肿瘤细胞休眠研究,或有效控制肿瘤复发 [复制链接]

我们经常看到一些患者如乳腺癌、前列腺癌术后无症状地生存很长时间（5-25年）后出现复发转移，这涉及原发肿瘤的散播肿瘤细胞（DTC）长期无活性的存在于远处器官，称之为休眠（dormancy）。休眠像梦魇一样困扰所有人，我们不知道其是否复发，何时复发，但与免疫、细胞、血管生成及肿瘤微环境肯定有关。休眠研究一定会有助于控制肿瘤复发。

本文由医麦客转载（来源：秧苗）

撰文丨秧苗

责编丨刀刀

我们经常看到一些患者如乳腺癌、前列腺癌术后无症状地生存很长时间（5-25年）后出现复发转移，这涉及原发肿瘤的散播肿瘤细胞（DTC）长期无活性的存在于远处器官，称之为休眠（dormancy）。休眠像梦魇一样困扰所有人，我们不知道其是否复发，何时复发，但与免疫、细胞、血管生成及肿瘤微环境肯定有关。休眠研究一定会有助于控制肿瘤复发。

肿瘤细胞在治疗后以3类形式进入休眠。休眠是由于细胞周期阻滞（细胞休眠）；肿瘤大小的限制缺乏足够的血管（血管休眠）；免疫监视（免疫休眠）。见下图：

细胞休眠

细胞休眠或静默是一个程序，出现在正常的成人干细胞如造血和精子干细胞。这些干细胞在人的一生中起着身体组织的自我更新和维持作用。不过，在异质性的肿瘤细胞中，休眠的不利之处是癌细胞可以逃避治疗导致转移复发。

一些研究证明临床休眠细胞明显减少细胞增殖因子Ki-67和凋亡标志表达。此外，Ki-67阳性表达与乳腺癌的复发和差预后相关。细胞周期阶段性过程是由周期蛋白（cyclin）及周期蛋白依赖激酶（CDK）所调节。特别是，细胞静默或直接或间接由这些调控因子调控。在肿瘤微环境里CDK抑制剂p27(Kip1)和p21(Cip1,Waf1)相互作用维持增殖和休眠造血干细胞之间的平衡。最近Fitzgrald等研究表明头颈部麟状细胞癌患者放疗后肿瘤细胞通过上调p21进入休眠。

此外，DREAM复合体由成视网膜细胞瘤Rb样口袋蛋白，E2F,mutilvulvalclassB(MuvB)蛋白组成,是一个关键的细胞阻滞调节因子。已知MuvB蛋白在细胞周期的各个阶段招募、结合、关键细胞周期基因启动子的直接转录调节。在休眠过程中，MuvB结合于DREAM复合体的各个成分并抑制所有细胞周期依赖基因的转录。破坏DREAM复合体的各个部分导致抑制细胞周期依赖基因的失能，随之细胞重新进入细胞周期。静默也可由双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶(DYRK)所控制。DYRK通过磷酸化一个MuvB子单元LIN52活化DREAM，LIN52促进MuvB与DREAM其他核心部件的相互作用。一个DYRK同型体,DYRK1B能够稳定p27(Kip1)，而p27增加细胞周期蛋白D逆转而阻滞肿瘤细胞进入细胞周期。CDK4和CDK6灭活肿瘤抑制因子Rb,随后细胞进入细胞周期。抑制CDK4和CDK6，Rb细胞终止细胞周期进入休眠状态。这些结果表明为了维持细胞处于静默状态，需要维持DREAM与增殖复合体之间的平衡。

细胞周期蛋白调节的缺失导致肿瘤形成，休眠，复发。p27(Kip1)缺失与前列腺癌、乳腺癌、肾癌相关.此外，p27(Kip1)减少用于肾癌复发和差预后的预测因子。p21的上游调节基因p53与结直肠癌的耐药和复发相关。过表达的细胞周期蛋白D与多个肿瘤复发相关，包括乳腺癌、淋巴癌、前列腺癌、非小。能够通过多机制包括基因重排，基因座位扩增，致癌信号通路，基因突变，过表达的细胞周期蛋白D1出现导致失去降解促瘤蛋白的能力。Kimtal报道过表达细胞周期调节因子CDK4,CDK6,pRB,cyclinD1与无症状的脑膜瘤有关。而且过表达CDK4可能与鼻咽癌侵犯有关并用于鼻咽癌诊断生物标志。很明显，上述结果表明控制细胞周期的重要性，异常调节会导致肿瘤复发和差预后。

血管休眠

大多数肿瘤需要招募血管支持持续生长。当肿瘤不能建立一个有效脉管系统，就进入无血管或休眠状态。与血管生成相关的肿瘤休眠需要肿瘤微环境与细胞周期调节蛋白包括p21,p27,Myc,尿激酶受体(u-PAR),细胞外调节激酶(ERK),p38相互作用.。阻滞转移相关的u-PAR,整合素，粘着斑激酶（FAK），EGFR能够导致肿瘤抑制和诱导休眠。U-PAR也能调节肿瘤休眠通过p38活化程度大于ERK活化。

此外，控制PI3K/c-Myc信号通路控制血小板反应蛋白(TSP)水平,TSP是一个肿瘤休眠关键因子。Troyanovskytal也发现血管抑素表达能控制肿瘤休眠通过抑制肿瘤，血管抑素的一个调节因子血管动蛋白在休眠细胞中高表达。从无血管到高血管化肿瘤的转变称为“血管生成开关”。对于效果生成开关促效果生成因子与抗血管生成因子之间的平衡非常重要。Satchi-Fainaro等发现休眠的胶质瘤细胞表达高水平的抗血管生成因子，包括TSP,血管动蛋白,胰岛素样生长因子结合蛋白5，以及低水平促血管生成蛋白（内皮细胞特异性标志1和EGFR）。而且，发现TSP-1和内皮衍生基底膜聚糖维持乳腺癌细胞处于休眠状态且抑制肿瘤生长。

另一个重要控制肿瘤从休眠到生长蛋白是热休克蛋白HSP27。乳腺癌细胞降低HSP27导致肿瘤细胞增殖及迁移能力降低，原因是低水平VEGF的分泌。最近，肝癌缺氧诱导因子HIF-2α显示出促血管生成。HIF-2α增加纤溶酶原激活剂抑制剂1（PAI1），PAI1降低活化纤溶酶浓度导致血管生成增加。

微环境可能控制项目细胞形成的小生境。数个蛋白如TGF-β结合蛋白(LTBP),骨形态生成蛋白7(BMP7),骨调素(OPN)都会影响休眠小生境的建立。鼻咽癌过表达LTBP诱导癌细胞休眠和减少VEGF表达进而抑制肿瘤细胞的迁移和血管生成。BMP7一个TGF-β超家族成员，其信号有利于休眠前列腺癌细胞和转移细胞之间平衡。老鼠模型服用BMP7模型降低肿瘤生长反之抑制BMP7使用COCO导致肿瘤转移。白血病休眠细胞出现于骨髓小生境并被OPN表达所调节.急性淋巴细胞白血病幼稚细胞表达高水平的OPN受体VLA-4,VLA-4允许细胞粘附到基质衍生的由骨髓小生境里成骨细胞分泌的OPN，驱使白血病幼稚细胞进入休眠和逃避放化疗。此外，中和OPN的抗体导致白血病幼稚细胞结束休眠重新进入细胞周期。总之，癌细胞和癌细胞相关肿瘤微环境之间通信对控制肿瘤细胞从休眠到血管生成转变是重要的。

免疫休眠

肿瘤细胞休眠建立于免疫应答与肿瘤细胞的保持平衡。免疫系统如何调控休眠的进入和结束机制尚不明确。免疫系统通过3个不同的办法控制肿瘤细胞休眠，包括清除、平衡和逃逸。天生适应性的免疫系统先于人体出现症状前检测和清除癌变细胞。如果肿瘤细胞不能被完全清除，人体免疫力能够抑制肿瘤细胞生长，导致肿瘤细胞持续的休眠状态。过一段时间，肿瘤细胞能够适应免疫环境，从而引起休眠细胞结束休眠，导致肿瘤复发和转移。如散播肿瘤细胞DTC能够降T细胞活性，从而减弱细胞毒T淋巴细胞的应答，因而肿瘤细胞逃避凋亡。

直接的治疗免疫抑制调节休眠逃逸通过驱动B7同类1(B7-H1)抑制T细胞活性和细胞毒T淋巴细胞(CTL)应答.此外，通过抑制抗原提呈（APC）和甲基化细胞抑制信号1导致CTL诱导的凋亡失败。而且，缺失CD4+或CD8+T细胞会导致肿瘤细胞休眠逃逸。免疫系统中数个细胞类型能够间接调节休眠逃逸通过分泌促血管生成蛋白。

白介素IL23源于巨噬细胞，抑制抗瘤效应子应答，反之，白介素12抑制肿瘤生长。糖蛋白，巨噬细胞刺激因子1(MS1)能够结合其受体MST1R,抑制抗瘤免疫应答和促肿瘤增殖、生存和趋药性。缺失MST1R增加抗瘤CD8+T细胞应答导致更高水平肿瘤坏死因子α分泌，随后导致微转移癌细胞没有能力生存大转移。

此外，髓系来源抑制细胞（MDSC）、调节性T细胞、肿瘤相关的巨噬细胞（TAM）能间接促进肿瘤细胞休眠逃逸。这些细胞分泌丝裂原和促血管生成分子，促进肿瘤细胞组织、血管生成、免疫抑制，引起肿瘤细胞结束休眠。这些结果表明控制免疫系统预防肿瘤复发和转移的重要性。

DNA修复机制

基因不稳定可能便于休眠细胞从免疫休眠中逃逸。过一段时间，如果癌细胞没有能力修复DNA,会积累突变使得这些细胞逃避抗瘤免疫力导致复发。因此，理解休眠细胞DNA修复机制可能会产生新办法检测和治疗肿瘤。

一些抗癌药物诱导高水平的DNA损伤，既有单链(SSB)也有双链（DSB），导致增殖细胞死亡。SSB和DSBs断裂修复机制明显影响癌细胞逃避化疗和放疗。SSBs通过碱基切除修复路径进行修复。受损的碱基被识别，被DNA糖基化酶剪切，生成脱碱基位点，聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶PARP1andPARP2蛋白感知SSB和这么其他因子如趋化因子XRCC1到受损部位。杂合性丢失DNA糖基化酶8-氧鸟嘌呤DNA糖基化酶OGG1,与乳头状甲状腺癌相关。

DSBs损伤被认为最具毒性的损伤。当DNA损伤发生，细胞利用DNA损伤修复路径恢复DNA和保持细胞基因的完整性。2个主要的DNA修复路径是同源重组(HR)和非同源末端连接(NHEJ)。HR利用来自同源姐妹染色体的DNA序列修复DSBs,主要发生于细胞周期S和G2阶段.HR是一个主要集中确保基因信息的高保真度，是使用同源序列作为模板的结果。可以看做是一个更无错的修复办法。一旦HR过程开始，DSB被剪切创建一个单链DNA结合蛋白RPA。一旦长丝形成，RPA被RAD51取代，按ATM/CHK2/BRCA1/BRCA2/PALB2依赖方式.。RAD51是一个关键HR修复蛋白具有重组酶活性，RAD51一个主要功能是侵入姐妹染色半体和识别模板序列，并降低与HR活性相关的RAD51表达。与HR路径相比,NHEJ发生于细胞周期全过程，涉及到直接断裂末端的结扎而无需同源模板，从而导致更多错误包含于DNA序列。一旦开始NHEJ,Ku70andKu80形成二聚体，检测和结合于DNA末端.Ku蛋白会招募催化子单元DNA蛋白激酶(DNA-PK).在NHEJ期间，XRCC4andLig4调节的重新加入损伤DNA末端是必须的。DNA-PK复合体起着NHEJ修复分子感应器的作用。细胞缺失DNA-PK功能不能显示正确的NHEJ。此外,PARP1与Ku蛋白竞争结合DSB末端，导致一个非唯一NHEJ修复路径。

许多癌症存在DNA修复路径的异常，因此，利用此类缺陷一些治疗药物已经开发出来。NHEJ催化子单元DNA-PK在放疗无效的胶质瘤和前列腺癌被上调。最近，临床试验表明DNA-PK抑制剂增加癌细胞对DNA损伤药物的敏感性，不过这些药物对正常组织的毒性而被弃用。小分子抑制剂DNA连接酶Ⅳ,涉及NHEJ,也被用于化疗引起DSBs的降低细胞增殖及增加肿瘤抑制效果。

HR,RAD51,BRCA1,ERCC1,APE1,andPARP1相关基因失调,也在多种癌症里被观测到，与化疗耐药相关。特别是，BRCA1,BRCA2,ATM,CHEK2,andRAD50突变已在多种癌症被确认，包括肺癌，卵巢癌，胰腺癌，白血病。除了靶向RAD51的药物外,目前几乎没有涉及HR的其他蛋白的治疗药物。或者使用PARP1抑制剂靶向可选NHEK修复路径，已用于治疗BRCA1orBRCA2缺陷的癌症。

已表明DNA修复路径对于开始治疗后休眠癌细胞生存起关键作用。肝癌干细胞在第一次化疗后把部分细胞转变为休眠细胞，使癌细胞得以继续生存。化疗后，休眠细胞机会不包含DSBs，Nishikawa等证明这些细胞激活NHEJ修复路径来修复DNA损伤.而且,NHEJ修复路径对ER+乳腺癌休眠细胞放化疗后修复DSB很重要。

此外，这些细胞因化疗而结束休眠，而其基因不稳定性增加导致更具侵犯表型和化疗耐药。HR也可能涉及休眠癌细胞DNA修复.范科尼贫血单泛素化路径涉及通过HR促进DNA修复.此修复路径导致DNA损伤的积累引起造血干细胞结束休眠状态。造血干细胞再次激活导致造血系统相关疾病如范科尼贫血何白血病的复发。