癌細胞逃避化療的機制

麻省理工學(xué)院的生物學(xué)家《細胞》（Cell）雜志上發(fā)表文章，解析癌細胞逃避化療的機制。研究人員在對小鼠淋巴瘤的研究中發(fā)現有少量的癌細胞能夠通過(guò)躲藏在胸腺中逃避化療。胸腺中大量的生長(cháng)因子保護這些細胞逃逸了化療藥物的“追殺”。研究的負責人、麻省理工大學(xué)生物學(xué)教授MichaelHemann認為這些細胞有可能是導致腫瘤復發(fā)的根源。

研究人員計劃很快在小鼠體內開(kāi)展試驗，檢測抗關(guān)節炎藥物對于其中一個(gè)保護因素的干擾效應。研究人員認為用抗關(guān)節炎藥物聯(lián)合傳統的化療將給予腫瘤雙重打擊，清除殘存的腫瘤細胞，防止癌癥復發(fā)。

“成功的癌癥治療必須在殺死腫瘤細胞的同時(shí)阻斷促生存信號，”Hemann說(shuō)：“當前的癌癥治療不能夠靶向生存反應。”

在新研究中，研究人員用一種廣譜抗腫瘤藥物阿霉素治療患淋巴瘤的小鼠。他們發(fā)現在治療過(guò)程中，血管細胞釋放出細胞因子（一類(lèi)可影響免疫反應及細胞分化的小蛋白）。雖然對確切的機制不清楚，研究人員相信化療誘導的DNA損傷激發(fā)血管細胞啟動(dòng)了應激反應，釋放了促細胞生存的生長(cháng)因子例如IL-6。

“在環(huán)境應激反應中機體總是優(yōu)先保護那個(gè)區域的‘特權’細胞，例如干細胞，”Hemann說(shuō)：“腫瘤細胞利用這些信號通路對我們使用的一線(xiàn)癌癥治療做出反應。”

這是科學(xué)家們第一次驗證化療可在腫瘤微環(huán)境中激發(fā)保護信號，從而保護癌細胞免于藥物效應。“這些藥物會(huì )促進(jìn)生存反應，這讓我們感到非常意外，”Hemann說(shuō)：“當癌癥患者被給予化療時(shí)，通常不會(huì )去考慮局部生存因子的影響，更不會(huì )想到化療藥物還會(huì )誘導促生存信號。”

研究人員稱(chēng)新發(fā)現為他們提供了幾個(gè)有潛力的藥物靶點(diǎn)包括IL-6和Bcl2。此外，雖然目前還僅是在胸腺中觀(guān)察到這一保護效應，但研究人員相信除了胸腺，人體應該還有其他的區域供腫瘤細胞躲藏，例如骨髓。

Hemann說(shuō)：“這一發(fā)現有助于解釋為什么擴散到身體其他部位的腫瘤更容易對化療產(chǎn)生耐受：它們有可能形成了一種保護性的細胞因子系統幫助它們存活。”

Hemann希望在接下來(lái)的工作中與Koch研究所的MichaelYaffe博士合作進(jìn)一步闡明相關(guān)的機制。他還計劃在其他的癌癥類(lèi)型包括轉移性癌癥中開(kāi)展研究以確定這些腫瘤中是否也有這種促生存信號存在。

癌癥最可怕的特點(diǎn)之一就是在治療后能夠復發(fā)。對于許多類(lèi)型的癌癥，包括稱(chēng)之為黑色素瘤的皮膚癌，個(gè)體化藥物能夠在實(shí)驗室中根除癌細胞，然而在患者體內卻只生成局部的暫時(shí)的反應。長(cháng)期以來(lái)癌癥研究領(lǐng)域急待解析的一個(gè)問(wèn)題就是：癌癥是如何逃避藥物治療的？

來(lái)自博德研究所、達納法伯癌癥研究所和麻省總醫院的研究人員組成的一個(gè)研究小組在新研究中提供了關(guān)于這一問(wèn)題的一些答案：其不在于癌細胞自身。為了尋找答案，科學(xué)家們對腫瘤細胞之外的細胞進(jìn)行了觀(guān)察，研究了癌細胞與健康細胞之間的相互作用。研究小組發(fā)現存在于腫瘤內的正常細胞，作為腫瘤微環(huán)境的一部分，有可能提供了因子幫助癌細胞即便在抗癌藥物治療時(shí)也能生長(cháng)和存活。這些研究發(fā)現在線(xiàn)發(fā)布在《自然》(Nature)雜志上。[Nature(2012)doi:10.1038/nature11183]

“從歷史上看，研究人員總是竭盡全力從樣本中摘取腫瘤細胞，而丟棄其余的組織。然而我們發(fā)現這些構成微環(huán)境的非腫瘤細胞有可能是耐藥性的重要根源，”文章的資深作者、博德癌癥計劃主任和達納法伯癌癥研究所人類(lèi)癌癥遺傳學(xué)研究員ToddGolub說(shuō)。Golub也是哈佛醫學(xué)院的教授和霍華德休斯醫學(xué)研究所的研究員。

為了探討腫瘤微環(huán)境可能促使抗藥性的機制，研究人員設計實(shí)驗使癌細胞與正常細胞一起在同一個(gè)培養孔中生長(cháng)。隨后用抗癌藥物處理這些共同培養的細胞。當單獨培養時(shí)，癌細胞會(huì )在存在多種靶向性藥物情況下死亡，而與正常細胞一起培養的癌細胞對測試的23種藥物一半以上產(chǎn)生了抗藥性。

這些觀(guān)察結果反映了臨床醫生常常在黑色素瘤等癌癥患者中看到的。就黑色素瘤而言，靶向治療一直被開(kāi)發(fā)針對一個(gè)特異的常見(jiàn)的BRAF基因突變。盡管一些患者的腫瘤對BRAF抑制劑表現出極大的反應似乎消失了，而另一些患者的腫瘤反應僅是大小略有縮小。不能在最初始縮小腫瘤表明這些腫瘤具有某種程度的天生耐受，能夠從治療伊始就逃避藥物。

博德研究所資深準成員、達納法伯癌癥研究所和哈佛醫學(xué)院副教授LeviA.Garraway說(shuō)：“即便近期靶向治療取得了一些進(jìn)展，引起了黑色素瘤領(lǐng)域極大的興奮，事實(shí)仍然是幾乎所有的BAF抑制劑治療的轉移性黑色素瘤最終均形成了耐藥。某些情況下出現在治療開(kāi)始時(shí)。腫瘤有可能借助了許多不同類(lèi)型的機制來(lái)設法逃避治療效應……沒(méi)有任何單一的實(shí)驗性方法可以捕獲所有這些潛在的機制。因此，就發(fā)現的全部臨床相關(guān)耐藥機制而言采用互補方法能夠提供相當的協(xié)同作用。

科學(xué)家們發(fā)現隨著(zhù)時(shí)間推移癌細胞形成的耐藥機制——特異基因的遺傳改變賦予了癌癥隨時(shí)間戰勝藥物效應的能力，但是這些獲得性的抗性機制并不能解釋許多腫瘤中看到的先天耐受。

“我們可以黑色素瘤患者處取出癌細胞，將它們放在一個(gè)盤(pán)子上。大多數時(shí)候它們會(huì )對靶向性藥物極度敏感，但是我們在癌癥患者體內看到的情況卻并非如此。為什么我們只能在大多數患者中得到局部的反應？我們開(kāi)始著(zhù)手解析這一問(wèn)題，接下來(lái)合理的步驟就是超越癌細胞思考。”

在對超過(guò)40種癌細胞系進(jìn)行完成系統性、高通量篩查后，研究人員選擇了將焦點(diǎn)放在黑色素瘤上，看看是否正常細胞分泌的因子幫助癌細胞耐受了治療。他們檢測了超過(guò)500種分泌因子，發(fā)現與BRAF抑制劑耐藥性最為相關(guān)的因子是肝細胞生長(cháng)因子（HGF）。HGF可與MET受體發(fā)生互作，過(guò)去的研究表明HGF異常激活與腫瘤生長(cháng)相關(guān)，但從未證實(shí)過(guò)與黑色素瘤的耐藥性相關(guān)。

除了在實(shí)驗室中研究細胞，研究小組還試圖在來(lái)自癌癥患者的樣品中重復他們的研究結果。麻省總醫院發(fā)育治療學(xué)主任級哈佛醫學(xué)院副教授KeithFlaherty與他的實(shí)驗室為本研究提供了34名患者的樣本。研究小組測量了這些樣本中HGF的水平，看到了HGF水平與患者腫瘤縮小量之間的聯(lián)系。例如，相比低水平HGF的患者，高水平HGF的患者腫瘤縮小較少。

Flaherty說(shuō)：“試圖在患者樣本中探究微環(huán)境中的哪些因子不僅存在還在耐藥性中發(fā)揮了重要的功能，很大程度上這是不可能的。在實(shí)驗室中剔除候選因子，然后在人類(lèi)中以一種靶向方式探究關(guān)聯(lián)性是唯一易處理的方法。通過(guò)采用這種高通量篩選，假設生成性（hypothesis-generating）方法，我們隨后通過(guò)觀(guān)察患者樣本進(jìn)行了追蹤。在像黑色素瘤這樣的情況下，你已經(jīng)擁有靶向性的治療，它給予了你良好的基礎縮小到有可能在耐藥性中發(fā)揮作用的特異因子上。”

目前，有幾種HGF/MET抑制劑正處于臨床開(kāi)發(fā)或獲得FDA批準用于治療其他適應證，使得在未來(lái)的臨床試驗中將這些抑制劑與BRAF抑制劑組合變得可行。此外，研究人員能夠按照同樣的方法來(lái)篩查當前開(kāi)發(fā)中的其他藥物，發(fā)現甚至在治療開(kāi)始前的的耐受機制和應對途徑。

Golub說(shuō)：“抗藥性不再讓我們感到驚訝。我們正在在藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程更早期思考如何應對，如何系統地剖析抗性，以致新藥進(jìn)入臨床時(shí)，我們很好地了解了將可能存在的耐藥機制，并獲得策略對抗它們。”

癌細胞如何逃避一種靶向治療？

研究人員一直想開(kāi)發(fā)一種藥物，來(lái)抑制一個(gè)能幫助癌細胞增殖和存活的蛋白質(zhì)，結果卻發(fā)現，該藥物在臨床上的表現并不好。這是研究信號傳感器抑制劑與轉錄激活因子STAT3（在許多癌癥中扮演重要角色的一個(gè)蛋白）的科學(xué)家們所面臨的困境。當在一個(gè)小鼠模型中敲除STAT3之后，研究人員觀(guān)察到，T細胞的免疫反應增加，從而指出了一個(gè)有價(jià)值的治療靶標。然而，靶定腫瘤中的STAT3，目前只得到了有限的成功。

去年9月份，美國萊斯大學(xué)的研究人員，與貝勒醫學(xué)院、德克薩斯大學(xué)MD安德森癌癥中心的研究人員合作，研制出一種小分子，能夠給STAT3這個(gè)蛋白質(zhì)帶來(lái)雙重打擊，相關(guān)結果發(fā)表在國際化學(xué)權威期刊《德國應用化學(xué)》（AngewandteChemie）。隨后在11月份，由洛克菲勒大學(xué)分子細胞生物學(xué)實(shí)驗室主任JamesE.Darnell帶領(lǐng)的研究小組，發(fā)現了靶定STAT3的一種新方法，相關(guān)研究發(fā)表在《PNAS》雜志。

現在，美國Wistar研究所的研究人員發(fā)現了STAT3在未成熟髓系細胞（稱(chēng)為髓源性抑制細胞，MDSC）中是如何表現的，他們認為，這為一種更有效的方法——利用STAT3抑制劑來(lái)阻止癌癥發(fā)展，打好了基礎。相關(guān)研究結果發(fā)表在2月16日的《Immunity》雜志上。

在健康個(gè)體中，MDSCs可調節免疫反應和組織修復，這些細胞群在炎癥、感染和癌癥中迅速擴張。然而，當這些細胞遷移到腫瘤部位之后，它們可以分化為腫瘤相關(guān)的巨噬細胞（TAMs），這反過(guò)來(lái)又可以促進(jìn)腫瘤中血管的形成，并促使腫瘤細胞的侵襲性和活動(dòng)性增強。以往的研究表明，STAT3在MDSCs擴張中發(fā)揮重要的作用，因此研究人員研究決定探究，STAT3和MDSC分化之間是否存在一種關(guān)聯(lián)。

本文通訊作者、Wistar研究所轉化腫瘤免疫學(xué)項目負責人DmitryI.Gabrilovich教授指出：“研究指出，STAT3是腫瘤發(fā)生發(fā)展中的一個(gè)重要靶標。從臨床上說(shuō)，我們沒(méi)有觀(guān)察到所期望的強大結果。這項研究的目的在于，發(fā)現為什么會(huì )發(fā)生這種情況，并找出一種方法，使這些治療方法如我們期待的那樣有效。”

Gabrilovich及其同事分析了癌癥患者的血液樣本，來(lái)確定活動(dòng)的水平。盡管STAT3活動(dòng)驅動(dòng)著(zhù)MDSCs的擴張，并參與由細胞介導的免疫反應，但他們發(fā)現，高水平的STAT3活動(dòng)實(shí)際上可防止MDSCs分化為巨噬細胞。腫瘤內低水平的STAT3引起了這種活性，但水平足夠低，因此，STAT3抑制劑不能有效地靶定STAT3。

是什么原因導致腫瘤MDSC中低水平的STAT3活性，從而有助于驅動(dòng)它們分化為T(mén)AMs？答案在于腫瘤微環(huán)境。缺氧或氧氣不足，是一種現象，在腫瘤發(fā)生時(shí)，他們在他們的血液供應。缺氧是腫瘤內的一個(gè)現象，當腫瘤過(guò)大而不適于它們的血液供給時(shí)，會(huì )發(fā)生缺氧。當發(fā)生缺氧時(shí)，CD45（存在于髓系和淋巴細胞中的一個(gè)蛋白質(zhì)）的活性增加。正是CD45活性的這種增加，降低了STAT3的水平，從而使MDSCs分化為T(mén)AMs。

最后，研究人員想知道，靶定CD45是否將有助于STAT3抑制劑變得更為有效。在一個(gè)被證明為抗STAT3抑制劑的肉瘤中，該研究團隊將一種實(shí)驗性的STAT3抑制劑——稱(chēng)為JSI-124（葫蘆素I），和唾液酸酶——一種可破壞CD45酶活性的細胞，結合起來(lái)使用。當JSI-124或唾液酸酶單獨使用時(shí)，它們要么對腫瘤生長(cháng)沒(méi)有任何的影響，要么會(huì )促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。當這兩者聯(lián)合使用時(shí)，結果是顯著(zhù)的抗腫瘤活性。

本文第一作者、Wistar研究所Gabrilovich實(shí)驗室的VinitKumar博士指出：“我們的研究結果表明，唾液酸酶能使腫瘤中的骨髓細胞，對之前無(wú)效的STAT3抑制劑變得敏感。我們證實(shí)，只要我們考慮到影響腫瘤微環(huán)境的其他因素，STAT3的確是癌癥免疫療法一個(gè)很大的潛在靶點(diǎn)。”