肿瘤微环境在肿瘤耐药中的作用
本文来源：国际肿瘤学杂志, 2021,48(9) : 553-556.
DOI：10.3760/cma.j.cn371439-20210517-00107
本文引用：傅维达, 陈梦娇, 郭贵龙, 等. 肿瘤微环境在肿瘤耐药中的作用 [J] .
摘要
肿瘤微环境(TME)与肿瘤耐药密切相关。TME可分为细胞成分和非细胞成分，细胞成分包括肿瘤相关巨噬细胞、肿瘤相关成纤维细胞、间质干细胞等，可通过招募和分泌多种保护性细胞因子增强肿瘤抗药性；非细胞成分如细胞外基质、缺氧和酸化等，可通过构建物理屏障、影响肿瘤细胞生长代谢等介导耐药。研究TME介导肿瘤耐药的机制，重塑TME，可为抗肿瘤治疗提供新的策略。
化疗是肿瘤的主要治疗方法之一，但随着肿瘤耐药率的上升，化疗疗效渐渐不尽人意。耐药的发生不仅与肿瘤细胞的异质性相关，还与肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)有关。TME中的各组分可通过相互作用改变肿瘤内环境，从而促进肿瘤抗药性的形成。TME可分为细胞成分和非细胞成分，细胞成分包括肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage，TAM)、肿瘤相关成纤维细胞(carcinoma-associated fibroblast，CAF)、间质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)等；非细胞成分如细胞外基质(extracellular matrix，ECM)、缺氧和酸化等。现就TME在肿瘤耐药中的作用作一综述。
1.1 TAM
巨噬细胞根据所处微环境的不同，可分为M1型和M2型[1]。M1型主要由Th1细胞诱导产生，分泌促炎因子如白细胞介素(interleukin，IL)-1、IL-12、肿瘤坏死因子以及CC趋化因子配体[chemokine (C-C motif) ligand，CCL]，参与炎症反应和抗肿瘤过程；M2型主要由Th2细胞诱导产生，参与创伤愈合和过敏反应，并表现出促肿瘤活性，能够下调免疫刺激因子IL-12，上调免疫抑制因子IL-10[2]。
TAM是指浸润在TME的巨噬细胞，可在肿瘤细胞、成纤维细胞等产生的CCL2和CCL5的作用下被募集到肿瘤局部[3]。TAM作为TME细胞成分的关键成员之一，在肿瘤耐药环节中发挥不可或缺的作用。在乳腺癌小鼠模型中，TAM能够分泌组织蛋白酶B和S介导乳腺癌细胞对紫杉醇的耐药[4]；在结直肠癌小鼠模型中，TAM通过释放IL-6激活IL-6R/STAT3通路介导肿瘤对5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil，5-FU)的耐药[5]。此外，TAM还可调节药物向肿瘤细胞的传递。Nakasone等[6]采用多柔比星对乳腺癌小鼠进行治疗，发现多柔比星可诱导肿瘤细胞招募TAM分泌基质金属蛋白酶-9、降低脉管系统渗漏，从而削弱多柔比星的传递。IL-10可激活STAT3增强B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)的表达，且与肿瘤不良预后相关，TAM可通过IL-10/STAT3/Bcl-2信号通路诱导耐药[7]。另外，胞苷脱氨酶基因作为耐药基因，可表达一种代谢吉西他滨的酶，使其变为非活性形式，吉西他滨耐药的部分原因是TAM上调了胞苷脱氨酶的表达[8]。
1.2 CAF
在肿瘤中，持续的慢性炎症使成纤维细胞长期处于激活状态，形成致密的纤维间质包绕瘤块。这些在TME中被激活的成纤维细胞表现出与肌纤维母细胞相似的特征，通常被称为CAF。CAF特异性表达α-平滑肌肌动蛋白和IL-6[9]。
DuFort等[10]研究显示在胰腺癌中，CAF分泌透明质酸可在肿瘤细胞间形成过高的间隙压力，导致供应肿瘤的血管被破坏，进而削弱了药物的传递，促进肿瘤耐药；Qiao等[11]发现CAF分泌的IL-6一方面能够激活STAT3/NF-κB信号通路，上调食管鳞状细胞癌细胞中CXC结构趋化因子受体7的表达，协助肿瘤细胞抵抗顺铂和5-FU；另一方面IL-6通过诱导上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)促进肿瘤转移与耐药。还有研究发现CAF分泌的转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)也可诱导食管鳞状细胞癌细胞对铂类、紫杉醇类和5-FU产生耐药[12]。CAF还能与TAM协同发挥抗化疗药物的作用。Ireland等[13]的研究显示，CAF和TAM都是胰岛素样生长因子-1/2的主要来源，而胰岛素样生长因子参与介导胰腺癌、乳腺癌对吉西他滨和紫杉醇的耐药。
1.3 MSC
MSC可从许多组织中分离出来，能够分化为成纤维细胞、脂肪细胞和成骨细胞等。由于能分泌各种旁分泌因子如细胞黏附分子、生长因子和免疫调节分子等，MSC在组织修复中起重要作用[14]。
在肿瘤中被招募的MSC称为肿瘤相关MSC(tumor-associated MSC，TA-MSC)。TA-MSC可通过分泌保护性细胞因子，甚至产生基因突变或改变转录表达来协助肿瘤抵抗化疗药物[15]。靶向甲基化TA-MSC的两种肿瘤抑制基因RasF1A和HIC1的启动子可使TA-MSC向肿瘤启动细胞转化，以不依赖锚定的方式生长形成肿瘤，对顺铂表现出更强的耐药性[16]；TA-MSC能够通过基质细胞衍生因子1α/CXCR4信号通路保护卵巢癌细胞免受高温诱导的细胞凋亡[17]；TA-MSC还可促进胃癌耐药，其机制可能是TA-MSC分泌TGF-β1并激活SMAD2/3，诱导胃癌细胞表达长非编码RNA与结肠癌-1转移相关反义RNA，两者通过拮抗miR-145-5p促进胃癌产生依赖脂肪酸氧化的耐药性[18]。
2.1 ECM
ECM是TME重要的非细胞成分，在维持组织结构和功能中起关键作用[19]。ECM作为肿瘤的物理屏障，可溶解药物或延缓药物的递送；ECM重构失调可导致肿瘤细胞逃避凋亡、肿瘤干细胞(cancer stem cell，CSC)异质性增强和组织极性破坏；ECM还可通过激活生存相关通路促进肿瘤耐药，包括磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等[20]。
2.1.1 胶原蛋白：
胶原蛋白是ECM中含量最丰富的蛋白。肿瘤组织内胶原蛋白的含量和结构分布间接影响药物的疗效。Ⅰ型和Ⅳ型胶原蛋白可通过与整合素的相互作用促进肿瘤细胞耐药，其中Ⅰ型胶原蛋白可促进肝癌细胞MAPK的活化，并通过激活Akt和丙酮酸脱氢酶激酶1促进卵巢癌细胞耐药[21]。Ⅺα1型胶原蛋白在耐顺铂的卵巢癌细胞中过表达，与肿瘤的进展和低生存率有关[22]；在乳腺癌细胞中，胶原蛋白通过c-Jun氨基末端激酶引起的黏附反应促使细胞增殖，胶原蛋白沉积可引起ECM刚度增加、PI3K活性增强[23]。此外，在胰腺癌细胞中，Ⅰ型胶原蛋白与α1β1或α2β1整合蛋白之间的相互作用可破坏上皮钙黏素复合物，从而扰乱上皮钙黏素介导的细胞间接触，促进肿瘤细胞增殖[24]；在肺癌中，Ⅰ型胶原蛋白可通过结合整合素促进TGF-β3自分泌信号，从而促进EMT进程[25]。
2.1.2 层粘连蛋白：
层粘连蛋白(laminin，LN)是基底膜中ECM的一个主要家族，在肿瘤的侵袭中起关键作用。LN-332是由β3、α3和γ2链组成的异源三聚体，是细胞黏附和肿瘤转移的关键因素之一。LN-332参与CSC的自我更新，并与多种化疗药物的耐药有关。实验表明，LN-332可保护肝癌细胞在暴露于索拉非尼的环境中继续增殖；LN-332可结合α3β1整合素受体，在耐吉非替尼的肝癌细胞中高表达[26]。此外，该家族中的LN-β1在紫杉醇耐药细胞株内表达增强；LN-β3高表达提示结直肠癌预后差，并可引起肿瘤对5-FU的耐药[27]。LN与整合素相互作用促进肿瘤耐药的机制是激活了一系列肿瘤相关信号通路，例如在乳腺癌中，LN-1通过作用于β4整合素激活NF-κB通路，而LN-5可结合α3β1整合素促进MAPK通路[28]。此外，LN能够保护胰腺癌细胞免受吉西他滨诱导的细胞凋亡和细胞毒性，其机制是LN可激活局灶性黏附激酶，而该激酶本身是吉西他滨耐药诱导细胞凋亡的结果[29]。
2.2 缺氧
大多数肿瘤都处于低氧微环境，可影响化疗的疗效。缺氧主要通过缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor，HIF)激活下游基因靶点。HIF由HIF-α和HIF-β两个亚基组成，其中HIF-α是活性亚基，而HIF-β对氧浓度变化不敏感[30]。
缺氧诱发糖酵解使得乳酸增加，引起细胞外pH值降低。这种酸性环境可导致药物产生静电，限制它们通过疏水性质膜的能力。在细胞内，缺氧会影响Ⅰ期药物代谢酶的活性，如急性缺氧促进MAPK激活细胞色素P450亚型CYP3A6，加快药物代谢[31]。此外，缺氧可以调节药物转运体的活性，促进药物的外排。在结肠癌细胞株中，HIF-α的反应元件在编码P-糖蛋白的基因启动子中发挥作用，证实缺氧可诱导药物转运蛋白含量上调[32]。缺氧可减缓肿瘤细胞的增殖，但不会完全阻止肿瘤细胞的增殖。由于许多化疗药物以高度增殖的细胞为靶点，因此在缺氧状态下药物疗效可能会降低[33]。另外，在胆管癌细胞中，缺氧可促进前胶原赖氨酸-2-酮戊二酸5-双加氧酶的表达，该酶作为一种胶原修饰酶，可促进EMT进程导致吉西他滨耐药[34]。缺氧还可调控多种促肿瘤存活和耐药的信号通路，如HIF-α激活NF-κB通路可降低胰腺癌细胞对吉西他滨的敏感性；缺氧还可通过PI3K、NF-κB和Wnt等信号通路促进CSC的自我更新[35]。
未来肿瘤治疗的成功部分取决于识别化疗耐药机制的能力。TME作为肿瘤细胞赖以生存的外部'土壤'，是许多抗肿瘤药物作用的靶点，如使用集落刺激因子受体抗体耗尽TAM、开发缺氧条件下保持活性的药物、抑制P-糖蛋白的表达等。然而，针对TME的治疗逐渐出现耐药的趋势。TME中的细胞成分与非细胞成分相互协同，形成复杂的保护和修复体系，有利于受损的肿瘤细胞改变原有的生物学特性，从而抵抗单靶向药物。因此，阐明肿瘤细胞与TME相互作用的分子机制、研制多靶点的药物、优化化疗方案将是未来肿瘤治疗的热点。
利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突
参考文献
GordonS, PlüddemannA. Tissue macrophages: heterogeneity and functions[J]. BMC Biol, 2017, 15(1): 53-70. DOI: 10.1186/s12915-017-0392-4.
AlmatroodiSA, McDonaldCF, DarbyIA, et al. Characterization of M1/M2 tumour-associated macrophages (TAMs) and Th1/Th2 cytokine profiles in patients with NSCLC[J]. Cancer Microenviron, 2016, 9(1): 1-11. DOI: 10.1007/s12307-015-0174-x.
LiX, YaoW, YuanY, et al. Targeting of tumour-infiltrating macrophages via CCL2/CCR2 signalling as a therapeutic strategy against hepatocellular carcinoma[J]. Gut, 2017, 66(1): 157-167. DOI: 10.1136/gutjnl-2015-310514.
DeshmukhSK, SrivastavaSK, PoosarlaT, et al. Inflammation, immunosuppressive microenvironment and breast cancer: opportunities for cancer prevention and therapy[J]. Ann Transl Med, 2019, 7(20): 593. DOI: 10.21037/atm.2019.09.68.