自上個世紀下葉被發(fā)現(xiàn)以來，紫杉醇（Paclitaxel，PTX）就一直是化療界的明星。因為其高度抗癌活性，紫杉醇目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于卵巢癌、乳腺癌、肺癌等多種癌癥的一線治療[1]。奇點糕還記得曾經(jīng)有過新聞，紫杉醇的原料紅豆杉被百姓剝了樹皮泡酒，引為抗癌“神藥”（當然了，這是個錯誤的做法，直接服用紅豆杉可是會中毒的）。
不過，紫杉醇的作用也是把雙刃劍，在利用細胞毒性殺死癌細胞的同時，它也會增加癌細胞對化療劑的抗性并促進癌細胞轉(zhuǎn)移。在8月份的《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，來自俄亥俄州立大學生物化學與藥理學教授Tsonwin Hai團隊的一項研究為紫杉醇促進乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移[2]提供了“實錘”。
Tsonwin Hai教授
研究結(jié)果揭示了兩個主要的機制：一是紫杉醇會改變原發(fā)腫瘤周邊血管的狀態(tài)，幫助乳腺癌細胞進入血循環(huán)；二是它還會在肺組織中“辛勤耕耘”，使肺組織微環(huán)境更適合癌細胞生存，促進癌細胞“生根發(fā)芽”。而這些有害影響，都要通過一個名為Atf3的基因來實現(xiàn)。
Atf3是一種應(yīng)激快反應(yīng)基因，正常情況下表達量非常低，當受到外界信號刺激，就會快速大量表達。表達產(chǎn)物Atf3蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子，能夠直接或間接調(diào)控很多參與炎癥反應(yīng)的基因的表達[3]。
那么究竟科學家是怎么證實紫杉醇的“叛變”行為的呢？
Hai教授和她的團隊在小鼠身上進行了試驗。他們對能夠發(fā)生自發(fā)轉(zhuǎn)移的乳腺癌模型小鼠注射了一定量的紫杉醇。比起對照組，注射了紫杉醇的實驗組小鼠原發(fā)腫瘤確實有縮小，但是轉(zhuǎn)移到肺部的癌細胞卻更多！研究者對敲除了Atf3基因的小鼠也做了同樣的實驗，結(jié)果卻并沒有什么差別。這足以說明紫杉醇的這種促進癌癥轉(zhuǎn)移的作用與Atf3基因有關(guān)了。
上：在第26天，不使用紫杉醇治療和使用紫杉醇治療以及敲除Atf3基因后不使用紫杉醇治療和使用紫杉醇治療的四種小鼠肺轉(zhuǎn)移腫瘤占總肺部的面積
下：四種小鼠的肺部切片，深色部分為轉(zhuǎn)移瘤
為了搞清除紫杉醇和Atf3基因到底是怎么使壞的，研究人員對這幾種腫瘤組織進行了檢測，發(fā)現(xiàn)用紫杉醇治療的小鼠腫瘤組織中微血管的密度特別高，而且一些能幫助腫瘤轉(zhuǎn)移和新血管生成的細胞（表達Tie2基因的單核巨噬細胞，TEMs）也增加了。他們還發(fā)現(xiàn)，和血管生成有關(guān)的一些基因表達量高（如Ang1，Notch1和Cxcl1），和抗血管生成有關(guān)的一些基因表達量低（如Cxcl9、10、11和14）。
另外，還有一個有意思的現(xiàn)象，乳腺癌細胞擴散需要通過三種細胞的直接接觸——內(nèi)皮細胞、血管周圍巨噬細胞和增強癌細胞擴散能力的Mena蛋白水平高的癌細胞。過去的研究發(fā)現(xiàn)，這三種細胞在哪里接觸，癌細胞就在哪里進入血管，后來，這個“位點”被命名為腫瘤轉(zhuǎn)移微環(huán)境（tumor microenvironment of metastasis，TMEM）[4]。
所以，TMEM就相當于一扇門，當“三把鑰匙”聚齊時，癌細胞就可以打開門，進入血管中了。在這次的研究中，研究人員也發(fā)現(xiàn)，使用紫杉醇治療的小鼠TMEM密度明顯升高，這也說明，紫杉醇為癌細胞多造了幾扇門，幫助了它向肺部轉(zhuǎn)移。這和不久前發(fā)表在《科學轉(zhuǎn)化醫(yī)學》上的另一項研究“不謀而合”，他們在化療的癌癥患者身上也發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象[5]。
所以這幾項指標的變化意味著，紫杉醇不光給癌細胞開拓了更多的“出走路線（微血管）”，還幫它們打開了脫離桎梏的“大門（TMEM）”。
以上這些結(jié)果都只出現(xiàn)在野生型小鼠上，敲除了Atf3基因的小鼠實驗組和對照組沒有明顯差異。這說明，紫杉醇的使用促進血管生長、增加癌細胞轉(zhuǎn)移微環(huán)境，這些影響都是通過Atf3基因?qū)崿F(xiàn)的。
癌細胞通過TMEM進入血管
只關(guān)注原發(fā)腫瘤還不夠，研究人員又盯上了癌細胞轉(zhuǎn)移的目標組織——肺部。他們給用紫杉醇預(yù)處理過的小鼠靜脈注射癌細胞，最大程度地消除了紫杉醇對癌細胞的直接殺傷影響。
結(jié)果顯示，注射過紫杉醇的實驗組肺組織比對照組有更多的癌細胞定殖。對肺組織的檢測發(fā)現(xiàn)，實驗組中穿孔素（Prf1）表達下調(diào)，炎癥性單核細胞（iMs）數(shù)量上升，趨化因子配體2（CCL2）表達上調(diào)。
Prf1是重要的溶菌蛋白之一，存在于細胞毒性T細胞和天然殺傷（NK）細胞中，有抑癌作用[6]；iMs可以進入肺中分化成巨噬細胞，促進腫瘤轉(zhuǎn)移[7]；而CCL2是一種小分子蛋白，可以促進炎癥性單核細胞富集，增強炎癥反應(yīng)，對腫瘤發(fā)展起著重要作用[8]。
同樣，這些結(jié)果也只出現(xiàn)在野生型小鼠上。這說明，紫杉醇的使用改變了肺組織的微環(huán)境，使癌細胞更容易在肺組織上定殖，這些影響也是通過Atf3基因?qū)崿F(xiàn)的。
那么現(xiàn)在我們可以確定了，紫杉醇一方面促使腫瘤細胞從原發(fā)腫瘤逃離，一方面改變肺部微環(huán)境使之更適合腫瘤細胞定殖，而Atf3基因在其中起關(guān)鍵作用。
紫杉醇（PTX）對原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移組織的影響
要不是看到這些證據(jù)，奇點糕真是不愿意相信，紫杉醇竟然助紂為虐！不過，這些在小鼠身上得到的實驗結(jié)果，是否適用于人類呢？
研究者們自然也考慮到了這一點。為了證實小鼠數(shù)據(jù)與人類癌癥的相關(guān)性，他們從公開的腫瘤數(shù)據(jù)庫[9]中的樣本數(shù)據(jù)進行了分析。結(jié)果不出所料，在接受了化療的乳腺癌患者的腫瘤組織中，Atf3真的有更高的表達。相應(yīng)的，患者也出現(xiàn)了高水平的CCL2、CCL7、CCL8等炎癥指標以及低水平的Prf1、NK細胞和細胞毒性T細胞等。
在乳腺癌、肺癌、卵巢癌和結(jié)腸癌中，ATF3基因和TEK基因高表達（紅）和低表達（綠）對患者生存率的影響
這些分析結(jié)果與小鼠試驗的表征是一致的，可見小鼠試驗結(jié)果的確能揭示紫杉醇在人體癌癥轉(zhuǎn)移中起到的作用。
研究人員還使用其他株系的癌細胞替換了他們在這次實驗中所用的乳腺癌細胞，還嘗試用其他化療藥物如環(huán)磷酰胺（CTX）替換紫杉醇，甚至還使用不同種系的小鼠進行了實驗，結(jié)果無一例外。Atf3基因介導(dǎo)的化療劑對癌癥肺轉(zhuǎn)移的促進作用不局限于單一化療藥物、單個癌種或單個試驗對象，這是一種在化療中普遍存在的現(xiàn)象。
鑒于早先有研究表明，全身化療后殘留的腫瘤與臨床上的不良預(yù)后有關(guān)[10]，那么，這個研究可以說是對今后化療的使用很有臨床意義了。Hai教授表示，或許將來可以通過抑制Atf3基因的表達來解除化療的這個副作用，這也是他們的下一個研究目標。
不過這個研究也存在一些局限性：對小鼠的整體研究沒有辦法確定在不同類型細胞中Atf3基因的作用；而且除了血管轉(zhuǎn)移途徑之外，癌細胞也可以通過淋巴管轉(zhuǎn)移，Atf3基因?qū)@條路線的影響還未可知等等。
“研究者應(yīng)當隨時保持一個開闊的眼界?！盚ai教授在一次采訪中如是說[11]。奇點糕想，科學或許就是在對前人的顛覆上不斷前行、不斷進步的吧。
參考資料：
[1] 'Paclitaxel'. The American Society of Health-System Pharmacists. Retrieved January 2, 2015.
[2] Yi Seok Chang, Swati P. Jalgaonkar, Justin D. Middleton, Tsonwin Hai.Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201700455 DOI: 10.1073/pnas.1700455114.
[3] Corradini P, Ladetto M, Pileri A, Tarella C (1999) Clinical relevance of minimal residual disease monitoring in non-Hodgkin’s lymphomas: A critical reappraisal of molecular strategies. Leukemia 13:1691–1695.
[4] Harney AS, et al. (2015) Real-time imaging reveals local, transient vascular permeability, and tumor cell intravasation stimulated by TIE2hi macrophage-derived VEGFA. Cancer Discov 5:932–943.
[5] George S. Karagiannis, Jessica M. Pastoriza, Yarong Wang et al. Neoadjuvant chemotherapy induces breast cancer metastasis through a TMEM-mediated mechanism. Science Translational Medicine, 05 Jul 2017, 9(397):eaan0026, doi:10.1126/scitranslmed.aan0026.
[6] Barry M, Bleackley RC (2002) Cytotoxic T lymphocytes: All roads lead to death. Nat Rev Immunol 2:401–409.
[7] Qian BZ, et al. (2011) CCL2 recruits inflammatory monocytes to facilitate breasttumour metastasis. Nature 475:222–225.
[8] Qian B, et al. (2009) A distinct macrophage population mediates metastatic breast
cancer cell extravasation, establishment and growth. PLoS One 4:e6562.
[9] Boersma BJ, et al. (2008) A stromal gene signature associated with inflammatory breast cancer. Int J Cancer 122:1324–1332.
[10] Symmans WF, et al. (2017) Long-term prognostic risk after neoadjuvant chemotherapy associated with residual cancer burden and breast cancer subtype. J Clin Oncol 35: 1049–1060.
[11] https://www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170807155401.html
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