癌細(xì)胞逃避化療的機(jī)制

麻省理工學(xué)院的生物學(xué)家《細(xì)胞》（Cell）雜志上發(fā)表文章，解析癌細(xì)胞逃避化療的機(jī)制。研究人員在對(duì)小鼠淋巴瘤的研究中發(fā)現(xiàn)有少量的癌細(xì)胞能夠通過(guò)躲藏在胸腺中逃避化療。胸腺中大量的生長(zhǎng)因子保護(hù)這些細(xì)胞逃逸了化療藥物的“追殺”。研究的負(fù)責(zé)人、麻省理工大學(xué)生物學(xué)教授MichaelHemann認(rèn)為這些細(xì)胞有可能是導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)的根源。

研究人員計(jì)劃很快在小鼠體內(nèi)開(kāi)展試驗(yàn)，檢測(cè)抗關(guān)節(jié)炎藥物對(duì)于其中一個(gè)保護(hù)因素的干擾效應(yīng)。研究人員認(rèn)為用抗關(guān)節(jié)炎藥物聯(lián)合傳統(tǒng)的化療將給予腫瘤雙重打擊，清除殘存的腫瘤細(xì)胞，防止癌癥復(fù)發(fā)。

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

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(xiàn)在治療過(guò)程中，血管細(xì)胞釋放出細(xì)胞因子（一類可影響免疫反應(yīng)及細(xì)胞分化的小蛋白）。雖然對(duì)確切的機(jī)制不清楚，研究人員相信化療誘導(dǎo)的DNA損傷激發(fā)血管細(xì)胞啟動(dòng)了應(yīng)激反應(yīng)，釋放了促細(xì)胞生存的生長(zhǎng)因子例如IL-6。

“在環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)中機(jī)體總是優(yōu)先保護(hù)那個(gè)區(qū)域的‘特權(quán)’細(xì)胞，例如干細(xì)胞，”Hemann說(shuō)：“腫瘤細(xì)胞利用這些信號(hào)通路對(duì)我們使用的一線癌癥治療做出反應(yīng)。”

這是科學(xué)家們第一次驗(yàn)證化療可在腫瘤微環(huán)境中激發(fā)保護(hù)信號(hào)，從而保護(hù)癌細(xì)胞免于藥物效應(yīng)。“這些藥物會(huì)促進(jìn)生存反應(yīng)，這讓我們感到非常意外，”Hemann說(shuō)：“當(dāng)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(dǎo)促生存信號(hào)。”

研究人員稱新發(fā)現(xiàn)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察到這一保護(hù)效應(yīng)，但研究人員相信除了胸腺，人體應(yīng)該還有其他的區(qū)域供腫瘤細(xì)胞躲藏，例如骨髓。

Hemann說(shuō)：“這一發(fā)現(xiàn)有助于解釋為什么擴(kuò)散到身體其他部位的腫瘤更容易對(duì)化療產(chǎn)生耐受：它們有可能形成了一種保護(hù)性的細(xì)胞因子系統(tǒng)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(jī)制。他還計(jì)劃在其他的癌癥類型包括轉(zhuǎn)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(hào)存在。

癌癥最可怕的特點(diǎn)之一就是在治療后能夠復(fù)發(fā)。對(duì)于許多類型的癌癥，包括稱之為黑色素瘤的皮膚癌，個(gè)體化藥物能夠在實(shí)驗(yàn)室中根除癌細(xì)胞，然而在患者體內(nèi)卻只生成局部的暫時(shí)的反應(yīng)。長(zhǎng)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(dá)納法伯癌癥研究所和麻省總醫(yī)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(xì)胞自身。為了尋找答案，科學(xué)家們對(duì)腫瘤細(xì)胞之外的細(xì)胞進(jìn)行了觀察，研究了癌細(xì)胞與健康細(xì)胞之間的相互作用。研究小組發(fā)現(xiàn)存在于腫瘤內(nèi)的正常細(xì)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(xì)胞即便在抗癌藥物治療時(shí)也能生長(zhǎng)和存活。這些研究發(fā)現(xiàn)在線發(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(xì)胞，而丟棄其余的組織。然而我們發(fā)現(xiàn)這些構(gòu)成微環(huán)境的非腫瘤細(xì)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(jì)劃主任和達(dá)納法伯癌癥研究所人類癌癥遺傳學(xué)研究員ToddGolub說(shuō)。Golub也是哈佛醫(yī)學(xué)院的教授和霍華德休斯醫(yī)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(jī)制，研究人員設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)使癌細(xì)胞與正常細(xì)胞一起在同一個(gè)培養(yǎng)孔中生長(zhǎng)。隨后用抗癌藥物處理這些共同培養(yǎng)的細(xì)胞。當(dāng)單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)，癌細(xì)胞會(huì)在存在多種靶向性藥物情況下死亡，而與正常細(xì)胞一起培養(yǎng)的癌細(xì)胞對(duì)測(cè)試的23種藥物一半以上產(chǎn)生了抗藥性。

這些觀察結(jié)果反映了臨床醫(yī)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(duì)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(duì)BRAF抑制劑表現(xiàn)出極大的反應(yīng)似乎消失了，而另一些患者的腫瘤反應(yīng)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(zhǔn)成員、達(dá)納法伯癌癥研究所和哈佛醫(yī)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(zhuǎn)移性黑色素瘤最終均形成了耐藥。某些情況下出現(xiàn)在治療開(kāi)始時(shí)。腫瘤有可能借助了許多不同類型的機(jī)制來(lái)設(shè)法逃避治療效應(yīng)……沒(méi)有任何單一的實(shí)驗(yàn)性方法可以捕獲所有這些潛在的機(jī)制。因此，就發(fā)現(xiàn)的全部臨床相關(guān)耐藥機(jī)制而言采用互補(bǔ)方法能夠提供相當(dāng)?shù)膮f(xié)同作用。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間推移癌細(xì)胞形成的耐藥機(jī)制——特異基因的遺傳改變賦予了癌癥隨時(shí)間戰(zhàn)勝藥物效應(yīng)的能力，但是這些獲得性的抗性機(jī)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(xì)胞，將它們放在一個(gè)盤(pán)子上。大多數(shù)時(shí)候它們會(huì)對(duì)靶向性藥物極度敏感，但是我們?cè)诎┌Y患者體內(nèi)看到的情況卻并非如此。為什么我們只能在大多數(shù)患者中得到局部的反應(yīng)？我們開(kāi)始著手解析這一問(wèn)題，接下來(lái)合理的步驟就是超越癌細(xì)胞思考。”

在對(duì)超過(guò)40種癌細(xì)胞系進(jìn)行完成系統(tǒng)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(xì)胞分泌的因子幫助癌細(xì)胞耐受了治療。他們檢測(cè)了超過(guò)500種分泌因子，發(fā)現(xiàn)與BRAF抑制劑耐藥性最為相關(guān)的因子是肝細(xì)胞生長(zhǎng)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(zhǎng)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(yàn)室中研究細(xì)胞，研究小組還試圖在來(lái)自癌癥患者的樣品中重復(fù)他們的研究結(jié)果。麻省總醫(yī)院發(fā)育治療學(xué)主任級(jí)哈佛醫(yī)學(xué)院副教授KeithFlaherty與他的實(shí)驗(yàn)室為本研究提供了34名患者的樣本。研究小組測(cè)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(yàn)室中剔除候選因子，然后在人類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(shè)生成性（hypothesis-generating）方法，我們隨后通過(guò)觀察患者樣本進(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(chǔ)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(zhǔn)用于治療其他適應(yīng)證，使得在未來(lái)的臨床試驗(yàn)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(dāng)前開(kāi)發(fā)中的其他藥物，發(fā)現(xiàn)甚至在治療開(kāi)始前的的耐受機(jī)制和應(yīng)對(duì)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(yīng)對(duì)，如何系統(tǒng)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(jī)制，并獲得策略對(duì)抗它們。”

癌細(xì)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(xì)胞增殖和存活的蛋白質(zhì)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，該藥物在臨床上的表現(xiàn)并不好。這是研究信號(hào)傳感器抑制劑與轉(zhuǎn)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(dāng)在一個(gè)小鼠模型中敲除STAT3之后，研究人員觀察到，T細(xì)胞的免疫反應(yīng)增加，從而指出了一個(gè)有價(jià)值的治療靶標(biāo)。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(guó)萊斯大學(xué)的研究人員，與貝勒醫(yī)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(jié)果發(fā)表在國(guó)際化學(xué)權(quán)威期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（AngewandteChemie）。隨后在11月份，由洛克菲勒大學(xué)分子細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任JamesE.Darnell帶領(lǐng)的研究小組，發(fā)現(xiàn)了靶定STAT3的一種新方法，相關(guān)研究發(fā)表在《PNAS》雜志。

現(xiàn)在，美國(guó)Wistar研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了STAT3在未成熟髓系細(xì)胞（稱為髓源性抑制細(xì)胞，MDSC）中是如何表現(xiàn)的，他們認(rèn)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(chǔ)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2月16日的《Immunity》雜志上。

在健康個(gè)體中，MDSCs可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和組織修復(fù)，這些細(xì)胞群在炎癥、感染和癌癥中迅速擴(kuò)張。然而，當(dāng)這些細(xì)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(xì)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(xì)胞的侵襲性和活動(dòng)性增強(qiáng)。以往的研究表明，STAT3在MDSCs擴(kuò)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(zhuǎn)化腫瘤免疫學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)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(biāo)。從臨床上說(shuō)，我們沒(méi)有觀察到所期望的強(qiáng)大結(jié)果。這項(xiàng)研究的目的在于，發(fā)現(xiàn)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(qū)動(dòng)著MDSCs的擴(kuò)張，并參與由細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，但他們發(fā)現(xiàn)，高水平的STAT3活動(dòng)實(shí)際上可防止MDSCs分化為巨噬細(xì)胞。腫瘤內(nèi)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?qū)е履[瘤MDSC中低水平的STAT3活性，從而有助于驅(qū)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(xiàn)象，在腫瘤發(fā)生時(shí)，他們?cè)谒麄兊难汗?yīng)。缺氧是腫瘤內(nèi)的一個(gè)現(xiàn)象，當(dāng)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(dāng)發(fā)生缺氧時(shí)，CD45（存在于髓系和淋巴細(xì)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(tuán)隊(duì)將一種實(shí)驗(yàn)性的STAT3抑制劑——稱為JSI-124（葫蘆素I），和唾液酸酶——一種可破壞CD45酶活性的細(xì)胞，結(jié)合起來(lái)使用。當(dāng)JSI-124或唾液酸酶單獨(dú)使用時(shí)，它們要么對(duì)腫瘤生長(zhǎng)沒(méi)有任何的影響，要么會(huì)促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。當(dāng)這兩者聯(lián)合使用時(shí)，結(jié)果是顯著的抗腫瘤活性。

本文第一作者、Wistar研究所Gabrilovich實(shí)驗(yàn)室的VinitKumar博士指出：“我們的研究結(jié)果表明，唾液酸酶能使腫瘤中的骨髓細(xì)胞，對(duì)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)。”