激素受体(Estrogen receptor,ER)例如核受体(ERα/β)和细胞膜G蛋白偶联雌激素受体(G protein-coupled estrogen receptor,GPER)来调节EC细胞周期,促进细胞增殖[13-14]。同时雌激素能够增强EC基质细胞和免疫细胞在TME中的致癌作用,间接促进EC的进展[15]。

1.3 循环脂肪因子 肥胖导致过多循环脂肪因子释放,后者通过调节热量摄取和代谢,并与胰岛素信号途径以及炎症信号途径交叉促进血管生成和细胞增殖,鉴于此,我们猜测循环脂肪因子或许是代谢途径影响局部EC细胞存活且与TME相互沟通的关键,并且可能是局部EC与其转移位点相互响应的媒介之一。循环中瘦素与脂肪素比值的升高可加速EC的上皮间质转化过程(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)[16],脂肪素对p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK)信号通路的作用还通过影响巨噬细胞M1(Macrophage 1)型与M2(Macrophage 2)型之间的转化[17]间接参与改变EC的TME构成。

1.4 内质网(Endoplasmic reticulum,ER)应激 TNF-α、游离脂肪酸等介导活性氧(Reactive oxygen species,ROS)生成,一方面干扰新生蛋白质氧化增多ER中未折叠蛋白质的数量[18-19];另一方面ROS促进ER膜上钙通道释放Ca2+与IL-1β消耗ER中的钙储存协同降低了ER腔内总Ca2+浓度,导致新生蛋白质折叠受损[20]。这种蛋白质折叠受损引起ER应激,后者的持续激活赋予了EC细胞高致瘤性、高转移性及高耐药性,同时抑制了TME中髓样细胞的免疫应答功能,且加重了脂肪细胞中炎症因子的表达并协同增强胰岛素抵抗[21],以多种方式间接促使微环境成为EC促进的TME。

1.5 细胞外基质(Extracellular matric,ECM) 肥胖引起血小板衍生生长因子(Platelet derived growth factor,PDGF)途径[22]、Wnt信号途径[23]和转化生长因子-β(Transforming growth factor-β,TGF-β)途径[24-25]呈过度激活状态,诱导脂肪细胞转化或去分化获得成纤维细胞的转录特征,产生大量的ECM蛋白并分泌多种细胞因子及生长因子,EC合并肥胖时脂肪组织中胶原蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ以及纤连蛋白和基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMPs)合成显著失衡从而导致TME中ECM沉积和纤维化[26]。这一特点在增强EC细胞侵袭性的同时又对其起到了保护作用,在减少化疗药物渗透,导致肿瘤耐药的发生中具有重要意义。

1.6 微生物群 肠道微生物群是饮食诱导肥胖过程中的重要独立因素,高饱和脂肪酸饮食可改变肠道微生物菌群组分,并借此激活Toll样家族受体(Toll-like receptor family,TLRs),通过诱导MCP-1过量表达[27]致使产生WAT炎症和胰岛素抵抗,同时促进WAT中局部巨噬细胞增殖[28-30]。另外,TLR5依赖性的共生细菌通过增加全身IL-6水平来动员骨髓衍生抑制细胞(Myeloid derived suppressor cells,MDSCs),促使γδ淋巴细胞分泌galectin-1抑制抗肿瘤免疫,从而加速内膜组织的恶性进展[31-32],这意味着肥胖或许是通过肠道微生物菌群介导EC发生前的初始TME形成并促进EC的发生,然而肠道菌群在其中发挥的作用程度和细节机制仍需进一步研究阐明。

1.7 脂肪源性干细胞(Adipose-derived stem cells,ASCs) ASCs可独立于雌激素信号促进ER+癌细胞的转移,也可与EC细胞融合并使之呈现出间质表型的成纤维细胞样外观[33-34]或直接转化为癌症相关的成纤维细胞(Cancer-related fibroblasts,CAFs),这一分化特点意味着在EC的TME中特定的细胞成分是可以相互转变的,这种转变是TME微观调控的结果并且呈动态变化趋势,这一过程是否受其他因素影响尚不得而知,但这种转变在EC合并肥胖背景下有利于形成促进EC进展的TME。

1.8 免疫细胞 肥胖改变了脂肪组织中的免疫细胞组成,增多辅助T(Helper T,TH)细胞和CD4+T细胞而减少Ⅱ型固有淋巴细胞(Type 2 innate lymphoid cell,ILC2)和调节性T细胞(Regulatory cells,Tregs),除此之外从脂肪组织中分离出的树突状细胞(Dendritic cells,DCs)、巨噬细胞、CD4+T细胞和ILC2细胞中均观察到细胞程序性死亡1配体1(Programmed cell death 1 ligand 1,PD-L1)的升高,但唯独敲除DCs的PD-L1可观察到脂肪组织增加以及代谢状态恶化,这意味着DCs上的PD-L1可发挥延缓脂肪组织炎症并改善肥胖的作用[35-36]。值得一提的是,既往研究中发现PD-L1抑制剂在EC中的治疗效果不如在其他肿瘤中显著,这或许与EC中的DCs功能改变有关,值得进一步实验探究。

2 糖尿病及胰岛素抵抗对EC及其TME的影响

2.1 高血糖 高血糖调节ERα/葡萄糖转运体(Glucose transporter,GLUT)促进血管内皮生长因子及其受体(Vascular endothelial growth factor /vascular endothelial growth factor receptor,VEGF/VEGFR)的表达和EMT[37],对AMPK/mTOR/S6[38]等癌症相关信号通路的调节还直接影响了EC的TME和代谢重编程[39]。在糖尿病合并EC患者体内含己糖酶结构域1(Hexokinase domain-containing 1,HKDC1)基因水平显著升高并诱导升高ROS、促进细胞焦亡,同时激活且加强EC细胞糖酵解过程使之成为优势代谢,进一步升高TME中的代谢中间产物含量以加速EC生长[40]。此外,高血糖与炎症因子以及胰岛素信号之间的相互制约和促进作用对TME的成分更新起到重要支持作用。二甲双胍降低了糖尿病患者的EC发生率并以TME中葡萄糖浓度依赖性方式在EC治疗中提高了抗肿瘤药物的疗效[41-42],证明了这一点。

2.2 胰岛素抵抗和高胰岛素血症 合并糖尿病或肥胖症的EC患者体内胰岛素和胰岛素样生长因子1(Insulin-like growth factor 1,IGF-1)的水平明显升高,两者与各自的细胞表面受体结合激活PI3K/Akt/mTOR[43-44]和Ras/Raf/MAPK[45]通路参与EC发生发展。机制上来说,高胰岛素和IGF-1水平可加速雄烯二酮转化成为雌激素并通过合成性激素结合球蛋白(Sex hormone binding globulin,SHBG)增加雌激素水平。通过调节10-eleven易位蛋白(Ten eleven translocation proteins 1,TET1),胰岛素还上调了细胞膜上的GPER水平从而增强EC细胞对雌激素的敏感性[46],进一步推进子宫内膜在长期单一雌激素刺激下的恶性转化[47]。另外雌激素联合胰岛素可通过NF-κB、PPAR以及LXR/RXR信号通路参与促进内膜腺体增生[48]及EC细胞增殖[49],这意味着胰岛素对良恶性内膜细胞都有较明显的促生长作用,但两者生长模式和生长速率有所不同,需进一步深入探讨。高水平的IGF-1还促使巨噬细胞膜上78 kD的葡萄糖蛋白(Glucose regulated protein,GRP78)被招募到质膜上与IGF-1R相互作用并激活JAK-STAT途径,以此增强巨噬细胞向M2型分化,促进EC及其TME的形成[50],加速机体对EC细胞的适应和物质供应。

3 高血脂对EC及其TME的影响

3.1 胆固醇 作为膜结构的重要成分,胆固醇及其代谢产物在细胞间及细胞内的囊泡交流中传递着重要信息,并调节着相关蛋白的合成以维持TME的稳定和适宜程度。例如胆固醇代谢产物27-HC(27-Hydroxycholesterol)作为ER激动剂可激活Akt/mTOR或Akt/GSK3β/β-catenin通路刺激ER+肿瘤细胞的增殖,并且在胆固醇向27-HC转化过程中对关键酶CYP27A1的抑制不仅可减少激素依赖性肿瘤的生长,还减少了TME中的浸润性巨噬细胞[51]。

3.2 游离脂肪酸(Free fatty acids,FFA) FFA水平升高可激活非典型的蛋白激酶C(Protein kinase C,PKC)并使之进一步磷酸化和激活NF-κB 的抑制蛋白(Inhibitor of NF-κB,IκB)-激酶(IκB kinase,IKK),随后活化NF-κB的两个失活亚单位并使之转移至细胞核内与相应炎症基因结合[52],启动炎性细胞因子转录诱发炎症,协同增强炎症在EC及其TME中的影响。过氧化物酶体增殖物激活受体γ(Peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ)与FFA结合还诱导PTEN基因的上调进一步使磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸酯(Phosphatidylinositol 3,4,5 triphosphate,PIP3)去磷酸化以抑制蛋白激酶B(Protein kinase B,PKB),随后通过促进胰岛素抵抗这一途径发挥对EC及其TME的影响。另外FFA可与巨噬细胞膜上的TLR4结合[53],升高TNF-α、IL-1β等炎症性细胞因子,后者又刺激脂肪分解,导致FFA的进一步释放,从而建立一个炎症前馈回路,致使TME微环境的不断恶化。

4 高血压对EC及其TME的影响

4.1 基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMPs) 高血压是EC的独立危险因素之一[54],EC合并高血压患者体内MMPs含量显著升高,其对ECM中胶原蛋白的降解引起微环境中ECM僵化和细小动脉壁重塑,并导致胰岛素抵抗。另外MMPs可通过破坏肿瘤细胞之间的连接分子形成独特的TME,促进肿瘤细胞脱落和游走以便远处转移的同时又阻碍化疗药物渗透,促使产生化疗耐药性,这一作用似乎与炎症因子途径相交互,研究发现抗炎因子IL-37在降低MMPs表达后可有效抑制EC细胞的迁移和侵袭[55-56],这也从侧面证实了炎症在EC及其TME发生进展过程中或许处于核心位置。

4.2 血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF) 高血压患者的VEGF表达明显增加[54],但VEGF水平在高血压合并EC发展进程中的意义尚不明确,与VEGF相关的血管炎症是否参与EC发展尚无研究证据,鉴于靶向VEGF的药物其不良反应之一是高血压,而高血压又是EC的危险因素,其中的机制需更多研究证实。

5 结 语

代谢综合征与EC的高发病率及预后不良甚至复发转移相关,其组分不同程度地通过改变雌激素水平、促进炎性反应、干扰免疫细胞组成、调整ECM成分及影响微生物菌群等途径参与EC及其TME的发生、维持、成分更新和重塑,以协助EC增殖、迁移、侵袭、远处转移和复发,多种细胞信号通路涉及其中。众多代谢改变在正常内膜细胞微环境中的叠加是诱导内膜细胞恶变还是通过改造微环境使其丧失本该对低频率自发突变的恶性细胞进行监测并消灭的能力,反而产生并维持适宜肿瘤细胞生长的局部环境成为恶性细胞的起源地和培养皿尚不得而知。另外未达代谢疾病诊断标准的早期代谢紊乱水平是否已经参与EC早期TWE的形成尚无法定论,需要更多地研究去阐明代谢组分在EC及其TME中发挥作用的具体机制以及其中处于“导火索”位置的代谢改变,通过实施个体化的代谢治疗干预,降低EC发病率,或在已确诊EC时实现基于精准代谢靶向的治疗。