張叢榮，朱安龍

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院結(jié)腸直腸外科，哈爾濱 150001)

結(jié)直腸癌是世界范圍內(nèi)最常見的癌癥類型之一，約占所有新發(fā)癌癥的10%，占所有癌癥死亡病例的8.5%[1]。結(jié)直腸癌發(fā)病逐漸趨于年輕化，其中年齡<40歲的患者占所有結(jié)直腸癌患者的2%～8%[2]。目前，結(jié)直腸癌的治療以手術(shù)治療及放化療的綜合治療為主，絕大多數(shù)早期患者可以通過手術(shù)治療治愈，但對于有轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌患者只有一小部分可以通過手術(shù)治愈，且5年生存率很低。結(jié)直腸癌的復(fù)發(fā)大多以轉(zhuǎn)移形式發(fā)生，其主要由手術(shù)前播散到遠(yuǎn)處器官的殘存腫瘤細(xì)胞引起。而目前的系統(tǒng)性治療(全身化療)并不能消除潛伏的殘存腫瘤細(xì)胞，且對轉(zhuǎn)移灶的增長也無治療效果，只能為患者提供幾個月的生存優(yōu)勢。轉(zhuǎn)移是指癌癥播散到遠(yuǎn)處器官并形成轉(zhuǎn)移灶，在結(jié)直腸癌患者中主要涉及肝和肺。為了獲得轉(zhuǎn)移的能力，癌細(xì)胞需要侵襲周圍組織、在循環(huán)中存活、定植于遠(yuǎn)處器官并最終恢復(fù)生長能力，但轉(zhuǎn)移是一個低效過程，在轉(zhuǎn)移的過程中大多數(shù)癌細(xì)胞喪失了生長能力[3]。自2016年以來，學(xué)者逐漸發(fā)現(xiàn)影響結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的相關(guān)因素：腫瘤在遠(yuǎn)處器官的再生與癌細(xì)胞獲得干細(xì)胞樣表型密切相關(guān)[3]。轉(zhuǎn)移性腫瘤干細(xì)胞具有多種表型和生物學(xué)行為，腫瘤主要依靠它們與微環(huán)境的相互作用來遷移、在循環(huán)中生存、在遠(yuǎn)處器官再生。現(xiàn)就結(jié)直腸癌干細(xì)胞和微環(huán)境對結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的影響予以綜述。

1 結(jié)直腸癌概述

正常結(jié)腸的上皮細(xì)胞是不斷更新的，在結(jié)腸黏膜腺體基底部的隱窩細(xì)胞是快速增殖分化的腸道干細(xì)胞，其可以維持上皮細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)再生[4]。調(diào)控腸道干細(xì)胞更新和增殖的信號通路不斷被發(fā)現(xiàn)，包括Wnt、表皮生長因子受體/促分裂原活化的蛋白激酶和Notch信號通路等，而轉(zhuǎn)化生長因子-β信號通路誘導(dǎo)細(xì)胞停滯[4]。腸道干細(xì)胞的高增殖狀態(tài)增加了其在DNA復(fù)制階段突變的可能，此外生活方式、飲食習(xí)慣和微生物等環(huán)境因素也對上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生很大影響[5-6]。在結(jié)直腸癌患者中，最常見的遺傳學(xué)改變?yōu)橐职┗駻PC的失活，失活的APC基因激活Wnt信號通路在腫瘤發(fā)生初期形成持續(xù)的干細(xì)胞增殖狀態(tài)，從而導(dǎo)致上皮細(xì)胞的良性增生，即腺瘤。在小鼠模型中進行的遺傳實驗證實了這種假設(shè)，即腸道干細(xì)胞的APC基因突變是腸息肉的起源[7]。而一小部分腺瘤通過其他的突變變得具有侵襲性，這些突變主要由3個信號通路介導(dǎo)：①促分裂原活化的蛋白激酶通路。其通過激活KRAS、BRAF或PIK3CA基因突變而使癌細(xì)胞獲得自主有絲分裂及增殖的能力。②p53通路。p53通路被突變的p53蛋白刺激失活，從而產(chǎn)生基因組不穩(wěn)定性。③轉(zhuǎn)化生長因子-β通路。其常因TGFBR2、SMAD4、SMAD2或SMAD3功能缺失而失活，從而避免了腫瘤微環(huán)境中高轉(zhuǎn)化生長因子-β水平的抑制作用[8]。獲得這些突變是一個緩慢的過程，由于染色體不穩(wěn)定性和DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)的缺陷，腫瘤的發(fā)生往往積累了數(shù)百甚至數(shù)千種的遺傳變異，其中一些突變會賦予癌細(xì)胞新生物學(xué)行為，增加其侵襲性，另一些突變作用仍未知，這些因素共同作用使結(jié)直腸癌的治療變得困難。

如上所述，促進結(jié)直腸癌發(fā)展的突變影響了調(diào)節(jié)腸干細(xì)胞行為的信號通路，使癌細(xì)胞獲得自主分裂和生長的能力，不受腸干細(xì)胞信號的調(diào)控。有學(xué)者提出了這樣一種假設(shè)，即在促分裂原活化的蛋白激酶通路、p53通路、轉(zhuǎn)化生長因子-β通路中獲得的突變促進了腫瘤細(xì)胞在不利環(huán)境中的生長[9-10]。雖然這些突變促進了腫瘤的發(fā)展，但轉(zhuǎn)移仍不常見，說明有其他相關(guān)因素限制了腫瘤的播散。大多數(shù)結(jié)直腸癌在診斷時即具有侵襲性，這使得脫落的癌細(xì)胞有機會進入循環(huán)系統(tǒng)數(shù)月或更長時間，當(dāng)播散的結(jié)直腸癌細(xì)胞進入門靜脈循環(huán)時，其在幾分鐘內(nèi)就會被運送到肝竇，并在血管開放時進入肝實質(zhì)。在肺轉(zhuǎn)移的情況下，結(jié)直腸癌細(xì)胞首先進入體循環(huán)然后浸潤肺實質(zhì)，而結(jié)直腸癌細(xì)胞浸潤其他器官(大腦)的能力尚不清楚[11]。研究表明，腫瘤轉(zhuǎn)移過程中的限制因素為循環(huán)腫瘤細(xì)胞定植于遠(yuǎn)處器官的能力[3]。大多數(shù)在循環(huán)系統(tǒng)中存活并浸潤到遠(yuǎn)處器官的腫瘤細(xì)胞會死亡，其原因尚不清楚，可能與先天和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)對腫瘤細(xì)胞的識別和殺傷有關(guān)，而存活下來并適應(yīng)新環(huán)境的腫瘤細(xì)胞即可產(chǎn)生轉(zhuǎn)移。然而，并不是所有成功播散到遠(yuǎn)處的癌細(xì)胞均有在新環(huán)境下完成增殖的能力，通常在恢復(fù)增殖能力之前，它們會在遠(yuǎn)處器官潛伏數(shù)月到數(shù)年[12]。

2 結(jié)直腸癌干細(xì)胞對結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的影響

2.1腫瘤細(xì)胞的等級結(jié)構(gòu) 腫瘤干細(xì)胞的概念最先出現(xiàn)于血液系統(tǒng)的腫瘤，其是指具有自我更新能力并具有無限分化潛能的一類細(xì)胞，腫瘤干細(xì)胞在適宜環(huán)境下分化出與原表型不同的腫瘤細(xì)胞，從而導(dǎo)致腫瘤的轉(zhuǎn)移灶形成[13-14]。有學(xué)者提出，結(jié)直腸癌是由不同致瘤潛能的細(xì)胞群引起，稱之為腫瘤起始細(xì)胞[15-16]。研究表明，腫瘤起始細(xì)胞(亦稱結(jié)直腸癌干細(xì)胞)位于腫瘤細(xì)胞層次的頂端,它們可以自我更新，并具有長期增殖分化的潛能，在接種到小鼠體內(nèi)時可引發(fā)腫瘤[17]。結(jié)直腸癌中干細(xì)胞多能性和細(xì)胞分化的平衡依賴于調(diào)節(jié)正常腸道干細(xì)胞的信號通路，這些信號通路中有許多細(xì)胞因子是由腫瘤基質(zhì)細(xì)胞提供的，而在侵襲部位存在其他基質(zhì)來源的細(xì)胞因子和生長因子可進一步促進結(jié)直腸癌干細(xì)胞的自我更新。由于結(jié)直腸癌干細(xì)胞具有自我更新和產(chǎn)生腫瘤啟動的能力，所以它可能代表(或產(chǎn)生)所謂的轉(zhuǎn)移干細(xì)胞，即轉(zhuǎn)移的起源細(xì)胞[18]。研究表明，只有具有長期自我更新能力的細(xì)胞才有可能發(fā)生轉(zhuǎn)移[19]。

大多數(shù)的結(jié)直腸癌是一種相對紊亂的干細(xì)胞與分化細(xì)胞混合的細(xì)胞團塊，而遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移形成的轉(zhuǎn)移瘤與其具有相同的性質(zhì)。雖然存在于腫瘤腺體中的結(jié)直腸癌干細(xì)胞在分離和異種種植于小鼠體內(nèi)時具有致瘤性，但在自然條件下，它們只有在首次獲得表型改變使其能夠遷移和外排時才有能力發(fā)生轉(zhuǎn)移，這一過程在癌細(xì)胞與鄰近組織和腫瘤間質(zhì)進行物質(zhì)交換時發(fā)生。

2.2休眠和緩慢增殖的腫瘤細(xì)胞 轉(zhuǎn)移通常發(fā)生在潛伏期后，結(jié)直腸癌的潛伏期長達(dá)5年，潛伏期是播散的腫瘤細(xì)胞保持休眠狀態(tài)的結(jié)果。目前，清除這些殘存腫瘤細(xì)胞的治療方法為標(biāo)準(zhǔn)化療，但化療對這些殘存的腫瘤細(xì)胞殺傷力有限，因為化療通常是針對快速增殖的腫瘤細(xì)胞，而休眠和緩慢增殖的腫瘤細(xì)胞在很大程度上對化療具有耐藥性。休眠的腫瘤細(xì)胞對誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的信號產(chǎn)生一種特殊的應(yīng)答狀態(tài)，從而保護其免受免疫系統(tǒng)的攻擊[20]。轉(zhuǎn)移的潛伏期形成可能由兩種機制導(dǎo)致：①群體休眠，即腫瘤細(xì)胞增殖和死亡平衡的狀態(tài)，從而導(dǎo)致微轉(zhuǎn)移灶不擴張；②細(xì)胞靜止或暫時有絲分裂停止的狀態(tài)[3]。理解這些機制可使醫(yī)師有機會在發(fā)生明顯轉(zhuǎn)移前消除殘存病灶(或抑制其生長)，從而治愈患者。雖然結(jié)直腸癌中休眠細(xì)胞群的起源、特征和調(diào)控尚不清楚，但其可能會為正常腸上皮細(xì)胞多樣性的研究提供方向。

2.3腫瘤細(xì)胞的遺傳學(xué)改變 由于基因組的不穩(wěn)定，腫瘤獲得了數(shù)百種遺傳和表觀遺傳學(xué)的改變，使腫瘤細(xì)胞獲得不同的表型，而這可能導(dǎo)致克隆擴展，這種進化現(xiàn)象是腫瘤適應(yīng)不同環(huán)境、定植遠(yuǎn)處和抵抗治療的基礎(chǔ)。在概念上，腫瘤細(xì)胞等級和克隆多樣性導(dǎo)致的表型異質(zhì)性可能具有一定的相關(guān)性，結(jié)直腸癌干細(xì)胞代表克隆選擇的單位，在分化程度較高的細(xì)胞中發(fā)生突變，但由于該群體的壽命較短，所以被選擇的機會較低[19]。雖然克隆多樣性與治療耐藥性和轉(zhuǎn)移能力增強有關(guān)，但對原發(fā)性結(jié)直腸癌和轉(zhuǎn)移灶的基因測序并未發(fā)現(xiàn)與腫瘤播散有關(guān)的特定基因突變，原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移灶之間的相似性表明，非遺傳因素可能在這一過程中具有特殊作用[21]。

3 微環(huán)境對結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的影響

結(jié)直腸癌上皮間質(zhì)異質(zhì)性為結(jié)直腸癌患者的診斷和治療帶來了新思路，瘤內(nèi)異質(zhì)性還包括很多其他的細(xì)胞類型，它們滲透到腫瘤中，統(tǒng)稱為基質(zhì)或腫瘤微環(huán)境?；|(zhì)的相關(guān)功能與癌癥進展和轉(zhuǎn)移的所有步驟均有聯(lián)系，在癌癥進展過程中癌細(xì)胞與基質(zhì)進行物質(zhì)交換并共同發(fā)展；從概念上來講，轉(zhuǎn)化的癌細(xì)胞強烈改變了基質(zhì)的性質(zhì)和組成，并通過這種改變形成適宜癌細(xì)胞生長的微環(huán)境，為癌細(xì)胞提供保護。因此，越來越多的研究開始重視與腫瘤惡性和轉(zhuǎn)移定殖有關(guān)的特定基質(zhì)細(xì)胞群的特征。

3.1微環(huán)境中的癌相關(guān)成纖維細(xì)胞 癌相關(guān)成纖維細(xì)胞是指腫瘤間質(zhì)內(nèi)一組高度同源的具有特殊表型的活化成纖維細(xì)胞，其可以從腫瘤的不同部位分離出來。癌相關(guān)成纖維細(xì)胞與正常成纖維細(xì)胞的區(qū)別在于其可激活肌成纖維細(xì)胞的表型，促進α-平滑肌肌動蛋白、成纖維細(xì)胞特異性蛋白-1和成纖維細(xì)胞活化蛋白的表達(dá)，這些均是識別癌相關(guān)成纖維細(xì)胞的特異性標(biāo)志。癌相關(guān)成纖維細(xì)胞為結(jié)直腸癌細(xì)胞提供一系列細(xì)胞因子，促進了癌細(xì)胞存活和腫瘤的發(fā)生[22]。在機制上，與正常結(jié)腸成纖維細(xì)胞相比，癌相關(guān)成纖維細(xì)胞更能促進癌細(xì)胞在體內(nèi)的生長，其分泌的細(xì)胞因子更能促進上皮癌細(xì)胞的自我更新和遷移[23]。此外，從癌相關(guān)成纖維細(xì)胞中獲得的基因表達(dá)特征可能與結(jié)直腸癌的預(yù)后不良有關(guān)[24]。因此，癌相關(guān)成纖維細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中是一個重要的細(xì)胞群體，它們?yōu)榘┌Y的進展提供了適宜環(huán)境。

3.2基質(zhì)環(huán)境 腫瘤細(xì)胞周圍的基質(zhì)環(huán)境有不斷發(fā)育的血管網(wǎng)絡(luò)，其為腫瘤細(xì)胞的生長提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)與氧氣。腫瘤細(xì)胞分泌的生長因子刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖分化，從而促進血管生成，而與腫瘤相關(guān)的血管生成又導(dǎo)致血管異常，常表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)混亂、分支過度、周圍細(xì)胞覆蓋減少和滲漏，血管異常與結(jié)直腸癌患者的轉(zhuǎn)移與不良預(yù)后有關(guān)[25]。血管內(nèi)皮生長因子是大多數(shù)人類腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞增殖的關(guān)鍵調(diào)控因子，其可誘導(dǎo)激活促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調(diào)節(jié)激酶信號通路，腫瘤血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)與癌細(xì)胞的侵襲性、血管密度增加和轉(zhuǎn)移有關(guān)。研究證明，貝伐珠單抗、抗血管內(nèi)皮生長因子的單克隆抗體和血管生成抑制劑聯(lián)合化療可提高Ⅳ期結(jié)直腸癌患者的生存率[26]。

3.3SA100A6蛋白 SA100A6是一種鈣離子結(jié)合蛋白，是SA100蛋白家族的一員[27]。目前，已知其蛋白家族可通過腫瘤微環(huán)境間接地促進腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，其中SA100A4可以促進單核細(xì)胞向M2型極化，從而促進腫瘤轉(zhuǎn)移[28]。研究表明，SA100A6可以促進結(jié)直腸癌的進展和轉(zhuǎn)移，但其機制尚未明確[29]。

3.4白細(xì)胞介素-33 白細(xì)胞介素是一類分子結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能基本明確且具有重要調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞因子，其在免疫細(xì)胞活化增殖、免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)等各個環(huán)節(jié)中發(fā)揮多重作用[30]。白細(xì)胞介素-33是內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞分泌的一種細(xì)胞因子，其可以激活促分裂原活化的蛋白激酶信號通路，在結(jié)直腸癌中對腫瘤血管的生成有重要意義。近年來研究表明，白細(xì)胞介素-33在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移等過程發(fā)揮調(diào)控作用，其存在異常表達(dá)，可能與腫瘤患者的臨床特征相關(guān)[31]。腫瘤細(xì)胞分泌的白細(xì)胞介素-33通過增加內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和向血管分化，顯著增加新血管的生成，從而增加結(jié)直腸癌細(xì)胞向肝臟的轉(zhuǎn)移播散，而阻斷白細(xì)胞介素-33介導(dǎo)的信號通路可以抑制血管生成，減少腫瘤的發(fā)生[32]。

4 小 結(jié)

結(jié)直腸癌干細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境調(diào)節(jié)對結(jié)直腸癌進展和轉(zhuǎn)移的影響，以及治療方案的制訂、優(yōu)化和應(yīng)用具有重要意義。結(jié)直腸癌干細(xì)胞理論的提出對結(jié)直腸癌難以治愈的原因做出了解釋，雖然殺滅結(jié)直腸癌干細(xì)胞可以從根源上治愈結(jié)直腸癌，但其研究尚處于起步階段，對結(jié)直腸癌的徹底治療仍需進一步研究。腫瘤微環(huán)境與腫瘤的侵襲性密切相關(guān)，故對腫瘤微環(huán)境的研究對預(yù)防和治療腫瘤轉(zhuǎn)移具有重要意義。腫瘤的異質(zhì)性在產(chǎn)生和維持結(jié)直腸癌干細(xì)胞的耐藥和轉(zhuǎn)移能力過程中發(fā)揮作用，尤其是腫瘤微環(huán)境支持的定植轉(zhuǎn)移。針對結(jié)直腸癌干細(xì)胞和微環(huán)境的治療，可以阻止有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移風(fēng)險的早期結(jié)直腸癌患者發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。未來，以結(jié)直腸癌干細(xì)胞和癌細(xì)胞所處微環(huán)境為靶點的靶向治療聯(lián)合根治性手術(shù)及全身化療可能會為結(jié)直腸癌患者的治療提供新方向。