肺癌侵袭及转移机制的研究进展
肺癌侵袭及转移机制的研究进展
【摘要】
肺癌是世界范围内发病率第一的恶性肿瘤，尽管其在治疗方面取得了进展，但其死亡率仍高居不下。究其根本，癌细胞的侵袭、转移是肺癌预后差及生存率低下的主要原因，其中癌细胞的侵袭和转移包括了上皮间充质转化、新生血管或淋巴管、癌细胞存活、外渗并在远端部位增生等阶段，其发生发展机制目前尚未清晰明了。现总结近年来有关肺癌侵袭、转移机制的研究进展以及现状并作一综述，以期为广大研究者提供参考。
肺癌是目前全球发病率与死亡率最高的癌症之一，据统计，2018年全世界新发肺癌总数目约为210万例，占当年新发癌症总病例的11.6%，其中肺癌死亡数目高达180万例，占当年癌症总死亡人数的18.4%。大约90%的肺癌患者死亡是转移的结果，而不是原发癌症。近年来随着靶向药物及基因疗法的出现，肺癌治疗水平显著提高，但患者5年生存率仍旧低于其他癌症（如结肠癌、乳腺癌和前列腺癌）。最主要的原因还是癌细胞的局部浸润与远端转移等恶化过程的发生，特别是癌细胞转移。然而，这个过程是极其复杂的，涉及到大量的基因或途径的改变，如上皮间充质转化（epithelial-mesenchymal transition,EMT）、血管或淋巴管的新生、癌细胞外渗并在远端部位增生以及相关分子、细胞外基质和代谢底物等多方面相互作用决定。本文就近年来有关肺癌侵袭、转移机制研究的进展进行阐述。
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EMT是指细胞从上皮表型转化为间质表型的过程，转化后上皮细胞可获得侵袭性和移行性。众多研究表明EMT是肿瘤侵袭、转移进展的重要环节之一，其中钙黏附蛋白，如钙黏附蛋白E(E-cadherin)、钙黏附蛋白N（N-cadherin）等共同参与EMT调节。有研究认为上皮钙黏附蛋白E表达的缺失，钙黏附蛋白N表达上调是EMT的主要特征，其中钙黏附蛋白N的异常表达与肿瘤的侵袭转移密切相关，同时是EMT中的一种间质标志物。这种钙黏蛋白的异常表达增加了肿瘤细胞侵袭和转移到远处的能力，同时也提示着患者的预后不良。
事实上，已有研究证实钙黏附蛋白N的表达促进了原位肿瘤细胞的脱落，甚至抑制了钙黏附蛋白E的抑瘤作用。因此，钙黏附蛋白N可能是肿瘤转移的重要生物标志物。
除此之外，转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)也是一种EMT诱导因子，有报道称，在TGF-β刺激下，Smad3和Smad4形成Smad3/4复合物，此复合物被招募到钙黏蛋白-2（cadherin-2，CDH2）启动子区域，随后通过与特定Smad结合元件直接相互作用上调钙黏附蛋白N的表达，促进EMT。因此，TGF-β介导EMT与肿瘤进展有关。
2 新生血管形成
与正常组织一样，肿瘤组织需要血管提供足够的营养和氧分来满足新陈代谢的需要，清除废物，并存活下来。在肿瘤转移过程中，血液和淋巴管的运输是必不可少的条件之一。
正常情况下，血管的生成受到各种活化因子的影响，如成纤维细胞生长因子［酸性成纤维细胞生长因子(acid fibroblast growth factor,aFGF)和碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)］、血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、CXC趋化因子、血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor，PDGF)、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)和缺氧诱导因子［缺氧诱导因子1A（hypoxia-inducible factor 1A，HIF1A）、缺氧诱导因子2A（hypoxia-inducible factor 2A,HIF2A）］。
但由于机体的平衡性，上述因子不会轻易被激活，而在肿瘤环境下，机体平衡性遭受破坏，许多生长因子活化，如VEGF、bFGF和CXC趋化因子。以VEGF为例，虽然肿瘤细胞自身分泌VEGF能力较差，但其可激活肿瘤相关成纤维细胞（carcinoma-associated fibroblasts，CAFs）及炎症细胞产生大量的VEGF，促进新生血管和微血管通透性的增加。
除此之外，肝配蛋白（ephrin）受体信号通路也发挥了重要作用，有研究证明其可以阻断肝配蛋白ephrin A2/ephrin A3信号通路，而该信号通路被证实可以抑制血管生成。
新生血管的形成通常由血管生成因子调控，在肿瘤微环境中血管新生需要经历以下几个过程：（1）肿瘤细胞、活化的巨噬细胞、内皮细胞等激活血管生成信号；（2）内皮细胞向肿瘤周围基质侵袭，其过程与EMT非常相似；（3）肿瘤细胞增殖，主要依赖于肿瘤周围细胞外基质（extracellular matrix,ECM）的数量和细胞基质的高度黏附性；（4）中等数量的ECM及细胞基质具有高黏附性可促进血管的形成，同时血管的形成也需cadherin-5和CD31(一种膜糖蛋白)调节；（5）周细胞也是血管形成不可或缺的，其可以通过降低血管通透性来减少血管细胞凋亡，维持新生血管的活性。
血管的新生除了受各类细胞及血管生成因子的调控，还受到外界刺激因素的影响，包括代谢应激(缺氧、低pH或低血糖)、机械压力和免疫、炎症反应等，使促血管生长因子被激活，从而导致异常血管生成，进一步促进肿瘤转移。其中，缺氧是驱动肿瘤血管生成的主要因素之一，会导致细胞中血管生成刺激因子的表达增加，一旦缺氧诱导VEGF上调，可额外激活缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor，HIF)信号来启动血管生成，以供应氧分。
HIF将刺激现有血管系统的内皮细胞(endothelial cells，ECs)萌发并迁移到缺氧组织，随后，内皮细胞分化为多种细胞类型，包括顶端细胞、茎细胞和管细胞。顶端细胞表达Delta样蛋白4（Delta-like 4,DLL4），是位于新血管顶部的非增殖细胞，响应VEGF信号引导新血管的方向。表达Notch-1的茎细胞具有高度的增殖能力，当它们接收到DLL4/Notch信号时，能够通过增殖延长发芽血管。管细胞虽不增殖，但可形成血管的最终外观。
在血管形成过程中，内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)参与了新血管内层的构建，周细胞通过提供结构支持和在ECs周围形成外层来稳定血管管腔。随后，ECs相互连接，形成连续、紧密的内皮，并创建循环，允许血液通过黏附分子循环，随后构建基底膜。最后，血管成熟，能够输送氧分和营养，满足肿瘤组织缺氧的需要。
对肺癌侵袭、转移机制的研究进展中，有学者发现当人为干预试图阻断一种肿瘤转移的途径时，会导致肿瘤转向另一种途径，在VEGF水平低的肿瘤中，由于K-Ras突变，可以观察到CXC趋化因子水平高，这意味着肿瘤细胞具有转换血管生成途径的能力，同时也解释了抗血管生成疗法在肺癌治疗中只具有部分疗效。
肿瘤细胞除了通过新生血管转移，也可通过淋巴管转移。淋巴结转移通常可由两条途径实现：（1）通过现有的淋巴管发生转移；（2）通过淋巴管生成产生新的分流。
而淋巴管的生成基本上由与血管生成相同的一系列事件组成，炎症因子引起血管内皮细胞生长因子C（vascular endothelial growth factor C,VEGFC）和血管内皮细胞生长因子D(vascular endothelial growth factor D,VEGFD)受体激活，并与淋巴管毛细血管上的血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor,VEGFR）-2、VEGFR-2/3受体和神经Nrp2信号素受体相互作用。Kojima等在非小细胞肺癌中的研究显示淋巴管和淋巴结转移中VEGFR-3水平升高，这一结果同样证实了上述观点。
除此之外，还有一些细胞因子，如血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A,VEGFA）、PDGF、成纤维细胞生长因子2（fibroblast growth factor 2,FGF2）和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF）等，也具有促血管生成和淋巴管生成双重特性的作用。
癌细胞的迁移不仅要求细胞具有能动性，还需要细胞有抑制凋亡的能力。正常情况下，各种条件和信号的刺激（氧化应激、缺氧等）均可引起细胞凋亡，而在肿瘤细胞中，其抗凋亡主要通过p53的缺失和Bcl2/BclxL的过表达来实现，同时两者也可促进癌细胞增殖和转移，其他变化如CD95/FAS基因突变、基因沉默、抗凋亡因子过表达［如存活的转换酶抑制蛋白（FLICE-inhibitory proteins,FLIPs）或凋亡抑制蛋白（inhibitor of apoptosis proteins,IAPs）］或下调凋亡前基因的突变等也可抑制肿瘤细胞凋亡。
一些特定类型的细胞凋亡是由细胞与邻近细胞分离引起的失巢凋亡(anoikis)或细胞骨架结构的丧失而引起的，这些正常情况被作为一种保护机制触发。有研究发现整合素以及整合素激活的激酶，如局灶性黏附激酶(focal adhesion kinase,FAK)和整合素连接激酶(integrin-linked kinase,ILK)，可以保护细胞免受失巢凋亡的侵袭。在肿瘤细胞中发现整合素受体改变或整合素激活激酶水平升高，因此整合素及其激酶也是促进癌细胞的生存和转移的关键因素。部分学者认为抑制肿瘤凋亡也与EMT相关，因为钙黏附蛋白E下调以及Snail和Twist的激活可抑制失巢凋亡，减少细胞凋亡。
除此之外，神经营养受体TrkB，一种通常参与神经系统的发育及Snail/Twist信号通路的受体，已被发现可以抑制上皮细胞的失巢凋亡并提高癌症的转移潜能。
在肿瘤细胞转移、侵袭过程中，肿瘤细胞内渗发挥了重要作用。细胞内渗为细胞进入血管或淋巴管。其主要机制包含了血管趋化与淋巴管趋化。血管趋化主要由肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAMs)来实现，其在血管和肿瘤边缘聚集并分泌EGF，吸引肿瘤细胞进入血管，随后将肿瘤细胞释放至循环系统，进而导致肿瘤转移、扩散。淋巴管趋化过程也与血管趋化类似，由淋巴内皮细胞产生趋化因子CCL21或CXCL12来吸引肿瘤细胞，进而通过淋巴管进行肿瘤细胞的转移。外渗与内渗及炎症期间白细胞浸润的机制相似，肿瘤内皮细胞相互作用和血管通透性是其重要的环节。
一方面研究认为癌细胞上过表达的受体［趋化因子受体CXCR4/CXCR7、CXCR6、CD44、迟现抗原-4（very late appearing antigen 4,VLA-4)、Axl/Mer、膜联蛋白A2受体（annexin A2-receptor，AnxA2-R）］与靶器官细胞上表达的配体［基质细胞衍生因子1（stromal-derived factor-1，SDF-1）、CXCL16、透明质酸、纤连蛋白（fibronectin，FN）、生长停滞特异性蛋白6（growth arrest-specific protein 6，GAS6）和膜联蛋白A2（annexin A2,AnxA2）］之间产生应答，从而促进外渗。
另一方面，癌细胞可延伸伪足，穿透内皮细胞连接靶器官上的细胞，在此过程中整合素和埃兹蛋白通过减少失巢凋亡并与血小板的相互作用促进外渗。
除此之外，钙黏附蛋白E和连接蛋白26（connexin 26）可通过与内皮细胞形成连接，促进肿瘤细胞外渗过程。
肺癌侵袭及转移过程中所利用的分子机制和途径是十分复杂的，与发展和愈合的生理过程密不可分。过去几十年的研究强调了在宏观水平上肿瘤转移的过程，然而，这对改善患者病情及预后几乎没有影响，仍有近90%的肺癌患者死因与癌症转移有关。近年来的研究着重强调肺癌侵袭和转移相关的分子机制，这有可能将治疗重点从如何抑制癌细胞转移到新的分子机制上，如阻断癌细胞侵袭和转移的分子途径。在这一领域的进一步研究可能会带来新的、更有效的预防和治疗肺癌策略。