南方醫(yī)大癌生物學(xué)講義13-1腫瘤發(fā)生類(lèi)似傷口損傷愈合

第十三章（1）腫瘤發(fā)生類(lèi)似傷口損傷愈合

“對(duì)癌癥的許多認(rèn)識(shí)都?xì)w功于還原論方法：將正常組織與腫瘤組織分解為細(xì)胞，再將這些細(xì)胞細(xì)化為分子。雖然由此獲知的信息只涉及復(fù)雜系統(tǒng)的一小部分，但這部分至少是確信可靠的，且后續(xù)研究者對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)及其組分進(jìn)行研究時(shí)不必對(duì)這一部分做本質(zhì)上的修改。癌癥絕不僅僅是腫瘤細(xì)胞內(nèi)部相互作用的結(jié)果，相反，大多數(shù)腫瘤組織中惡變細(xì)胞與正常細(xì)胞不停地進(jìn)行交流。本章我們將著重討論上皮癌，因?yàn)閷?duì)這些腫瘤組織內(nèi)部惡變細(xì)胞與正常細(xì)胞間的相互作用較其他類(lèi)型腫瘤了解得更為清楚。”

1、正常和惡性上皮組織均由相互依存的不同細(xì)胞類(lèi)型組成除了惡變的上皮細(xì)胞外，多種間質(zhì)細(xì)胞也參與構(gòu)成上皮來(lái)源腫瘤組織。這些間質(zhì)細(xì)胞包括成纖維細(xì)胞、肌纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞及肥大細(xì)胞。種類(lèi)繁多的間質(zhì)細(xì)胞可產(chǎn)生結(jié)締組織，以及在血液和免疫系統(tǒng)中產(chǎn)生多種免疫細(xì)胞，因此與轉(zhuǎn)化后可導(dǎo)致癌變的上皮細(xì)胞在生物學(xué)上有很大區(qū)別。

圖13-1-1：多色流式細(xì)胞儀監(jiān)測(cè)實(shí)體瘤間質(zhì)中的不同細(xì)胞類(lèi)型

為什么其他類(lèi)型的細(xì)胞會(huì)存在于上皮癌間質(zhì)中呢？一種可能的解釋是：在這種組織中，適當(dāng)比例的不同類(lèi)型細(xì)胞必須依賴(lài)其間待續(xù)的信號(hào)交流，這種相互作用包括多種不同分化方向的細(xì)胞類(lèi)型，它們之間的通信稱(chēng)為異質(zhì)性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，不同細(xì)胞通過(guò)這種方式促進(jìn)或限制其鄰近細(xì)胞的生長(zhǎng)。由此推測(cè)，在正常組織中的許多異質(zhì)性相互作用在該組織形成的腫瘤中也發(fā)揮重要作用。這可能意味著如同正常上皮細(xì)胞一樣，腫瘤細(xì)胞通過(guò)招募鄰近的正常組織和遠(yuǎn)處骨髓中的間質(zhì)細(xì)胞來(lái)控制其數(shù)量并促進(jìn)其增殖。另外，間質(zhì)細(xì)胞也可能影響腫瘤上皮細(xì)胞的增殖和存活。在正常組織中，異質(zhì)性信號(hào)通路主要依賴(lài)下列因子間的交換：1.生長(zhǎng)因子，如血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）；2.生長(zhǎng)抑制信號(hào)，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）；3.營(yíng)養(yǎng)因子，如胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF）。這些因子分泌到細(xì)胞外間隙的同時(shí)，通常短距離發(fā)揮仵用，并且它們的定位對(duì)其功能非常重要。

而在腫瘤組織中，間質(zhì)－上皮異質(zhì)性相互作用的各種細(xì)節(jié)到今天已經(jīng)被詳細(xì)闡明。它們幾乎在腫瘤進(jìn)程的所有階段都起關(guān)鍵作用，包括腫瘤最初的形成階段。例如，癌細(xì)胞釋放生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和趨化因子招募巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞至腫瘤相關(guān)間質(zhì)，然后招募的細(xì)胞釋放TNF-α和前列腺素引起炎癥反應(yīng)，從而進(jìn)一步促進(jìn)附近上皮細(xì)胞的增殖和血管生成。在腫瘤形成以后異質(zhì)性相互作用仍然存在。例如，腫瘤上皮細(xì)胞釋放PDGF，而間質(zhì)細(xì)胞（特別是成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞）含有相應(yīng)的受體，同時(shí)間質(zhì)細(xì)胞釋放IGF-1,促進(jìn)周?chē)[瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活。正常上皮組織中間質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)胞互相協(xié)作，建立起存在于二者之間的特殊細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），也稱(chēng)為基底膜或基底層。組成毛細(xì)血管和大血管及淋巴管的內(nèi)皮細(xì)胞是正常和惡變間質(zhì)中的重要成分，這些內(nèi)皮細(xì)胞的增殖由上皮和間質(zhì)中的其他細(xì)胞促進(jìn)，從而確保其獲得充足的血液供應(yīng)。當(dāng)毛細(xì)血管被組裝并具有功能后，可為鄰近細(xì)胞提供足夠的養(yǎng)料和氧；當(dāng)細(xì)胞缺乏足夠氧時(shí)就會(huì)釋放可促進(jìn)毛細(xì)血管生長(zhǎng)的血管生成因子。

圖13-1-2：毛細(xì)血管（綠色）和淋巴管（紅色）交錯(cuò)成網(wǎng)：淋巴管直徑遠(yuǎn)大于毛細(xì)血管，但淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞不受其下的壁細(xì)胞（周細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞）支撐

當(dāng)毛細(xì)血管生成時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞分泌生長(zhǎng)因子促進(jìn)其他非內(nèi)皮細(xì)胞的增殖。最重要的是，內(nèi)皮細(xì)胞釋放PDGF和HB-EGF，吸引周皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞，共同形成毛細(xì)血管外壁。當(dāng)位于合適位置時(shí)，周皮細(xì)胞又會(huì)釋放血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）和促血管生成素-I(Ang-I)，反過(guò)來(lái)為最初招募它們的內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)提供生長(zhǎng)信號(hào)。

2、癌細(xì)胞在形成細(xì)胞株的過(guò)程中行為異于體內(nèi)腫瘤為了在體外培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞，研究者將腫瘤組織標(biāo)本中的癌細(xì)胞在體外培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。然而大多數(shù)情況下，這樣的集落并不能形成。能夠形成克隆的細(xì)胞常常是間質(zhì)來(lái)源的，特別是成纖維細(xì)胞，可被培養(yǎng)基血清中的PDGF促進(jìn)生長(zhǎng)。少數(shù)情況下，在培養(yǎng)皿中長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)腫瘤組織，癌細(xì)胞增殖活躍的克隆的確能夠生長(zhǎng)起來(lái)。這些癌細(xì)胞在體外選擇壓力下，獲得了自發(fā)生長(zhǎng)的能力，且不依賴(lài)于間質(zhì)的支持，因此其進(jìn)化已經(jīng)不再受大多數(shù)腫瘤中癌細(xì)胞在體內(nèi)所處的腫瘤進(jìn)展階段的影響。這些腫瘤細(xì)胞系

（常用有幾十株

）是癌癥研究的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象。這些細(xì)胞可被植入免疫缺陷小鼠中，迅速增殖并形成移植瘤。（裸鼠、NOD/SCID小鼠及RAGl/2小鼠由于缺乏免疫系統(tǒng)而可容忍其他物種的組織生長(zhǎng)而被用于此類(lèi)實(shí)驗(yàn)。）

3、腫瘤組織與未愈合的損傷組織類(lèi)似實(shí)際上，腫瘤內(nèi)異質(zhì)性相互作用的信號(hào)傳遞非常復(fù)雜，涉及許多信號(hào)分子在不同細(xì)胞間的交換，且許多正常組織中不存在這樣的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。由此引出一些問(wèn)題：腫瘤細(xì)胞是怎樣學(xué)會(huì)釋放和應(yīng)答這樣一系列異質(zhì)性信號(hào)的？復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)程序及其引起的生物應(yīng)答是腫瘤在進(jìn)化過(guò)程中逐漸獲得的，還是腫瘤利用了正常組織中預(yù)存的程序？1986年，有研究者在觀察腫瘤組織和愈傷組織結(jié)構(gòu)時(shí)，注意到許多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在腫瘤發(fā)展和傷口愈合時(shí)有驚人的相似性。若這種相似性被證明的話(huà)，則說(shuō)明癌細(xì)胞只不過(guò)是激活了復(fù)雜而普通的生理過(guò)程——傷口愈合，這一已經(jīng)存在基因組中的程序。圖13-1-3：傷口愈合模式圖

傷口愈合過(guò)程已被研究得非常深入，當(dāng)皮膚形成創(chuàng)傷時(shí)，血小板凝集并釋放一些分子，包括血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β）。傷口會(huì)釋放血管活性因子，增加傷口附近血管的滲透性，幫助傷口從血漿中得到纖維蛋白原，后者轉(zhuǎn)化為纖維蛋白，成為血塊的支架，成簇的纖維蛋白纏繞在血小板團(tuán)塊周?chē)鹬寡饔谩Ｑ“遽尫诺腜DGF能吸引成纖維細(xì)胞并刺激其增殖，隨后血小板衍生的TGF-β激活這些肌成纖維細(xì)胞并誘導(dǎo)其分泌基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）。受傷位點(diǎn)招募的大量巨噬細(xì)胞也分泌這些蛋白酶。激活的成纖維細(xì)胞還釋放有絲分裂原，如各種成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF），刺激特定上皮細(xì)胞的增殖。

MMP一旦釋放，便開(kāi)始降解胞外基質(zhì)（ECM）中的特定成分，導(dǎo)致兩種主要結(jié)果：一方面使ECM結(jié)構(gòu)重塑，為新的細(xì)胞留出空間；另一方面導(dǎo)致許多黏附于ECM上且處于未激活狀態(tài)的生長(zhǎng)因子的釋放并激活，包括堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)、TGF-β、PDGF、EGF-相關(guān)因子和干擾素-γ（IFN-γ）。血小板釋放的和ECM來(lái)源的生長(zhǎng)因子隨后吸引單核細(xì)胞（其會(huì)迅速分化成巨噬細(xì)胞）和其他類(lèi)型的吞噬細(xì)胞，稱(chēng)為中性粒細(xì)胞，浸入傷口位置。這些細(xì)胞清理傷口并清除外來(lái)物質(zhì)、細(xì)菌及組織碎片，同時(shí)釋放并激活有絲分裂因子，如成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF），刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖并構(gòu)建新的毛細(xì)血管，即血管生成過(guò)程。當(dāng)這些事件在愈傷間質(zhì)部位發(fā)生時(shí)，此處的上皮細(xì)胞也在進(jìn)行自我更新。上皮細(xì)胞減少其與ECM，特別是基底膜的黏附，其運(yùn)動(dòng)能力大增。愈傷組織周?chē)纳掀ぜ?xì)胞之間的相互按觸也被切斷，連接相鄰上皮細(xì)胞的E-鈣黏蛋白表達(dá)降低，并常常被替換為N-鈣黏蛋白。當(dāng)表達(dá)不同的細(xì)胞表面鈣黏蛋白后，處于愈傷組織周邊的上皮細(xì)胞發(fā)生形態(tài)學(xué)改變，呈現(xiàn)出成纖維細(xì)胞的外觀，上皮細(xì)胞具有運(yùn)動(dòng)能力和侵襲性，這種改變稱(chēng)為上皮－間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），可使上細(xì)胞游走至傷口部位，并填充傷口產(chǎn)生的組織損傷缺口。

圖13-1-4：上皮－間質(zhì)轉(zhuǎn)化：MMP-3能降解E-鈣黏蛋白，刺激單層上皮細(xì)胞EMT的發(fā)生：上皮細(xì)胞蛋白，如細(xì)胞角蛋白（深粉紅色）和E-鈣黏蛋白表達(dá)減少；間質(zhì)細(xì)胞蛋白，如波形蛋白、纖維結(jié)合素和N-鈣黏蛋白表達(dá)增多；此外細(xì)胞形狀由多邊形轉(zhuǎn)變?yōu)槌衫w維細(xì)胞的形態(tài)，且常常因此獲得運(yùn)動(dòng)和侵襲能力。

EMT僅是細(xì)胞形態(tài)暫時(shí)性的改變，當(dāng)這些細(xì)胞到達(dá)傷口位置并覆蓋傷口后，它們將啟動(dòng)逆向程序重建上皮組織，這樣的程序稱(chēng)為間質(zhì)－上皮轉(zhuǎn)換（MET），傷口完全愈合后上皮組織內(nèi)的細(xì)胞便不留有任何間質(zhì)細(xì)胞的痕跡。

圖13-1-5：傷口愈合流程圖

與傷口愈合過(guò)程相同的是，由癌細(xì)胞產(chǎn)生的PDGF靶點(diǎn)都是表達(dá)PDGF受體的間質(zhì)細(xì)胞，包括平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。對(duì)于間質(zhì)細(xì)胞，PDGF同時(shí)起到誘導(dǎo)物和有絲分裂原的作用，可能是癌細(xì)胞招募并剌激間質(zhì)細(xì)胞增殖的重要信號(hào)分子。癌細(xì)胞釋放的PDGF首先招募成纖維細(xì)胞進(jìn)入纖維蛋白基質(zhì)。同時(shí)，招募來(lái)的成纖維細(xì)胞通過(guò)整合素附著在纖維蛋白基質(zhì)的骨架上，并可以在其上遷移。侵入的間質(zhì)細(xì)胞通過(guò)降解許多最初形成的纖維蛋白分子，并用一種由成纖維細(xì)胞分泌的膠原組裝成的更為永久性的基質(zhì)替代它們，從而重塑這一“臨時(shí)性基質(zhì)”。這與傷口愈合時(shí)的有序性過(guò)程一致。

在傷口愈合過(guò)程中，間質(zhì)細(xì)胞的任務(wù)之一是使傷口邊緣收縮從而閉合傷口。收縮由肌成纖維細(xì)胞的特殊成纖維細(xì)胞調(diào)節(jié)。肌成纖維細(xì)胞同樣在慢性創(chuàng)傷中出現(xiàn)，即那些持續(xù)發(fā)炎的組織在大多數(shù)晚期腫瘤的間質(zhì)中也存在大量此類(lèi)肌成纖維細(xì)胞。大多數(shù)間質(zhì)成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的來(lái)源尚未闡明。傷口愈合期間，參與凝集的血小板釋放

PDGF,從相鄰組織間質(zhì)中招募成纖維細(xì)胞。TGF-βl誘導(dǎo)這些成纖維細(xì)胞的一部分轉(zhuǎn)分化成為肌成纖維細(xì)胞。事實(shí)上，TGF-βl在體外可誘導(dǎo)正常的成纖維細(xì)胞成為肌成纖維細(xì)胞，這提示許多類(lèi)型的癌細(xì)胞，尤其那些正在向更高惡性程度進(jìn)展的癌細(xì)胞所分泌的TGF-β1，是腫瘤相關(guān)間質(zhì)中肌成纖維細(xì)胞形成的主要原因。肌成纖維細(xì)胞的其他來(lái)源也已被證明：它們可能產(chǎn)生自成纖維細(xì)胞和起源于骨髓的間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）。兩種類(lèi)型的細(xì)胞都在循環(huán)系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)，并且已知可以定位到組織損傷的區(qū)域，在此它們可以分化成肌成纖維細(xì)胞或成纖維細(xì)胞，從而促進(jìn)間質(zhì)的快速重建。這個(gè)機(jī)制確保大量細(xì)胞可以快速動(dòng)員傷口外部的原料從而加快損傷間質(zhì)的重建。同樣地，MSC被大量招募到各種癌癥的間質(zhì)。由于起源于MSC的分化的肌成纖維細(xì)胞也是血管生成的強(qiáng)誘導(dǎo)者，這使MSC及其形成的肌成纖維細(xì)胞成為腫瘤生長(zhǎng)的關(guān)鍵調(diào)控因子。圖13-1-6：通過(guò)抗原染色的方法檢測(cè)α-SMA，在傷口愈合部位、發(fā)炎部位和腫瘤相關(guān)間質(zhì)中發(fā)現(xiàn)肌成纖維細(xì)胞：（A)小鼠皮膚受傷后3天（褐色為肌成纖維細(xì)胞）；（B)肝硬化組織（棕色為肌成纖維細(xì)