空堡匿堂苤壹!垒塑笙!旦堑旦筮竖鲞筮!塑塑堕型』生!i塑:&垒型!翌堑:垫塑:y堕:!!:型!:!肿瘤微环境的研究动态与展望樊嘉邱双健恶性肿瘤(肿瘤微环境由肿瘤细胞和其周围纤维母细胞、上皮细胞、固有及特异性免疫细胞、肿瘤血管和淋巴管结构的组成细胞、组织特异性的间叶细胞及它们的表达产物、代谢物质等成分构成,是肿瘤发生、生长的局部环境,除肿瘤细胞以外的所有成分统称为肿瘤间质。
肿瘤是以基因表达调控异常和细胞恶性增生为基本特征的“多基因病”,是一个多因素、多阶段、多环节的逐渐发展过程,涉及细胞本身变化及外界因素两个根本方面。
微环境中癌细胞与间质问存在不同层面、不同环节的相互作用。
就癌细胞而言,间质可影响其从发生到转移的全过程,对肿瘤起增强或抑制作用。
就间质而言,肿瘤可导致其理化性质、成分、细胞因子构成等发生改变,形成一个尽可能有利于、甚至促进肿瘤生长的微环境。
这种相互作用贯穿肿瘤生长的始终,发生在肿瘤发生发展过程中的不同环节,是一个动态的过程。
肿瘤与间质相互适应、相互作用,甚至相互利用,表现出“亦敌亦友”的关系、呈现高度的动态平衡Hj。
因此不能孤立地离开肿瘤局部环境来看肿瘤,也不能忽视肿瘤而片面地看微环境。
从某种角度看,肿瘤的生物学特性并不是生来就有,也不是一成不变的,而是可变甚至是可逆转的。
微环境也同样如此。
正确认识肿瘤微环境,把握肿瘤与间质相互作用的实质和关键,对于准确认识肿瘤起始、演进和转移的全过程,了解肿瘤发生、发展的客观规律,做好肿瘤的诊断、预防、干预治疗等都具有极其重要意义口…。
一、微环境研究溯源人们对肿瘤的认识可追溯到3000多年前,但建立在现代科学基础上的肿瘤学却只有百余年历史。
自从20世纪50年代以来,随着分子生物学特别是DNA双螺旋结构的发现以及最近十余年来基因组学、蛋白质组学、代谢组学等各种“组学”的发展,肿基金项目:教育部重点科学技术研究基金资助项目(107039 作者单位:200032上海,复旦大学附属中山医院肝癌研究所通讯作者:樊嘉,EImil:jiak】************”.专家论坛. 瘤研究已取得长足进步。
特别是1980年以后,肿瘤遗传学和细胞生物学在癌症研究中逐渐占据主导地位,对于人们认识肿瘤相关的生物学通路、识别特异治疗靶点、确立肿瘤是一种由正常细胞基因异常而导致的疾病这一重要理论等发挥了重要作用。
然而,人们却忽略了癌症是一种包括免疫系统紊乱在内的系统性疾病的重要特征M J,仅仅以肿瘤细胞为中心的研究已远不能够帮助人们全面认识肿瘤的临床进程M引。
2004年美国国立癌症研究所(NCI发布的“癌症研究规划及优先领域”重点资助的五类方向之一的“癌症细胞及其微环境的标签(signatures of the cancer cell and its micro- environment”项目指南中,明确指出越来越多的证据表明宿主微环境在癌症发展过程中起到了至关重要作用,促使NCI必须拓展视野去认识癌细胞与微环境的相互作用。
NCI指出通过对这一新的科学方向的探索将不仅能够认识肿瘤相关标签,还能够认识微环境中看似正常细胞的标签以及反映癌细胞与宿主微环境相互作用时一系列现象改变的标签。
这将有助于确定肿瘤、微环境和机体相互作用的特征,加深对癌细胞和微环境动态作用的认识,并将这方面的进展加快应用于肿瘤的发现、诊断、预防、治疗,以期控制所有肿瘤。
2007年NcI继续发布了关于“识别和确定微环境对导致癌症启动和演进之系列事件的影响”的项目指南,以强化对肿瘤微环境的研究。
自2004年起NcI组织了全世界160多位肿瘤学研究权威人士参加的“NcI癌症生物学巅峰论坛”,确立了包括肿瘤微环境在内的三大主要研究方向’6o。
在2006年举行的18届Pezcoller年会以及2007年美国癌症研究会(AACR官方网站(2007年6月25日科学家在线栏目都专题或专文阐述了肿瘤微环境研究的重要性与意义。
7J。
鉴于此,有学者指出肿瘤不仅仅是一群转化的细胞,而是由序贯作用的环境压力驱动的遗传不均一的细胞群”1,更有人甚至提出“癌症是一种微环境和免疫疾病”这一重要概念。
4J,明确反映了作为由肿瘤细胞和间质成分构成的有机整体——微环境在肿瘤研究中的日益万方数据生堡匡堂丞盍!塑!至!旦踅旦筮塑鲞筮!塑盟型!坚塑』g地塑:堡!型婴堑:!盟!::坠:丛生!重要性。
二、肿瘤与间质的相互作用肿瘤具有标志性的七大特征,即提供满足自身需要的生长信号、对抗生长信号不敏感、逃逸凋亡、无限复制能力、持续血管形成、组织浸润和转移以及免疫逃逸。
具有了上述特性,肿瘤细胞就获得了无限生长与浸润、转移能力。
综观肿瘤生长全过程,微环境赋予它巨大的选择压力。
如果肿瘤不能承受外界压力,就可能在早期被杀灭或局限化,而一旦突破间质对肿瘤的种种桎梏,则势必快速发展,形成明显的进展状态,对机体产生严重危害旧1。
在这一过程中,本应阻碍肿瘤发展的间质,在特定状态和条件下甚至会成为肿瘤生长的帮凶,给两者关系研究带来了复杂性和可变性。
为表述方便,我们针对肿瘤自发生到转移灶形成所涉及的经典环节来叙述两者间相互作用。
(1肿瘤发生起源于癌细胞内在的基因组不稳定性,表现为DNA突变、染色体重组和表观遗传学改变等。
肿瘤局部存在的缺氧、血流灌注不足及其导致的pH 值降低(酸中毒、葡萄糖和其他营养物质缺乏、代谢毒素如乳酸增加等,可致上述基因异常o9J。
细胞外基质通过强化细胞间的接触、巩固细胞间的连接、维持器官的稳定性,可以防止细胞恶性转化怛’1…。
(2进展性表型选择阶段:发生基因改变的细胞一旦产生,就受到来自微环境和细胞内部强大的阻碍其生存的巨大压力。
前者包括化学性因素如活性氧簇(reactiVe oxygen species,低氧、低pH状态,生理因素如基底膜、间质压力、张力以及免疫监视、抑制性细胞因子、调节性细胞外基质多肽等生物学因素。
8’1l-。
若不能有效地将转化细胞消灭于萌芽状态,则癌变细胞就会不断积聚力量进入持续增殖状态。
(3癌细胞转移相关特征的形成:肿瘤首先必需获得无限的自我更新能力并产生黏附特性改变、增强移动能力以便于脱离正常组织结构的束缚,还必需逃避微环境赋予它的死亡信号刺激而不发生凋亡。
(4细胞外基质在正常情况下对肿瘤生长是一道天然屏障。
具有较强的浸润、转移能力的癌细胞则可通过多种机制诱使间质成分充当“叛徒”角色,以保证突破基底膜、降解细胞外基质,获得更强生长优势∞’12d3。
(5血管和淋巴管生成:肿瘤必需形成新的血管和淋巴管。
血管形成一部分来自于原血管网的过度生长,另一部分则来自于血管内皮祖细胞形成的新生血管旧J。
通过这些不同于正常的肿瘤血管,肿瘤细胞可以顺利进入血循环。
(6肿瘤一旦进入循环系统,就具备了播散到全身的可能,但也面临了新的生存压力。
肿瘤主要通过与血小板相互作用来促进生存及附着于毛细血管处¨引。
癌细胞离开循环系统进入新的靶器官的过程因肿瘤而异,是肿瘤转移的限速环节。
(7进入全身各组织的癌细胞若不能适应新的微环境则将被杀死或进入休眠状态,成为日后再复发转移的“种子”。
只有那些能较好适应靶器官环境的癌细胞才能继续生长成转移灶,表现出明显的器官特异性。
这种器官靶向性转移取决于两个条件,一是靶器官必需存在有利于播散的肿瘤细胞生长的微环境,二是这些癌细胞必需具有能有效定居、生长于新环境的能力旧'10j。
上述研究表明,在肿瘤发生发展的整个过程中,癌细胞与间质问存在复杂的相互作用甚至是相互利用。
微环境作为间质与肿瘤细胞相互作用的结果,可以反映、影响、改变甚至逆转肿瘤生物学特性,对肿瘤表观遗传学、干细胞、免疫逃逸、转移潜能等产生重要影响。
三、微环境与肿瘤临床加强肿瘤微环境研究将有助于肿瘤的分子诊断、分期和分型以及针对高危人群的干预与预防手段的探索。
各种治疗手段对微环境的影响将直接影响肿瘤生物学特性、影响治疗效果的发挥。
要重视治疗手段对机体和微环境的影响,重视抗肿瘤与保存机体间的平衡,既要消灭肿瘤,又要保护、形成有利于抗瘤效应发挥的微环境和机体状态,以确保最大程度地发挥抗瘤效应。
肿瘤微环境研究的快速发展,催生了肿瘤的抗间质治疗这一重要概念心'8J。
这主要基于以下几方面:(1间质细胞很少发生基因改变,细胞稳定性较好;(2间质可影响治疗物质到达癌细胞,改变药物代谢状态、促进肿瘤耐药形成;(3可影响机体针对治疗物质的处理机制以及对癌症治疗的抵抗等。
实际上,很多治疗是以影响或改变微环境为目标,通过改变间质来影响肿瘤生物学行为。
如抗血管形成可改变微环境的血管状态、免疫治疗可改变免疫微环境。
将抗间质治疗与目前常用抗瘤手段有效结合,必将起到更好疗效。
我们的研究表明:(1肝癌微环境中CD8+T细胞的密度随着肿瘤的生长逐渐下降,这提示T细胞的抗肿瘤效应不能有效地控制肝癌的进展。
微环境中调节性T细胞与活化的细胞毒性T细胞的力量对比关系,是肝癌术后复发转移及预后的独立预测指标,说明调控微环境使之朝向细胞毒性T细胞主万方数据生堡堕堂苤查塑!笙!旦堑旦筮!!鲞箜!期塑塑塑旦』鱼!i塑,堡!型型!!:!!Q!::!!,盟!:!导的方向发展,是降低肝癌术后复发转移的有效策略¨5|。
(2肝癌结节中浸润的形态成熟的Dc数目越多,复发转移的风险越低,若同时合并较多的cD8+或记忆T细胞,则复发转移的风险进一步降低,提示Dc在抗肿瘤免疫中起了重要作用¨6‘171。
(3肝癌细胞或微环境来源的物质(癌细胞裂解物,可导致由B.中心体肌动蛋白(centractin介导的Dc表型和功能异常,是肝癌免疫逃逸的新机制¨8|。
(4肝癌微环境NKT细胞数与癌栓等侵袭转移特性呈负相关,提示NK■细胞对肝癌的侵袭转移有抑制作用¨引。
四、高通量时代与肿瘤微环境研究传统肿瘤学研究仅局限于某一种或少许细胞或基因/分子,不能同时进行相关大规模研究,对机体存在的异常复杂的调控网络以及多角度、多层次的癌与宿主相互作用很难从总体上、全方位地把握。
肿瘤微环境之所以日益受到重视,就是在传统研究的不足基础上,看到了癌与宿主互动的极其重要性。
基因组学、蛋白质组学、代谢组学以及其他高通量研究技术的兴起与日臻完善,为肿瘤微环境研究提供了技术与理论保证,既可对以往建立在现象观察基础上的假说进行进一步验证,又可在大规模、无偏倚观察基础上提出新的理论与设想,从而大大推动研究的精确性与进程,成为目前肿瘤学研究的一个方兴未艾的热点,受到了广泛关注脚现]。
五、肿瘤微环境研究值得重视的问题与展望我们认为以下方面值得重视:(1确定在癌症起始和演进过程不同节点微环境中各细胞的分子标签并比较其异同,寻找控制或促进肿瘤生长的癌细胞、周围细胞和免疫细胞间的动态对话机制。