廣義而言，腫瘤異質(zhì)性可分為腫瘤間異質(zhì)性和腫瘤內(nèi)異質(zhì)性兩類，其中前者指的是不同腫瘤的細(xì)胞之間的基因與表型不同，后者指的是相同腫瘤的不同細(xì)胞之間的基因與表型不同。在此，若無特別提及的話，談及的腫瘤異質(zhì)性指的是腫瘤內(nèi)異質(zhì)性。
腫瘤的異質(zhì)性是惡性腫瘤的特征之一，是指腫瘤在生長過程中，經(jīng)過多次分裂增殖，其子細(xì)胞呈現(xiàn)出分子生物學(xué)或基因方面的改變，從而使腫瘤的生長速度、侵襲能力、對藥物的敏感性、預(yù)后等各方面產(chǎn)生差異。腫瘤異質(zhì)性可粗略地分為時間異質(zhì)性、空間異質(zhì)性、結(jié)構(gòu)異質(zhì)性、細(xì)胞異質(zhì)性、蛋白異質(zhì)性、基因異質(zhì)性和功能異質(zhì)性等。空間異質(zhì)性常表現(xiàn)為下述三種情況：在未擴(kuò)增的細(xì)胞背景中有成簇擴(kuò)增細(xì)胞；少量擴(kuò)增背景中有未擴(kuò)增的細(xì)胞；孤立的細(xì)胞擴(kuò)增?？臻g異質(zhì)性表現(xiàn)為免疫組織化學(xué)和熒光原位雜交結(jié)果不一致或者同一組織中癌基因擴(kuò)增結(jié)果不一致。時間異質(zhì)性表現(xiàn)為癌基因擴(kuò)增在浸潤性乳腺癌及轉(zhuǎn)移癌中提示預(yù)后不良，而在早期原位癌中沒有預(yù)后價值。2013年，Kreso等發(fā)現(xiàn)后代腫瘤細(xì)胞雖然具有相同基因組變異，但它們的增殖能力和對化療藥物的敏感性，表現(xiàn)出顯著的不一致。由此可見，腫瘤細(xì)胞還存在功能異質(zhì)性。
1976年，Peter Nowell提出腫瘤異質(zhì)性起源的“克隆演化”理論（如圖1所示），認(rèn)為連續(xù)多輪克隆選擇是導(dǎo)致腫瘤基因及其他分子變異的根本原因?！翱寺 笔侵笩o性繁殖，克隆演化只涉及體細(xì)胞，不涉及性細(xì)胞。不過近年來，科學(xué)家陸續(xù)提出腫瘤含有少量腫瘤干細(xì)胞，腫瘤干細(xì)胞是腫瘤發(fā)生的“罪魁禍?zhǔn)住保ㄈ鐖D2所示）。如果不清除腫瘤干細(xì)胞，即便通過放療或化療消滅了大部分腫瘤細(xì)胞，最終還是因腫瘤干細(xì)胞分化產(chǎn)生導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，并對放療或化療產(chǎn)生耐藥性。其實不論是克隆演化理論，還是腫瘤干細(xì)胞理論，腫瘤異質(zhì)性產(chǎn)生的本質(zhì)也就在于 “外因”（環(huán)境）對“內(nèi)因”（基因）的雙重作用。除極個別情況外，腫瘤發(fā)生通常只涉及體細(xì)胞而不涉及性細(xì)胞。因此，人體的絕大多數(shù)腫瘤都不會遺傳給后代，但種系基因缺陷所致腫瘤遺傳傾向例外。
圖1.克隆進(jìn)化理論，圖片來自Lcchong/Wikipedia。
圖2.腫瘤干細(xì)胞理論，圖片來自Lcchong/Wikipedia。
一旦腫瘤產(chǎn)生，現(xiàn)在的說法是基因組不穩(wěn)定性導(dǎo)致的，也就是腫瘤既可能源于遺傳上的基因突變，也可能源于表觀遺傳上的基因修飾（如甲基化、乙?；龋６鵁o論是良性腫瘤還是惡性腫瘤都存在各種基因突變或DNA甲基化修飾。
腫瘤異質(zhì)性來自環(huán)境因素分布及作用的不均一性與基因突變的隨機(jī)性。正是因為有環(huán)境因素不均一性的存在，所以才會有腫瘤微環(huán)境的說法?；蛲蛔兊碾S機(jī)性一方面體現(xiàn)在突變位點(diǎn)的多樣性上，另一方面也體現(xiàn)在突變后是否致瘤上。一個細(xì)胞的基因突變可致癌，而另一個細(xì)胞的基因突變后卻不致癌。
腫瘤微環(huán)境是由腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和胞外基質(zhì)（ECM）共同組成，能夠促進(jìn)腫瘤進(jìn)展，增加腫瘤浸潤性，躲避宿主免疫反應(yīng)和促進(jìn)對治療產(chǎn)生抵抗性?；|(zhì)細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中的重要組成部分，包括腫瘤周圍的浸潤免疫細(xì)胞、新生血管及其內(nèi)皮細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）等，如圖3所示。
圖3. 腫瘤微環(huán)境中的各種細(xì)胞類型，圖片來自Melissa R. Junttila et al, Nature, 19 September 2013, 501:346–354, doi:10.1038/nature12626。
腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞通常包括腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞（tumor-infiltrating lymphocyte, TIL)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）、自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell, NK細(xì)胞）、巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞和骨髓來源性抑制細(xì)胞（myeloid-derived suppressor cells, MDSC）等。研究證實腫瘤患者中免疫細(xì)胞大多失調(diào)和受損，而免疫功能受抑制有利于腫瘤細(xì)胞生存及發(fā)展。
在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤細(xì)胞利用PD-1及其配體PD-L1、CTLA-4、LAG-3、Tim-3和CD160等抑制性信號通路使得TIL的功能受到抑制，造成腫瘤免疫抑制。它們向腫瘤微環(huán)境分泌TGF-β、IL-2、IL-10、VEGF、MMP等免疫抑制性因子抑制免疫細(xì)胞的抗腫瘤作用。它們還低表達(dá)或不表達(dá)MHC-1等表面抗原，阻止周圍的T細(xì)胞等免疫細(xì)胞活化。此外，腫瘤保持較高的糖酵解途徑，消耗更多的葡萄糖，產(chǎn)生更多的乳酸，從而使得腫瘤微環(huán)境中的氧氣、營養(yǎng)物缺乏和酸性物質(zhì)堆積，抑制T細(xì)胞等免疫細(xì)胞的生長，甚至促進(jìn)T細(xì)胞死亡。
腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）是腫瘤基質(zhì)中最常見、比例最大的的細(xì)胞組分，對腫瘤微環(huán)境的形成是至關(guān)重要的。在腫瘤早期形成過程中，腫瘤細(xì)胞分泌的IL-6和IL-8等趨化因子使得腫瘤周圍正常的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為CAF。CAF會選擇性表達(dá)具有FAPα，并且在FAPα的作用下形成適宜腫瘤細(xì)胞惡性增殖和轉(zhuǎn)移的微環(huán)境。
在腫瘤組織中，HIF等多種轉(zhuǎn)錄因子可觸發(fā)VEGF等促血管生成因子的表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤微血管密度異常增加、血管壁結(jié)構(gòu)不完整和功能異常。血管壁結(jié)構(gòu)不完整使得局部血液外漏，造成腫瘤組織間質(zhì)液壓（IFP）升高。這最終形成一種低氧、低pH和高IFP的惡性腫瘤微環(huán)境。低氧可通過促進(jìn)促血管生長因子和HIF-1α表達(dá)來促進(jìn)血管形成，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)它們轉(zhuǎn)移。低pH的酸性微環(huán)境能夠通過促進(jìn)IL-2的產(chǎn)生而加速Treg的分化、MDSC的產(chǎn)生、抑制TIL的腫瘤浸潤并誘導(dǎo)TIL凋亡，此外還促進(jìn)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞分泌大量細(xì)胞因子促進(jìn)腫瘤血管形成。高IFP能夠阻止免疫效應(yīng)細(xì)胞到達(dá)腫瘤組織和干擾藥物在腫瘤細(xì)胞中的分布和擴(kuò)散。此外，高IFP導(dǎo)致腫瘤中心和外圍壓力差過大，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)入淋巴管。
圖4.在腫瘤微環(huán)境中，免疫細(xì)胞與其他基質(zhì)細(xì)胞之間的交談，圖片來自Shannon J. Turley et al. Nature Reviews Immunology, 2015, 15:669–682, doi:10.1038/nri3902。
總之，腫瘤細(xì)胞微環(huán)境之間的相互作用和聯(lián)系是雙向的，主要是通過一個復(fù)雜的免疫因子網(wǎng)絡(luò)，如細(xì)胞因子、趨化因子、許多生長因子和基質(zhì)細(xì)胞蛋白，如圖4所示。腫瘤微環(huán)境中的一些重要免疫因子的異質(zhì)性可導(dǎo)致腫瘤預(yù)后的多樣性。如腫瘤微環(huán)境中的抑制性細(xì)胞因子IL-10，TGF-β，IL-8，IL-17和趨化因子CXCL12的濃度與腫瘤不良預(yù)后成正比。此外，IL-2、IL-6、TNF-α、IL-12、IFN-γ、HLA-DR和IL-23等促炎細(xì)胞因子可促進(jìn)相關(guān)免疫細(xì)胞的招募和增殖，從而獲得抗腫瘤作用并延長總生存率。IL-27在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮腫瘤殺傷和免疫抑制的雙刃劍作用，一方面IL-27在腫瘤微環(huán)境中通過調(diào)節(jié)NK細(xì)胞和自然殺傷T細(xì)胞的招募和激活抑制腫瘤生長，另一方面還可通過調(diào)節(jié)Treg的遷移促進(jìn)腫瘤生長。TGF-β是一種多功能細(xì)胞因子，可調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、免疫抑制活性的轉(zhuǎn)移。TGF-β抑制促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，如IL-12，IL-2和IFN-γ，上調(diào)IL-10。
基質(zhì)細(xì)胞蛋白一組非結(jié)構(gòu)性胞外基質(zhì)蛋白，包括血小板反應(yīng)蛋白（TSP）、骨粘連蛋白（ON）、蛋白CCN、肌腱蛋白（TN）、骨橋蛋白（OPN）、骨膜蛋白（periostin, POSTN）和蛋白TGFBI等。它們通常在大多數(shù)成體組織中低水平存在，但在成年有機(jī)體的損傷或炎癥部位中高度表達(dá)。它們通過結(jié)合其他的胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合來重塑組織微環(huán)境，通過結(jié)合生長因子和細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)它們的活性，并通過與細(xì)胞膜中的特異性受體相互作用來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而發(fā)揮多種功能。越來越多的證據(jù)表明，它們在炎癥反應(yīng)和腫瘤發(fā)展中起著重要的作用，如圖5所示。
圖5.腫瘤休眠與基質(zhì)細(xì)胞蛋白，圖片來自Tiantian Wu et al. Protein Cell, April 2014, 5(4):249–252, doi:10.1007/s13238-014-0023-6。
當(dāng)前在動物模型和患者中的研究已表明骨膜蛋白不僅參與包括纖維化、關(guān)節(jié)炎、動脈粥樣硬化和其他炎癥性疾病在內(nèi)的各種疾病的病理生物學(xué)，而且也參與腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移。
近年來，針對作為一種基質(zhì)細(xì)胞蛋白的骨膜蛋白在異質(zhì)性的腫瘤微環(huán)境中的功能方面的研究取得不斷進(jìn)展。
POSTN是最近發(fā)現(xiàn)的一種基質(zhì)細(xì)胞蛋白，在人類中由POSTN基因編碼，作為配體與alpha-V/beta-3和alpha-V/beta-5整合素相互作用，支持上皮細(xì)胞的粘附和遷移的蛋白質(zhì)。它在骨外膜、軟骨膜、牙周膜、肌肉筋膜、軟骨關(guān)節(jié)面和關(guān)節(jié)韌帶中高表達(dá)，因而在骨骼發(fā)育、組織修復(fù)、心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)中發(fā)揮作用。此外，它在炎癥和多種癌癥中也表達(dá)，促進(jìn)結(jié)腸癌和乳腺癌等多種癌癥轉(zhuǎn)移。
我國廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/細(xì)胞應(yīng)激生物學(xué)國家重點(diǎn)實驗室教授、博士生導(dǎo)師、生命科學(xué)學(xué)院副院長、中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會理事歐陽高亮課題組長期致力于研究基質(zhì)蛋白（如POSTN、OPN等）在腫瘤轉(zhuǎn)移中的功能，發(fā)現(xiàn)這些蛋白可通過促進(jìn)細(xì)胞生存、上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化、干細(xì)胞干性維持和血管發(fā)生來促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。歐陽高亮課題組的研究表明骨膜蛋白和OPN等細(xì)胞基質(zhì)蛋白在炎癥發(fā)生和腫瘤轉(zhuǎn)移過程中可參與重塑組織微環(huán)境。從2004年起，歐陽高亮課題組先后在Cancer Cell、Cancer Letters、Cellular and Molecular Life Sciences、Cell Stem Cell、 PLoS ONE、Matrix Biology、Cell Metabolism、 Protein Cell、American Journal of Pathology和Journal of Hepatology等知名的期刊上發(fā)表十幾篇針對POSTN蛋白在炎癥性疾病和癌癥中的功能的文章。
2014年7月，歐陽高亮課題組在Matrix Biology期刊上發(fā)表了一篇綜述文章，指出作為一種至為重要的發(fā)育因子和分泌的胞外基質(zhì)蛋白，POSTN不僅參與炎癥性疾病，而且還積極地促進(jìn)腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移。POSTN和/或它的mRNA高表達(dá)在大多數(shù)實體瘤中檢測到，包括乳腺癌、結(jié)腸癌、頭頸癌、胰腺癌、肺癌、乳頭狀甲狀腺癌、卵巢癌、胃癌、肝癌和神經(jīng)母細(xì)胞瘤。
在結(jié)腸癌和卵巢癌中，POSTN通過αvβ3和/或αvβ5受體相互作用增加細(xì)胞運(yùn)動和存活，從而發(fā)揮它的促轉(zhuǎn)移作用。
作為一種細(xì)胞粘附分子，POSTN促進(jìn)腫瘤微環(huán)境中的浸潤，導(dǎo)致食管癌出現(xiàn)新的腫瘤浸潤性特征，而且對POSTN表達(dá)的誘導(dǎo)依賴于EGFR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和突變型p53。胰腺癌中的POSTN mRNA水平是非常高的。胰腺星狀細(xì)胞能夠被一種自分泌POSTN環(huán)和過量產(chǎn)生的胞外基質(zhì)蛋白激活，從而產(chǎn)生一種支持腫瘤生長的微環(huán)境。對POSTN表達(dá)的誘導(dǎo)產(chǎn)生過量的胞外基質(zhì)蛋白，包括1型膠原蛋白和纖連蛋白，從而促進(jìn)腫瘤在營養(yǎng)缺乏、低氧和化學(xué)治療壓力下生長。在胰腺導(dǎo)管腺癌中，血清POSTN水平上升了。促結(jié)締組織增生性基質(zhì)（desmoplastic stroma）分泌的POSTN蛋白通過β4整合素-FAK信號通路增強(qiáng)浸潤性，并且通過激活PI3K/Akt通路促進(jìn)胰腺腺癌細(xì)胞在低氧條件下存活。POSTN水平在人乳腺癌中也上升了，特別是在發(fā)生骨轉(zhuǎn)移或淋巴轉(zhuǎn)移的乳腺癌患者中。POSTN在人乳腺癌中的過表達(dá)通過FAK介導(dǎo)的信號通路誘導(dǎo)血管生成。再者，POSTN可起著乳腺瘤肺轉(zhuǎn)移的一種限制因子的作用。POSTN招募Wnt配體來增強(qiáng)乳腺癌干細(xì)胞中的Wnt信號，因而促進(jìn)細(xì)胞自我更新和轉(zhuǎn)移形成。POSTN促進(jìn)口腔鱗狀細(xì)胞癌中的浸潤和血管生成，并可作為口腔癌患者中的一種轉(zhuǎn)移標(biāo)志物。與正常的鼻咽基質(zhì)相比，POSTN在鼻咽癌基質(zhì)中顯著上調(diào)，而且高水平的POSTN與鼻咽癌患者的晚期臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和總體存活率降低顯著相關(guān)。頭頸鱗狀細(xì)胞癌患者中的血清POSTN水平與血清VEGF-C水平和惡性腫瘤行為（包括增加的腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移）密切相關(guān)。POSTN促進(jìn)的淋巴管生成是由癌細(xì)胞中增加的VEGF-C分泌和通過Src和Akt的活化引起的遷移和管狀結(jié)構(gòu)形成介導(dǎo)的。在透明細(xì)胞腎細(xì)胞癌中，POSTN是腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAF）分泌的，并且在腫瘤基質(zhì)中堆積。這種腫瘤基質(zhì)中的POSTN能夠通過激活A(yù)kt促進(jìn)癌細(xì)胞附著并增強(qiáng)成纖維細(xì)胞增殖。POSTN在胃癌中高度表達(dá)。POSTN是由腫瘤基質(zhì)中的CAF細(xì)胞分泌的，并通過激活Erk促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖。在浸潤性黑色素瘤中，相比于正常組織，POSTN是高度表達(dá)的，而且它的表達(dá)局限于腫瘤基質(zhì)中。這種腫瘤基質(zhì)中的POSTN來自正常的人真皮成纖維細(xì)胞，能夠在體外和體內(nèi)加快黑色素瘤細(xì)胞增殖。考慮到POSTN在腫瘤進(jìn)展中的關(guān)鍵作用，這種細(xì)胞基質(zhì)蛋白可作為癌癥的潛在診斷和治療靶標(biāo)。
作為一種分泌蛋白，POSTN主要是在正常組織的成纖維細(xì)胞和腫瘤基質(zhì)中表達(dá)的。肺成纖維細(xì)胞分泌的POSTN可增強(qiáng)乳腺癌干細(xì)胞中的Wnt信號，從而促進(jìn)肺轉(zhuǎn)移瘤定植。還有人報道，一些癌癥中的CAF細(xì)胞也會表達(dá)POSTN。歐陽高亮課題組在之前的研究中已證實POSTN在人骨髓來源的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞以及由間充質(zhì)干細(xì)胞產(chǎn)生的脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞中高度表達(dá)。癌癥相關(guān)脂肪細(xì)胞能夠改變癌細(xì)胞的特征，賦予它們一種更具侵襲性的表型。因此，歐陽高亮課題組推測脂肪細(xì)胞產(chǎn)生的POSTN可能在脂肪細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的相互作用中起著關(guān)鍵作用。間充質(zhì)干細(xì)胞和骨髓衍生細(xì)胞（BMDC）能夠特異性地遷移到腫瘤部位并在那里移植，從而腫瘤微環(huán)境的一部分。這種現(xiàn)象提示著由間充質(zhì)干細(xì)胞和/或骨髓衍生細(xì)胞產(chǎn)生的POSTN可能參與調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境。
在腫瘤微環(huán)境中，分泌的POSTN能夠與αvβ3和αvβ3受體結(jié)合，從而激活各種下游信號途徑，包括PI3K/Akt和FAK信號通路。激活這些下游信號通路能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活、遷移、浸潤和血管生成。POSTN也與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)，特別是結(jié)腸癌的肝轉(zhuǎn)移以及乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和肺部轉(zhuǎn)移。POSTN促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的潛在機(jī)制可能在于它在重塑癌干細(xì)胞微環(huán)境和轉(zhuǎn)移微環(huán)境中發(fā)揮的功能。POSTN與Wnt信號相互作用，并為癌干細(xì)胞在較遠(yuǎn)部位中的自我更新和定植提供一種轉(zhuǎn)移微環(huán)境。此外，高水平的POSTN和活性TGF-β1分布在新生血管尖端，并且在能夠讓休眠的腫瘤細(xì)胞經(jīng)歷轉(zhuǎn)移生長方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
綜合這些發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)成體組織中的POSTN水平通常是比較低的，然而，在損傷或炎癥部位或成年有機(jī)體內(nèi)的腫瘤中，POSTN通常是由被TGF-β、其他的局部和全身性細(xì)胞因子和生長因子激活的基質(zhì)細(xì)胞高度分泌的，而這些細(xì)胞因子和生長因子是由上皮細(xì)胞和其他的細(xì)胞產(chǎn)生的，如圖6所示。分泌的POSTN通過結(jié)合各種胞外基質(zhì)蛋白來重塑局部的組織微環(huán)境，并且招募Wnt、Notch1或其他的配體來調(diào)節(jié)它們的信號通路，通過它的細(xì)胞表面受體αvβ3和αvβ3相互作用調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的PI3K-Akt和/或其他的信號通路，從而導(dǎo)致各種炎性反應(yīng)和腫瘤進(jìn)展。
圖6，圖片來自Allan YiLiu et al. Matrix Biology， July 2014, 37:150-156, doi:10.1016/j.matbio.2014.04.007.
在未來，歐陽高亮課題組將繼續(xù)深入研究POSTN等基質(zhì)細(xì)胞蛋白在調(diào)控干細(xì)胞微環(huán)境、炎癥微環(huán)境和腫瘤轉(zhuǎn)移微環(huán)境中的功能。
聯(lián)系客服
