肿瘤微环境与癌细胞耐药

癌细胞逃避化疗的机制

麻省理工学院的生物学家《细胞》（Cell）杂志上发表文章，解析癌细胞逃避化疗的机制。研究人员在对小鼠淋巴瘤的研究中发现有少量的癌细胞能够通过躲藏在胸腺中逃避化疗。胸腺中大量的生长因子保护这些细胞逃逸了化疗药物的“追杀”。研究的负责人、麻省理工大学生物学教授MichaelHemann认为这些细胞有可能是导致肿瘤复发的根源。

研究人员计划很快在小鼠体内开展试验，检测抗关节炎药物对于其中一个保护因素的干扰效应。研究人员认为用抗关节炎药物联合传统的化疗将给予肿瘤双重打击，清除残存的肿瘤细胞，防止癌症复发。

“成功的癌症治疗必须在杀死肿瘤细胞的同时阻断促生存信号，”Hemann说：“当前的癌症治疗不能够靶向生存反应。”

在新研究中，研究人员用一种广谱抗肿瘤药物阿霉素治疗患淋巴瘤的小鼠。他们发现在治疗过程中，血管细胞释放出细胞因子（一类可影响免疫反应及细胞分化的小蛋白）。虽然对确切的机制不清楚，研究人员相信化疗诱导的DNA损伤激发血管细胞启动了应激反应，释放了促细胞生存的生长因子例如IL-6。

“在环境应激反应中机体总是优先保护那个区域的‘特权’细胞，例如干细胞，”Hemann说：“肿瘤细胞利用这些信号通路对我们使用的一线癌症治疗做出反应。”

这是科学家们第一次验证化疗可在肿瘤微环境中激发保护信号，从而保护癌细胞免于药物效应。“这些药物会促进生存反应，这让我们感到非常意外，”Hemann说：“当癌症患者被给予化疗时，通常不会去考虑局部生存因子的影响，更不会想到化疗药物还会诱导促生存信号。”

研究人员称新发现为他们提供了几个有潜力的药物靶点包括IL-6和Bcl2。此外，虽然目前还仅是在胸腺中观察到这一保护效应，但研究人员相信除了胸腺，人体应该还有其他的区域供肿瘤细胞躲藏，例如骨髓。

Hemann说：“这一发现有助于解释为什么扩散到身体其他部位的肿瘤更容易对化疗产生耐受：它们有可能形成了一种保护性的细胞因子系统帮助它们存活。”

Hemann希望在接下来的工作中与Koch研究所的MichaelYaffe博士合作进一步阐明相关的机制。他还计划在其他的癌症类型包括转移性癌症中开展研究以确定这些肿瘤中是否也有这种促生存信号存在。

癌症最可怕的特点之一就是在治疗后能够复发。对于许多类型的癌症，包括称之为黑色素瘤的皮肤癌，个体化药物能够在实验室中根除癌细胞，然而在患者体内却只生成局部的暂时的反应。长期以来癌症研究领域急待解析的一个问题就是：癌症是如何逃避药物治疗的？

来自博德研究所、达纳法伯癌症研究所和麻省总医院的研究人员组成的一个研究小组在新研究中提供了关于这一问题的一些答案：其不在于癌细胞自身。为了寻找答案，科学家们对肿瘤细胞之外的细胞进行了观察，研究了癌细胞与健康细胞之间的相互作用。研究小组发现存在于肿瘤内的正常细胞，作为肿瘤微环境的一部分，有可能提供了因子帮助癌细胞即便在抗癌药物治疗时也能生长和存活。这些研究发现在线发布在《自然》(Nature)杂志上。[Nature(2012)doi:10.1038/nature11183]

“从历史上看，研究人员总是竭尽全力从样本中摘取肿瘤细胞，而丢弃其余的组织。然而我们发现这些构成微环境的非肿瘤细胞有可能是耐药性的重要根源，”文章的资深作者、博德癌症计划主任和达纳法伯癌症研究所人类癌症遗传学研究员ToddGolub说。Golub也是哈佛医学院的教授和霍华德休斯医学研究所的研究员。

为了探讨肿瘤微环境可能促使抗药性的机制，研究人员设计实验使癌细胞与正常细胞一起在同一个培养孔中生长。随后用抗癌药物处理这些共同培养的细胞。当单独培养时，癌细胞会在存在多种靶向性药物情况下死亡，而与正常细胞一起培养的癌细胞对测试的23种药物一半以上产生了抗药性。

这些观察结果反映了临床医生常常在黑色素瘤等癌症患者中看到的。就黑色素瘤而言，靶向治疗一直被开发针对一个特异的常见的BRAF基因突变。尽管一些患者的肿瘤对BRAF抑制剂表现出极大的反应似乎消失了，而另一些患者的肿瘤反应仅是大小略有缩小。不能在最初始缩小肿瘤表明这些肿瘤具有某种程度的天生耐受，能够从治疗伊始就逃避药物。

博德研究所资深准成员、达纳法伯癌症研究所和哈佛医学院副教授LeviA.Garraway说：“即便近期靶向治疗取得了一些进展，引起了黑色素瘤领域极大的兴奋，事实仍然是几乎所有的BAF抑制剂治疗的转移性黑色素瘤最终均形成了耐药。某些情况下出现在治疗开始时。肿瘤有可能借助了许多不同类型的机制来设法逃避治疗效应……没有任何单一的实验性方法可以捕获所有这些潜在的机制。因此，就发现的全部临床相关耐药机制而言采用互补方法能够提供相当的协同作用。

科学家们发现随着时间推移癌细胞形成的耐药机制——特异基因的遗传改变赋予了癌症随时间战胜药物效应的能力，但是这些获得性的抗性机制并不能解释许多肿瘤中看到的先天耐受。

“我们可以黑色素瘤患者处取出癌细胞，将它们放在一个盘子上。大多数时候它们会对靶向性药物极度敏感，但是我们在癌症患者体内看到的情况却并非如此。为什么我们只能在大多数患者中得到局部的反应？我们开始着手解析这一问题，接下来合理的步骤就是超越癌细胞思考。”

在对超过40种癌细胞系进行完成系统性、高通量筛查后，研究人员选择了将焦点放在黑色素瘤上，看看是否正常细胞分泌的因子帮助癌细胞耐受了治疗。他们检测了超过500种分泌因子，发现与BRAF抑制剂耐药性最为相关的因子是肝细胞生长因子（HGF）。HGF可与MET受体发生互作，过去的研究表明HGF异常激活与肿瘤生长相关，但从未证实过与黑色素瘤的耐药性相关。

除了在实验室中研究细胞，研究小组还试图在来自癌症患者的样品中重复他们的研究结果。麻省总医院发育治疗学主任级哈佛医学院副教授KeithFlaherty与他的实验室为本研究提供了34名患者的样本。研究小组测量了这些样本中HGF的水平，看到了HGF水平与患者肿瘤缩小量之间的联系。例如，相比低水平HGF的患者，高水平HGF的患者肿瘤缩小较少。

Flaherty说：“试图在患者样本中探究微环境中的哪些因子不仅存在还在耐药性中发挥了重要的功能，很大程度上这是不可能的。在实验室中剔除候选因子，然后在人类中以一种靶向方式探究关联性是唯一易处理的方法。通过采用这种高通量筛选，假设生成性（hypothesis-generating）方法，我们随后通过观察患者样本进行了追踪。在像黑色素瘤这样的情况下，你已经拥有靶向性的治疗，它给予了你良好的基础缩小到有可能在耐药性中发挥作用的特异因子上。”

目前，有几种HGF/MET抑制剂正处于临床开发或获得FDA批准用于治疗其他适应证，使得在未来的临床试验中将这些抑制剂与BRAF抑制剂组合变得可行。此外，研究人员能够按照同样的方法来筛查当前开发中的其他药物，发现甚至在治疗开始前的的耐受机制和应对途径。

Golub说：“抗药性不再让我们感到惊讶。我们正在在药物开发过程更早期思考如何应对，如何系统地剖析抗性，以致新药进入临床时，我们很好地了解了将可能存在的耐药机制，并获得策略对抗它们。”

癌细胞如何逃避一种靶向治疗？

研究人员一直想开发一种药物，来抑制一个能帮助癌细胞增殖和存活的蛋白质，结果却发现，该药物在临床上的表现并不好。这是研究信号传感器抑制剂与转录激活因子STAT3（在许多癌症中扮演重要角色的一个蛋白）的科学家们所面临的困境。当在一个小鼠模型中敲除STAT3之后，研究人员观察到，T细胞的免疫反应增加，从而指出了一个有价值的治疗靶标。然而，靶定肿瘤中的STAT3，目前只得到了有限的成功。

去年9月份，美国莱斯大学的研究人员，与贝勒医学院、德克萨斯大学MD安德森癌症中心的研究人员合作，研制出一种小分子，能够给STAT3这个蛋白质带来双重打击，相关结果发表在国际化学权威期刊《德国应用化学》（AngewandteChemie）。随后在11月份，由洛克菲勒大学分子细胞生物学实验室主任JamesE.Darnell带领的研究小组，发现了靶定STAT3的一种新方法，相关研究发表在《PNAS》杂志。

现在，美国Wistar研究所的研究人员发现了STAT3在未成熟髓系细胞（称为髓源性抑制细胞，MDSC）中是如何表现的，他们认为，这为一种更有效的方法——利用STAT3抑制剂来阻止癌症发展，打好了基础。相关研究结果发表在2月16日的《Immunity》杂志上。

在健康个体中，MDSCs可调节免疫反应和组织修复，这些细胞群在炎症、感染和癌症中迅速扩张。然而，当这些细胞迁移到肿瘤部位之后，它们可以分化为肿瘤相关的巨噬细胞（TAMs），这反过来又可以促进肿瘤中血管的形成，并促使肿瘤细胞的侵袭性和活动性增强。以往的研究表明，STAT3在MDSCs扩张中发挥重要的作用，因此研究人员研究决定探究，STAT3和MDSC分化之间是否存在一种关联。

本文通讯作者、Wistar研究所转化肿瘤免疫学项目负责人DmitryI.Gabrilovich教授指出：“研究指出，STAT3是肿瘤发生发展中的一个重要靶标。从临床上说，我们没有观察到所期望的强大结果。这项研究的目的在于，发现为什么会发生这种情况，并找出一种方法，使这些治疗方法如我们期待的那样有效。”

Gabrilovich及其同事分析了癌症患者的血液样本，来确定活动的水平。尽管STAT3活动驱动着MDSCs的扩张，并参与由细胞介导的免疫反应，但他们发现，高水平的STAT3活动实际上可防止MDSCs分化为巨噬细胞。肿瘤内低水平的STAT3引起了这种活性，但水平足够低，因此，STAT3抑制剂不能有效地靶定STAT3。

是什么原因导致肿瘤MDSC中低水平的STAT3活性，从而有助于驱动它们分化为TAMs？答案在于肿瘤微环境。缺氧或氧气不足，是一种现象，在肿瘤发生时，他们在他们的血液供应。缺氧是肿瘤内的一个现象，当肿瘤过大而不适于它们的血液供给时，会发生缺氧。当发生缺氧时，CD45（存在于髓系和淋巴细胞中的一个蛋白质）的活性增加。正是CD45活性的这种增加，降低了STAT3的水平，从而使MDSCs分化为TAMs。

最后，研究人员想知道，靶定CD45是否将有助于STAT3抑制剂变得更为有效。在一个被证明为抗STAT3抑制剂的肉瘤中，该研究团队将一种实验性的STAT3抑制剂——称为JSI-124（葫芦素I），和唾液酸酶——一种可破坏CD45酶活性的细胞，结合起来使用。当JSI-124或唾液酸酶单独使用时，它们要么对肿瘤生长没有任何的影响，要么会促进肿瘤的进展。当这两者联合使用时，结果是显著的抗肿瘤活性。

本文第一作者、Wistar研究所Gabrilovich实验室的VinitKumar博士指出：“我们的研究结果表明，唾液酸酶能使肿瘤中的骨髓细胞，对之前无效的STAT3抑制剂变得敏感。我们证实，只要我们考虑到影响肿瘤微环境的其他因素，STAT3的确是癌症免疫疗法一个很大的潜在靶点。”