摘要
癌癥特征理論自 1999 年提出以來,歷經(jīng) 26 年的研究與完善,已從最初的六大核心特征逐步拓展為包含 九大核心特征、五類助力表型特質(zhì)、七類腫瘤微環(huán)境調(diào)控細(xì)胞、多維度全身性相互作用 的完整理論體系。該理論系統(tǒng)闡釋了癌細(xì)胞為實(shí)現(xiàn)無限增殖、侵襲轉(zhuǎn)移等惡性表型,通過遺傳和表觀遺傳改變異常獲得的核心功能能力,以及腫瘤微環(huán)境、機(jī)體全身性因素對(duì)癌癥特征的調(diào)控機(jī)制。本文梳理了癌癥特征理論的發(fā)展脈絡(luò),詳細(xì)闡述九大核心特征的生物學(xué)內(nèi)涵、五類助力表型特質(zhì)的調(diào)控作用、腫瘤微環(huán)境中各類細(xì)胞對(duì)癌癥特征的雙向調(diào)控機(jī)制,以及衰老、肥胖等全身性因素與腫瘤的相互作用;同時(shí)結(jié)合單細(xì)胞組學(xué)、空間組學(xué)等前沿技術(shù),解析人類腫瘤癌癥特征的異質(zhì)性規(guī)律,并展望基于癌癥特征的聯(lián)合靶向治療的臨床前景。癌癥特征理論為解析癌癥的復(fù)雜生物學(xué)機(jī)制提供了統(tǒng)一的邏輯框架,也為癌癥的精準(zhǔn)靶向治療和聯(lián)合治療提供了明確的方向,有望推動(dòng)癌癥臨床治療實(shí)現(xiàn)從 “泛靶向” 到 “精準(zhǔn)特征靶向” 的轉(zhuǎn)變。
關(guān)鍵詞 :癌癥特征;腫瘤微環(huán)境;表型可塑性;靶向治療;免疫治療;全身性調(diào)控
引言
癌癥作為一類起源于上皮或間葉組織的惡性克隆性疾病,其核心本質(zhì)是細(xì)胞在遺傳和表觀遺傳改變的驅(qū)動(dòng)下,突破機(jī)體的正常增殖調(diào)控、免疫監(jiān)視等多重屏障,獲得一系列異于正常細(xì)胞的惡性功能特征,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)克隆擴(kuò)增、侵襲轉(zhuǎn)移并最終危及機(jī)體生命?1?。1999 年,Hanahan 和 Weinberg 首次提出 癌癥特征(Cancer Hallmarks) 理論,將癌細(xì)胞的惡性表型凝練為六大核心特征,為解析癌癥的復(fù)雜生物學(xué)機(jī)制提供了首個(gè)統(tǒng)一的邏輯框架?2?。2011 年,該理論迎來首次重要更新,新增 “避免免疫摧毀” 和 “促進(jìn)腫瘤炎癥” 兩大核心特征,并提出 “基因組不穩(wěn)定性和突變”“細(xì)胞能量代謝重編程” 兩類助力表型特質(zhì),形成八大核心特征的理論體系?3?。2022 年,隨著對(duì)癌細(xì)胞表型可塑性研究的深入,“解鎖表型可塑性” 被列為第九大核心特征,進(jìn)一步完善了癌癥特征的理論內(nèi)涵???。
近十年來,隨著單細(xì)胞組學(xué)、空間組學(xué)、功能成像、基因編輯等前沿技術(shù)的發(fā)展,癌癥研究已從 “聚焦癌細(xì)胞自身” 轉(zhuǎn)向 “關(guān)注癌細(xì)胞 - 腫瘤微環(huán)境 - 機(jī)體全身” 的多維相互作用。研究證實(shí),癌癥并非單純的癌細(xì)胞增殖團(tuán),而是由癌細(xì)胞、腫瘤微環(huán)境輔助細(xì)胞及物理微環(huán)境構(gòu)成的 “叛逆器官”???;同時(shí),癌癥也并非局部疾病,而是一類全身性疾病,機(jī)體的衰老、肥胖、免疫狀態(tài)、微生物組組成等全身性因素與腫瘤存在密切的雙向調(diào)控???。腫瘤微環(huán)境中的內(nèi)皮細(xì)胞、癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞、神經(jīng)元等多種細(xì)胞,通過旁分泌信號(hào)、細(xì)胞間直接作用等方式,與癌細(xì)胞形成復(fù)雜的雙向調(diào)控網(wǎng)絡(luò),持續(xù)激活和調(diào)控癌癥核心特征???;而機(jī)體的全身性因素則通過塑造促腫瘤的組織微環(huán)境、調(diào)控癌癥特征的激活狀態(tài),從全身層面推動(dòng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展???。
在此背景下,本文在第九大癌癥核心特征的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步拓展癌癥特征理論的維度,整合近年來腫瘤微環(huán)境、癌癥神經(jīng)科學(xué)、全身性調(diào)控等領(lǐng)域的突破性研究成果,構(gòu)建包含核心特征、助力特質(zhì)、微環(huán)境調(diào)控、全身性相互作用四個(gè)維度的完整癌癥特征理論體系;同時(shí)結(jié)合前沿技術(shù)解析人類腫瘤癌癥特征的異質(zhì)性規(guī)律,并基于該理論提出癌癥特征導(dǎo)向的聯(lián)合靶向治療策略,為癌癥的基礎(chǔ)研究和臨床精準(zhǔn)治療提供新的思路和方向。
癌癥的九大核心特征
癌細(xì)胞的九大核心特征,是其在長期進(jìn)化過程中,通過累積遺傳和表觀遺傳改變,逐步突破機(jī)體正常調(diào)控屏障而獲得的 核心功能能力 。這些特征并非獨(dú)立存在,而是存在復(fù)雜的協(xié)同調(diào)控關(guān)系,相互作用、相互促進(jìn),共同推動(dòng)腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展、轉(zhuǎn)移和治療耐藥??,??。九大核心特征涵蓋了癌細(xì)胞從克隆擴(kuò)增到遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的全過程,包括持續(xù)激活增殖信號(hào)、生長抑制因子失活、抵抗程序性細(xì)胞死亡、實(shí)現(xiàn)復(fù)制永生化、誘導(dǎo)或獲取血管生成能力、細(xì)胞代謝重編程、解鎖表型可塑性、逃避免疫清除、激活侵襲與轉(zhuǎn)移(圖 1)。
2.1 持續(xù)激活增殖信號(hào)
正常細(xì)胞的增殖受嚴(yán)格的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控,僅在接收生長因子、細(xì)胞因子等增殖信號(hào)后才進(jìn)入細(xì)胞周期;而癌細(xì)胞通過多種機(jī)制自主激活增殖信號(hào)通路,擺脫對(duì)細(xì)胞外增殖信號(hào)的依賴,實(shí)現(xiàn)不受調(diào)控的慢性增殖???。其核心機(jī)制包括:①原癌基因激活,如 EGFR、KRAS、BRAF、MYC 等原癌基因通過突變、擴(kuò)增、易位等方式異常激活,持續(xù)激活下游 PI3K/Akt、MAPK、JAK/STAT 等增殖信號(hào)通路;②自分泌 / 旁分泌增殖信號(hào),癌細(xì)胞自身分泌 EGF、FGF、IL-6 等生長因子和細(xì)胞因子,通過自分泌或旁分泌方式結(jié)合自身表面的受體,形成增殖信號(hào)的正反饋環(huán)路;③受體酪氨酸激酶(RTK)異常表達(dá)或活化,癌細(xì)胞表面的 EGFR、HER2、c-MET 等 RTK 過度表達(dá),或通過突變導(dǎo)致其不依賴配體的持續(xù)活化,持續(xù)傳遞增殖信號(hào)?1?,11?。
2.2 生長抑制因子失活
正常細(xì)胞的增殖不僅受增殖信號(hào)的正向調(diào)控,還受 TGF-β、p53、RB 等生長抑制因子的負(fù)向調(diào)控,這些因子通過調(diào)控細(xì)胞周期檢查點(diǎn)、誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯,維持細(xì)胞增殖的平衡;而癌細(xì)胞通過多種機(jī)制失活生長抑制因子通路,擺脫負(fù)向調(diào)控的約束,實(shí)現(xiàn)無限增殖?12?。其核心機(jī)制包括:①腫瘤抑制基因失活,如 TP53、RB1、CDKN2A(p16)等腫瘤抑制基因通過突變、缺失、甲基化沉默等方式失活,導(dǎo)致細(xì)胞周期檢查點(diǎn)功能喪失,細(xì)胞周期停滯信號(hào)無法有效傳遞;②TGF-β 通路功能逆轉(zhuǎn),TGF-β 在腫瘤早期發(fā)揮生長抑制作用,而在腫瘤進(jìn)展期,癌細(xì)胞通過下調(diào) TGF-β 受體、激活下游 Smad 通路的負(fù)向調(diào)控因子,使 TGF-β 通路從 “抑瘤” 轉(zhuǎn)變?yōu)?“促瘤”,不僅喪失生長抑制功能,還參與誘導(dǎo)上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)、促進(jìn)侵襲轉(zhuǎn)移?13,1??;③細(xì)胞周期調(diào)控蛋白異常,癌細(xì)胞過度表達(dá) Cyclin D1、CDK4/6 等細(xì)胞周期促進(jìn)蛋白,或下調(diào) p21、p27 等細(xì)胞周期抑制蛋白,使細(xì)胞周期持續(xù)推進(jìn),無法實(shí)現(xiàn)正常的周期停滯?1??。
2.3 抵抗程序性細(xì)胞死亡
正常細(xì)胞在 DNA 損傷、氧化應(yīng)激、生長因子缺乏等應(yīng)激條件下,會(huì)啟動(dòng)程序性細(xì)胞死亡(包括凋亡、鐵死亡、焦亡、壞死性凋亡等),清除異常細(xì)胞,維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài);而癌細(xì)胞通過多種機(jī)制抵抗程序性細(xì)胞死亡,在應(yīng)激條件下存活并持續(xù)增殖,這也是癌癥治療耐藥的重要原因?1??。其核心機(jī)制包括:①凋亡通路異常,癌細(xì)胞上調(diào) Bcl-2、Mcl-1、Bcl-XL 等抗凋亡蛋白,下調(diào) Bax、Bak、PUMA 等促凋亡蛋白,或通過突變使 Caspase 家族蛋白酶失活,阻斷內(nèi)源性和外源性凋亡通路;②鐵死亡通路抑制,癌細(xì)胞上調(diào) SLC7A11、GPX4 等鐵死亡抑制蛋白,下調(diào) ACSL4、TFRC 等鐵死亡促進(jìn)蛋白,減少活性氧(ROS)的累積和脂質(zhì)過氧化,抵抗鐵死亡;③焦亡和壞死性凋亡通路失活,癌細(xì)胞通過突變或沉默 NLRP3、GSDMD、RIPK3 等關(guān)鍵基因,阻斷焦亡和壞死性凋亡通路的激活;④自噬激活,癌細(xì)胞通過激活自噬通路,降解受損的細(xì)胞器和蛋白質(zhì),緩解應(yīng)激壓力,實(shí)現(xiàn)存活?1?,1??。
2.4 實(shí)現(xiàn)復(fù)制永生化
正常體細(xì)胞存在端粒縮短的生物學(xué)現(xiàn)象,每次細(xì)胞分裂后端粒長度會(huì)逐漸縮短,當(dāng)端粒縮短至臨界值時(shí),細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)復(fù)制衰老,停止增殖,這是機(jī)體抑制細(xì)胞無限增殖的重要屏障;而癌細(xì)胞通過激活端粒酶或采用端粒延長替代機(jī)制(ALT),維持端粒的長度,突破復(fù)制衰老的屏障,實(shí)現(xiàn)復(fù)制永生化?1??。其核心機(jī)制包括:①端粒酶激活,約 90% 的人類癌癥中存在端粒酶的異常激活,癌細(xì)胞通過上調(diào)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(TERT)的表達(dá),或通過 TERT 基因啟動(dòng)子突變、甲基化修飾等方式,使端粒酶持續(xù)活化,不斷延長縮短的端粒,維持染色體的穩(wěn)定性和細(xì)胞的無限增殖能力;②ALT 機(jī)制激活,約 10% 的人類癌癥(如肉瘤、膠質(zhì)瘤)通過 ALT 機(jī)制維持端粒長度,該機(jī)制通過同源重組介導(dǎo)的端粒 DNA 擴(kuò)增,實(shí)現(xiàn)端粒的延長,無需端粒酶的參與?2?,21?。端粒的穩(wěn)定維持是癌細(xì)胞實(shí)現(xiàn)無限增殖的重要前提,也是癌癥特征的核心標(biāo)志之一。
2.5 誘導(dǎo)或獲取血管生成能力
實(shí)體腫瘤的生長和進(jìn)展依賴于功能性的血管系統(tǒng),為其提供氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)并排出代謝廢物;當(dāng)腫瘤體積超過 1-2 mm3 時(shí),癌細(xì)胞必須通過誘導(dǎo)血管生成 或 共選擇利用原有血管,構(gòu)建腫瘤特異性的血管系統(tǒng),否則將因缺氧、營養(yǎng)缺乏而停止生長?22?。癌細(xì)胞誘導(dǎo)血管生成的核心機(jī)制包括:①分泌促血管生成因子,癌細(xì)胞分泌 VEGFA、bFGF、Angiopoietin、PDGF 等促血管生成因子,其中 VEGFA 是最核心的因子,可直接誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和管腔形成;②抑制抗血管生成因子,癌細(xì)胞下調(diào)血管抑素、內(nèi)皮抑素等抗血管生成因子的表達(dá),打破促血管生成與抗血管生成的平衡;③重塑細(xì)胞外基質(zhì),癌細(xì)胞分泌基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP),降解細(xì)胞外基質(zhì),為血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管出芽提供空間?23,2??。腫瘤血管具有結(jié)構(gòu)紊亂、通透性高、灌注不足等特征,不僅為癌細(xì)胞提供營養(yǎng),還為癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了條件。
2.6 細(xì)胞代謝重編程
正常細(xì)胞在有氧條件下通過糖酵解將葡萄糖分解為丙酮酸,隨后進(jìn)入三羧酸循環(huán)(TCA)進(jìn)行氧化磷酸化,產(chǎn)生大量 ATP 為細(xì)胞供能;而癌細(xì)胞即使在有氧條件下,也優(yōu)先采用有氧糖酵解的代謝方式,將葡萄糖分解為乳酸,這一現(xiàn)象被稱為 “瓦博格效應(yīng)(Warburg Effect)”?2??。除有氧糖酵解外,癌細(xì)胞還存在谷氨酰胺代謝、脂肪酸代謝、一碳代謝等多種代謝途徑的重編程,共同構(gòu)成癌細(xì)胞的代謝重編程特征,為癌細(xì)胞的快速增殖、存活和表型可塑性提供能量和細(xì)胞構(gòu)建模塊?2??。
癌細(xì)胞代謝重編程的核心機(jī)制包括:①糖酵解關(guān)鍵酶異常表達(dá),癌細(xì)胞上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT1、GLUT3)、己糖激酶 2(HK2)、丙酮酸激酶 M2(PKM2)等糖酵解關(guān)鍵酶的表達(dá),增強(qiáng)有氧糖酵解能力;②線粒體功能重塑,癌細(xì)胞的線粒體并非功能喪失,而是發(fā)生功能重塑,通過調(diào)節(jié) TCA 循環(huán)的通量、產(chǎn)生 ROS、參與脂質(zhì)合成等,為癌細(xì)胞的增殖和存活提供支持;③谷氨酰胺代謝激活,癌細(xì)胞過度攝取谷氨酰胺,通過谷氨酰胺酶(GLS)將其分解為谷氨酸,隨后進(jìn)入 TCA 循環(huán)或用于合成氨基酸、核苷酸等生物大分子;④脂肪酸合成增強(qiáng),癌細(xì)胞上調(diào)脂肪酸合成酶(FASN)、乙酰輔酶 A 羧化酶(ACC)等關(guān)鍵酶,從頭合成脂肪酸,用于細(xì)胞膜的構(gòu)建和信號(hào)分子的產(chǎn)生?2?,2??。
癌細(xì)胞的代謝重編程不僅為其快速增殖提供能量和物質(zhì)基礎(chǔ),還參與調(diào)控癌細(xì)胞的氧化應(yīng)激、表觀遺傳修飾和免疫逃逸,是癌癥特征的重要組成部分。
2.7 解鎖表型可塑性
表型可塑性是指細(xì)胞在不同微環(huán)境信號(hào)調(diào)控下,發(fā)生表型轉(zhuǎn)換而不改變基因型的能力,是正常細(xì)胞的生理特征,參與胚胎發(fā)育、組織修復(fù)和穩(wěn)態(tài)維持;而癌細(xì)胞通過解鎖并增強(qiáng)表型可塑性,實(shí)現(xiàn)表型的快速轉(zhuǎn)換,以適應(yīng)微環(huán)境的變化、克服治療壓力并實(shí)現(xiàn)侵襲轉(zhuǎn)移,這是近年來被列為第九大癌癥核心特征的重要內(nèi)涵???。癌細(xì)胞的表型可塑性主要體現(xiàn)在上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)與間質(zhì) - 上皮轉(zhuǎn)化(MET)的雙向轉(zhuǎn)換 、 癌癥干細(xì)胞與普通癌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換 、 代謝表型的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換等方面,其中 EMT/MET 雙向轉(zhuǎn)換是最核心的表現(xiàn)形式?2??。
EMT 是指上皮型癌細(xì)胞在 TGF-β、Wnt、Notch 等微環(huán)境信號(hào)調(diào)控下,失去上皮細(xì)胞的特征(如 E - 鈣粘蛋白表達(dá)下調(diào)),獲得間質(zhì)細(xì)胞的特征(如 N - 鈣粘蛋白、波形蛋白表達(dá)上調(diào))的過程,該過程可增強(qiáng)癌細(xì)胞的遷移、侵襲能力,并促進(jìn)癌癥干細(xì)胞的形成;而 MET 則是間質(zhì)型癌細(xì)胞在新的微環(huán)境信號(hào)調(diào)控下,重新獲得上皮細(xì)胞特征的過程,是癌細(xì)胞在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移灶定植生長的重要前提?3?,31?。癌細(xì)胞的表型可塑性受表觀遺傳修飾、非編碼 RNA、轉(zhuǎn)錄因子等多重調(diào)控,其中 Snail、Slug、Twist、ZEB 等 EMT 轉(zhuǎn)錄因子是核心調(diào)控分子,可通過調(diào)控下游靶基因的表達(dá),實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換?32?。
解鎖表型可塑性是癌細(xì)胞適應(yīng)復(fù)雜微環(huán)境、實(shí)現(xiàn)侵襲轉(zhuǎn)移和治療耐藥的核心能力,也是癌癥難以治愈的重要原因之一。
2.8 逃避免疫清除
機(jī)體的免疫系統(tǒng)具有免疫監(jiān)視功能,可識(shí)別并清除早期癌變細(xì)胞,這是機(jī)體抑制腫瘤發(fā)生的重要屏障;而癌細(xì)胞通過多種機(jī)制逃避免疫清除,突破免疫監(jiān)視屏障,實(shí)現(xiàn)克隆擴(kuò)增和腫瘤進(jìn)展,這一特征也被稱為 “免疫編輯” 的逃逸階段?33?。癌細(xì)胞逃避免疫清除的機(jī)制涉及癌細(xì)胞自身、免疫細(xì)胞、腫瘤微環(huán)境三個(gè)層面,形成復(fù)雜的免疫抑制網(wǎng)絡(luò)?3??:
癌細(xì)胞自身的免疫逃逸機(jī)制:①下調(diào)腫瘤抗原表達(dá),癌細(xì)胞通過突變、甲基化等方式下調(diào)腫瘤特異性抗原(TSA)和腫瘤相關(guān)抗原(TAA)的表達(dá),使免疫細(xì)胞無法識(shí)別;②下調(diào) MHC-Ⅰ 類分子表達(dá),癌細(xì)胞下調(diào) MHC-Ⅰ 類分子的表達(dá),無法將腫瘤抗原呈遞給 CD8?細(xì)胞毒性 T 細(xì)胞,阻斷 T 細(xì)胞的活化;③表達(dá)免疫檢查點(diǎn)分子,癌細(xì)胞表面表達(dá) PD-L1、CTLA-4、TIGIT 等免疫檢查點(diǎn)分子,與免疫細(xì)胞表面的受體結(jié)合,傳遞免疫抑制信號(hào),抑制 T 細(xì)胞的活性;④分泌免疫抑制因子,癌細(xì)胞分泌 IL-10、TGF-β、腺苷等免疫抑制因子,抑制免疫細(xì)胞的活化和功能?3?,3??。
免疫細(xì)胞的功能異常:①CD8?T 細(xì)胞耗竭,腫瘤微環(huán)境中的 CD8?T 細(xì)胞在持續(xù)的腫瘤抗原刺激下,發(fā)生功能耗竭,表現(xiàn)為增殖能力下降、細(xì)胞因子分泌減少、殺傷活性喪失,并高表達(dá) PD-1、TIM-3 等免疫檢查點(diǎn)分子;②免疫抑制細(xì)胞募集,癌細(xì)胞通過分泌趨化因子,募集調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞(Treg)、髓系來源抑制細(xì)胞(MDSC)、M2 樣腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)等免疫抑制細(xì)胞,這些細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中大量擴(kuò)增,發(fā)揮強(qiáng)效的免疫抑制作用;③NK 細(xì)胞功能抑制,腫瘤微環(huán)境中的 NK 細(xì)胞因缺乏激活信號(hào)、高表達(dá)抑制受體,導(dǎo)致殺傷功能喪失?3?,3??。
腫瘤微環(huán)境的免疫抑制作用:①缺氧微環(huán)境,腫瘤微環(huán)境的缺氧狀態(tài)可誘導(dǎo)癌細(xì)胞高表達(dá) VEGFA、PD-L1 等因子,增強(qiáng)免疫抑制;②酸性微環(huán)境,腫瘤微環(huán)境的酸中毒可抑制免疫細(xì)胞的增殖和殺傷活性;③細(xì)胞外基質(zhì)重塑,致密的細(xì)胞外基質(zhì)形成物理屏障,阻礙免疫細(xì)胞向腫瘤內(nèi)部浸潤?3?,???。
2.9 激活侵襲與轉(zhuǎn)移
侵襲與轉(zhuǎn)移是癌細(xì)胞最具惡性的特征,也是導(dǎo)致癌癥患者死亡的主要原因,約 90% 的癌癥相關(guān)死亡由遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移引起??1?。癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移是一個(gè)多步驟、多因素調(diào)控的復(fù)雜過程,被稱為 “侵襲 - 轉(zhuǎn)移級(jí)聯(lián)反應(yīng)”,包括癌細(xì)胞脫離原發(fā)灶、局部侵襲、進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)、遠(yuǎn)處播散、外滲并定植于遠(yuǎn)處組織、形成轉(zhuǎn)移灶 等關(guān)鍵步驟??2?,而癌細(xì)胞解鎖表型可塑性、腫瘤微環(huán)境的重塑是該過程的核心驅(qū)動(dòng)力??3?。
癌細(xì)胞激活侵襲與轉(zhuǎn)移的核心機(jī)制包括:①EMT 介導(dǎo)的表型轉(zhuǎn)換,如前所述,EMT 使癌細(xì)胞獲得間質(zhì)表型,增強(qiáng)其遷移和侵襲能力,同時(shí)促進(jìn)癌癥干細(xì)胞的形成,為轉(zhuǎn)移灶的形成奠定基礎(chǔ);②細(xì)胞黏附能力改變,癌細(xì)胞下調(diào) E - 鈣粘蛋白等細(xì)胞間黏附分子,使細(xì)胞間的連接松散,易于脫離原發(fā)灶;同時(shí)上調(diào)整合素、CD44 等黏附分子,增強(qiáng)與細(xì)胞外基質(zhì)和血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附能力,促進(jìn)局部侵襲和遠(yuǎn)處定植????;③蛋白酶分泌增強(qiáng),癌細(xì)胞分泌 MMP、組織蛋白酶等蛋白酶,降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜,打破空間束縛,實(shí)現(xiàn)局部侵襲,并為血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和癌細(xì)胞的血管內(nèi)滲創(chuàng)造條件????;④遷移信號(hào)激活,癌細(xì)胞在趨化因子(如 CXCL12、CCL2)的梯度引導(dǎo)下,發(fā)生定向遷移,實(shí)現(xiàn)局部侵襲和向血管 / 淋巴管的趨化????;⑤循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTC)的形成與存活,脫離原發(fā)灶的癌細(xì)胞進(jìn)入血液循環(huán)后,形成 CTC,部分 CTC 通過聚集成團(tuán)、與血小板結(jié)合等方式,逃避免疫清除和剪切力的損傷,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)處播散????;⑥轉(zhuǎn)移前微環(huán)境的形成,癌細(xì)胞通過分泌細(xì)胞因子、外泌體等信號(hào)分子,遠(yuǎn)程調(diào)控遠(yuǎn)處組織的微環(huán)境,使其發(fā)生重塑,形成適合癌細(xì)胞定植生長的轉(zhuǎn)移前微環(huán)境,為癌細(xì)胞的外滲和定植創(chuàng)造條件???,???。
癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移并非隨機(jī)過程,而是具有 器官特異性 ,即特定類型的癌細(xì)胞傾向于轉(zhuǎn)移至特定的器官,這一現(xiàn)象被稱為 “種子與土壤” 學(xué)說,而癌細(xì)胞的表型特征與靶器官的微環(huán)境特征的匹配性,是器官特異性轉(zhuǎn)移的核心機(jī)制????。
助力癌癥特征形成的五類表型特質(zhì)
癌細(xì)胞九大核心特征的獲得,并非孤立的遺傳事件,而是需要一系列輔助性的表型特質(zhì)作為前提和支撐。這些特質(zhì)雖非癌細(xì)胞直接的功能特征,但其異常激活可為癌細(xì)胞獲得核心特征提供必要的遺傳、表觀遺傳和微環(huán)境條件,是癌癥發(fā)生發(fā)展的 “催化劑” 和 “助推器”?3,??。近年來的研究證實(shí),基因組完整性喪失、非突變表觀遺傳重編程、促腫瘤炎癥反應(yīng)、神經(jīng)支配、多態(tài)性微生物組 是助力癌癥特征形成的五類核心表型特質(zhì)(圖 3),這些特質(zhì)與癌癥核心特征之間存在密切的上游與下游調(diào)控關(guān)系,共同推動(dòng)癌細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化和腫瘤的進(jìn)展。
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3.1 基因組完整性喪失
基因組完整性喪失是指細(xì)胞的基因組發(fā)生基因突變、染色體易位、拷貝數(shù)改變、端粒損傷等多種形式的遺傳改變,導(dǎo)致基因組的穩(wěn)定性下降,這是癌細(xì)胞獲得核心特征的 最根本前提??1?。正常細(xì)胞具有完善的 DNA 損傷修復(fù)系統(tǒng),可識(shí)別并修復(fù)各種 DNA 損傷,維持基因組的完整性;而癌細(xì)胞通過多種機(jī)制使 DNA 損傷修復(fù)系統(tǒng)功能異常,導(dǎo)致基因組完整性喪失,基因突變的累積速率顯著加快??2?。
其核心機(jī)制包括:①DNA 損傷修復(fù)基因失活,如 BRCA1、BRCA2、ATM、CHK2 等 DNA 損傷修復(fù)基因通過突變、缺失等方式失活,導(dǎo)致細(xì)胞無法有效修復(fù) DNA 損傷,基因突變累積;②細(xì)胞周期檢查點(diǎn)功能喪失,如 TP53、RB1 等基因失活,使細(xì)胞周期檢查點(diǎn)無法有效啟動(dòng),細(xì)胞在 DNA 損傷的情況下仍繼續(xù)增殖,導(dǎo)致基因突變的固定和累積;③端粒功能異常,端粒縮短或端粒酶激活異常,導(dǎo)致染色體末端不穩(wěn)定,發(fā)生染色體融合、易位等改變;④氧化應(yīng)激增強(qiáng),癌細(xì)胞的代謝重編程產(chǎn)生大量 ROS,ROS 可直接損傷 DNA,誘導(dǎo)基因突變??3,???。
基因組完整性喪失導(dǎo)致的基因突變累積,是癌細(xì)胞激活原癌基因、失活腫瘤抑制基因的根本原因,而原癌基因與腫瘤抑制基因的異常,又直接驅(qū)動(dòng)了癌細(xì)胞九大核心特征的獲得。例如,KRAS、BRAF 等原癌基因的突變可激活持續(xù)增殖信號(hào),TP53、RB1 等腫瘤抑制基因的突變可導(dǎo)致生長抑制因子失活、抵抗程序性細(xì)胞死亡,VEGFA 基因的擴(kuò)增可誘導(dǎo)血管生成等。同時(shí),基因組完整性喪失還可導(dǎo)致癌細(xì)胞的異質(zhì)性增加,為腫瘤的克隆進(jìn)化和治療耐藥提供了遺傳基礎(chǔ)????。
3.2 非突變表觀遺傳重編程
非突變表觀遺傳重編程是指細(xì)胞在不改變 DNA 序列的情況下,通過 DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、非編碼 RNA 調(diào)控等方式,實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)的可逆性改變????。正常細(xì)胞的表觀遺傳修飾具有組織特異性和穩(wěn)定性,調(diào)控細(xì)胞的分化、增殖和凋亡;而癌細(xì)胞發(fā)生廣泛的非突變表觀遺傳重編程,通過異常的表觀遺傳修飾調(diào)控原癌基因和腫瘤抑制基因的表達(dá),為癌細(xì)胞獲得核心特征提供表觀遺傳基礎(chǔ)????。與基因組突變不同,表觀遺傳重編程具有可逆性,這也為癌癥的靶向治療提供了新的靶點(diǎn)。
癌細(xì)胞表觀遺傳重編程的核心形式及作用包括:①DNA 甲基化異常,癌細(xì)胞存在全基因組的低甲基化和腫瘤抑制基因的高甲基化,全基因組低甲基化可導(dǎo)致原癌基因激活、染色體不穩(wěn)定,而腫瘤抑制基因(如 p16、E-cadherin、VHL)的啟動(dòng)子區(qū)高甲基化可導(dǎo)致其沉默,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)生長抑制因子失活、EMT 等核心特征的獲得????;②組蛋白修飾異常,癌細(xì)胞存在組蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化等修飾的異常,如組蛋白去乙酰化酶(HDAC)過度激活,可導(dǎo)致腫瘤抑制基因的表達(dá)沉默,而組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(EZH2)異常激活,可參與調(diào)控癌細(xì)胞的增殖和表型可塑性????;③染色質(zhì)重塑異常,癌細(xì)胞的染色質(zhì)重塑復(fù)合物(如 SWI/SNF 復(fù)合物)發(fā)生突變或表達(dá)異常,導(dǎo)致染色質(zhì)的可及性改變,調(diào)控原癌基因和腫瘤抑制基因的表達(dá)????;④非編碼 RNA 調(diào)控異常,癌細(xì)胞的 miRNA、lncRNA、circRNA 等非編碼 RNA 發(fā)生異常表達(dá),通過靶向調(diào)控原癌基因和腫瘤抑制基因的表達(dá),參與調(diào)控癌細(xì)胞的增殖、凋亡、表型可塑性等核心特征??1?。
非突變表觀遺傳重編程不僅可直接調(diào)控癌癥核心特征的相關(guān)基因表達(dá),還可與基因組完整性喪失協(xié)同作用,加速癌細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化;同時(shí),表觀遺傳重編程還可賦予癌細(xì)胞高度的表型可塑性,使癌細(xì)胞在微環(huán)境信號(hào)調(diào)控下快速調(diào)整基因表達(dá),適應(yīng)環(huán)境變化??2?。
3.3 促腫瘤炎癥反應(yīng)
炎癥是機(jī)體對(duì)損傷、感染等刺激的防御性反應(yīng),正常的炎癥反應(yīng)具有自限性,可清除損傷因子并促進(jìn)組織修復(fù);而慢性、持續(xù)性的炎癥反應(yīng)可通過誘導(dǎo)基因突變、激活增殖信號(hào)、抑制免疫監(jiān)視等方式,推動(dòng)細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化和腫瘤的進(jìn)展,這類炎癥被稱為 促腫瘤炎癥反應(yīng) ??3?。促腫瘤炎癥反應(yīng)是癌癥發(fā)生發(fā)展的重要危險(xiǎn)因素,約 20% 的人類癌癥與慢性炎癥相關(guān),如幽門螺桿菌感染導(dǎo)致的慢性胃炎與胃癌、乙肝病毒感染導(dǎo)致的慢性肝炎與肝癌等????。
促腫瘤炎癥反應(yīng)的核心特征是炎癥細(xì)胞的募集和促炎因子的持續(xù)分泌,腫瘤微環(huán)境中的巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等炎癥細(xì)胞,分泌 IL-6、TNF-α、TGF-β、VEGFA 等大量促炎因子、生長因子和趨化因子,這些因子通過多種機(jī)制助力癌細(xì)胞核心特征的形成????:①誘導(dǎo)基因組不穩(wěn)定性,炎癥細(xì)胞分泌的 ROS、活性氮(RNS)可直接損傷癌細(xì)胞的 DNA,誘導(dǎo)基因突變和染色體異常;②激活增殖信號(hào)通路,IL-6、TNF-α 等促炎因子可激活癌細(xì)胞的 JAK/STAT、NF-κB 等增殖信號(hào)通路,促進(jìn)癌細(xì)胞的持續(xù)增殖;③抑制程序性細(xì)胞死亡,促炎因子可上調(diào)癌細(xì)胞的抗凋亡蛋白表達(dá),抑制凋亡通路的激活,使癌細(xì)胞抵抗程序性細(xì)胞死亡;④誘導(dǎo)血管生成,VEGFA、bFGF 等因子可直接誘導(dǎo)血管生成,為癌細(xì)胞的增殖提供營養(yǎng);⑤逃避免疫清除,促炎因子可誘導(dǎo)免疫抑制細(xì)胞的募集,抑制抗腫瘤免疫細(xì)胞的活性,構(gòu)建免疫抑制微環(huán)境;⑥促進(jìn)侵襲與轉(zhuǎn)移,MMP、TGF-β 等因子可誘導(dǎo) EMT,增強(qiáng)癌細(xì)胞的侵襲能力,同時(shí)降解細(xì)胞外基質(zhì),為癌細(xì)胞的遷移創(chuàng)造條件???,???。
值得注意的是,促腫瘤炎癥反應(yīng)與癌細(xì)胞的核心特征之間存在正反饋調(diào)控關(guān)系 :癌細(xì)胞通過分泌趨化因子募集炎癥細(xì)胞,炎癥細(xì)胞分泌的因子又進(jìn)一步激活癌細(xì)胞的核心特征,推動(dòng)腫瘤的進(jìn)展;同時(shí),促腫瘤炎癥反應(yīng)還可重塑腫瘤微環(huán)境,為癌細(xì)胞的存活和增殖創(chuàng)造有利條件????。
3.4 神經(jīng)支配
癌癥神經(jīng)科學(xué)是近年來興起的前沿研究領(lǐng)域,該領(lǐng)域的研究證實(shí),絕大多數(shù)實(shí)體腫瘤均存在神經(jīng)支配現(xiàn)象,包括周圍神經(jīng)系統(tǒng)的交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)、軀體感覺神經(jīng),以及部分中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)元軸突,可直接投射至腫瘤內(nèi)部或周圍,成為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分????。正常的神經(jīng)支配參與組織的生理調(diào)控,而腫瘤微環(huán)境中的異常神經(jīng)支配可通過神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽等信號(hào)分子,調(diào)控癌細(xì)胞的增殖、存活、侵襲轉(zhuǎn)移等核心特征,成為助力癌癥特征形成的新型表型特質(zhì)????。
腫瘤神經(jīng)支配的形成是一個(gè)癌細(xì)胞與神經(jīng)元相互作用的動(dòng)態(tài)過程,癌細(xì)胞通過分泌神經(jīng)生長因子(NGF)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)等神經(jīng)營養(yǎng)因子,促進(jìn)神經(jīng)元的存活、軸突生長和神經(jīng)向腫瘤內(nèi)的投射;而神經(jīng)元通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)(如去甲腎上腺素、乙酰膽堿、谷氨酸)和神經(jīng)肽(如 P 物質(zhì)、降鈣素基因相關(guān)肽),與癌細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合,激活下游信號(hào)通路,助力癌癥核心特征的形成??1,?2?:①促進(jìn)持續(xù)增殖,交感神經(jīng)釋放的去甲腎上腺素激活癌細(xì)胞的 β- 腎上腺素能受體,激活 PI3K/Akt、MAPK 等增殖信號(hào)通路;谷氨酸作為中樞神經(jīng)的主要興奮性神經(jīng)遞質(zhì),可激活腦腫瘤細(xì)胞的谷氨酸受體,促進(jìn)癌細(xì)胞增殖??3?;②抵抗程序性細(xì)胞死亡,NGF 可激活癌細(xì)胞的 TrkA 受體,上調(diào)抗凋亡蛋白表達(dá),抑制癌細(xì)胞凋亡????;③誘導(dǎo)血管生成,神經(jīng)元釋放的 VEGFA、bFGF 等因子可直接誘導(dǎo)血管生成,同時(shí)交感神經(jīng)可調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能,增強(qiáng)腫瘤血管的通透性????;④促進(jìn)侵襲與轉(zhuǎn)移,去甲腎上腺素、P 物質(zhì)等可誘導(dǎo)癌細(xì)胞的 EMT,增強(qiáng)癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力,同時(shí)神經(jīng)軸突的投射可為癌細(xì)胞的遷移提供 “支架”,促進(jìn)癌細(xì)胞的神經(jīng)周浸潤????;⑤逃避免疫清除,交感神經(jīng)釋放的去甲腎上腺素可抑制免疫細(xì)胞的活性,促進(jìn)免疫抑制細(xì)胞的募集,構(gòu)建免疫抑制微環(huán)境????。
此外,神經(jīng)元還可通過與腫瘤微環(huán)境中的 CAF、內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞等相互作用,間接調(diào)控癌細(xì)胞的核心特征,形成神經(jīng)-腫瘤-微環(huán)境的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)????。
3.5 多態(tài)性微生物組
微生物組是指定植于機(jī)體內(nèi)外的所有微生物群落,包括細(xì)菌、真菌、病毒等,其基因組總和被稱為 “微生物組基因組”????。人體的微生物組主要定植于腸道、口腔、皮膚、生殖道等部位,與機(jī)體的免疫、代謝、發(fā)育等生理過程密切相關(guān),維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)????。近年來的研究證實(shí),微生物組的 組成異常(生態(tài)失調(diào)) 可通過調(diào)控機(jī)體的免疫狀態(tài)、代謝過程、炎癥反應(yīng)等,助力癌細(xì)胞核心特征的形成,成為助力癌癥特征形成的重要表型特質(zhì)??1?。其中,腸道微生物組是研究最深入、與癌癥關(guān)聯(lián)最密切的微生物組,其生態(tài)失調(diào)與結(jié)直腸癌、胃癌、乳腺癌、肝癌等多種癌癥的發(fā)生發(fā)展相關(guān)??2?。
多態(tài)性微生物組助力癌癥特征形成的核心機(jī)制包括:①誘導(dǎo)慢性炎癥反應(yīng),有害微生物(如幽門螺桿菌、結(jié)直腸癌相關(guān)具核梭桿菌)的過度增殖,可激活機(jī)體的慢性炎癥反應(yīng),通過促腫瘤炎癥反應(yīng)推動(dòng)癌細(xì)胞核心特征的獲得??3?;②調(diào)控機(jī)體的免疫狀態(tài),腸道微生物組可調(diào)控機(jī)體的先天性和適應(yīng)性免疫,生態(tài)失調(diào)可導(dǎo)致免疫抑制狀態(tài)的形成,削弱機(jī)體的免疫監(jiān)視功能,助力癌細(xì)胞逃避免疫清除????;③代謝產(chǎn)物的調(diào)控作用,微生物的代謝產(chǎn)物(如短鏈脂肪酸、膽汁酸、色氨酸代謝產(chǎn)物)可進(jìn)入血液循環(huán),調(diào)控癌細(xì)胞的增殖、凋亡、代謝重編程等核心特征,例如,次級(jí)膽汁酸可激活癌細(xì)胞的增殖信號(hào)通路,促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖????;④直接與癌細(xì)胞相互作用,部分微生物可直接定植于腫瘤組織中(如腫瘤內(nèi)微生物),通過分泌信號(hào)分子、調(diào)控癌細(xì)胞的基因表達(dá),直接參與調(diào)控癌細(xì)胞的核心特征????;⑤調(diào)控腫瘤治療的療效,微生物組還可影響化療、放療、免疫治療等腫瘤治療的療效,例如,腸道微生物組的組成可調(diào)控免疫檢查點(diǎn)抑制劑的療效,其機(jī)制與微生物組調(diào)控機(jī)體的免疫狀態(tài)相關(guān)????。
微生物組的多態(tài)性決定了其對(duì)癌癥的調(diào)控作用具有個(gè)體特異性,而通過益生菌、糞便微生物移植等方式調(diào)控微生物組的組成,恢復(fù)其生態(tài)平衡,已成為癌癥預(yù)防和輔助治療的潛在策略????。
腫瘤微環(huán)境中參與調(diào)控癌癥特征的細(xì)胞
腫瘤并非單純的癌細(xì)胞增殖團(tuán),而是由癌細(xì)胞、腫瘤微環(huán)境輔助細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞因子和營養(yǎng)物質(zhì)共同構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng),即 “腫瘤微環(huán)境(Tumor Microenvironment, TME)”????。腫瘤微環(huán)境中的輔助細(xì)胞包括內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF)、免疫細(xì)胞、神經(jīng)元、衰老細(xì)胞等多種類型,這些細(xì)胞并非被動(dòng)存在,而是被癌細(xì)胞募集并重編程為 促腫瘤表型 ,與癌細(xì)胞形成 雙向調(diào)控網(wǎng)絡(luò) ,通過旁分泌信號(hào)、細(xì)胞間直接作用、重塑物理微環(huán)境等方式,持續(xù)激活和調(diào)控癌細(xì)胞的九大核心特征,是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要 “幫兇”????(圖 4)。
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腫瘤微環(huán)境中的各類細(xì)胞具有高度的異質(zhì)性和可塑性,可在微環(huán)境信號(hào)的調(diào)控下發(fā)生表型轉(zhuǎn)換,以適應(yīng)腫瘤的進(jìn)展;同時(shí),不同細(xì)胞類型之間也存在密切的相互作用,共同構(gòu)建促腫瘤的微環(huán)境網(wǎng)絡(luò),協(xié)同調(diào)控癌癥核心特征??1?。以下詳細(xì)闡述腫瘤微環(huán)境中參與調(diào)控癌癥特征的主要細(xì)胞類型及其作用機(jī)制。
4.1 癌細(xì)胞
癌細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境的核心細(xì)胞,也是調(diào)控癌癥核心特征的主導(dǎo)細(xì)胞,其通過分泌細(xì)胞因子、生長因子、趨化因子等信號(hào)分子,募集并重編程微環(huán)境中的其他細(xì)胞,塑造適合自身存活和增殖的微環(huán)境??2?。同時(shí),癌細(xì)胞的遺傳和表觀遺傳改變使其獲得九大核心特征,而這些特征的表達(dá)又受腫瘤微環(huán)境的動(dòng)態(tài)調(diào)控,形成 “癌細(xì)胞塑造微環(huán)境,微環(huán)境調(diào)控癌細(xì)胞特征” 的雙向調(diào)控關(guān)系??3?。
癌細(xì)胞的異質(zhì)性是腫瘤微環(huán)境復(fù)雜性的重要根源,腫瘤內(nèi)不同亞群的癌細(xì)胞具有不同的基因型和表型,其分泌的信號(hào)分子也存在差異,可調(diào)控微環(huán)境中不同細(xì)胞類型的表型和功能,進(jìn)而形成腫瘤微環(huán)境的空間異質(zhì)性 和 功能異質(zhì)性????。例如,腫瘤邊緣區(qū)的癌細(xì)胞高表達(dá)侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)基因,可募集 MMP 分泌型的成纖維細(xì)胞和免疫抑制細(xì)胞,促進(jìn)局部侵襲;而腫瘤核心區(qū)的癌細(xì)胞高表達(dá)增殖和代謝重編程相關(guān)基因,可募集促血管生成的內(nèi)皮細(xì)胞,為癌細(xì)胞的快速增殖提供營養(yǎng)????。
此外,癌細(xì)胞還可通過外泌體傳遞信號(hào)分子,實(shí)現(xiàn)與微環(huán)境細(xì)胞的跨細(xì)胞通訊。癌細(xì)胞分泌的外泌體攜帶 miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA 等生物活性分子,可被微環(huán)境中的內(nèi)皮細(xì)胞、CAF、免疫細(xì)胞等攝取,調(diào)控這些細(xì)胞的基因表達(dá)和表型,進(jìn)而間接調(diào)控癌癥核心特征????。例如,癌細(xì)胞外泌體中的 miRNA 可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成,外泌體中的 PD-L1 可直接抑制 T 細(xì)胞的活性,助力免疫逃逸????。
除驅(qū)動(dòng)基因突變(如 PIK3CA、BRAF、TP53、RB1、CDKN2A、APC 等)外,人類癌癥中還存在數(shù)百個(gè)低頻突變的驅(qū)動(dòng)基因,這類基因通過調(diào)控細(xì)胞增殖、存活、代謝及表觀遺傳等通路,協(xié)同參與癌癥核心特征的塑造????。同時(shí),癌細(xì)胞的非突變表觀遺傳重編程貫穿腫瘤發(fā)生發(fā)展全程,通過調(diào)控染色質(zhì)可及性、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合、非編碼 RNA 表達(dá)等,賦予癌細(xì)胞高度的表型可塑性,使其能適應(yīng)微環(huán)境變化、實(shí)現(xiàn)治療耐藥和轉(zhuǎn)移定植??2?。
癌細(xì)胞并非均一的細(xì)胞群,腫瘤內(nèi)異質(zhì)性是其核心特征之一,包括空間異質(zhì)性(不同區(qū)域癌細(xì)胞的表型、基因型差異)、時(shí)間異質(zhì)性(腫瘤進(jìn)展中癌細(xì)胞的進(jìn)化改變)和功能異質(zhì)性(如癌癥干細(xì)胞與普通癌細(xì)胞的功能差異)????。癌癥干細(xì)胞(CSC)作為癌細(xì)胞中的特殊亞群,具有自我更新、多向分化和啟動(dòng)腫瘤生長的能力,是腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和治療耐藥的重要根源,其存在也進(jìn)一步體現(xiàn)了癌細(xì)胞的表型可塑性 —— 普通癌細(xì)胞可在微環(huán)境信號(hào)調(diào)控下轉(zhuǎn)化為 CSC 狀態(tài),反之亦然?1???。
此外,癌細(xì)胞還能通過旁分泌信號(hào)主動(dòng)塑造腫瘤微環(huán)境,分泌 VEGFA、FGF、TGF-β、IL-6 等細(xì)胞因子、生長因子和趨化因子,募集并重編程內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞等輔助細(xì)胞,同時(shí)通過釋放外泌體傳遞 miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等信號(hào)分子,實(shí)現(xiàn)與微環(huán)境細(xì)胞的跨細(xì)胞通訊,協(xié)同調(diào)控癌癥核心特征?1?1?。例如,癌細(xì)胞分泌的 VEGFA 誘導(dǎo)血管生成,分泌的 IL-10 和 TGF-β 抑制抗腫瘤免疫,分泌的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)降解細(xì)胞外基質(zhì)促進(jìn)侵襲轉(zhuǎn)移?2?,1?2?。
值得注意的是,癌細(xì)胞的功能狀態(tài)受微環(huán)境的動(dòng)態(tài)調(diào)控,缺氧、酸中毒、營養(yǎng)缺乏等微環(huán)境壓力會(huì)誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生代謝重編程、表觀遺傳改變和表型轉(zhuǎn)換,使其獲得更強(qiáng)的存活和增殖能力?1?3?。這種 “癌細(xì)胞-微環(huán)境” 的雙向調(diào)控,是腫瘤發(fā)生發(fā)展的核心機(jī)制之一,也讓癌細(xì)胞成為腫瘤微環(huán)境中調(diào)控癌癥特征的核心驅(qū)動(dòng)細(xì)胞?2?,?3,??,12??。
4.2 內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞
癌前病變、腫瘤及轉(zhuǎn)移灶均依賴功能性血管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氧氣、營養(yǎng)供給和代謝廢物排出,該系統(tǒng)由形成管腔的內(nèi)皮細(xì)胞 和 血管周支持的周細(xì)胞構(gòu)成,其形成并非單純的新生血管生成,還包括對(duì)組織原有正常血管的 共選擇利用 ,二者共同構(gòu)成腫瘤血管的核心組分,且均表現(xiàn)出顯著的異質(zhì)性、可塑性和促腫瘤表型?1???。
腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞存在多種功能亞群,經(jīng)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和空間組學(xué)驗(yàn)證,主要包括尖端細(xì)胞(主導(dǎo)血管出芽和延伸)、內(nèi)皮干細(xì)胞(維持內(nèi)皮細(xì)胞更新)和成熟管腔細(xì)胞(構(gòu)成血管管腔,也為原有正常血管的核心組分);此外,腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞還可特化形成高內(nèi)皮小靜脈(HEV)樣結(jié)構(gòu),作為淋巴細(xì)胞外滲至腫瘤微環(huán)境的重要門戶,同時(shí)參與三級(jí)淋巴結(jié)構(gòu)(TLS)的形成 ——TLS 可聚集 T、B 淋巴細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞,強(qiáng)化局部抗腫瘤免疫,是腫瘤免疫的重要調(diào)控位點(diǎn)?1??,1???。
腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞還具有內(nèi)皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EndMT)能力,在 TGF-β、Notch 等信號(hào)調(diào)控下,失去內(nèi)皮細(xì)胞特征,獲得間質(zhì)細(xì)胞表型,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF),參與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)重塑和腫瘤微環(huán)境構(gòu)建,這一過程進(jìn)一步體現(xiàn)了其高度的表型可塑性?1???。與正常內(nèi)皮細(xì)胞相比,腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的緊密連接和基底膜結(jié)構(gòu)紊亂,導(dǎo)致腫瘤血管通透性異常增高,不僅為癌細(xì)胞提供營養(yǎng),還助力癌細(xì)胞脫離原發(fā)灶進(jìn)入血液循環(huán),為遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移創(chuàng)造條件?1???。
周細(xì)胞作為血管周支持細(xì)胞,正常情況下與內(nèi)皮細(xì)胞緊密結(jié)合,維持血管的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和功能正常;而腫瘤微環(huán)境中的周細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用失衡,表現(xiàn)為覆蓋稀疏、連接松散,是腫瘤血管結(jié)構(gòu)紊亂的重要原因 。腫瘤周細(xì)胞被微環(huán)境信號(hào)重編程為促腫瘤表型,可分泌 PDGF、VEGFA 等生長因子,進(jìn)一步促進(jìn)血管生成和內(nèi)皮細(xì)胞的促腫瘤表型,同時(shí)通過募集免疫抑制性髓系細(xì)胞(如 MDSC、TAM),參與構(gòu)建腫瘤免疫抑制微環(huán)境?11??。
除了構(gòu)建血管系統(tǒng),腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞還能通過直接的旁分泌調(diào)控影響癌癥核心特征:①激活癌細(xì)胞增殖信號(hào),分泌 EGF、FGF 等生長因子促進(jìn)癌細(xì)胞增殖;②抑制癌細(xì)胞程序性細(xì)胞死亡,通過分泌 IL-6、CXCL8 等細(xì)胞因子激活癌細(xì)胞的抗凋亡通路;③逃避免疫清除,內(nèi)皮細(xì)胞下調(diào)黏附分子(如 ICAM-1、VCAM-1)抑制淋巴細(xì)胞黏附外滲,周細(xì)胞募集免疫抑制細(xì)胞強(qiáng)化免疫抑制;④促進(jìn)侵襲與轉(zhuǎn)移,分泌 MMP 降解 ECM,同時(shí)通過血管高通透性助力癌細(xì)胞進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)?111?。
此外,腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞還能響應(yīng)微環(huán)境中的缺氧、細(xì)胞因子梯度等信號(hào),動(dòng)態(tài)調(diào)整自身表型和分泌譜,與癌細(xì)胞、CAF、免疫細(xì)胞形成局部信號(hào)網(wǎng)絡(luò),協(xié)同推動(dòng)腫瘤進(jìn)展?112?。同時(shí),腫瘤還能通過釋放循環(huán)調(diào)控因子,重編程遠(yuǎn)處組織的血管內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞,構(gòu)建轉(zhuǎn)移前微環(huán)境,促進(jìn)癌細(xì)胞的黏附、外滲和定植??????,??,?3,133?13??。
4.3 癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF)
癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF)是實(shí)體腫瘤微環(huán)境中含量最豐富的間質(zhì)細(xì)胞之一,由正常成纖維細(xì)胞及其他細(xì)胞類型經(jīng)重編程而來,具有顯著的細(xì)胞異質(zhì)性 和 動(dòng)態(tài)可塑性,是腫瘤微環(huán)境重塑、癌癥核心特征調(diào)控的核心細(xì)胞類型,幾乎存在于所有實(shí)體腫瘤中?113?。
4.3.1 CAF 的起源與表型異質(zhì)性
CAF 的起源具有多樣性,核心來源包括:①組織駐留成纖維細(xì)胞,這是最主要的來源,正常成纖維細(xì)胞在 TGF-β、PDGF、EGF 等微環(huán)境信號(hào)調(diào)控下被重編程為 CAF;②骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC) ,MSC 隨血液循環(huán)募集至腫瘤微環(huán)境,經(jīng)局部信號(hào)誘導(dǎo)分化為 CAF;③轉(zhuǎn)分化的其他細(xì)胞,包括經(jīng) EndMT 轉(zhuǎn)化的內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞,以及脂肪細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞等,在特定腫瘤微環(huán)境中可發(fā)生譜系轉(zhuǎn)換成為 CAF?11??。
經(jīng)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和功能遺傳學(xué)研究證實(shí),CAF 并非均一細(xì)胞群,存在多種相對(duì)穩(wěn)定的表型亞群,其中最經(jīng)典、研究最深入的為兩類:
肌成纖維細(xì)胞型 CAF(myCAF):高表達(dá) α- 平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)、成纖維細(xì)胞活化蛋白(FAP)、波形蛋白等標(biāo)志物,核心功能是合成與重塑細(xì)胞外基質(zhì)(ECM),分泌膠原、纖連蛋白、蛋白聚糖等 ECM 成分,同時(shí)分泌 MMP 降解原有 ECM,導(dǎo)致腫瘤基質(zhì)硬度顯著增加,為癌細(xì)胞的增殖、侵襲提供物理支撐?11??;
炎癥型 CAF(iCAF):低表達(dá) α-SMA,高表達(dá) IL-6、IL-8、CXCL12 等炎癥細(xì)胞因子和趨化因子,核心功能是募集并調(diào)控免疫細(xì)胞,通過分泌趨化因子募集巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、Treg 等免疫細(xì)胞,同時(shí)通過細(xì)胞因子調(diào)控免疫細(xì)胞的表型,構(gòu)建免疫抑制微環(huán)境?11??。
除上述兩類核心亞群外,腫瘤微環(huán)境中還存在血管生成型 CAF(aCAF) 、 脂肪型 CAF(adCAF) 、 神經(jīng)調(diào)節(jié)型 CAF(nCAF)等亞群,分別參與血管生成、脂質(zhì)代謝、神經(jīng)支配調(diào)控等過程,不同亞群之間可在微環(huán)境信號(hào)調(diào)控下實(shí)現(xiàn) 表型轉(zhuǎn)換 ,體現(xiàn)了 CAF 高度的動(dòng)態(tài)可塑性?11??。
4.3.2 CAF 對(duì)癌癥核心特征的調(diào)控作用
CAF 對(duì)腫瘤的調(diào)控作用具有雙重性—— 在腫瘤早期,部分 CAF 亞群可發(fā)揮抑瘤作用,如分泌 IFN-γ、TNF-α 等促炎因子激活抗腫瘤免疫,或通過合成正常 ECM 抑制癌細(xì)胞的侵襲;但在腫瘤進(jìn)展期,促腫瘤表型 CAF 成為主導(dǎo),通過多種機(jī)制調(diào)控癌癥幾乎所有核心特征,是腫瘤微環(huán)境中的 關(guān)鍵促腫瘤細(xì)胞?11??:
促進(jìn)癌細(xì)胞持續(xù)增殖:CAF 分泌 EGF、FGF、HGF 等生長因子,通過旁分泌方式激活癌細(xì)胞表面的受體通路(如 EGFR、c-MET),進(jìn)而激活 PI3K/Akt、MAPK 等增殖信號(hào)通路,促進(jìn)癌細(xì)胞慢性增殖;同時(shí),CAF 重塑的硬基質(zhì)可通過機(jī)械信號(hào)激活癌細(xì)胞的 YAP/TAZ 通路,進(jìn)一步增強(qiáng)增殖能力?11??。
抑制癌細(xì)胞程序性細(xì)胞死亡:CAF 分泌 IL-6、CXCL8、TGF-β 等細(xì)胞因子,激活癌細(xì)胞的 NF-κB、Akt 等抗凋亡通路,上調(diào) Bcl-2、Mcl-1 等抗凋亡蛋白的表達(dá),抑制癌細(xì)胞的凋亡和鐵死亡;同時(shí),CAF 通過代謝共生為癌細(xì)胞提供乳酸、谷氨酰胺等代謝物,緩解癌細(xì)胞的營養(yǎng)壓力,減少細(xì)胞死亡?12??。
誘導(dǎo)血管生成:aCAF 等亞群分泌 VEGFA、PDGF、ANGPT2 等促血管生成因子,直接誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、出芽形成新生血管,同時(shí)通過重塑 ECM 為血管生長提供物理支架,協(xié)同周細(xì)胞促進(jìn)血管成熟,構(gòu)建腫瘤功能性血管系統(tǒng)?121?。
調(diào)控細(xì)胞代謝重編程:CAF 自身發(fā)生代謝重編程,以有氧糖酵解為主,產(chǎn)生大量乳酸并分泌至微環(huán)境中,癌細(xì)胞通過攝取乳酸作為替代燃料,形成“CAF - 癌細(xì)胞” 代謝共生;同時(shí),CAF 分泌谷氨酰胺、脂肪酸等代謝物,為癌細(xì)胞的增殖提供細(xì)胞構(gòu)建模塊,適應(yīng)腫瘤的異常代謝需求?122?。
解鎖表型可塑性:CAF 分泌 TGF-β、Notch 配體、Wnt 等信號(hào)分子,誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT),增強(qiáng)癌細(xì)胞的表型可塑性和侵襲能力;同時(shí),CAF 通過調(diào)控 ECM 的硬度和組成,激活癌細(xì)胞的 YAP/TAZ 通路,促進(jìn)癌癥干細(xì)胞(CSC)的形成,維持腫瘤的異質(zhì)性?123?。
逃避免疫清除:iCAF 分泌 IL-6、TGF-β、CXCL12 等因子,募集 Treg、MDSC、M2 樣 TAM 等免疫抑制細(xì)胞,同時(shí)抑制樹突狀細(xì)胞的成熟和抗原呈遞能力,下調(diào) CD8?T 細(xì)胞的活性,構(gòu)建強(qiáng)大的免疫抑制微環(huán)境;此外,CAF 重塑的致密 ECM 形成物理屏障,阻礙免疫細(xì)胞向腫瘤內(nèi)部浸潤?12??。
激活侵襲與轉(zhuǎn)移:myCAF 分泌 MMP2、MMP9 等基質(zhì)金屬蛋白酶,降解 ECM 和基底膜,打破癌細(xì)胞的空間束縛,促進(jìn)癌細(xì)胞的局部侵襲;同時(shí),CAF 分泌的 CXCL12、HGF 等趨化因子引導(dǎo)癌細(xì)胞向血管 / 淋巴管遷移,助力癌細(xì)胞進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,還可通過重編程遠(yuǎn)處組織的成纖維細(xì)胞,構(gòu)建轉(zhuǎn)移前微環(huán)境,促進(jìn)癌細(xì)胞的定植和生長?12??。
4.3.3 CAF 功能的環(huán)境依賴性
CAF 的功能偏向性(抑瘤 / 促腫瘤)并非固定不變,而是具有高度的環(huán)境依賴性 ,由腫瘤類型、疾病階段、微環(huán)境信號(hào)及自身表型亞群的組成和豐度決定?12??:在腫瘤早期,組織駐留成纖維細(xì)胞被輕度激活,以抑瘤表型為主,參與機(jī)體的抗腫瘤防御;隨著腫瘤進(jìn)展,癌細(xì)胞分泌的促腫瘤信號(hào)逐漸增強(qiáng),CAF 被深度重編程,促腫瘤亞群成為主導(dǎo),且不同腫瘤類型的 CAF 表型和功能存在顯著差異(如胰腺癌的 CAF 以 myCAF 為主,基質(zhì)硬度極高;肺癌的 CAF 以 iCAF 為主,免疫抑制作用更顯著)?12??。
此外,CAF 在腫瘤微環(huán)境中的 空間定位 也影響其功能,腫瘤核心區(qū)的 CAF 主要參與 ECM 重塑和代謝共生,腫瘤邊緣區(qū)的 CAF 主要參與血管生成和侵襲轉(zhuǎn)移,腫瘤免疫熱點(diǎn)區(qū)的 CAF 主要參與免疫抑制調(diào)控,這種空間異質(zhì)性進(jìn)一步增強(qiáng)了 CAF 對(duì)癌癥特征調(diào)控的復(fù)雜性??3,13??1???。
4.4 巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞
促腫瘤炎癥反應(yīng) 是助力癌癥特征形成的核心表型特質(zhì),而腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)和腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞(TAN)是腫瘤微環(huán)境中最主要的炎癥細(xì)胞,也是 促腫瘤炎癥反應(yīng)的核心介導(dǎo)細(xì)胞 ??3?。二者均從骨髓募集至腫瘤微環(huán)境,在局部信號(hào)調(diào)控下被重編程為多種表型狀態(tài),從抑瘤表型 到 促腫瘤表型形成連續(xù)的表型譜,且常存在混合表型,協(xié)同調(diào)控癌癥幾乎所有核心特征?12??。
4.4.1 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)
巨噬細(xì)胞是固有免疫的核心細(xì)胞,正常情況下具有吞噬、抗原呈遞、介導(dǎo)促炎反應(yīng)的功能;而腫瘤微環(huán)境中的 TAM 被重編程為以促腫瘤表型(M2 樣)為主,是腫瘤微環(huán)境中含量最豐富的免疫細(xì)胞之一,其表型和功能受微環(huán)境信號(hào)(如 TGF-β、IL-10、CSF-1)的動(dòng)態(tài)調(diào)控?12??。
最初的 M1/M2 分型為 TAM 研究奠定了基礎(chǔ):M1樣TAM為抑瘤表型,高表達(dá) IL-12、TNF-α 等促炎因子,具有強(qiáng)大的吞噬能力和抗原呈遞能力,可激活 CD8?T 細(xì)胞的抗腫瘤免疫;M2樣TAM 為促腫瘤表型,高表達(dá) IL-10、TGF-β、VEGFA 等因子,具有免疫抑制、促血管生成、促侵襲轉(zhuǎn)移的功能?13??。但目前已明確,M1/M2 僅為 TAM 表型譜的兩個(gè)極端,腫瘤中存在大量中間表型 TAM,具有獨(dú)特的分子特征和功能,無法被簡(jiǎn)單歸為 M1 或 M2 樣,且不同表型之間可在微環(huán)境信號(hào)調(diào)控下實(shí)現(xiàn)表型轉(zhuǎn)換,體現(xiàn)了 TAM 高度的可塑性?131?。
TAM 的促腫瘤功能主要體現(xiàn)在:①免疫抑制,分泌 IL-10、TGF-β 抑制 CD8?T 細(xì)胞和 NK 細(xì)胞的活性,表達(dá) PD-L1、CTLA-4 等免疫檢查點(diǎn)分子直接抑制 T 細(xì)胞,同時(shí)募集 MDSC、Treg 等免疫抑制細(xì)胞?132?;②促血管生成,分泌 VEGFA、bFGF、MMP 等因子,誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管出芽,同時(shí)降解 ECM 為血管生長提供空間?133?;③促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和存活,分泌 EGF、IL-6 等生長因子和細(xì)胞因子,激活癌細(xì)胞的增殖和抗凋亡通路?13??;④促進(jìn)侵襲與轉(zhuǎn)移,分泌 MMP 降解 ECM,同時(shí)分泌趨化因子引導(dǎo)癌細(xì)胞遷移,還可通過包裹癌細(xì)胞形成 “癌栓”,保護(hù)癌細(xì)胞逃避免疫清除并促進(jìn)其遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移?13??。
此外,TAM 還能參與腫瘤代謝重編程,通過自身的有氧糖酵解產(chǎn)生乳酸,為癌細(xì)胞提供代謝燃料,同時(shí)消耗微環(huán)境中的精氨酸、色氨酸等氨基酸,抑制 T 細(xì)胞的活性,進(jìn)一步強(qiáng)化免疫抑制?13??。
4.4.2 腫瘤相關(guān)中性粒細(xì)胞(TAN)
中性粒細(xì)胞是機(jī)體天然免疫的 “第一道防線”,正常情況下具有強(qiáng)大的吞噬和殺菌能力,可通過釋放活性氧(ROS)、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶(NE)直接殺傷病原體;而腫瘤微環(huán)境中的 TAN 被重編程為促腫瘤表型(N2 樣),與 TAM 類似,TAN 也存在從抑瘤表型(N1 樣)到促腫瘤表型(N2 樣)的連續(xù)表型譜,其表型轉(zhuǎn)換由微環(huán)境中的 IFN-γ、TGF-β 等信號(hào)調(diào)控?13??。
N1樣TAN為抑瘤表型,高表達(dá) ROS、NE、TNF-α 等,可直接殺傷癌細(xì)胞,同時(shí)提呈腫瘤抗原激活適應(yīng)性免疫;N2樣TAN為促腫瘤表型,高表達(dá) VEGFA、TGF-β、IL-8 等,具有免疫抑制、促血管生成、促侵襲轉(zhuǎn)移的功能?13??。TAN 的促腫瘤作用主要包括:①免疫抑制,分泌 ROS、精氨酸酶 1 抑制 T 細(xì)胞和 NK 細(xì)胞的活性,募集 MDSC 和 Treg?13??;②促血管生成,分泌 VEGFA、bFGF 等促血管生成因子,同時(shí)釋放 NE 降解 ECM,促進(jìn)血管生成?1???;③促進(jìn)侵襲與轉(zhuǎn)移,釋放 MMP 和 NE 降解基底膜和 ECM,增強(qiáng)癌細(xì)胞的侵襲能力,同時(shí)分泌趨化因子引導(dǎo)癌細(xì)胞向血管遷移?1?1?;④促進(jìn)癌細(xì)胞增殖,分泌 IL-6、GM-CSF 等細(xì)胞因子,激活癌細(xì)胞的增殖信號(hào)通路?1?2?。
4.4.3 髓系來源抑制細(xì)胞(MDSC)
TAM和TAN的未成熟前體共同構(gòu)成髓系來源抑制細(xì)胞(MDSC) ,是腫瘤微環(huán)境中最強(qiáng)的免疫抑制細(xì)胞之一,主要包括單核細(xì)胞樣 MDSC(M-MDSC)和粒細(xì)胞樣 MDSC(G-MDSC),分別來源于單核細(xì)胞前體和中性粒細(xì)胞前體?1?3?。正常生理狀態(tài)下,髓系前體細(xì)胞可快速分化為成熟的巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞,而腫瘤微環(huán)境中持續(xù)分泌的 GM-CSF、G-CSF、IL-6、TGF-β 等因子,可阻斷髓系前體細(xì)胞的成熟過程,使其停滯于未成熟階段并大量擴(kuò)增,形成 MDSC?1???。
MDSC 的核心特征為強(qiáng)效、多途徑的免疫抑制作用,同時(shí)可通過旁分泌信號(hào)直接調(diào)控癌細(xì)胞核心特征,是連接腫瘤炎癥與免疫抑制的關(guān)鍵細(xì)胞。其免疫抑制機(jī)制主要包括:①代謝耗竭抑制,高表達(dá)精氨酸酶 1(Arg1)、吲哚胺 2,3 - 雙加氧酶(IDO)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS),分別降解微環(huán)境中的精氨酸、色氨酸,產(chǎn)生大量一氧化氮(NO),導(dǎo)致 T 細(xì)胞因營養(yǎng)缺乏和氧化應(yīng)激喪失增殖、殺傷能力,同時(shí)抑制 NK 細(xì)胞的活化?1???;②直接接觸抑制,通過表面表達(dá) PD-L1、CTLA-4、TIGIT 等免疫檢查點(diǎn)分子,與 T 細(xì)胞、NK 細(xì)胞表面受體結(jié)合,直接傳遞免疫抑制信號(hào),還可釋放 ROS、活性氮(RNS)直接損傷免疫細(xì)胞 DNA,誘導(dǎo)其凋亡?1???;③間接調(diào)控免疫網(wǎng)絡(luò),分泌 IL-10、TGF-β 等抑制因子,誘導(dǎo) CD4?T 細(xì)胞向 Treg 細(xì)胞分化,同時(shí)促進(jìn)巨噬細(xì)胞向 M2 樣 TAM 極化、中性粒細(xì)胞向 N2 樣 TAN 轉(zhuǎn)換,進(jìn)一步強(qiáng)化腫瘤微環(huán)境的免疫抑制狀態(tài)?1???。
此外,MDSC 還能直接參與調(diào)控癌細(xì)胞的惡性表型:分泌 MMP2、MMP9 等蛋白酶降解細(xì)胞外基質(zhì),同時(shí)釋放 CXCL12、HGF 等趨化因子和生長因子,引導(dǎo)癌細(xì)胞定向遷移并誘導(dǎo) EMT 過程,增強(qiáng)癌細(xì)胞的表型可塑性和侵襲轉(zhuǎn)移能力;還可分泌 IL-6、EGF 等因子,激活癌細(xì)胞的 PI3K/Akt、MAPK 等增殖信號(hào)通路,促進(jìn)癌細(xì)胞持續(xù)增殖?1???。MDSC 的擴(kuò)增和活化程度與腫瘤進(jìn)展、治療耐藥密切相關(guān),其在外周血和腫瘤組織中的含量越高,腫瘤惡性程度越高,患者預(yù)后越差,也是免疫治療耐藥的重要原因之一?1???
4.5 淋巴細(xì)胞
腫瘤微環(huán)境中的淋巴細(xì)胞主要包括T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、自然殺傷(NK)細(xì)胞,是適應(yīng)性免疫和固有免疫的核心執(zhí)行細(xì)胞,其功能狀態(tài)直接決定腫瘤免疫監(jiān)視的效果?1???。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中,淋巴細(xì)胞可被腫瘤微環(huán)境重編程,從 抗腫瘤表型 轉(zhuǎn)變?yōu)?免疫耗竭或免疫抑制表型 ,形成 “免疫失衡” 的微環(huán)境特征,助力癌細(xì)胞逃避免疫清除核心特征的獲得?1?1?。
4.5.1 T 細(xì)胞
T 細(xì)胞是腫瘤適應(yīng)性免疫的核心,包括 CD8?細(xì)胞毒性 T 細(xì)胞(CTL) 、 CD4?輔助性 T 細(xì)胞(Th) 和 CD4?調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞(Treg) ,其中 CTL 是直接殺傷癌細(xì)胞的主要效應(yīng)細(xì)胞,而 Treg 是重要的免疫抑制細(xì)胞?1?2?。
腫瘤微環(huán)境中的 CD8?T 細(xì)胞在持續(xù)腫瘤抗原刺激、免疫抑制因子作用下,會(huì)發(fā)生漸進(jìn)性免疫耗竭,表現(xiàn)為增殖能力下降、細(xì)胞因子(IFN-γ、TNF-α)分泌減少、殺傷活性喪失,同時(shí)高表達(dá) PD-1、TIM-3、LAG-3 等多種免疫檢查點(diǎn)分子?1?3?。 免疫耗竭并非不可逆的細(xì)胞凋亡,而是一種功能異常的細(xì)胞狀態(tài):早期耗竭的 CD8?T 細(xì)胞在解除免疫抑制(如阻斷 PD-1)后可部分恢復(fù)增殖和殺傷功能;而晚期耗竭的 T 細(xì)胞會(huì)發(fā)生不可逆的表觀遺傳改變,即使解除抑制也無法恢復(fù)功能,這也是部分患者免疫治療無效的重要原因?1??? 。
CD4?Th 細(xì)胞可分化為 Th1、Th2、Th17、Tfh 等多個(gè)亞群,其中 Th1 細(xì)胞分泌 IFN-γ、IL-2 等因子,激活 CTL 和 NK 細(xì)胞的抗腫瘤功能;而腫瘤微環(huán)境中以 Th2、Th17 細(xì)胞為主,Th2 細(xì)胞分泌 IL-4、IL-10 等因子,參與免疫抑制;Th17 細(xì)胞分泌 IL-17,可促進(jìn)炎癥反應(yīng)和血管生成,助力腫瘤進(jìn)展?1???。
CD4?Treg 細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中重要的免疫抑制細(xì)胞,主要包括天然 Treg(nTreg)和誘導(dǎo) Treg(iTreg),后者由外周 CD4?T 細(xì)胞在 TGF-β、IL-2 等因子作用下誘導(dǎo)產(chǎn)生?1???。Treg 通過分泌 IL-10、TGF-β 等抑制因子,表達(dá) CTLA-4、PD-L1 等檢查點(diǎn)分子,以及消耗微環(huán)境中的 IL-2 等方式,強(qiáng)效抑制 CTL、NK 細(xì)胞的抗腫瘤活性,同時(shí)抑制樹突狀細(xì)胞的抗原呈遞功能?1???。
4.5.2 B 細(xì)胞和自然殺傷(NK)細(xì)胞
腫瘤微環(huán)境中的 B 細(xì)胞可通過產(chǎn)生抗體、提呈抗原、分泌細(xì)胞因子參與腫瘤免疫調(diào)控,其功能具有雙重性:一方面,B 細(xì)胞可產(chǎn)生腫瘤特異性抗體,通過抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性(ADCC)作用殺傷癌細(xì)胞,同時(shí)作為抗原呈遞細(xì)胞激活 T 細(xì)胞?1???;另一方面,腫瘤微環(huán)境中存在調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(Breg) ,可分泌 IL-10、TGF-β 等因子,誘導(dǎo) Treg 細(xì)胞擴(kuò)增并抑制 CTL 活性,發(fā)揮免疫抑制作用?1???。此外,B 細(xì)胞還可參與三級(jí)淋巴結(jié)構(gòu)(TLS)的形成,TLS 中聚集的 B 細(xì)胞、T 細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞可形成局部的抗腫瘤免疫微環(huán)境,其存在與患者免疫治療療效和良好預(yù)后密切相關(guān)?1???。
NK 細(xì)胞是固有免疫的重要效應(yīng)細(xì)胞,可通自然殺傷作用識(shí)別并殺傷缺乏 MHC-Ⅰ 類分子或表達(dá)應(yīng)激分子的癌細(xì)胞,無需抗原預(yù)先致敏?1?1?。腫瘤微環(huán)境中的 NK 細(xì)胞同樣會(huì)發(fā)生功能耗竭,表現(xiàn)為殺傷活性下降、細(xì)胞因子分泌減少,其機(jī)制主要包括:微環(huán)境中的 IL-10、TGF-β 等因子抑制 NK 細(xì)胞活化,NK 細(xì)胞表面高表達(dá) TIGIT、TIM-3 等抑制性受體,以及腫瘤細(xì)胞下調(diào)配體分子導(dǎo)致 NK 細(xì)胞激活信號(hào)不足?1?2?。
4.6 神經(jīng)元及其軸突投射
癌癥神經(jīng)科學(xué)作為腫瘤領(lǐng)域的前沿研究方向,證實(shí)了實(shí)體腫瘤微環(huán)境中存在大量神經(jīng)元軸突投射,包括交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)和軀體感覺神經(jīng),神經(jīng)元與癌細(xì)胞、微環(huán)境其他細(xì)胞形成神經(jīng)-腫瘤微環(huán)境調(diào)控網(wǎng)絡(luò),通過神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽等信號(hào)分子,直接或間接調(diào)控癌細(xì)胞的九大核心特征,成為腫瘤微環(huán)境中獨(dú)特的調(diào)控細(xì)胞???,???。
腫瘤的神經(jīng)支配并非被動(dòng)的神經(jīng)浸潤,而是癌細(xì)胞通過主動(dòng)募集形成的:癌細(xì)胞分泌神經(jīng)生長因子(NGF)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)等神經(jīng)營養(yǎng)因子,促進(jìn)神經(jīng)元的存活、軸突生長和向腫瘤內(nèi)的投射,同時(shí)誘導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化,為神經(jīng)支配提供支持?1?3?。而神經(jīng)元通過釋放神經(jīng)遞質(zhì)(去甲腎上腺素、乙酰膽堿、谷氨酸)和神經(jīng)肽(P 物質(zhì)、降鈣素基因相關(guān)肽 CGRP、血管活性腸肽 VIP),與癌細(xì)胞、CAF、內(nèi)皮細(xì)胞等表面的相應(yīng)受體結(jié)合,激活下游信號(hào)通路,調(diào)控癌癥核心特征?1???。
二者的相互作用并非單向調(diào)控,而是涉及癌細(xì)胞、神經(jīng)元及微環(huán)境中其他細(xì)胞的表型交叉重編程:神經(jīng)元調(diào)控癌細(xì)胞的增殖、侵襲等功能,癌細(xì)胞也可通過分泌信號(hào)分子重編程神經(jīng)元的表型和神經(jīng)遞質(zhì)釋放譜,同時(shí)神經(jīng)元與 CAF、TAM 等相互作用,間接調(diào)控癌細(xì)胞特征,形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?1???。
神經(jīng)元對(duì)癌癥核心特征的調(diào)控作用主要包括:①促進(jìn)持續(xù)增殖,交感神經(jīng)釋放的去甲腎上腺素激活癌細(xì)胞 β- 腎上腺素能受體,激活 PI3K/Akt、MAPK 等增殖信號(hào)通路;谷氨酸激活癌細(xì)胞的谷氨酸受體,促進(jìn)膠質(zhì)瘤、肺癌等癌細(xì)胞的增殖??3,1???;②抵抗程序性細(xì)胞死亡,NGF 與癌細(xì)胞表面 TrkA 受體結(jié)合,上調(diào) Bcl-2 等抗凋亡蛋白,抑制癌細(xì)胞凋亡????;③誘導(dǎo)血管生成,神經(jīng)元釋放的 VEGFA、bFGF 直接誘導(dǎo)血管生成,去甲腎上腺素可增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移能力,促進(jìn)血管出芽????;④解鎖表型可塑性,去甲腎上腺素、P 物質(zhì)等可激活 TGF-β/Smad 通路,誘導(dǎo)癌細(xì)胞 EMT 過程,增強(qiáng)其表型可塑性和侵襲能力????;⑤促進(jìn)侵襲與轉(zhuǎn)移,神經(jīng)軸突的投射可為癌細(xì)胞的遷移提供 物理支架 ,促進(jìn)癌細(xì)胞的神經(jīng)周浸潤,同時(shí)神經(jīng)遞質(zhì)誘導(dǎo)的 EMT 進(jìn)一步增強(qiáng)癌細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移能力?1???;⑥逃避免疫清除,去甲腎上腺素可抑制 CD8?T 細(xì)胞、NK 細(xì)胞的活性,促進(jìn) M2 樣 TAM 的極化,構(gòu)建免疫抑制微環(huán)境????。
此外,感覺神經(jīng)釋放的 P 物質(zhì)、CGRP 等可通過促進(jìn)炎癥反應(yīng),進(jìn)一步強(qiáng)化促腫瘤炎癥微環(huán)境,協(xié)同助力癌癥特征的形成?1???。
4.7 其他微環(huán)境細(xì)胞
除上述主要細(xì)胞類型外,腫瘤微環(huán)境中還存在衰老細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(DC)等多種細(xì)胞,雖含量相對(duì)較低,但仍通過特定機(jī)制參與癌癥核心特征的調(diào)控,共同構(gòu)建復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?1???。
4.7.1 衰老細(xì)胞
衰老細(xì)胞是指因 DNA 損傷、端粒縮短等因素進(jìn)入復(fù)制衰老狀態(tài)的細(xì)胞,表現(xiàn)為細(xì)胞周期停滯,但仍具有代謝活性并分泌大量細(xì)胞因子、生長因子、MMP 等,形成衰老相關(guān)分泌表型(SASP)?1???。腫瘤微環(huán)境中的衰老細(xì)胞包括衰老的癌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等,其 SASP 可通過多種機(jī)制 雙向調(diào)控 腫瘤進(jìn)展:一方面,衰老的癌細(xì)胞因周期停滯可抑制腫瘤生長;另一方面,衰老細(xì)胞的 SASP 可分泌 IL-6、TNF-α、VEGFA 等因子,促進(jìn)周邊癌細(xì)胞的增殖、血管生成和侵襲轉(zhuǎn)移,同時(shí)誘導(dǎo)慢性炎癥反應(yīng),助力癌癥特征的形成?1?1?。此外,SASP 還可重塑細(xì)胞外基質(zhì),增強(qiáng)腫瘤基質(zhì)硬度,進(jìn)一步促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲?1?2?。
4.7.2 脂肪細(xì)胞
在乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌等與脂肪組織密切相關(guān)的腫瘤中,脂肪細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分,可通過直接接觸和旁分泌信號(hào)調(diào)控癌細(xì)胞特征?1?3?。脂肪細(xì)胞可向癌細(xì)胞提供脂肪酸,為癌細(xì)胞的代謝重編程和膜結(jié)構(gòu)合成提供原料;同時(shí)分泌瘦素、脂聯(lián)素、IL-6 等因子,瘦素可激活癌細(xì)胞的 JAK/STAT、PI3K/Akt 等增殖信號(hào)通路,促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和侵襲,而脂聯(lián)素在早期可發(fā)揮抑瘤作用,晚期則因表達(dá)下調(diào)喪失抑瘤功能?1???。此外,脂肪細(xì)胞還可分化為 CAF,參與細(xì)胞外基質(zhì)重塑和免疫抑制微環(huán)境構(gòu)建?1???。
4.7.3 樹突狀細(xì)胞(DC)
樹突狀細(xì)胞是機(jī)體最主要的抗原呈遞細(xì)胞(APC),負(fù)責(zé)攝取、加工腫瘤抗原并呈遞給 T 細(xì)胞,啟動(dòng)適應(yīng)性抗腫瘤免疫?1???。正常情況下,DC 可有效激活 CD8?T 細(xì)胞和 Th1 細(xì)胞,而腫瘤微環(huán)境中的 DC 因受 IL-10、TGF-β 等抑制因子作用,發(fā)生 功能不成熟 ,表現(xiàn)為抗原攝取和呈遞能力下降、共刺激分子(CD80、CD86)表達(dá)不足,無法有效激活 T 細(xì)胞,反而誘導(dǎo) T 細(xì)胞耐受或耗竭?1???。此外,腫瘤微環(huán)境中還存在 調(diào)節(jié)性樹突狀細(xì)胞(DCreg) ,可分泌 IL-10、TGF-β 等因子,直接抑制 T 細(xì)胞活性,參與免疫抑制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建?1???。
癌癥作為全身性疾病的多維度相互作用
長期以來,癌癥被認(rèn)為是局部組織的惡性克隆性疾病,研究焦點(diǎn)集中于癌細(xì)胞自身和局部腫瘤微環(huán)境;而近年來的研究證實(shí),癌癥并非孤立的局部疾病,而是一類全身性疾病,腫瘤與機(jī)體的循環(huán)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、微生物組等存在廣泛、密切的 雙向全身性相互作用 ???。
機(jī)體的全身性因素(衰老、肥胖、免疫狀態(tài)、微生物組組成、神經(jīng)內(nèi)分泌狀態(tài)等)可通過塑造促腫瘤的局部微環(huán)境、調(diào)控癌細(xì)胞核心特征的激活狀態(tài),從全身層面推動(dòng)腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移;而腫瘤通過分泌細(xì)胞因子、生長因子、代謝產(chǎn)物、外泌體等全身性調(diào)控因子,進(jìn)入血液循環(huán)并作用于全身各組織器官,誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生全身性的病理改變(如癌性惡病質(zhì)、免疫功能紊亂、神經(jīng)內(nèi)分泌失調(diào)),形成 “腫瘤-機(jī)體”的惡性循環(huán),進(jìn)一步促進(jìn)自身進(jìn)展?1???。同時(shí),腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移并非隨機(jī)過程,而是腫瘤與靶器官微環(huán)境全身性相互作用的結(jié)果,靶器官的預(yù)轉(zhuǎn)移微環(huán)境形成是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要前提????。
本節(jié)將從衰老、肥胖、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、微生物組五個(gè)核心維度,闡述癌癥與機(jī)體的全身性相互作用機(jī)制,揭示癌癥作為全身性疾病的核心內(nèi)涵。
5.1 衰老:癌癥發(fā)生發(fā)展的核心全身性危險(xiǎn)因素
衰老是機(jī)體隨年齡增長發(fā)生的全身性、進(jìn)行性的生理功能衰退,表現(xiàn)為基因組穩(wěn)定性下降、表觀遺傳重編程、細(xì)胞衰老、免疫功能衰退、代謝紊亂等多維度的改變?1???。衰老與癌癥發(fā)病率呈顯著正相關(guān),隨年齡增長,癌癥發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)顯著升高,約 60% 的癌癥確診患者年齡≥65 歲,衰老已成為癌癥發(fā)生發(fā)展的最核心全身性危險(xiǎn)因素?1?1?。
衰老并非單純的年齡增長,其引發(fā)的全身性生理改變通過多種機(jī)制協(xié)同推動(dòng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展,與癌細(xì)胞核心特征、助力表型特質(zhì)密切關(guān)聯(lián),形成 “衰老-促腫瘤”的全身性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?1?2?:
基因組完整性喪失加速:衰老導(dǎo)致機(jī)體 DNA 損傷修復(fù)系統(tǒng)功能衰退、氧化應(yīng)激增強(qiáng),基因組穩(wěn)定性顯著下降,基因突變和染色體異常的累積速率加快,直接驅(qū)動(dòng)癌細(xì)胞基因組完整性喪失這一助力表型特質(zhì),為原癌基因激活、腫瘤抑制基因失活奠定遺傳基礎(chǔ),進(jìn)而促進(jìn)癌細(xì)胞持續(xù)增殖、抵抗凋亡等核心特征的獲得?1?3?;
表觀遺傳全局重編程:衰老伴隨機(jī)體廣泛的表觀遺傳改變,包括全基因組低甲基化、腫瘤抑制基因啟動(dòng)子高甲基化、組蛋白修飾異常等,與癌細(xì)胞的非突變表觀遺傳重編程高度相似,可直接調(diào)控組織細(xì)胞中癌相關(guān)基因的表達(dá),推動(dòng)正常細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化?1???;
免疫功能衰退(免疫衰老):免疫衰老是衰老的核心特征之一,表現(xiàn)為固有免疫和適應(yīng)性免疫的全面功能下降:NK 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的吞噬和殺傷能力下降,DC 細(xì)胞的抗原呈遞能力降低,CD8?T 細(xì)胞庫多樣性減少、免疫耗竭加劇,Treg 細(xì)胞比例升高,機(jī)體的免疫監(jiān)視功能顯著削弱,無法有效識(shí)別并清除早期癌變細(xì)胞,助力癌細(xì)胞逃避免疫清除核心特征的獲得?1???;
慢性全身性炎癥(炎性衰老):衰老引發(fā)的炎性衰老是指機(jī)體隨年齡增長出現(xiàn)的慢性、低度的全身性炎癥反應(yīng),表現(xiàn)為外周血中 IL-6、TNF-α、C 反應(yīng)蛋白(CRP)等促炎因子水平持續(xù)升高?1???。炎性衰老通過誘導(dǎo)局部組織的慢性炎癥,激活促腫瘤炎癥反應(yīng)這一助力表型特質(zhì),進(jìn)而促進(jìn)血管生成、侵襲轉(zhuǎn)移等癌細(xì)胞核心特征的形成,同時(shí)炎性衰老還可加速細(xì)胞衰老和 SASP 形成,進(jìn)一步強(qiáng)化促腫瘤微環(huán)境?1???;
細(xì)胞衰老與SASP 全身性作用:衰老導(dǎo)致機(jī)體各組織器官中衰老細(xì)胞大量累積,其分泌的 SASP 因子可進(jìn)入血液循環(huán),發(fā)揮全身性調(diào)控作用,促進(jìn)遠(yuǎn)端組織的炎癥反應(yīng)、血管生成和細(xì)胞增殖,為腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移創(chuàng)造全身性條件?1??;
代謝紊亂:衰老伴隨機(jī)體糖代謝、脂代謝、氨基酸代謝的全面紊亂,表現(xiàn)為胰島素抵抗、血脂異常、氨基酸代謝失衡等,全身性的代謝紊亂可為癌細(xì)胞的代謝重編程提供營養(yǎng)基礎(chǔ),同時(shí)胰島素、胰島素樣生長因子(IGF)等水平升高,可激活癌細(xì)胞的增殖信號(hào)通路,促進(jìn)持續(xù)增殖核心特征的獲得?1???。
此外,衰老還會(huì)導(dǎo)致機(jī)體神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、微生物組的穩(wěn)態(tài)失衡,進(jìn)一步從全身層面推動(dòng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展?1???。值得注意的是,衰老與癌癥的相互作用具有雙向性,腫瘤的發(fā)生發(fā)展也會(huì)加速機(jī)體的衰老進(jìn)程,表現(xiàn)為癌癥患者的衰老相關(guān)表型出現(xiàn)更早、程度更重,這種 “癌癥 - 加速衰老” 的循環(huán)進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤進(jìn)展?1?1?。
5.2 肥胖:代謝紊亂介導(dǎo)的全身性促腫瘤因素
肥胖是指機(jī)體脂肪組織過度累積導(dǎo)致的代謝性疾病,以體重指數(shù)(BMI)≥30 kg/m2 為診斷標(biāo)準(zhǔn),其核心病理特征是全身性的代謝紊亂和慢性低度炎癥?1?2?。全球肥胖人群的持續(xù)增加已成為重要的公共衛(wèi)生問題,而肥胖與結(jié)直腸癌、乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌等多種癌癥的發(fā)生發(fā)展、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及不良預(yù)后密切相關(guān),是僅次于衰老的第二大可調(diào)控的全身性癌癥危險(xiǎn)因素?1?3?。
肥胖并非簡(jiǎn)單的 “能量過剩”,其通過代謝紊亂、慢性炎癥、激素失衡等多種全身性機(jī)制,調(diào)控癌細(xì)胞核心特征和腫瘤微環(huán)境,推動(dòng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展,且這些機(jī)制相互關(guān)聯(lián)、形成正反饋,強(qiáng)化促腫瘤的全身性效應(yīng)?1???:
脂肪組織介導(dǎo)的慢性全身性炎癥:肥胖時(shí),白色脂肪組織過度增生并發(fā)生脂肪細(xì)胞肥大,導(dǎo)致脂肪組織缺氧、壞死,進(jìn)而激活巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞的浸潤,形成慢性炎癥微環(huán)境?1???。浸潤的巨噬細(xì)胞分泌 IL-6、TNF-α、MCP-1 等大量促炎因子,進(jìn)入血液循環(huán)形成全身性慢性炎癥,激活促腫瘤炎癥反應(yīng)助力特質(zhì),同時(shí)促進(jìn)局部腫瘤微環(huán)境的免疫抑制,助力癌細(xì)胞逃避免疫清除?1???;
激素與細(xì)胞因子失衡:脂肪組織是機(jī)體重要的內(nèi)分泌器官,肥胖時(shí)脂肪細(xì)胞分泌大量脂肪因子和激素,導(dǎo)致全身性的內(nèi)分泌失衡:①瘦素水平顯著升高,瘦素通過激活癌細(xì)胞表面的瘦素受體,激活 PI3K/Akt、MAPK 等增殖信號(hào)通路,促進(jìn)癌細(xì)胞持續(xù)增殖,同時(shí)誘導(dǎo) EMT 過程增強(qiáng)侵襲能力?1???;②脂聯(lián)素水平降低,脂聯(lián)素具有抑瘤作用,可抑制癌細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)凋亡,其水平降低則喪失對(duì)腫瘤的抑制作用?1???;③胰島素和 IGF-1 水平升高,肥胖常伴隨胰島素抵抗,導(dǎo)致胰島 β 細(xì)胞分泌更多胰島素,高胰島素血癥可激活癌細(xì)胞的胰島素受體和 IGF-1 受體,促進(jìn)增殖并抑制凋亡?1???;
代謝重編程的全身性調(diào)控:肥胖導(dǎo)致機(jī)體糖代謝、脂代謝的全身性紊亂,為癌細(xì)胞的代謝重編程提供全身性的營養(yǎng)和代謝環(huán)境:①高血糖狀態(tài)為癌細(xì)胞的有氧糖酵解提供充足的葡萄糖底物,促進(jìn)癌細(xì)胞的代謝重編程和快速增殖?2???;②脂肪組織過度分解產(chǎn)生大量游離脂肪酸,進(jìn)入血液循環(huán)后被癌細(xì)胞攝取,為癌細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)合成、能量產(chǎn)生提供原料,同時(shí)游離脂肪酸可激活癌細(xì)胞的 NF-κB 通路,促進(jìn)炎癥反應(yīng)和侵襲轉(zhuǎn)移?2?1?;
微生物組穩(wěn)態(tài)失衡:肥胖會(huì)導(dǎo)致機(jī)體腸道微生物組的生態(tài)失調(diào),表現(xiàn)為厚壁菌門比例升高、擬桿菌門比例降低,微生物組的代謝產(chǎn)物(如短鏈脂肪酸、次級(jí)膽汁酸)發(fā)生顯著改變?2?2?。失衡的微生物組通過調(diào)控機(jī)體的免疫狀態(tài)、代謝過程,進(jìn)一步強(qiáng)化肥胖的促腫瘤效應(yīng),同時(shí)腸道微生物組的移位還可誘導(dǎo)局部組織的炎癥反應(yīng),推動(dòng)腫瘤發(fā)生?2?3?。
與衰老類似,肥胖與腫瘤的相互作用也具有雙向性,腫瘤的發(fā)生發(fā)展會(huì)通過誘導(dǎo)癌性惡病質(zhì),導(dǎo)致機(jī)體脂肪組織和肌肉組織的過度消耗,而惡病質(zhì)早期的代謝紊亂又會(huì)進(jìn)一步加重肥胖相關(guān)的病理改變,形成惡性循環(huán)?2???。
5.3 免疫系統(tǒng):全身性的腫瘤監(jiān)視與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
免疫系統(tǒng)是機(jī)體抵御病原體入侵和清除異常細(xì)胞的核心全身性系統(tǒng),其通過免疫監(jiān)視、免疫編輯過程,與腫瘤形成動(dòng)態(tài)的雙向相互作用,是癌癥全身性調(diào)控的核心維度?33?。正常情況下,免疫系統(tǒng)可通過固有免疫和適應(yīng)性免疫的協(xié)同作用,識(shí)別并清除早期癌變細(xì)胞,發(fā)揮抗腫瘤免疫監(jiān)視功能,抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展;而當(dāng)免疫系統(tǒng)功能紊亂或被腫瘤重編程時(shí),其抗腫瘤作用減弱,甚至轉(zhuǎn)變?yōu)?strong>促腫瘤免疫,助力癌細(xì)胞逃避免疫清除核心特征的獲得,推動(dòng)腫瘤進(jìn)展?2???。
免疫系統(tǒng)與腫瘤的全身性相互作用貫穿腫瘤發(fā)生發(fā)展的全過程,即癌癥-免疫編輯的三個(gè)階段:清除期、平衡期、逃逸期?33?:
清除期:早期癌變細(xì)胞因表達(dá)腫瘤抗原被免疫系統(tǒng)識(shí)別,NK 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等固有免疫細(xì)胞率先發(fā)揮殺傷作用,同時(shí) DC 細(xì)胞攝取并呈遞腫瘤抗原,激活 CD8?T 細(xì)胞、Th1 細(xì)胞等適應(yīng)性免疫細(xì)胞,形成強(qiáng)效的全身性抗腫瘤免疫反應(yīng),大部分癌變細(xì)胞被清除,腫瘤的發(fā)生受到抑制?2???;
平衡期:部分癌變細(xì)胞通過基因突變或表觀遺傳改變,下調(diào)腫瘤抗原表達(dá)或發(fā)生表型改變,實(shí)現(xiàn)免疫逃逸,未被免疫系統(tǒng)完全清除,與免疫系統(tǒng)形成動(dòng)態(tài)平衡。此階段,腫瘤處于微瘤或休眠狀態(tài),無臨床癥狀,但癌細(xì)胞仍可發(fā)生克隆進(jìn)化,積累更多的免疫逃逸相關(guān)突變?2???;
逃逸期:隨著癌細(xì)胞克隆進(jìn)化的持續(xù),其獲得更強(qiáng)的免疫逃逸能力,同時(shí)通過分泌 IL-10、TGF-β 等抑制因子,募集 Treg、MDSC、M2 樣 TAM 等免疫抑制細(xì)胞,形成全身性的免疫抑制網(wǎng)絡(luò)。此時(shí),免疫系統(tǒng)的抗腫瘤功能被顯著抑制,甚至成為促腫瘤的 “幫兇”,癌細(xì)胞實(shí)現(xiàn)克隆擴(kuò)增并形成臨床可見的腫瘤,同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)侵襲轉(zhuǎn)移?2???。
腫瘤對(duì)免疫系統(tǒng)的全身性重編程 是免疫逃逸期的核心特征,主要表現(xiàn)為:①全身性免疫抑制,腫瘤分泌的抑制因子和外泌體進(jìn)入血液循環(huán),作用于外周免疫器官和免疫細(xì)胞,導(dǎo)致外周血中 Treg、MDSC 比例升高,CD8?T 細(xì)胞發(fā)生全身性耗竭?2???;②免疫細(xì)胞的全身性重編程,骨髓中的髓系前體細(xì)胞被腫瘤因子誘導(dǎo)為 MDSC,外周的 CD4?T 細(xì)胞被誘導(dǎo)為 Treg,巨噬細(xì)胞被極化為 M2 樣表型,形成全身性的促腫瘤免疫細(xì)胞群?21??;③免疫代謝的全身性紊亂,腫瘤消耗全身的精氨酸、色氨酸等氨基酸,同時(shí)釋放乳酸等代謝產(chǎn)物,導(dǎo)致全身性的免疫代謝微環(huán)境失衡,抑制免疫細(xì)胞的增殖和功能?211?。
反之,免疫系統(tǒng)的全身性狀態(tài)也直接決定腫瘤的進(jìn)展和治療療效,免疫功能正常的患者腫瘤惡性程度更低、治療療效更好、預(yù)后更佳;而免疫功能低下(如艾滋病患者、器官移植后免疫抑制者)的患者癌癥發(fā)病率顯著升高,且腫瘤進(jìn)展更快?212?。基于免疫系統(tǒng)的全身性調(diào)控,免疫檢查點(diǎn)抑制劑、過繼性細(xì)胞免疫治療等全身性免疫治療已成為癌癥治療的核心手段,通過逆轉(zhuǎn)免疫耗竭、打破免疫抑制,恢復(fù)機(jī)體的全身性抗腫瘤免疫功能?213?。
5.4 神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng):全身性的信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)是機(jī)體重要的全身性調(diào)控系統(tǒng),由神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)組成,二者通過神經(jīng)遞質(zhì)、激素、神經(jīng)肽等信號(hào)分子,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體代謝、增殖、免疫、炎癥等生理過程的精準(zhǔn)調(diào)控?21??。神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)與腫瘤的全身性相互作用是癌癥神經(jīng)科學(xué)的核心研究?jī)?nèi)容,證實(shí)了神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)可通過全身性的信號(hào)調(diào)控,直接或間接調(diào)控癌細(xì)胞的核心特征,而腫瘤也可通過重編程神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng),形成促腫瘤的全身性信號(hào)環(huán)境?21??。
神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)對(duì)腫瘤的全身性調(diào)控主要通過交感神經(jīng)系統(tǒng)、副交感神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌激素三個(gè)途徑實(shí)現(xiàn),與腫瘤微環(huán)境中的局部神經(jīng)支配形成 “全身 - 局部” 的協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?21??:
交感神經(jīng)系統(tǒng):交感神經(jīng)系統(tǒng)通過釋放去甲腎上腺素作為全身性信號(hào)分子,作用于全身各組織器官的 β- 腎上腺素能受體。全身性的去甲腎上腺素可激活癌細(xì)胞的 PI3K/Akt、MAPK 等增殖信號(hào)通路,促進(jìn)持續(xù)增殖核心特征的獲得;同時(shí)誘導(dǎo)癌細(xì)胞 EMT 過程,增強(qiáng)表型可塑性和侵襲轉(zhuǎn)移能力;此外,去甲腎上腺素還可抑制全身性的免疫功能,促進(jìn) M2 樣 TAM 極化和 Treg 細(xì)胞擴(kuò)增,助力免疫逃逸?21??。腫瘤患者常伴隨交感神經(jīng)系統(tǒng)的過度激活,導(dǎo)致外周血去甲腎上腺素水平升高,進(jìn)一步強(qiáng)化促腫瘤效應(yīng)?21??;
副交感神經(jīng)系統(tǒng):副交感神經(jīng)系統(tǒng)通過釋放乙酰膽堿發(fā)揮全身性調(diào)控作用,其對(duì)腫瘤的調(diào)控具有 組織特異性 :在胃腸道腫瘤、胰腺癌等消化系腫瘤中,乙酰膽堿通過激活癌細(xì)胞的毒蕈堿受體,促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和侵襲?21??;而在乳腺癌、肺癌等腫瘤中,乙酰膽堿可輕度抑制癌細(xì)胞增殖,發(fā)揮微弱的抑瘤作用?22??。這種組織特異性與癌細(xì)胞表面受體的表達(dá)譜密切相關(guān);
內(nèi)分泌激素:神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)分泌的胰島素、IGF-1、雌激素、孕激素、雄激素等激素,作為全身性的信號(hào)分子,與多種癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān):①胰島素和 IGF-1 通過激活增殖信號(hào)通路,促進(jìn)結(jié)直腸癌、乳腺癌等癌細(xì)胞的持續(xù)增殖?1???;②雌激素通過激活雌激素受體(ER),促進(jìn)乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌等激素依賴性腫瘤的增殖和存活?221?;③雄激素對(duì)前列腺癌具有雙向調(diào)控作用,早期促進(jìn)增殖,晚期則通過去勢(shì)治療可抑制腫瘤進(jìn)展?222?。
腫瘤對(duì)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)也具有反向重編程作用:腫瘤分泌的 IL-6、TNF-α 等促炎因子可激活下丘腦 - 垂體 - 腎上腺(HPA)軸,導(dǎo)致糖皮質(zhì)激素水平升高,而糖皮質(zhì)激素可抑制全身性的免疫功能,進(jìn)一步助力腫瘤免疫逃逸?223?;同時(shí),腫瘤誘導(dǎo)的癌性惡病質(zhì)可導(dǎo)致下丘腦的攝食中樞和能量代謝中樞功能紊亂,引發(fā)全身性的代謝失衡?22??。
5.5 微生物組:全身性的微生態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
微生物組是定植于機(jī)體內(nèi)外的微生物群落構(gòu)成的全身性微生態(tài)系統(tǒng),其與宿主的共生關(guān)系維持著機(jī)體的生理穩(wěn)態(tài)????。腸道微生物組作為人體最大、最復(fù)雜的微生物組,其通過代謝產(chǎn)物、免疫調(diào)控、炎癥介導(dǎo)等方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的全身性調(diào)控 ,而腫瘤也可通過改變機(jī)體的營養(yǎng)狀態(tài)、免疫微環(huán)境,反向調(diào)控微生物組的組成和功能,形成 “微生物組 - 腫瘤” 的全身性雙向相互作用?22??。
微生物組對(duì)腫瘤的全身性調(diào)控是間接調(diào)控,無直接的細(xì)胞間相互作用,其核心機(jī)制通過三條通路實(shí)現(xiàn),且不同部位的微生物組(腸道、口腔、皮膚)調(diào)控作用具有特異性,其中腸道微生物組的調(diào)控作用最顯著?22??:
代謝產(chǎn)物的全身性通路:腸道微生物組的代謝產(chǎn)物(短鏈脂肪酸、次級(jí)膽汁酸、色氨酸代謝產(chǎn)物、吲哚類化合物等)可通過腸 - 肝循環(huán)進(jìn)入血液循環(huán),發(fā)揮 全身性的信號(hào)調(diào)控作用 ?22??:①次級(jí)膽汁酸可激活癌細(xì)胞的法尼醇 X 受體(FXR),促進(jìn)結(jié)直腸癌、肝癌等癌細(xì)胞的增殖和代謝重編程????;②色氨酸代謝產(chǎn)物可激活機(jī)體的芳香烴受體(AhR),抑制 CD8?T 細(xì)胞的活性,助力免疫逃逸?22??;③短鏈脂肪酸具有抑瘤作用,可抑制癌細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)凋亡,同時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能,增強(qiáng)抗腫瘤免疫?22??;
免疫調(diào)控的全身性通路:腸道微生物組是機(jī)體免疫系統(tǒng)發(fā)育和功能維持的核心調(diào)控因素,其通過菌群-腸-免疫軸實(shí)現(xiàn)對(duì)全身性免疫的調(diào)控?23??。正常的腸道微生物組可誘導(dǎo) DC 細(xì)胞成熟、促進(jìn) Th1 細(xì)胞和 CTL 細(xì)胞的活化,增強(qiáng)全身性的抗腫瘤免疫監(jiān)視;而微生物組生態(tài)失調(diào)則導(dǎo)致全身性的免疫功能紊亂,表現(xiàn)為免疫抑制細(xì)胞擴(kuò)增、免疫效應(yīng)細(xì)胞功能下降,助力癌細(xì)胞逃避免疫清除?231?。此外,微生物組還可通過調(diào)控腸道黏膜的屏障功能,導(dǎo)致腸道細(xì)菌移位,誘導(dǎo)全身性的慢性炎癥,激活促腫瘤炎癥反應(yīng)助力特質(zhì)?232?;
炎癥介導(dǎo)的局部-全身通路:口腔、胃、腸道等部位的局部微生物感染可誘導(dǎo)局部慢性炎癥,進(jìn)而通過 全身性的炎癥信號(hào)推動(dòng)遠(yuǎn)處組織的腫瘤發(fā)生:①幽門螺桿菌感染誘導(dǎo)慢性胃炎,進(jìn)而發(fā)展為胃癌??3?;②口腔具核梭桿菌感染可通過血液循環(huán)進(jìn)入結(jié)直腸,誘導(dǎo)結(jié)直腸黏膜的炎癥反應(yīng),促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生?233?;③乙肝病毒、丙肝病毒等病毒感染誘導(dǎo)慢性肝炎,進(jìn)而發(fā)展為肝癌?23??。
腫瘤對(duì)微生物組的反向調(diào)控主要通過全身性的病理改變實(shí)現(xiàn):腫瘤誘導(dǎo)的癌性惡病質(zhì)導(dǎo)致機(jī)體營養(yǎng)攝入不足、代謝紊亂,改變微生物組的營養(yǎng)供給,進(jìn)而導(dǎo)致其組成和功能失衡?23??;同時(shí),腫瘤患者接受的化療、放療、抗生素等治療,也會(huì)進(jìn)一步破壞微生物組的穩(wěn)態(tài),加劇生態(tài)失調(diào)?23??。而微生物組的失衡又會(huì)降低腫瘤治療的療效,增加治療相關(guān)的不良反應(yīng),形成 “腫瘤 - 治療 - 微生物組失衡” 的惡性循環(huán)????。
從過去到現(xiàn)在,展望未來
癌癥特征理論歷經(jīng)26年的發(fā)展與完善,從最初的六大核心特征,逐步拓展為包含九大核心特征、五類助力表型特質(zhì)、七類微環(huán)境調(diào)控細(xì)胞、多維度全身性相互作用的完整理論體系,為解析癌癥的復(fù)雜生物學(xué)機(jī)制提供了統(tǒng)一的邏輯框架。這一理論的發(fā)展,始終與癌癥研究技術(shù)的進(jìn)步深度綁定 —— 從傳統(tǒng)的細(xì)胞系和模式生物研究,到單細(xì)胞組學(xué)、空間組學(xué)、功能成像、基因編輯等技術(shù)的應(yīng)用,推動(dòng)了對(duì)癌癥異質(zhì)性、表型可塑性、微環(huán)境調(diào)控等關(guān)鍵機(jī)制的深入理解???。
當(dāng)前,癌癥特征理論已從機(jī)制解析 向 臨床轉(zhuǎn)化逐步延伸,基于理論的靶向治療、免疫治療、聯(lián)合治療策略已成為癌癥臨床研究的核心方向。同時(shí),該理論仍存在諸多亟待完善的領(lǐng)域,如不同癌癥特征之間的協(xié)同調(diào)控機(jī)制、表型可塑性的精準(zhǔn)調(diào)控靶點(diǎn)、腫瘤與機(jī)體全身性相互作用的干預(yù)策略等。本節(jié)將從技術(shù)驅(qū)動(dòng)的癌癥特征解析 和 基于特征的聯(lián)合靶向治療兩個(gè)方面,展望癌癥特征理論的未來發(fā)展方向,為癌癥的基礎(chǔ)研究和臨床治療提供新的思路。
6.1 人類腫瘤癌癥特征異質(zhì)性的多組學(xué)分析、無創(chuàng)分析和成像
腫瘤的異質(zhì)性是癌癥治療耐藥、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的核心根源,也是癌癥特征理論研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。人類腫瘤的異質(zhì)性體現(xiàn)在多個(gè)層面:基因型異質(zhì)性(不同克隆的基因突變差異)、表型異質(zhì)性(癌細(xì)胞的功能、代謝、表型狀態(tài)差異)、空間異質(zhì)性(腫瘤不同區(qū)域的微環(huán)境和細(xì)胞組成差異)、時(shí)間異質(zhì)性(腫瘤進(jìn)展過程中的克隆進(jìn)化和表型改變)。而癌癥特征的獲得和調(diào)控,在不同異質(zhì)性維度中存在顯著的時(shí)空特異性—— 不同克隆、不同區(qū)域、不同階段的癌細(xì)胞,其核心特征的激活狀態(tài)和調(diào)控機(jī)制存在差異?23??。
近年來,多組學(xué)技術(shù) 、無創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)和精準(zhǔn)成像技術(shù)的快速發(fā)展,為解析人類腫瘤癌癥特征的異質(zhì)性提供了強(qiáng)有力的工具,推動(dòng)了癌癥研究從 “批量分析” 向 “單細(xì)胞、空間、動(dòng)態(tài)分析” 的轉(zhuǎn)變,也為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的特征靶向治療奠定了基礎(chǔ)。
6.1.1 多組學(xué)技術(shù):解析癌癥特征的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
多組學(xué)技術(shù)通過整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組、表觀基因組、單細(xì)胞組學(xué)、空間組學(xué)等多個(gè)層面的分子數(shù)據(jù),從全局視角解析癌癥特征的分子調(diào)控機(jī)制,揭示不同異質(zhì)性維度中癌癥特征的激活規(guī)律和協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?23??。
單細(xì)胞組學(xué):包括單細(xì)胞基因組、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞蛋白質(zhì)組等,可在單細(xì)胞水平解析癌細(xì)胞的基因型和表型異質(zhì)性,明確不同單細(xì)胞亞群的癌癥特征激活狀態(tài) —— 例如,識(shí)別出具有高侵襲性、高表型可塑性的癌細(xì)胞亞群,解析其核心特征的分子調(diào)控通路;同時(shí)可解析腫瘤微環(huán)境中不同細(xì)胞類型的相互作用,揭示微環(huán)境細(xì)胞對(duì)癌癥特征的調(diào)控機(jī)制?23??;
空間組學(xué):包括空間轉(zhuǎn)錄組、空間蛋白質(zhì)組、空間代謝組等,可在保留腫瘤組織空間結(jié)構(gòu)的前提下,解析不同區(qū)域的分子表達(dá)特征和細(xì)胞組成,揭示癌癥特征的空間調(diào)控規(guī)律—— 例如,腫瘤邊緣區(qū)的癌細(xì)胞高表達(dá)侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)特征,腫瘤核心區(qū)的癌細(xì)胞高表達(dá)增殖和代謝重編程相關(guān)特征,腫瘤免疫熱點(diǎn)區(qū)的癌細(xì)胞高表達(dá)免疫逃逸相關(guān)特征?2???;
多組學(xué)整合分析:通過整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等數(shù)據(jù),構(gòu)建癌癥特征的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò),識(shí)別出調(diào)控癌癥特征的核心驅(qū)動(dòng)基因、轉(zhuǎn)錄因子、代謝酶和信號(hào)通路;同時(shí)可揭示不同癌癥特征之間的 協(xié)同調(diào)控機(jī)制—— 例如,基因組完整性喪失可通過激活原癌基因,同時(shí)調(diào)控持續(xù)增殖、表型可塑性、侵襲轉(zhuǎn)移等多個(gè)核心特征,表型可塑性可通過誘導(dǎo) EMT,同時(shí)增強(qiáng)免疫逃逸和侵襲轉(zhuǎn)移能力?2?1?。
此外,類器官模型和患者來源的異種移植模型(PDX)結(jié)合多組學(xué)技術(shù),可在體外模擬人類腫瘤的異質(zhì)性和癌癥特征的調(diào)控機(jī)制,為篩選特征靶向治療的藥物靶點(diǎn)提供了更貼近臨床的研究模型?2?2?。
6.1.2 無創(chuàng)檢測(cè)技術(shù):實(shí)現(xiàn)癌癥特征的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
基于液體活檢的無創(chuàng)檢測(cè)技術(shù),為實(shí)現(xiàn)人類腫瘤癌癥特征的動(dòng)態(tài)、無創(chuàng)監(jiān)測(cè)提供了可能,推動(dòng)了癌癥的精準(zhǔn)診斷和療效評(píng)估從 “靜態(tài)” 向 “動(dòng)態(tài)” 的轉(zhuǎn)變。液體活檢通過檢測(cè)外周血中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTC)、循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)、外泌體等腫瘤衍生物質(zhì),獲取腫瘤的分子信息,進(jìn)而解析癌癥特征的激活狀態(tài)和進(jìn)化規(guī)律?2?3?。
ctDNA檢測(cè):通過對(duì) ctDNA 進(jìn)行高通量測(cè)序,可檢測(cè)腫瘤的基因突變、甲基化修飾、染色體拷貝數(shù)改變等,解析基因組完整性喪失、原癌基因激活、腫瘤抑制基因失活等與癌癥特征相關(guān)的分子改變;同時(shí)可通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) ctDNA 的變化,追蹤腫瘤克隆的進(jìn)化和癌癥特征的調(diào)控機(jī)制改變,評(píng)估治療療效和預(yù)測(cè)耐藥?2???;
CTC 檢測(cè):CTC 作為從原發(fā)灶或轉(zhuǎn)移灶脫落進(jìn)入血液循環(huán)的完整癌細(xì)胞,其表型和功能與體內(nèi)的癌細(xì)胞高度一致。通過對(duì)CTC 進(jìn)行單細(xì)胞組學(xué)分析,可解析其癌癥特征的激活狀態(tài) —— 例如,識(shí)別出具有高轉(zhuǎn)移潛能的 CTC 亞群(高表達(dá) EMT、侵襲轉(zhuǎn)移相關(guān)基因),解析其表型可塑性的調(diào)控機(jī)制;同時(shí)可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) CTC 的數(shù)量和表型變化,預(yù)測(cè)腫瘤的轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)和治療耐藥?2???;
外泌體檢測(cè):腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體攜帶大量蛋白質(zhì)、miRNA、lncRNA 等分子,可反映腫瘤的表型和功能狀態(tài)。通過檢測(cè)外泌體中的分子標(biāo)志物,可解析癌癥特征的激活狀態(tài) —— 例如,外泌體中高表達(dá) VEGFA 提示腫瘤血管生成特征高度激活,高表達(dá) PD-L1 提示腫瘤免疫逃逸特征高度激活;同時(shí)外泌體可作為無創(chuàng)的療效評(píng)估標(biāo)志物,監(jiān)測(cè)治療后癌癥特征的抑制效果?2???。
液體活檢技術(shù)結(jié)合多組學(xué)分析,可實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥特征的無創(chuàng)、動(dòng)態(tài)、全面監(jiān)測(cè),為制定個(gè)性化的特征靶向治療策略提供了重要的分子依據(jù)。
6.1.3 精準(zhǔn)成像技術(shù):可視化解析癌癥特征的空間分布
精準(zhǔn)成像技術(shù)的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了癌癥特征的可視化和空間定位,為解析癌癥特征的空間異質(zhì)性和微環(huán)境調(diào)控機(jī)制提供了直觀的工具。傳統(tǒng)的影像學(xué)技術(shù)(CT、MRI、PET)主要用于腫瘤的定位和分期,而新一代的精準(zhǔn)成像技術(shù),通過開發(fā) 癌癥特征特異性的分子探針 ,可在體內(nèi)可視化解析癌癥特征的激活狀態(tài)和空間分布?2???。
分子成像:包括熒光成像、核素成像、磁共振分子成像等,通過將分子探針與調(diào)控癌癥特征的核心分子(如 VEGFA、PD-L1、EGFR、MMP 等)特異性結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥特征的可視化 —— 例如,利用 VEGFA 特異性探針進(jìn)行 PET 成像,可直觀顯示腫瘤血管生成特征的空間分布和激活程度;利用 PD-L1 特異性探針進(jìn)行熒光成像,可顯示腫瘤免疫逃逸特征的空間分布,識(shí)別免疫熱點(diǎn)區(qū)和免疫冷區(qū)?2???;
功能成像:包括灌注成像、代謝成像、彌散加權(quán)成像等,可通過檢測(cè)腫瘤的血液灌注、葡萄糖代謝、細(xì)胞密度等功能指標(biāo),間接反映癌癥特征的激活狀態(tài) —— 例如,PET-CT 檢測(cè)的腫瘤 FDG 高攝取,提示癌細(xì)胞的代謝重編程特征高度激活;MRI 灌注成像檢測(cè)的腫瘤高灌注,提示血管生成特征高度激活?2???;
病理成像:包括數(shù)字病理、共聚焦激光掃描顯微鏡、質(zhì)譜成像等,可在病理切片水平實(shí)現(xiàn)癌癥特征的空間分辨率分析—— 例如,利用多重免疫熒光染色結(jié)合數(shù)字病理分析,可在單細(xì)胞水平解析腫瘤微環(huán)境中不同細(xì)胞類型的相互作用,以及癌癥特征的空間調(diào)控機(jī)制;利用質(zhì)譜成像,可在病理切片水平解析腫瘤的代謝組分布,揭示代謝重編程特征的空間異質(zhì)性?2???。
精準(zhǔn)成像技術(shù)結(jié)合多組學(xué)分析和液體活檢,可實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥特征的多維度、全方位解析 ,為解析癌癥特征的調(diào)控機(jī)制和制定精準(zhǔn)的治療策略提供了重要的技術(shù)支撐。
未來,隨著單細(xì)胞空間多組學(xué) 、時(shí)空組學(xué) 、人工智能輔助分析等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,將能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人類腫瘤癌癥特征的單細(xì)胞、空間、動(dòng)態(tài)、全維度解析,揭示癌癥特征的異質(zhì)性調(diào)控規(guī)律和協(xié)同作用機(jī)制,為癌癥的基礎(chǔ)研究和臨床治療提供新的突破?3,?,??,1?3?。
6.2 癌癥特征導(dǎo)向的聯(lián)合靶向治療前景
癌癥特征理論的核心臨床價(jià)值,在于為癌癥治療提供明確的靶向方向—— 針對(duì)癌細(xì)胞異常獲得的核心功能特征,開發(fā)特異性的靶向藥物,抑制癌癥特征的激活,進(jìn)而達(dá)到治療癌癥的目的。20 年來,基于癌癥特征的靶向治療已取得顯著的臨床療效,例如,針對(duì)持續(xù)增殖特征的EGFR抑制劑、KRAS 抑制劑,針對(duì)血管生成特征的 VEGFA 抗體,針對(duì)免疫逃逸特征的 PD-1/PD-L1 抑制劑,針對(duì)抵抗凋亡特征的 BCL-2 抑制劑等,已成為多種癌癥的標(biāo)準(zhǔn)治療方案?2?1?。
但單一的特征靶向治療仍存在諸多局限性:治療耐藥(癌細(xì)胞通過表型可塑性、克隆進(jìn)化等方式繞開靶向抑制,重新激活癌癥特征)、療效有限(多數(shù)癌癥存在多種核心特征協(xié)同激活,單一靶向無法完全抑制腫瘤生長)、異質(zhì)性影響(腫瘤不同亞群的癌癥特征激活狀態(tài)不同,單一靶向無法覆蓋所有異質(zhì)性亞群)。因此,基于癌癥特征的聯(lián)合靶向治療已成為癌癥臨床治療的核心發(fā)展方向 —— 通過聯(lián)合抑制多個(gè)癌癥核心特征、癌癥特征與助力表型特質(zhì)、癌癥特征與微環(huán)境調(diào)控機(jī)制,實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的全面、強(qiáng)效抑制,克服治療耐藥,提升臨床療效?2?2?。
6.2.1 聯(lián)合抑制多個(gè)癌癥核心特征
癌細(xì)胞的生長和進(jìn)展依賴于多個(gè)核心特征的協(xié)同激活 ,單一特征的抑制無法完全阻斷腫瘤的發(fā)展,而聯(lián)合抑制多個(gè)協(xié)同激活的核心特征,可實(shí)現(xiàn)協(xié)同抗腫瘤效應(yīng),顯著提升治療療效,同時(shí)降低單一藥物的劑量,減少毒副作用?2?3?。
聯(lián)合抑制的策略主要基于癌癥特征之間的協(xié)同調(diào)控關(guān)系,選擇具有協(xié)同作用的靶點(diǎn)進(jìn)行組合:
增殖與凋亡聯(lián)合:聯(lián)合抑制持續(xù)增殖特征(如 EGFR、KRAS、MYC 抑制劑)和抗凋亡特征(如 BCL-2、MCL-1 抑制劑),既阻斷癌細(xì)胞的增殖信號(hào),又打破其抗凋亡保護(hù),顯著提高癌細(xì)胞的凋亡效率。例如,EGFR 抑制劑聯(lián)合 BCL-2 抑制劑,在非小細(xì)胞肺癌中已顯示出良好的臨床療效,可克服 EGFR 抑制劑的原發(fā)性和繼發(fā)性耐藥?2???;
增殖與代謝聯(lián)合:聯(lián)合抑制持續(xù)增殖特征(如PI3K/Akt、mTOR 抑制劑)和代謝重編程特征(如糖酵解抑制劑、谷氨酰胺代謝抑制劑),既阻斷癌細(xì)胞的增殖信號(hào),又抑制其為增殖提供能量和構(gòu)建模塊的代謝通路,實(shí)現(xiàn) “雙重阻斷”。例如,mTOR 抑制劑聯(lián)合谷氨酰胺酶抑制劑,在乳腺癌、胰腺癌等腫瘤中顯示出協(xié)同抗腫瘤效應(yīng),可顯著抑制腫瘤的生長?2???;
免疫逃逸與其他特征聯(lián)合:免疫檢查點(diǎn)抑制劑(PD-1/PD-L1、CTLA-4 抑制劑)作為針對(duì)免疫逃逸特征的核心藥物,其單藥療效有限(僅對(duì)部分免疫熱點(diǎn)型腫瘤有效),而聯(lián)合抑制其他癌癥核心特征,可通過重塑腫瘤微環(huán)境,將 “免疫冷腫瘤” 轉(zhuǎn)化為 “免疫熱腫瘤”,提升免疫治療的療效。例如:
免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合血管生成抑制劑(VEGFA 抗體):抑制血管生成可改善腫瘤的血管結(jié)構(gòu),降低血管通透性,促進(jìn)免疫細(xì)胞向腫瘤內(nèi)部浸潤,同時(shí)減少 VEGFA 介導(dǎo)的免疫抑制,協(xié)同提升免疫治療療效,這一組合已在腎癌、肝癌、結(jié)直腸癌等多種癌癥中獲批臨床應(yīng)用?2???;
免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合表型可塑性抑制劑(EMT 抑制劑、YAP/TAZ 抑制劑):抑制EMT可降低癌細(xì)胞的表型可塑性,減少癌癥干細(xì)胞的形成,同時(shí)抑制EMT 介導(dǎo)的免疫抑制,促進(jìn) CD8?T 細(xì)胞的抗腫瘤免疫,這一組合在肺癌、乳腺癌等腫瘤的臨床研究中已顯示出良好的前景?2???;
免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合代謝重編程抑制劑(如IDO抑制劑):抑制IDO 可減少腫瘤微環(huán)境中色氨酸的降解,解除色氨酸缺乏對(duì) T 細(xì)胞的抑制,協(xié)同提升免疫治療療效,IDO抑制劑聯(lián)合 PD-1 抑制劑的臨床研究已在多種癌癥中開展?2???;
侵襲轉(zhuǎn)移與其他特征聯(lián)合:聯(lián)合抑制侵襲轉(zhuǎn)移特征(如 MMP 抑制劑、CXCR4 抑制劑)和增殖、血管生成等特征,可同時(shí)阻斷腫瘤的局部生長和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,降低腫瘤的轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。例如,CXCR4 抑制劑聯(lián)合 EGFR 抑制劑,在非小細(xì)胞肺癌中可顯著抑制癌細(xì)胞的遷移和侵襲,同時(shí)抑制其增殖,減少遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的發(fā)生?2???。
6.2.2 聯(lián)合抑制癌癥特征與助力表型特質(zhì)
助力表型特質(zhì)是癌細(xì)胞獲得核心特征的 關(guān)鍵前提 ,通過聯(lián)合抑制 癌癥核心特征 和 其上游的助力表型特質(zhì) ,可從 “源頭” 阻斷癌癥特征的激活,實(shí)現(xiàn)更徹底的靶向抑制,同時(shí)克服治療耐藥?2???。
核心的聯(lián)合策略包括:
癌癥特征與基因組完整性喪失聯(lián)合:針對(duì)基因組完整性喪失導(dǎo)致的基因突變和染色體不穩(wěn)定性,開發(fā) PARP 抑制劑 、 ATR 抑制劑等靶向藥物,這類藥物對(duì)具有同源重組缺陷(HRD)的腫瘤具有特異性殺傷作用(合成致死效應(yīng))。聯(lián)合抑制基因組完整性喪失和其他癌癥核心特征,可實(shí)現(xiàn)協(xié)同抗腫瘤效應(yīng)。例如,PARP 抑制劑聯(lián)合 PD-1 抑制劑,在卵巢癌、乳腺癌等 HRD 型腫瘤中已顯示出良好的療效,PARP 抑制劑誘導(dǎo)的 DNA 損傷可激活 cGAS-STING 通路,促進(jìn)抗腫瘤免疫,協(xié)同提升免疫治療療效?2?1?;
癌癥特征與促腫瘤炎癥反應(yīng)聯(lián)合:針對(duì)促腫瘤炎癥反應(yīng)的核心介質(zhì)(如 IL-6、TNF-α、NF-κB)開發(fā)抑制劑,聯(lián)合抑制促腫瘤炎癥反應(yīng)和癌癥核心特征,可同時(shí)阻斷炎癥介導(dǎo)的癌癥特征激活和核心特征的直接效應(yīng)。例如,IL-6 抑制劑聯(lián)合 PD-1 抑制劑,在胃癌、乳腺癌等炎癥相關(guān)腫瘤中可顯著提升免疫治療療效,抑制 IL-6 可解除其介導(dǎo)的免疫抑制,促進(jìn) CD8?T 細(xì)胞的活性?2?2?;
癌癥特征與神經(jīng)支配聯(lián)合:針對(duì)腫瘤相關(guān)神經(jīng)支配的核心信號(hào)(如 β- 腎上腺素能受體、谷氨酸受體、NGF)開發(fā)抑制劑,聯(lián)合抑制神經(jīng)支配和癌癥核心特征,可阻斷神經(jīng)介導(dǎo)的癌癥特征激活,提升靶向治療療效。例如,β- 腎上腺素能受體抑制劑(普萘洛爾)聯(lián)合化療,在胰腺癌、乳腺癌等腫瘤中已顯示出協(xié)同抗腫瘤效應(yīng),普萘洛爾可阻斷交感神經(jīng)介導(dǎo)的增殖、血管生成和免疫逃逸特征激活,增強(qiáng)化療的療效?2?3?。
6.2.3 聯(lián)合抑制癌癥特征與微環(huán)境調(diào)控機(jī)制
腫瘤微環(huán)境中的輔助細(xì)胞(CAF、TAM、內(nèi)皮細(xì)胞等)是癌癥特征的重要調(diào)控者,通過旁分泌信號(hào)持續(xù)激活癌細(xì)胞的核心特征,同時(shí)構(gòu)建免疫抑制、促血管生成的微環(huán)境,促進(jìn)腫瘤的生長和進(jìn)展。因此,聯(lián)合抑制癌癥核心特征和微環(huán)境輔助細(xì)胞的促腫瘤功能,可實(shí)現(xiàn) “癌細(xì)胞- 微環(huán)境” 的雙重阻斷,顯著提升治療療效,克服微環(huán)境介導(dǎo)的治療耐藥?2???。
核心的聯(lián)合策略包括:
癌細(xì)胞特征與CAF聯(lián)合:針對(duì) CAF 的核心標(biāo)志物和功能通路(如 FAP、PDGFR、TGF-β)開發(fā)抑制劑,聯(lián)合抑制癌細(xì)胞的核心特征和 CAF 的促腫瘤功能,可阻斷 CAF 介導(dǎo)的癌細(xì)胞增殖、侵襲和免疫抑制。例如,F(xiàn)AP 抑制劑聯(lián)合 PD-1 抑制劑,可通過特異性殺傷 CAF,重塑腫瘤微環(huán)境,促進(jìn)免疫細(xì)胞浸潤,同時(shí)阻斷 CAF 介導(dǎo)的免疫抑制,協(xié)同提升免疫治療療效,這一組合的臨床研究已在多種實(shí)體腫瘤中開展?2???;
癌細(xì)胞特征與 TAM 聯(lián)合:針對(duì) TAM 的募集和極化通路(如 CSF-1R、CCR2、CD47)開發(fā)抑制劑,聯(lián)合抑制癌細(xì)胞的核心特征和 TAM 的促腫瘤功能,可減少 TAM 的募集和 M2 樣極化,恢復(fù)其抑瘤功能,同時(shí)阻斷 TAM 介導(dǎo)的血管生成和免疫抑制。例如,CSF-1R 抑制劑聯(lián)合 PD-1 抑制劑,在肺癌、結(jié)直腸癌等腫瘤中可顯著減少 M2 樣 TAM 的數(shù)量,促進(jìn) CD8?T 細(xì)胞的抗腫瘤免疫,協(xié)同提升免疫治療療效?2???;
癌細(xì)胞特征與血管微環(huán)境聯(lián)合:除了傳統(tǒng)的 VEGFA 抑制劑,針對(duì)腫瘤血管的其他靶點(diǎn)(如 TIE2、ANGPT2、CD31)開發(fā)抑制劑,聯(lián)合抑制癌細(xì)胞的核心特征和腫瘤血管的異常功能,可更徹底地阻斷血管生成,同時(shí)改善腫瘤的血管結(jié)構(gòu),促進(jìn)免疫細(xì)胞浸潤。例如,ANGPT2 抑制劑聯(lián)合 VEGFA 抗體,在肝癌、腎癌等腫瘤中已顯示出更顯著的抗血管生成效應(yīng),可克服 VEGFA 抗體的治療耐藥?2???。
6.2.4 基于癌癥特征的個(gè)性化聯(lián)合治療
腫瘤的異質(zhì)性決定了不存在通用的聯(lián)合治療方案,不同患者、不同腫瘤類型、不同腫瘤階段的癌癥特征激活狀態(tài)和調(diào)控機(jī)制存在顯著差異。因此,基于癌癥特征的分子分型 ,制定個(gè)性化的聯(lián)合治療策略 ,是未來癌癥治療的核心發(fā)展方向?2???。
個(gè)性化聯(lián)合治療的實(shí)現(xiàn)路徑包括:
基于多組學(xué)的癌癥特征分型:通過對(duì)腫瘤進(jìn)行單細(xì)胞空間多組學(xué)分析,明確患者腫瘤的核心特征激活狀態(tài)、助力表型特質(zhì)的調(diào)控機(jī)制、微環(huán)境細(xì)胞的組成和功能,構(gòu)建患者的癌癥特征分子圖譜,進(jìn)行精準(zhǔn)的特征分型?2???;
基于分型的靶點(diǎn)選擇:根據(jù)患者的癌癥特征分子圖譜,選擇激活程度最高、對(duì)腫瘤生長最關(guān)鍵的核心特征、助力表型特質(zhì)和微環(huán)境調(diào)控靶點(diǎn),制定個(gè)性化的聯(lián)合治療方案。例如,對(duì)于 “增殖 + 血管生成 + 免疫逃逸” 三特征高激活的肺癌患者,可選擇 EGFR 抑制劑 + VEGFA 抗體 + PD-1 抑制劑的三聯(lián)方案;對(duì)于 “代謝重編程 + 表型可塑性” 雙特征高激活的胰腺癌患者,可選擇谷氨酰胺酶抑制劑 + YAP 抑制劑的聯(lián)合方案?2???;
基于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方案調(diào)整:通過液體活檢和精準(zhǔn)成像技術(shù),動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)患者治療過程中癌癥特征的激活狀態(tài)變化,根據(jù)療效和耐藥情況,實(shí)時(shí)調(diào)整聯(lián)合治療方案,實(shí)現(xiàn) “動(dòng)態(tài)、個(gè)性化” 的治療?2?1?。
6.2.5 癌癥特征靶向治療的未來挑戰(zhàn)與機(jī)遇
基于癌癥特征的聯(lián)合靶向治療雖具有廣闊的臨床前景,但仍面臨諸多挑戰(zhàn):
靶點(diǎn)選擇的精準(zhǔn)性:目前對(duì)癌癥特征之間的協(xié)同調(diào)控機(jī)制、微環(huán)境對(duì)癌癥特征的調(diào)控機(jī)制仍未完全闡明,如何選擇具有協(xié)同作用、無交叉耐藥的靶點(diǎn),是聯(lián)合治療的核心難點(diǎn)?2?2?;
治療毒性的疊加:聯(lián)合治療可能導(dǎo)致毒副作用的疊加,如免疫檢查點(diǎn)抑制劑聯(lián)合抗血管生成抑制劑,可能增加高血壓、蛋白尿、免疫相關(guān)不良反應(yīng)的發(fā)生率,如何在提升療效的同時(shí)降低毒副作用,是臨床應(yīng)用的重要問題?2?3?;
耐藥機(jī)制的復(fù)雜性:癌細(xì)胞可通過表型可塑性、克隆進(jìn)化、微環(huán)境重塑等多種方式產(chǎn)生聯(lián)合治療耐藥,其耐藥機(jī)制比單一治療更復(fù)雜,如何預(yù)測(cè)和克服聯(lián)合治療耐藥,是未來研究的重點(diǎn)?2???;
生物標(biāo)志物的開發(fā):目前缺乏能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)聯(lián)合治療療效的生物標(biāo)志物,如何基于癌癥特征的分子圖譜,開發(fā)特異性的生物標(biāo)志物,實(shí)現(xiàn)聯(lián)合治療的精準(zhǔn)篩選,是臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵?2???;
臨床研究的設(shè)計(jì)難度:個(gè)性化聯(lián)合治療的臨床研究需要納入大量異質(zhì)性患者,進(jìn)行分層分析和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),研究設(shè)計(jì)、樣本量選擇、療效評(píng)估指標(biāo)設(shè)定均面臨更高要求,且研究周期長、成本高?2???。
同時(shí),癌癥特征靶向治療也迎來了諸多機(jī)遇:
技術(shù)驅(qū)動(dòng)的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn):?jiǎn)渭?xì)胞空間多組學(xué)、時(shí)空組學(xué)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展,將能夠更深入地解析癌癥特征的調(diào)控機(jī)制,發(fā)現(xiàn)更多特異性的治療靶點(diǎn),為聯(lián)合治療提供新的方向?2???;
新型藥物的研發(fā)提速:抗體偶聯(lián)藥物(ADC)、雙特異性抗體、細(xì)胞治療、溶瘤病毒、表觀遺傳靶向藥物等新型藥物的研發(fā)快速推進(jìn),為癌癥特征的精準(zhǔn)靶向提供了更多藥物選擇,如針對(duì)多個(gè)癌癥特征的雙特異性抗體,可實(shí)現(xiàn) “一藥多靶” 的協(xié)同抑制?2???;
多學(xué)科融合的診療模式:腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、代謝學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、微生物學(xué)等多學(xué)科的深度融合,推動(dòng)了對(duì)癌癥 “全身-局部” 調(diào)控機(jī)制的全面理解,為制定多維度、全方位的聯(lián)合治療策略奠定了理論基礎(chǔ)???;
人工智能的輔助應(yīng)用:人工智能技術(shù)可通過整合多組學(xué)、影像學(xué)、臨床數(shù)據(jù),構(gòu)建癌癥特征的預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)靶點(diǎn)篩選、療效預(yù)測(cè)、耐藥預(yù)警、方案優(yōu)化的智能化,顯著提升聯(lián)合治療的精準(zhǔn)性和效率?2???;
個(gè)體化醫(yī)療的臨床落地:液體活檢、精準(zhǔn)成像等無創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)的普及,為實(shí)現(xiàn)癌癥特征的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和個(gè)性化治療方案的實(shí)時(shí)調(diào)整提供了技術(shù)支撐,推動(dòng)癌癥治療從 “標(biāo)準(zhǔn)化” 向 “個(gè)體化” 轉(zhuǎn)變?2?3?。
未來,隨著癌癥特征理論的進(jìn)一步完善和研究技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步,基于癌癥特征的精準(zhǔn)、協(xié)同、個(gè)性化聯(lián)合靶向治療,將成為癌癥臨床治療的主流方向,有望顯著提升癌癥患者的治療療效,延長生存期,甚至實(shí)現(xiàn)部分癌癥的臨床治愈。
結(jié)論
癌癥特征理論自 1999 年首次提出以來,歷經(jīng) 26 年的研究與完善,已從最初聚焦癌細(xì)胞自身的六大核心特征,逐步拓展為包含九大核心特征、五類助力表型特質(zhì)、七類腫瘤微環(huán)境調(diào)控細(xì)胞、多維度全身性相互作用的完整理論體系。這一體系不僅清晰闡釋了癌細(xì)胞實(shí)現(xiàn)惡性增殖、侵襲轉(zhuǎn)移的核心功能基礎(chǔ),更揭示了腫瘤與微環(huán)境、機(jī)體全身的復(fù)雜雙向調(diào)控關(guān)系,明確了癌癥并非單純的局部細(xì)胞惡性病變,而是由遺傳改變驅(qū)動(dòng)、微環(huán)境重塑支撐、全身因素調(diào)控的全身性復(fù)雜疾病。
該理論的發(fā)展始終與癌癥研究技術(shù)的進(jìn)步深度融合,從傳統(tǒng)的細(xì)胞和分子生物學(xué)研究,到單細(xì)胞組學(xué)、空間組學(xué)、基因編輯等前沿技術(shù)的應(yīng)用,推動(dòng)了對(duì)癌癥異質(zhì)性、表型可塑性、微環(huán)境調(diào)控等關(guān)鍵機(jī)制的深入理解,也為癌癥研究提供了統(tǒng)一的邏輯框架。同時(shí),癌癥特征理論實(shí)現(xiàn)了從現(xiàn)象描述到機(jī)制解析再到 臨床轉(zhuǎn)化 的遞進(jìn)式發(fā)展,基于該理論開發(fā)的靶向治療、免疫治療等策略,已成為癌癥臨床治療的核心手段,顯著改善了眾多癌癥患者的預(yù)后。
當(dāng)前,癌癥特征理論仍存在諸多亟待深入研究的領(lǐng)域:不同癌癥特征之間的協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未完全闡明,表型可塑性的精準(zhǔn)調(diào)控靶點(diǎn)仍需進(jìn)一步挖掘,腫瘤與機(jī)體神經(jīng)內(nèi)分泌、微生物組等全身系統(tǒng)的相互作用機(jī)制仍待解析,癌癥特征異質(zhì)性的分子基礎(chǔ)和調(diào)控規(guī)律仍需深入探索。同時(shí),基于癌癥特征的臨床轉(zhuǎn)化仍面臨治療耐藥、靶點(diǎn)選擇、毒性疊加等挑戰(zhàn),需要基礎(chǔ)研究與臨床研究的緊密結(jié)合,推動(dòng)理論創(chuàng)新向臨床應(yīng)用的快速轉(zhuǎn)化。
未來,隨著單細(xì)胞空間多組學(xué)、時(shí)空組學(xué)、人工智能等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,以及腫瘤學(xué)、免疫學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、微生物學(xué)等多學(xué)科的深度融合,癌癥特征理論將不斷完善和拓展,有望實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥特征的單細(xì)胞、空間、動(dòng)態(tài)、全維度解析。基于該理論的聯(lián)合靶向治療將朝著更精準(zhǔn)、更協(xié)同、更個(gè)性化的方向發(fā)展,通過整合 “癌細(xì)胞-微環(huán)境-全身系統(tǒng)” 的多維度靶向策略,實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥的全方位抑制,克服治療耐藥,提升臨床療效。
癌癥特征理論的發(fā)展歷程充分證明,對(duì)癌癥復(fù)雜生物學(xué)機(jī)制的深入理解,是推動(dòng)癌癥治療突破的核心前提。這一理論不僅為癌癥的基礎(chǔ)研究提供了方向,更為癌癥的臨床精準(zhǔn)治療奠定了理論基礎(chǔ),有望在未來推動(dòng)癌癥治療實(shí)現(xiàn)新的突破,為最終攻克癌癥帶來新的希望。
來源:Hallmarks of cancer—Then and now, and beyond
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