于維虹，羅晨，王旻

（中國藥科大學生命科學與技術學院，江蘇 南京211198）

據(jù)統(tǒng)計，90%以上的癌癥患者死因是腫瘤轉移。腫瘤轉移成因復雜、診斷困難、缺乏有效治療藥物，是現(xiàn)代癌癥治療領域研究的熱點[1-2]。腫瘤轉移需要經歷侵襲-轉移級聯(lián)，發(fā)生轉移的細胞要離開原發(fā)瘤進入最終定植的次級器官[3]。然而，次級器官微環(huán)境與腫瘤原發(fā)微環(huán)境差異顯著，針對轉移的癌細胞如何解決與轉移部位微環(huán)境不相容的問題，轉移前生態(tài)位理論給出了一個合理解釋。基于對“種子和土壤學說”的深入研究，研究人員發(fā)現(xiàn)原發(fā)腫瘤可以分泌一些分子，改變靶器官位置微環(huán)境，使其適合轉移細胞定植[4-6]。他們開創(chuàng)性地把這種接受和支持腫瘤轉移細胞定植的微環(huán)境定義為轉移前生態(tài)位。

近年來，通過對轉移前生態(tài)位的研究，人們對其形成過程有了初步認識。轉移前生態(tài)位的建立過程涉及信號的釋放和響應。信號的釋放由原發(fā)腫瘤控制，信號的響應則由各種細胞完成，主要包括次級器官部位的駐留細胞和被招募的外來細胞，這些細胞響應信號發(fā)生轉變，最終將本來健康和抵御狀態(tài)的次級器官和組織，轉變?yōu)榻邮芎椭С帜[瘤轉移細胞定植的“土壤”[7]。本文將重點論述髓源性抑制細胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）、中性粒細胞、巨噬細胞、駐留細胞及基質細胞響應信號分子發(fā)生轉變的過程和機制，并進一步探討這一細胞轉變過程在抗腫瘤轉移藥物開發(fā)方面的應用價值。

1 傳遞轉變信息的信號分子

轉移前生態(tài)位的建立過程涉及信號的傳遞和響應，信號分子在導致靶器官部位細胞轉變，促進接受和支持腫瘤轉移細胞定植的生態(tài)位的形成過程中起到重要作用。這些信號分子主要是原發(fā)瘤分泌的可溶性分子，包括腫瘤衍生的分泌因子（tumorderived secreted factor，TDSF）、腫瘤來源性外泌體和細胞外囊泡（extracellular vesicle，EV）等[5]。

1.1 腫瘤衍生的分泌因子

TDSF是由腫瘤細胞分泌的可溶性蛋白，可以通過不同的方式促進轉移前生態(tài)位的形成。其中血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和胎盤生長因子（placental growth factor，PLGF）最早被發(fā)現(xiàn)，高表達的VEGF及PLGF能夠招募表達血管內皮生長因子受體1（vascular endothelial growth factor receptor 1，VEGFR1）和極遲抗原4（very late antigen 4，VLA-4）的骨髓來源細胞（bone marrow-derived cell，BMDC）——VEGFR1+VLA-4+BMDC，該細胞進一步上調整合素和基質金屬蛋白酶以促進轉移前生態(tài)位的建立[4]。腫瘤細胞分泌的CD44v6能夠激活間質表皮轉化因子（cellular-mesenchymal to epithelial transition factor，c-MET）和尿激酶型纖溶酶原激活物受體（urokinase-type plasminogen activator receptor，uPAR）增強基質可溶性，有利于外泌體發(fā)揮作用建立轉移前生態(tài)位[8]。CC類趨化因子配體2（CC chemokine ligand 2，CCL2）可以募集腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM）和調節(jié)性T細胞（regulatory T cell，Treg），進而刺激血管新生和抑制免疫細胞功能，促進肺中轉移前生態(tài)位的建立[9]。轉移性強的乳腺癌細胞釋放的高水平的腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）可以激活核苷酸受體P2Y2R誘導缺氧誘導因子 1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）表達、賴氨酰氧化酶分泌和膠原交聯(lián)，促進轉移前生態(tài)位形成[10]。這些腫瘤衍生的分泌因子通過不同的信號傳遞途徑，誘導轉移前生態(tài)位中多樣的細胞生物學行為變化，在轉移前生態(tài)位的信息交流中起到關鍵作用。

1.2 腫瘤來源性外泌體和細胞外囊泡

研究表明，盡管TDSF在轉移前生態(tài)位形成過程中具有重要作用，但其在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中表達時相和空間分布特異性并不明顯。近年來，隨著人們對轉移前生態(tài)位的深入研究，腫瘤來源的特異性的外泌體及EV成為腫瘤轉移研究的熱點。外泌體可以通過表達特異性的整合素與轉移部位細胞融合決定轉移前生態(tài)位建立的方位[11]。腫瘤來源的EV則可以通過抑制自然殺傷細胞功能、阻止樹突狀細胞（dendritic cell，DC）成熟來建立靶器官部位的免疫抑制性生態(tài)位[12-13]。此外，腫瘤來源的外泌體或EV還可以通過激活靜息的內皮細胞、招募BMDC、開啟基質成纖維細胞重編程等方式創(chuàng)建轉移前生態(tài)位[4,14-15]。雖然不同的外泌體及EV在最終的功能上存在差異，但都能夠通過細胞間的信號傳遞，在腫瘤轉移前生態(tài)位形成過程中發(fā)揮重要作用。

2 信號分子的響應與轉移前生態(tài)位中的細胞行為變化

原發(fā)腫瘤通過TDSF、外泌體、EV等媒介進行信號傳遞，當轉移前生態(tài)位建立的相關信息傳遞到目的細胞之后，目的細胞積極作出應答，產生相應的細胞生物學變化，隨后目的細胞間發(fā)生進一步的交互作用，最終在次級器官部位形成支持和接受轉移細胞定植的微環(huán)境。

2.1 髓源性抑制細胞的激活和募集

MDSC是骨髓來源的一群異質性細胞，是DC、巨噬細胞或粒細胞的前體，具有顯著抑制免疫細胞應答的能力，其在腫瘤轉移前生態(tài)位的形成中起著關鍵作用[16]。

Chalmin等[17]通過研究發(fā)現(xiàn)，MDSC上的Toll樣受體2（Toll-like receptor 2，TLR2）與腫瘤外泌體表面的熱休克蛋白72（heat shock protein 72，Hsp72）結合后，能夠誘導MDSC中信號傳導和轉錄激活因子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3）的活化，從而決定了MDSC的免疫抑制特性。具有免疫抑制特性的MDSC通過產生活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）和精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）抑制細胞毒性CD8+T細胞和自然殺傷細胞功能，摧毀免疫細胞的應答[18]。除了免疫抑制之外，Yan等[19]通過實驗發(fā)現(xiàn)，乳腺癌模型小鼠肺中未成熟的骨髓細胞——Gr-1+CD11b+細胞的增加，導致 γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）表達下調和促炎細胞因子大量分泌，進而創(chuàng)造了適宜腫瘤生長的炎性微環(huán)境。此外，Gr-1+CD11b+細胞增加還介導基質金屬蛋白酶9（matrix metallopeptidase 9，MMP9）的大量產生以促進血管重塑。上述結果表明MDSC被信號分子激活后，產生了免疫抑制的特性，并通過摧毀免疫細胞應答、分泌炎性因子等方式促進轉移前生態(tài)位形成。

正常生理狀態(tài)下，MDSC主要分布于骨髓和脾臟，其要達到促進轉移前生態(tài)位形成的目的，還需要能夠到達靶器官部位，腫瘤分泌的信號分子則介導了將MDSC招募至靶器官的過程。Hoshino等[11]和Eisenblaetter等[20]的研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌外泌體表面的整合素能夠促進MDSC在肺和肝臟部位的聚集，進而增加中樞神經特異性蛋白S100的合成并激活酪氨酸專一性蛋白激酶Src信號傳導途徑。S100鈣結合蛋白A8/A9（S100 calcium binding protein A8/A9，S100A8/A9）的靶特異性成像也表明了MDSC能夠在轉移前被招募到靶器官以建立轉移前生態(tài)位，進一步發(fā)揮促進轉移的作用。

除了自身作用，MDSC還可以通過與其他細胞的交互作用塑造轉移前生態(tài)位整體環(huán)境。趨化因子受體2陽性（CCR2+）單核細胞型髓源性抑制細胞（monocytic myeloid-derived suppressor cell，M-MDSC）能夠產生轉化生長因子 β1（transforming growth factor β1，TGFβ1）刺激肺成纖維細胞釋放金屬蛋白酶組織抑制因子1（tissue inhibitor of metalloproteinase 1，TIMP1）抑制膠原降解以促進肺纖維化[21]。MDSC可以通過分泌血管生成因子間接調節(jié)Treg和腫瘤相關的巨噬細胞（tumor-associated macrophage，TAM），促進免疫抑制性微環(huán)境的形成[22]。MDSC中的Gr-1+CD11b+髓樣抑制細胞還可以通過血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）改變血管內皮細胞來促進血管生成[23]。甚至轉移前生態(tài)位中的MDSC還能通過ROS/Notch/Nodal信號增強循環(huán)腫瘤細胞（circulating tumor cell，CTC）轉移潛能，促進轉移事件的發(fā)生[24]。由此可見，信號應答后的MDSC發(fā)生了性質和位置的改變，其通過多種途徑促進轉移前生態(tài)位的形成，在轉移前生態(tài)位成功建立中扮演不可或缺的重要角色。

2.2 中性粒細胞、巨噬細胞的極化和遷移

中性粒細胞和巨噬細胞在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的作用均具有雙面性。中性粒細胞分為抗腫瘤N1亞型和促腫瘤N2亞型[25]，巨噬細胞分為抗腫瘤M1亞型和腫瘤相關M2亞型[26]。中性粒細胞和巨噬細胞的極化及擴增在轉移前生態(tài)位形成過程中發(fā)揮著重要作用。

Casbon等[27]的研究表明，骨髓中的造血干細胞在腫瘤分泌的可溶性分子的誘導下能夠分化為促腫瘤N2亞型CD11b+Ly6G+中性粒細胞，后者在腫瘤細胞分泌的粒細胞集落刺激因子（granulocyte colony stimulating factor，G-CSF） 的 刺 激 下 活化，造成ROS表達上調和視網(wǎng)膜母細胞瘤基因1（retinoblastoma 1，RB1）表達缺失，從而產生抑制細胞免疫活性和T細胞功能的特性。同時，骨髓中的造血干細胞還能在G-CSF或TGF-β作用下更多地分化為CD11b+Ly6G+中性粒細胞，從而使N2亞型中性粒細胞的數(shù)目在外周組織中迅速增加[27-28]。相似地，祖細胞可以在腫瘤細胞或其他細胞分泌的集落刺激因子1（colony stimulating factor 1，CSF 1）、白細胞介素-13（interleukin-13，IL-13）或CCL2的作用下向TAM表型分化，M2巨噬細胞能夠分泌更多的抗炎細胞因子，如IL-10、IL-13和IL-14，并表達豐富的Arg-1、甘露糖受體（mannose receptor，MR/CD206）等，促進支持轉移細胞定植微環(huán)境的建立[26,29]。

在不同分子調節(jié)的情況下，中性粒細胞和巨噬細胞發(fā)生了極性的改變，而極性改變的細胞進一步發(fā)生分泌物的改變，促進轉移前生態(tài)位的建立。腫瘤相關的中性粒細胞在腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNFα）和一氧化氮（NO）存在條件下可以誘導未活化的CD8+T細胞的凋亡，形成免疫抑制性微環(huán)境[30]。Little等[31]的研究表明，極化的M2巨噬細胞可以通過Rho-GTP酶調節(jié)VEGF/CCL-18信號傳導以增強乳腺癌侵襲潛能。TAM還可以通過分泌含有miR-501-3p的EV改變微環(huán)境組成，促進轉移前生態(tài)位建立[32]。

中性粒細胞和巨噬細胞極化后有利于轉移前生態(tài)位免疫抑制性環(huán)境的建立，這是細胞性質和功能的轉變，為了能在次級器官發(fā)揮作用，中性粒細胞和巨噬細胞還發(fā)生了位置的變化。Liu等[33]的研究發(fā)現(xiàn)腫瘤外泌體中的小核RNA（snRNA）能夠激活肺泡Ⅱ型上皮細胞中的TLR3，從而誘導趨化因子分泌并促進肺中的中性粒細胞募集。Seoane等[34]的研究表明，垂體特異性轉錄因子1（pituitary specific transription factor 1，Pit 1）通過增加趨化因子12（CXC chemokine ligand 12，CXCL12）表達介導巨噬細胞的募集并促進乳腺癌轉移。中性粒細胞和巨噬細胞通過細胞表型的改變、功能特性的變化以及位置的遷移，在轉移前生態(tài)位的建立過程中起著重要的作用。

2.3 駐留細胞和基質細胞的生物學行為轉變

靶器官部位生態(tài)位建立過程中，雖然被招募的外來細胞如MDSC、腫瘤相關的中性粒細胞和巨噬細胞能夠創(chuàng)造一定的免疫抑制性、促血管生成和促癌細胞黏附的微環(huán)境，給腫瘤細胞的入侵創(chuàng)造途徑，但轉移細胞能夠在靶器官部位定植和形成轉移瘤的關鍵在于駐留細胞和基質細胞的變化。

首先，駐留細胞是轉移具有器官選擇性的基礎。Hoshino等[11]的研究表明，不同器官組織中的駐留細胞可以識別并攝取帶有不同整合素的外泌體，如肺中表達S100A4的成纖維細胞和表達表面活性物質關聯(lián)蛋白C（surfactant associated protein C，SPC）的上皮細胞能夠攝取靶向肺部的外泌體，肝臟中的庫普弗細胞（Kupffer cell）攝取靶向肝臟的外泌體，腦部中表達血小板-內皮細胞黏附分子 1（platelet endothelial cell adhesion molecule 1，PECAM-1/CD31）的內皮細胞可以攝取靶向腦部的外泌體。

其次，靶器官部位的正常細胞也能在腫瘤分泌性分子作用下改變原本性質，變成腫瘤進展的推手。Costa-Silva等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，肝臟中的庫普弗細胞可以攝取胰腺導管腺癌外泌體，使肝星狀細胞分泌更多的TGF-β和纖連蛋白，導致肝臟部位呈現(xiàn)纖維化特性，進而促進巨噬細胞的招募，建立轉移前生態(tài)位。Vu等[36]的研究證明定植于肺部的基質成纖維細胞可以吸收乳腺癌EV中的miR-125b，增加癌相關成纖維細胞標志物α平滑肌肌動蛋白（alpha-smooth muscle actin，αSMA）的表達，分化形成癌相關的成纖維細胞表型，促進轉移前生態(tài)位建立。Sharma等[37]還發(fā)現(xiàn)肺泡巨噬細胞（alveolar macrophage，AM）通過補體C5a受體（complement component 5a receptor）接收C5a傳遞的增殖訊號，抑制肺部的Th1免疫反應，促進轉移前生態(tài)位形成。Umakoshi等[38]的研究也證明了胃部的基質細胞——腹膜間皮細胞（peritoneal mesothelial cell，PMC）、成纖維細胞和內皮細胞與巨噬細胞分泌的EV接觸后，可以攝取EV中的RNA和蛋白成分，上調轉移相關蛋白Src、Wnt3和低氧誘導因子1（hypoxia inducible factor 1，HIF1）的表達，使基質成纖維細胞向腫瘤相關的成纖維細胞轉變，誘導PMC的上皮-間質轉化，促進轉移前生態(tài)位的建立。

由此可見，靶器官部位的駐留細胞和基質細胞接受轉移相關信號分子的刺激后，通過改變自身性質或者與其他細胞的相互作用，為轉移腫瘤細胞的成功定植和后續(xù)快速生長創(chuàng)造了有利條件。

3 抗腫瘤轉移藥物的開發(fā)策略

具有轉移潛能的腫瘤細胞基因的多樣突變可能性、靶器官轉移前生態(tài)位的建立以及腫瘤細胞自身與靶器官微環(huán)境相互作用的復雜性，導致抗腫瘤轉移治療面臨巨大的困難和挑戰(zhàn)[2,39]。對腫瘤轉移前生態(tài)位細胞轉變過程進行的研究，可能為抗腫瘤轉移藥物研發(fā)提供理論和實踐依據(jù)。

3.1 基于外泌體、細胞外囊泡信息傳遞和轉移前生態(tài)位細胞行為改變開發(fā)抗轉移藥物

外泌體、EV在自身性質、表達時相及空間分布方面具有特異性，其通過傳遞信息促進了腫瘤轉移及轉移瘤細胞耐藥性形成，是腫瘤轉移的新型治療靶標[40-41]。為了切斷外泌體、EV與靶細胞的信息交流，科學家們開創(chuàng)性地進行了抑制外泌體、EV的發(fā)生分泌，從血液中去除外泌體、EV和靶向外泌體、EV內容物等研究，取得了一些進展。

Koch等[42]、Khan等[43]和 Kosgodage等[44]分別利用吲哚美辛（indomethacin）抑制ATP轉運蛋白A3（ABCA3）表達、酮替芬（ketotifen）減少鈣流入和氯胺定（chloramidine）阻止肽酰精氨酸脫亞氨酶活化來抑制外泌體、EV的生物發(fā)生或釋放，最終增強了癌細胞對化療藥物的敏感性。除了化學藥物，替扎肝素（tinzaparin）[45]、生物素化肽（PEGSMRwt-Clu）[46]也能通過抑制外泌體、EV的釋放減少腫瘤轉移的發(fā)生。這些研究數(shù)據(jù)表明抑制外泌體、EV生物發(fā)生及分泌在降低腫瘤耐藥性和抗腫瘤轉移治療中可能是有益的。除了抑制外泌體生物發(fā)生和分泌，對于已分泌的外泌體、EV的抑制方法也取得了一定的研究成果。Aethlon Medical Inc.開發(fā)的ADAPT?設備，作為親和血漿置換平臺，能在體外透析期間特異性捕獲腫瘤分泌的囊泡，為消除血液中的外泌體和EV提供了可能[47]。另外，通過靶向腫瘤外泌體、EV中的關鍵成分，如lncARSR[48]、miR-365[49]，也能夠阻斷信號傳遞。

除了切斷信號傳遞，對于轉移前生態(tài)位細胞行為改變的研究也為抗轉移藥物的開發(fā)提供了依據(jù)。有研究表明雙膦酸鹽和抑制CSF1及其受體的藥物能使巨噬細胞從M2至M1復極化，可應用于實體瘤的治療，其中CSF1R特異性抑制劑PLX3397已進入Ⅲ期臨床試驗[50]。除了巨噬細胞，Shinagawa等[51]使用伊馬替尼阻滯血小板源性生長因子受體（plateletderived growth factor receptor，PDGFR）信號傳導，阻止骨髓間充質干細胞遷移及其向癌相關成纖維細胞的轉變，最終抑制了結腸癌的生長及轉移。

無論是阻斷外泌體、EV特異性的信息傳遞，還是逆轉和預防轉移前生態(tài)位細胞行為的轉變，都在一定程度上為腫瘤轉移的治療帶來了希望，但這都還停留在理論和實踐的初步階段，離藥物的獲批上市還有相當?shù)木嚯x。

3.2 基于外泌體及遷移細胞靶向性開發(fā)抗轉移藥物遞送系統(tǒng)

在轉移前生態(tài)位細胞轉變過程中，外泌體、巨噬細胞、骨髓來源的間充質干細胞能夠特異性靶向次級器官，因而在抗轉移藥物遞送系統(tǒng)開發(fā)中具有巨大潛力。Kim等[52]研究證明，與游離藥物及合成納米載體相比，載有紫杉醇（PTX）的外泌體可以克服腫瘤細胞耐藥性，將藥物準確遞送到轉移部位，增強藥物在腫瘤細胞的有效積累。外泌體還具有穿透血腦屏障遞送可溶性藥物的優(yōu)勢，Yang等[53]的研究表明，載有阿霉素的腦內皮細胞源性外泌體能夠在斑馬魚胚胎腦室積累并有效縮小轉移瘤體積。與之類似，具有腫瘤歸巢特性的巨噬細胞和間充質干細胞也可以用于開發(fā)藥物遞送系統(tǒng)。例如，研究證明載有阿霉素的巨噬細胞能夠有效到達轉移部位，并緩慢釋放裝載藥物，減少腫瘤轉移[54]；基因工程改造后表達可溶性VEGFR1的間充質干細胞，也能有效減少腫瘤轉移[55]。利用外泌體載體和細胞載體的靶向性，可實現(xiàn)裝載藥物向轉移部位的有效遞送，為臨床上降低化療藥物副作用，增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感度以及未來的基因治療藥物傳送提供了可能。

轉移前生態(tài)位細胞轉變過程雖然給抗腫瘤轉移藥物開發(fā)提供了理論依據(jù)，但開發(fā)一款安全有效的抗腫瘤轉移的藥物，還需要更多嚴謹深入的研究。

4 結語

當前，抗腫瘤轉移藥物的研發(fā)主要聚焦于抑制轉移瘤生長方面。如前所述，轉移前生態(tài)位中的信息分子和細胞轉變能夠顯著促進腫瘤轉移，這為轉移性腫瘤治療及藥物開發(fā)提供了新思路。針對轉移前生態(tài)位理論開發(fā)藥物，將填補從阻斷信息交流、轉移前生態(tài)位形成方面研發(fā)抗腫瘤轉移藥物的空白，有望從切斷腫瘤轉移發(fā)生的角度治療腫瘤轉移。相關藥物的研究數(shù)據(jù)也進一步證明了針對轉移前生態(tài)位理論開發(fā)抗轉移藥物的可行性和巨大前景。

機遇與挑戰(zhàn)并存，針對轉移前生態(tài)位理論開發(fā)抗轉移藥物雖具有很大優(yōu)越性，但仍面臨許多問題。其一，轉移前生態(tài)位的形成是否存在特定的激發(fā)條件？是否特定部位存在可誘導的生態(tài)位環(huán)境？其二，現(xiàn)有的動物模型中，檢測真正的轉移前組織很困難，如何提高腫瘤細胞檢測手段的敏感性和準確性？其三，阻斷信息交流的設想，對信息分子的特異性和靈敏度要求極高，信息分子的篩選及其作用驗證需要快捷的手段。其四，逆轉細胞轉變的設想，需要能夠體內監(jiān)測轉移靶器官中的可能細胞改變，同時還需建立將轉移性病變與其他情況區(qū)分的方法，這需要進一步開發(fā)和探索細胞轉變的可視化監(jiān)測手段及指示標志物。

近年來，生物信息學的發(fā)展，為從腫瘤數(shù)據(jù)庫挖掘可能的高特異性信息分子提供了便捷的手段；物理學的發(fā)展也使單細胞層面的測序及成像得以實現(xiàn)，為精細研究轉移前生態(tài)位的細微細胞變化提供了可能。相信隨著轉移前生態(tài)位理論研究的不斷補充和科學技術的發(fā)展，這些挑戰(zhàn)最終將被克服，腫瘤治療也將隨之進入阻斷轉移發(fā)生的新時代。