是什麼決定了結直腸癌的轉移能力？
編譯：月下荷花
來源：腫瘤資訊
同樣的結直腸癌、同樣的分期，卻是不同的命運，究竟是什麼影響了患者的不同結局呢？也許就是每個層面的每一跬步鑄就了最後的失之千里。
結直腸癌（CRC）是最常見的腫瘤，20%診斷時已為IV期，35–45%的II和III期疾病術後5年複發。腫瘤發生轉移需要癌細胞具有侵襲周圍組織的能力、循環中可生存、能在其它器官定植生長。研究表明在缺少與轉移相關突變時，CRC轉移能力主要源於癌細胞獲得幹細胞樣表型，這些幹細胞表型和行為多樣，與微環境的相互作用最終決定遷移、血液循環中生存並最終在新部位生長。西班牙的Tauriello教授在Mol Oncol雜誌上發文對CRC轉移能力的決定因素進行了詳細闡述。
結腸癌變機制
1.正常粘膜發展為結直腸癌
正常結腸上皮持續更新，陷窩有大量快速分裂的腸道幹細胞（ISCs）維持再生穩態，WNT、EGFR/MAPK和NOTCH負責更新增殖，BMP和TGFβ負責分化。CRC最常見遺傳學改變是APC失活，啟動WNT途徑活化，呈現幹細胞樣更新，上皮細胞過度生長，發生腺瘤。
小部分腺瘤出現侵襲性是因為發生附加驅動突變，包括：（1）KRAS、BRAF和 PIK3CA活化突變影響MAPK途徑，促進癌細胞自主分裂和生存；（2）p53和ATM突變失活，基因組不穩定；（3）TGFBR2、SMAD4、SMAD2 和SMAD3突變致TGF-β沉默，使其在腫瘤微環境中的抑制作用消失。
有研究提出的線性進展模型顯示上述4個途徑突變時與發生侵襲性腺癌相關，不過突變是一個緩慢過程，也不是每個腫瘤都攜帶4種途徑改變，已確診CRC突變遠超過上述4種途徑驅動改變，一些只是過路突變，很多突變作用不清楚，需要進一步研究。
2. 轉移
上述4種途徑突變足以使腫瘤細胞在不利環境中生長，但多數腫瘤只有部分途徑突變，轉移能力並不充足。多數CRCs診斷時即有侵襲能力，轉移中的限速步驟是定植，由於一些尚不知曉的原因多數腫瘤細胞在定植前死亡，只有定植後部分細胞才可能形成真正轉移灶（圖1）。下面將討論利於CRC轉移定植的內外源特徵。
圖1 CRC轉移過程中的異質性類型
結直腸癌幹細胞在轉移中的作用
不但腫瘤間存在多樣性，每個腫瘤內也包含多個不同表型和遺傳異質性的細胞群，腫瘤內異質性（ITH）是轉移進展和治療耐葯核心，癌細胞階層性、克隆多樣化和微環境與ITH有關。
1. 癌細胞階層性
G.Barry Pierce提出：癌症包括許多惡性幹細胞，具有顯著增殖和有限分化的能力。研究表明CRC符合這一概念，人類CRCs中有一群腫瘤細胞可在免疫缺陷小鼠中增殖擴散，提示CRCs由具有不同致癌潛能階層的細胞構成，上述研究中的細胞稱作腫瘤啟動細胞（也稱作幹細胞或CRC-SC）。
腫瘤啟動細胞處於階層頂端，具有自我更新、長期增殖潛能、小鼠接種後可發生腫瘤。CRC中幹細胞性與分化平衡的調節途徑與ISCs中相同，包括WNT、BMP和NOTCH。不是每個CRC都攜帶4個驅動途徑改變（WNT、EGFR、TGF-β/BMP和p53），基質可能對腫瘤進展有促進作用。
2.侵襲前沿腫瘤細胞表型
CRC-SCs具有自我更新和啟動腫瘤的能力時稱作轉移性幹細胞（Met-SCs，圖1），是轉移的根源。CRC-SCs通過與鄰近組織和腫瘤基質相互作用獲得遷移能力，譬如與內皮細胞相互作用，通過癌細胞NOTCH信號激活前沿細胞ABL和RHO活性，便於穿越內皮（圖2）。
圖2 腫瘤細胞早期彌散的機制與治療機會
出芽在CRC中很常見，侵襲邊界有小簇癌細胞脫離，這些細胞擁有侵襲和遷移的表型特徵，包括細胞外基質降解和上皮-間充質轉化（EMT）基因表達增加，而且侵襲前沿或出芽癌細胞的核β-連環蛋白增加，可能是幹細胞性標誌。CRCs雖然擁有使WNT活化的突變，但來自基質細胞的信號進一步增加WNT功能，如HGF和PGE2（圖2）。出芽與生存差相關，用於早期CRC預後風險評估。
其它來自基質有助於CRC-SCs侵襲和自我更新的因素包括IL-22、成纖維細胞衍生的IL-17A，研究還發現表達CD44-v6的CRC-SCs位於侵襲前沿時導致轉移，CD44-v6是細胞遷移必備條件，基質細胞分泌的因子如HGF、OPN和SDF-1可促進其表達。總之微環境對遷移性CRC-SCs或Met-SCs具有塑造功能。
局部侵襲後CRC細胞進入血管，稱作循環中腫瘤細胞（CTCs），與循環中的腫瘤DNA（ctDNA）一起可用於檢測殘留病變和評估複發風險。
3.增殖緩慢或冬眠狀態細胞
CRC的轉移多有潛伏期，轉移由彌散的冬眠細胞形成，多數增殖緩慢或冬眠狀態細胞對化療耐葯，對死亡誘導信號不敏感，甚至可抵禦免疫系統殺傷作用。轉移潛伏有2種機制：數量冬眠，腫瘤細胞增殖與死亡保持平衡，微轉移灶不能增大；另一種是細胞靜止或分裂捕獲。理解潛伏機制對指導殘留病灶去除很重要。研究顯示CRC中的確存在緩慢增殖細胞以及冬眠細胞再活化，冬眠細胞在化療時獲得數量優勢。
正常腸道上皮細胞多樣化有助於理解CRC冬眠細胞：陷窩中多數ISC標誌陽性細胞高效增殖，放化療敏感，但小部分分泌細胞增殖緩慢且化療相對耐葯，這些細胞非克隆性，但具幹細胞性，有助於上皮再生；已分化細胞可去分化，重塑ISC微環境，獲自我更新能力，構成正常粘膜的幹細胞池。這些概念可能也適用於癌症和轉移中的細胞冬眠和可塑性。
4.癌症幹細胞的克隆多樣性
基因組不穩定的結果就是癌症獲得大量遺傳學和表觀遺傳學改變，導致腫瘤細胞不同表型和命運，這種進化現象是癌症適應不同環境、定植和耐葯的基礎。CRC的大爆炸模型提出在疾病早期即有克隆多樣性，化療壓力對已存在的耐葯克隆具有篩選作用。
因腫瘤細胞階層性和克隆多樣性導致的表型異質性並非獨立存在，CRC-SCs可能是克隆選擇的結果，影響CRC-SCs自我更新和分化信號途徑的突變累積後增加被篩選的可能性，加速腫瘤細胞進化，直到腫瘤富含分化能力有限的CRC-SCs。克隆多樣性與耐葯、進化和轉移潛能增加有關，不過研究顯示腫瘤轉移後並無特殊的遺傳學改變，因此非遺傳學因素可能與轉移更相關。
轉移時的微環境
腫瘤基質或微環境（TME）中含有大量細胞，基質功能與癌症進展轉移相關。癌細胞強烈影響基質，導致微環境最終為癌症幹細胞生長所用（圖3）。大量研究著重明確與腫瘤惡化和轉移定植有關的基質細胞構成，為新的治療靶點提供信息。
圖3 轉移機制與治療機會
1. 癌症相關成纖維細胞（CAFs）
CAFs具有異質性，是TME中的重要細胞成分，通過分泌細胞因子促進腫瘤發生與生長，基因表達特徵與CRC預後差相關（圖2和3）。TGF-β是CRC預後差的標誌，它能活化許多基質細胞，其中CAFs與預後差主要相關，活化CAFs表達幾個促轉移因子，分泌IL-11啟動並增加轉移癌細胞生存，此外TGF-β還可促進癌細胞與CAFs粘附後一起彌散進入轉移位置。
有證據顯示CRC-SCs能促使肝臟星狀細胞（HSC）轉化為CAFs，形成適宜轉移的微環境，而且HSCs中的TGF-β信號受PDGFRα調節，形成旁分泌作用促CRC增殖遷移，伊馬替尼可能對其有治療作用，該葯最初提出治療CRC是其可抑制骨髓間充質幹細胞（MSCs）的遷移，MSCs在TME中可分化為CAF樣細胞。
2.內皮細胞
腫瘤細胞分泌的因子促進基質血管內皮細胞生長和血管生成，腫瘤內的血管網路紊亂、分支過多、周細胞減少、滲漏增加，後者與轉移和預後差相關。VEGFA調節內皮細胞增殖，與腫瘤侵襲轉移密切相關，針對VEGFA的貝伐單抗能提高IV期CRC生存（圖2和3），貝伐單抗還有促進腫瘤內血管正常化、減少滲漏的作用。
腫瘤衍生的IL-33通過增加內皮細胞增殖促進腫瘤血管新生，大大增加CRC轉移傳播，阻滯IL-33途徑能抑制血管生成、減少腫瘤發生。內皮細胞對CRC-SCs有直接促形成作用（圖2），還可通過TGF-β作用轉化為CAF樣細胞（EndMT）促腫瘤生長。
3.免疫細胞
癌症逃避免疫殺傷是其標誌之一，事實上免疫系統對癌症既有抑制作用也有促進作用。下面著重介紹與免疫治療密切相關的一些機制。
（1）固有免疫細胞
幾個骨髓來源細胞與腫瘤進展有關，細胞因子在其招募、與CRC細胞和TME的相互作用中很關鍵（圖3）。CCR1陽性髓細胞與CRC進展和肝轉移相關，巨噬細胞的典型作用是抑制CRC，稱作M1，而另一種功能狀態M2(腫瘤相關巨噬細胞，TAMs )則具有促腫瘤潛能，因此巨噬細胞具有可塑性，與TME有關，巨噬細胞的可塑性和雙重功能可能成為治療靶點。
與巨噬細胞相似，中性粒細胞在TME中也會通過TGF-β作用發生功能性改變， 腫瘤相關中性粒細胞（TANs）有助於肺轉移，與術後複發相關。
（2）主動免疫細胞
主動免疫反應主要與T、B淋巴細胞有關，中心環節是CTLs，CRC中CTL浸潤與預後良好相關，目前大量治療策略擬增加T細胞反應，已在MSI腫瘤獲得成功。TGF-β不但能使中性粒細胞功能轉化，還能促進其它免疫細胞功能轉化，如NK、樹突細胞、巨噬細胞和T細胞，並直接抑制T細胞。樹突細胞和TAM等與CAFs一樣均可產生基質TGF-β，相互協同妨礙抗癌免疫反應。
4.TME協助CRC分層
異質性解釋了AJCC分期有限的結果預測能力，同時也提供了用於預後的參數。Jerome等提出的基質免疫評分能預測疾病結果；根據基因表達將CRC總結為4個共識分子亞型（CMS），其中CMS4預後最差，間充質基因表達增加，最初認為與癌細胞EMT有關，近期研究顯示反應了免疫抑制狀態，而且其預測複發的能力遠超AJCC分期和共識分子分層；近一步研究還發現侵襲性最強的腫瘤CAFs明顯高表達TGF-β，有望用於評估預後。總之基質評估對分層大有幫助，也對治療有指導作用。
CRC轉移時的治療靶點
多年來化療一直是進展期CRC的主要治療方法，化療能殺死所有處於增殖狀態的細胞，但對CRC-SCs無效。對腫瘤異質性和不同細胞生物學行為的理解有助於發展新的治療策略。
1.靶向治療
靶向治療與標準化療聯合能增加療效，如抑制EGFR信號途徑改善CRC生存（圖3），不過不可避免出現原發或繼發耐葯，通過靶點測序可能有助於治療選擇，不過克隆的多樣性大大妨礙了結果解釋，而且一個位點阻斷後可通過其它途徑代償再次耐葯，因此需要明確的標誌用於預測靶向治療反應。多途徑聯合抑制雖然能克服耐葯，但毒性疊加妨礙其應用。
2.針對癌症幹細胞的治療
假說認為化療不能殺傷CRC-SCs，是疾病複發的根源，目前有三種針對CRC-SC的治療：
（1）靶向CRC-SCs的關鍵途徑，包括WNT、NOTCH、EGFR和TGF-β/BMP，以預防細胞擴增。不過這一方法並不總是有效，因為CRCs有許多遺傳學改變影響上述途徑。重要的是正常ISCs與CRC-SCs依賴同一途徑，因此副作用很大。
（2）通過抗體-藥物藕合物（ADCs）去除CRC-SCs，例如靶向Lgr5的抗體與不同毒素藕合後均具有抗瘤作用（圖3），同樣因與ISCs有許多共同的表面標誌，導致副作用很大，而且如上文所述CRC-SCs可通過非SCs轉化而來，這也限制了治療的有效性（圖3）。
（3）靶向CRC-SCs特異的分子，理論上毒性較小，例如BMI1抑製劑靶向CRC-SCs的自我更新，治療作用顯著，低劑量去甲基化藥物5-AZA-CdR也有抗腫瘤作用（圖3）。
3.基質治療
許多基質細胞與CRC進展有關，針對TME策略能改善治療反應、預防獲得性耐葯。例如研究顯示成纖維細胞分泌的HGF能降低依立替康治療反應，抗HGF治療可逆轉耐葯，對未突變KRAS、但EGFR耐葯者也可用此治療策略，因其高表達HGF。抑制VEGF信號阻滯血管生成也是靶向TME的治療策略，不過許多有治療反應的患者會出現抗血管生成治療耐葯，可能是治療後低氧誘導癌細胞進一步惡化。
另一種策略是將TME中的基質細胞功能重塑，理論上此種策略毒性較小。很多基質促癌功能都與TGF-β有關，對其抑制是很有前景的方向（圖3）。
4.免疫治療
免疫治療的目的是誘導免疫反應，或是增強已存在的免疫反應，例如癌症疫苗活化腫瘤特異CD8+ CTL，在多種癌症治療中取得療效。很多治療策略針對進展期疾病，結果令人失望，可能是源於不斷進展的免疫抑制的TMEs，提示早期疾病可能會有獲益。根據粘液素-1肽段設計的疫苗預防前列腺癌結果看好，不過如果早期就存在高水平免疫抑制，治療同樣失敗。
另一種免疫治療-免疫節點抑制在部分CRC取得療效，此類CRC為高突變MSI腫瘤，通常攜帶多個新抗原，T細胞浸潤明顯，較高水平表達免疫節點。微衛星穩定CRCs中也存在新抗原、免疫浸潤，未來免疫治療應進一步探討這方面的治療。目前有臨床研究正在評估聯合多個免疫節點抑制的治療效果，此外與其它治療策略聯合也可能增加治療反應。
另有免疫治療策略是抑制免疫細胞和CRC的促癌相互作用，一項I期研究中採用抗CCR5成功的靶向癌症與基質間的交互作用（圖3）。TGF-β是經典免疫抑制因素，關鍵的細胞調節因子，高水平與預後差相關，TGF-β抑制的臨床研究正在進行。
結語
總之腫瘤異質性表現在腫瘤階層性、克隆多樣性和腫瘤微環境三個方面，對CRC進展轉移至關重要。這些因素對CRC分層、發展優化治療策略具有指導作用。所有異質性對CRC-SCs的耐葯和轉移能力均有貢獻， TME對轉移定植尤其關鍵，因此靶向一個或多個上述位點都可能阻止CRC轉移複發，其中直接靶向CRC-SCs或TME尤有前景。此外加深對CRC免疫的理解可能會引出更好的免疫治療策略。
參考文獻：
Tauriello DV, Calon A, Lonardo E, Batlle E1,3.Determinants of metastatic competency in colorectal cancer.Mol Oncol. 2017 Jan;11(1):97-119.
責任編輯：腫瘤資訊-宋小編
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