曹玉霖 殷媛 李杰 周 樂源

1 江南大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤研究所，無錫 214062；2 江南大學(xué)附屬醫(yī)院介入科，無錫 214062

腫瘤轉(zhuǎn)移是指惡性腫瘤細(xì)胞從原發(fā)部位經(jīng)淋巴道、血管或體腔等途徑，到達(dá)其他部位繼續(xù)生長的過程。惡性腫瘤轉(zhuǎn)移的方式包括直接蔓延到鄰近部位、淋巴轉(zhuǎn)移、血行轉(zhuǎn)移和種植轉(zhuǎn)移。惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移往往是腫瘤治療失敗的主要原因[1]。

腫瘤微環(huán)境由腫瘤細(xì)胞、多種基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞因子和趨化因子等組成。腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移與腫瘤細(xì)胞所處的環(huán)境關(guān)系密切，它不僅包括腫瘤細(xì)胞自身的內(nèi)在環(huán)境（核和胞質(zhì)），也與腫瘤所在組織的結(jié)構(gòu)、功能和代謝有關(guān)[2]。

治療惡性腫瘤的主要目標(biāo)是根除患者的腫瘤細(xì)胞，包括原發(fā)性腫瘤細(xì)胞和明顯或隱匿性轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞，這是影響患者預(yù)后的關(guān)鍵因素。超過50%的腫瘤患者將在疾病過程中接受放療，其對于無法手術(shù)或不完全切除腫瘤的患者以及復(fù)發(fā)患者至關(guān)重要[3]。然而，即使應(yīng)用先進(jìn)的放療或放化療聯(lián)合療法，腫瘤仍可能發(fā)生復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致預(yù)后不良。放療本質(zhì)上是對腫瘤進(jìn)行局部控制，但會(huì)產(chǎn)生局部和全身效應(yīng)，這就意味著腫瘤微環(huán)境會(huì)不可避免地受到影響。事實(shí)上，放療誘導(dǎo)的腫瘤微環(huán)境變化可能在某些情況下促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。越來越多的研究結(jié)果表明，電離輻射可能具有促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的作用[1]。然而，幾十年來，改進(jìn)放療的研究幾乎完全集中于腫瘤細(xì)胞本身，卻忽略了腫瘤微環(huán)境和腫瘤內(nèi)復(fù)雜的生物相互作用，而這可能是影響腫瘤治療成敗的關(guān)鍵因素。因此，關(guān)注腫瘤微環(huán)境對提高腫瘤的治愈率至關(guān)重要。目前，國內(nèi)外對放療后腫瘤微環(huán)境變化促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移及其分子機(jī)制的研究較少。我們對放療后腫瘤微環(huán)境變化與腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)系及其可能的分子機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞因子表達(dá)

輻射誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子增加是腫瘤轉(zhuǎn)移灶形成的關(guān)鍵因素。具體而言，細(xì)胞因子到達(dá)待轉(zhuǎn)移的靶器官，事先營造一個(gè)有利于腫瘤細(xì)胞定植、存活和增殖的微環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。

1.1 腫瘤細(xì)胞的分泌

輻射會(huì)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分泌諸多影響其遷移和侵襲的細(xì)胞因子。輻射可誘導(dǎo)惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8、轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），這些因子有助于增強(qiáng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，從而影響腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲；6 Gy γ 射線單次劑量照射人乳腺癌MDA-MB-231 細(xì)胞和MCF-7 細(xì)胞分別促進(jìn)IL-1β和IL-6 以及血小板衍生生長因子BB 的分泌，增強(qiáng)了腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[3]。Kim 等[4]報(bào)道，5 Gy γ 射線單次劑量照射與2.5 Gy γ 射線分次劑量照射（共照射3 次）同樣誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞中IL-4 的分泌增加，進(jìn)而促進(jìn)裸鼠中乳腺癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移。對食管癌的研究結(jié)果表明，腫瘤細(xì)胞經(jīng)照射后，IL-6/Stat3/Twist 通路激活，促進(jìn)食管癌細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），從而賦予腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲的能力，促進(jìn)其轉(zhuǎn)移[5]。照射后基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMPs）的分泌也被證實(shí)可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力[1]。MMPs是由腫瘤細(xì)胞及微環(huán)境中的其他細(xì)胞廣泛分泌的蛋白酶家族，其能夠降解細(xì)胞外基質(zhì)，與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移直接相關(guān)。體外研究結(jié)果表明，輻射暴露后MMPs 活性增強(qiáng)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲，并支持腫瘤血管新生[1]。輻射調(diào)節(jié)的miR-340/429-IL4 信號(hào)通過在體內(nèi)和體外激活JAK/JNK/β-catenin/Stat6 信號(hào)通路，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子Sox2、波形蛋白、 VEGF、 促血管生成素2、 MMP2和MMP9 的產(chǎn)生，從而促進(jìn)腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移[4]。此外，對前列腺癌和直腸癌進(jìn)行放療可以增強(qiáng)腫瘤和局部微環(huán)境中MMPs的活性，它們在腫瘤侵襲中起關(guān)鍵作用，并且與癌癥分期、腫瘤細(xì)胞存活和轉(zhuǎn)移相關(guān)[1]。Moncharmont 等[6]的研究結(jié)果顯示，2 Gy X射線單次劑量照射大鼠膠質(zhì)瘤細(xì)胞和10 Gy X 射線單次劑量照射黑色素瘤細(xì)胞后，MMP2 表達(dá)上調(diào)，腫瘤轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)。前列腺癌細(xì)胞經(jīng)2.5 Gy γ 射線單次劑量照射后，尿激酶型纖溶酶原激活物、波形蛋白和神經(jīng)型鈣黏附蛋白等促進(jìn)EMT 的蛋白質(zhì)的表達(dá)水平升高，同時(shí)，促進(jìn)細(xì)胞遷移的MMP2 的表達(dá)水平也被上調(diào)[7]。 乳腺癌細(xì)胞經(jīng)2 Gy γ 射線分次劑量照射（共照射25 次）后，TNF-α 和ATP 的表達(dá)水平升高，P2Y2 受體激活，乳腺癌細(xì)胞的侵襲性增強(qiáng)[8]。Chen 等[9]的研究結(jié)果表明，照射后垂死的胰腺癌細(xì)胞通過旁分泌高遷移率族蛋白1，激活PI3K/pAKT-EMT 信號(hào)軸，從而加速體內(nèi)胰腺癌的轉(zhuǎn)移。Feys 等[10]發(fā)現(xiàn)，照射肺上皮細(xì)胞可增加熱敏趨化因子CXCL12 和巨噬細(xì)胞遷移抑制因子的分泌，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移。

1.2 基質(zhì)細(xì)胞的分泌

輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞因子分泌在腫瘤微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞，如癌相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）中也發(fā)生改變。CAFs 能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活、生長、侵襲和轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)細(xì)胞外基質(zhì)的剛性，促進(jìn)血管生成并誘導(dǎo)炎癥[11]。5 Gy γ 射線單次劑量照射小鼠3T3 成纖維細(xì)胞后，環(huán)氧化酶2 的表達(dá)水平升高，與之共培養(yǎng)的人乳腺癌MDAMB-231 細(xì)胞的侵襲能力增強(qiáng)，環(huán)氧化酶2 可通過刺激MMP2 的表達(dá)誘導(dǎo)前列腺素E2 的分泌，后者參與腫瘤細(xì)胞的侵襲過程[6]。Ohuchida 等[12]的研究結(jié)果表明，5 Gy 或10 Gy γ 射線單次劑量照射基質(zhì)胰腺成纖維細(xì)胞可促使肝細(xì)胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）受體c-Met 的磷酸化以及絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）的活性上調(diào)，從而增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞的侵襲性。Rüegg 等[13]的研究結(jié)果表明，基質(zhì)床經(jīng)3 Gy X 射線單次劑量照射后，口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞通過調(diào)節(jié)富含半胱氨酸蛋白61 而增強(qiáng)其侵襲性和轉(zhuǎn)移性。Teng 等[14]發(fā)現(xiàn)，CAFs 通過分泌基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1（stromal cell-derived factor-1，SDF-1）促進(jìn)體內(nèi)外子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的增殖、遷移和轉(zhuǎn)移。

成纖維細(xì)胞經(jīng)體外照射后，通過分泌堿性成纖維細(xì)胞生長因子和c-Met/HGF 系統(tǒng)活化的可溶性因子促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的侵襲[4]。事實(shí)上，照射后成纖維細(xì)胞也可以通過衰老或旁觀者效應(yīng)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲性生長。研究結(jié)果表明，衰老是各種壓力導(dǎo)致細(xì)胞改變其行為的結(jié)果，人乳腺成纖維細(xì)胞長時(shí)間暴露于低劑量電離輻射后表現(xiàn)出過早衰老，共培養(yǎng)放射誘導(dǎo)的衰老成纖維細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，早衰細(xì)胞不但促進(jìn)了乳腺癌細(xì)胞的生長和侵襲，而且還降低了它們的放射敏感性[15]。照射后基質(zhì)細(xì)胞分泌的TGF-β 已被證明可促進(jìn)體外鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞的遷移和侵襲，并增加原位乳腺腫瘤中循環(huán)腫瘤細(xì)胞的數(shù)量，增強(qiáng)肺轉(zhuǎn)移[3]。

其他基質(zhì)細(xì)胞，如內(nèi)皮細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等也與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)。高劑量的電離輻射誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，然而，低劑量的電離輻射可通過激活A(yù)kt 信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞存活，支持毛細(xì)血管形成，從而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[13]。據(jù)報(bào)道，5 Gy X 射線單次劑量照射增強(qiáng)了人乳腺癌MDA-MB-231 細(xì)胞和鼠乳腺癌4T1 細(xì)胞的跨內(nèi)皮遷移[1]。另有研究結(jié)果表明，骨髓脂肪細(xì)胞在骨轉(zhuǎn)移中起主導(dǎo)作用，其可直接為腫瘤細(xì)胞提供能量，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖并增強(qiáng)放療抗性[16]。

1.3 免疫細(xì)胞的分泌

輻射也被證明會(huì)影響免疫細(xì)胞的募集及其行為。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞和髓源抑制細(xì)胞（myeloidderived suppressor cells，MDSCs）可迅速滲入受照部位并促進(jìn)細(xì)胞因子和生長因子的分泌，從而直接或間接地促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。MDSCs 是骨髓衍生的異源細(xì)胞群，能夠極大地抑制免疫應(yīng)答。9 Gy γ射線單次劑量照射小鼠乳腺癌細(xì)胞和肺癌細(xì)胞引起SDF-1 與趨化因子受體CXCR4 相互作用，通過募集MDSCs增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲能力[3]。MDSCs在腫瘤微環(huán)境中的作用是雙重的：一方面，MDSCs可直接參與轉(zhuǎn)移前細(xì)胞的形成，通過浸潤原發(fā)腫瘤促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，并通過分泌TGF-β、MMP9、VEGF、血管生成肽Bv8 和堿性成纖維細(xì)胞生長因子等細(xì)胞因子促進(jìn)血管生成；另一方面，MDSCs還可以抑制免疫功能，加速腫瘤進(jìn)展。腫瘤微環(huán)境中的趨化因子和相關(guān)細(xì)胞因子在MDSCs 遷移到腫瘤部位發(fā)揮免疫抑制功能的過程中起關(guān)鍵作用。15 Gy γ 射線單次劑量照射小鼠全胸部后，CD11b+/CD11c+骨髓單核細(xì)胞向轉(zhuǎn)移部位募集，增強(qiáng)了靜脈內(nèi)注射的腫瘤細(xì)胞的定植和轉(zhuǎn)移性生長[1]。

總體而言，放療增加了腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞因子和可溶性因子的分泌，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲，對體內(nèi)腫瘤的控制產(chǎn)生負(fù)面影響。

2 缺氧

由于腫瘤細(xì)胞的增殖率遠(yuǎn)高于正常細(xì)胞，因此腫瘤細(xì)胞的代謝異常迅速，腫瘤血管生成相對不足，最終導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境內(nèi)的低氧水平。缺氧已被證明支持腫瘤的惡性表型，包括腫瘤的不受控生長、增強(qiáng)的轉(zhuǎn)移傾向、血管新生以及對放療和化療的抗性[3]。輻射誘導(dǎo)的缺氧會(huì)引起缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）活性增強(qiáng)，HIF-1介導(dǎo)對缺氧的適應(yīng)性反應(yīng)，并激活參與血管生成、細(xì)胞遷移和侵襲的蛋白質(zhì)的編碼基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，敲降HIF-1 降低了預(yù)照射床上腫瘤的整體轉(zhuǎn)移能力[3]。Gu 等[17]發(fā)現(xiàn)，輻射可以通過HIF-1 依賴性方式誘導(dǎo)人甲狀腺癌FTC133 細(xì)胞遷移，2 Gy X 射線單次劑量照射可促進(jìn)人非小細(xì)胞肺癌H1299 細(xì)胞、A549 細(xì)胞和人大細(xì)胞肺癌H460 細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲，輻射可誘導(dǎo)H1299 細(xì)胞中HIF-1α 和CXCR4 的表達(dá)，SDF-1α/CXCR4 通過激活PI3K/pAKT 和MAPK/pERK1/2通路，調(diào)節(jié)MMPs 表達(dá)，增強(qiáng)H1299 細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力。輻射損傷內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致缺氧，進(jìn)一步增強(qiáng)HIF-1 信號(hào)傳導(dǎo)，HIF-1 通過上調(diào)VEGF 和CXCL12 的表達(dá)水平誘導(dǎo)血管生成，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移。Kuonen 等[18]報(bào)道，低劑量電離輻射通過激活一氧化氮途徑刺激體內(nèi)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和血管生成，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。對體外內(nèi)皮細(xì)胞的研究結(jié)果表明，低劑量（<5 Gy）輻射通過增加基質(zhì)細(xì)胞中VEGF 的分泌來刺激血管生成[19]。腫瘤血管生成是癌癥晚期的標(biāo)志，能夠促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。Vilalta 等[3]認(rèn)為，輻射對腫瘤內(nèi)血管的影響可能會(huì)增加腫瘤細(xì)胞進(jìn)入循環(huán)的通量。此外，輻射對腫瘤進(jìn)展的阻滯可能為轉(zhuǎn)移的發(fā)生提供更多準(zhǔn)備時(shí)間從而促進(jìn)轉(zhuǎn)移。Purdy[20]的研究結(jié)果表明，低劑量電離輻射促進(jìn)白血病進(jìn)展和乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，可通過阻斷VEGF 受體2 來預(yù)防。原發(fā)腫瘤缺氧損害了轉(zhuǎn)移前生態(tài)位中自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性，導(dǎo)致更高的轉(zhuǎn)移負(fù)荷。另有研究結(jié)果顯示，輻射增強(qiáng)人黑色素瘤異種移植物的轉(zhuǎn)移性傳播是由缺氧誘導(dǎo)的尿激酶型纖溶酶原激活因子受體活性上調(diào)所介導(dǎo)的[21]。

低劑量電離輻射可能通過激活促存活信號(hào)蛋白破壞細(xì)胞生存和凋亡之間的平衡，從而支持血管生成，促進(jìn)轉(zhuǎn)移性擴(kuò)散。研究結(jié)果表明，放療后缺氧細(xì)胞數(shù)量增加，高缺氧分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)性腫瘤比低缺氧分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)性腫瘤更具轉(zhuǎn)移性[13]。

3 整合素表達(dá)水平升高

整合素是一類跨膜糖蛋白異二聚體家族，主要介導(dǎo)細(xì)胞之間以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的黏附。整合素與細(xì)胞外基質(zhì)之間的黏附能力同轉(zhuǎn)移潛能密切相關(guān)。整合素通過調(diào)節(jié)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性、MMPs的定位和活性以及細(xì)胞存活來促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[22]。Sundahl 等[1]的研究結(jié)果表明，輻射可誘導(dǎo)細(xì)胞的整合素表達(dá)水平升高，而整合素αvβ5的上調(diào)與神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的遷移具有相關(guān)性。Rajput 等[23]的研究結(jié)果表明，3 Gy γ 射線單次劑量照射人乳腺癌MDA-MB-231 細(xì)胞和MCF-7 細(xì)胞會(huì)引起整合素、MMP2 和MMP9 表達(dá)上調(diào)，E-鈣粘蛋白和細(xì)胞角蛋白表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而誘導(dǎo)EMT 發(fā)生，促進(jìn)腫瘤侵襲。

4 外泌體調(diào)節(jié)

外泌體主要來源于細(xì)胞內(nèi)溶酶體微粒內(nèi)陷形成的多囊泡體，經(jīng)多囊泡體外膜與細(xì)胞膜融合后釋放到胞外基質(zhì)中。外泌體在轉(zhuǎn)移微環(huán)境的形成和轉(zhuǎn)移的準(zhǔn)備過程中起重要作用。Mutschelknaus 等[24]的研究結(jié)果表明，6 Gy γ 射線單次劑量照射人頭頸部鱗狀細(xì)胞癌BHY 細(xì)胞后，腫瘤細(xì)胞衍生的外泌體賦予了腫瘤細(xì)胞遷移表型，其潛在機(jī)制可能是輻射調(diào)節(jié)的外泌體蛋白增強(qiáng)了AKT 信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。Arscott等[25]發(fā)現(xiàn)，4 Gy X 射線單次劑量照射人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤LN18 細(xì)胞、U251 細(xì)胞和U87MG 細(xì)胞后，分離出的外泌體能夠增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的遷移能力。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，放療后腫瘤微環(huán)境變化促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的潛在作用機(jī)制可能包括誘導(dǎo)細(xì)胞因子表達(dá)、缺氧、整合素表達(dá)水平升高和外泌體調(diào)節(jié)。放療是一把雙刃劍，在殺死部分腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，還可能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞和腫瘤微環(huán)境發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)。目前，臨床實(shí)踐中對腫瘤的治療主要是放化療聯(lián)用，但放療引起的腫瘤微環(huán)境變化及腫瘤轉(zhuǎn)移分子途徑的多樣性導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移的治療具有復(fù)雜性。一方面，放療后腫瘤微環(huán)境的變化與腫瘤轉(zhuǎn)移的分子途徑需要更為深入的研究；另一方面，開展抗腫瘤轉(zhuǎn)移的臨床研究，探索作用靶點(diǎn)及機(jī)制，采取相應(yīng)的對策，如放療與免疫療法、局部區(qū)域熱療或基因治療相結(jié)合，對降低放療誘導(dǎo)的腫瘤轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。

利益沖突 本研究由署名作者按以下貢獻(xiàn)聲明獨(dú)立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明 曹玉霖、殷媛負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的收集與整理、綜述的起草與修訂；李杰負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的收集與整理；周樂源負(fù)責(zé)命題的設(shè)計(jì)和綜述的審閱。