癌細(xì)胞逃避化療的機制

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)胞逃避化療的機制。研究人員在對小鼠淋巴瘤的研究中發(fā)現(xiàn)有少量的癌細(xì)胞能夠通過躲藏在胸腺中逃避化療。胸腺中大量的生長因子保護這些細(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。

研究人員計劃很快在小鼠體內(nèi)開展試驗，檢測抗關(guān)節(jié)炎藥物對于其中一個保護因素的干擾效應(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)胞的同時阻斷促生存信號，”Hemann說：“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）。雖然對確切的機制不清楚，研究人員相信化療誘導(dǎo)的DNA損傷激發(fā)血管細(xì)胞啟動了應(yīng)激反應(yīng)，釋放了促細(xì)胞生存的生長因子例如IL-6。

“在環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)中機體總是優(yōu)先保護那個區(qū)域的‘特權(quán)’細(xì)胞，例如干細(xì)胞，”Hemann說：“腫瘤細(xì)胞利用這些信號通路對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(xì)胞免于藥物效應(yīng)。“這些藥物會促進生存反應(yīng)，這讓我們感到非常意外，”Hemann說：“當(dāng)癌癥患者被給予化療時，通常不會去考慮局部生存因子的影響，更不會想到化療藥物還會誘導(dǎo)促生存信號。”

研究人員稱新發(fā)現(xiàn)為他們提供了幾個有潛力的藥物靶點包括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：“這一發(fā)現(xiàn)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(xì)胞因子系統(tǒng)幫助它們存活。”

Hemann希望在接下來的工作中與Koch研究所的MichaelYaffe博士合作進一步闡明相關(guān)的機制。他還計劃在其他的癌癥類型包括轉(zhuǎn)移性癌癥中開展研究以確定這些腫瘤中是否也有這種促生存信號存在。

癌癥最可怕的特點之一就是在治療后能夠復(fù)發(fā)。對于許多類型的癌癥，包括稱之為黑色素瘤的皮膚癌，個體化藥物能夠在實驗室中根除癌細(xì)胞，然而在患者體內(nèi)卻只生成局部的暫時的反應(yīng)。長期以來癌癥研究領(lǐng)域急待解析的一個問題就是：癌癥是如何逃避藥物治療的？

來自博德研究所、達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研究小組在新研究中提供了關(guān)于這一問題的一些答案：其不在于癌細(xì)胞自身。為了尋找答案，科學(xué)家們對腫瘤細(xì)胞之外的細(xì)胞進行了觀察，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也能生長和存活。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、博德癌癥計劃主任和達納法伯癌癥研究所人類癌癥遺傳學(xué)研究員ToddGolub說。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制，研究人員設(shè)計實驗使癌細(xì)胞與正常細(xì)胞一起在同一個培養(yǎng)孔中生長。隨后用抗癌藥物處理這些共同培養(yǎng)的細(xì)胞。當(dāng)單獨培養(yǎng)時，癌細(xì)胞會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)胞對測試的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，靶向治療一直被開發(fā)針對一個特異的常見的BRAF基因突變。盡管一些患者的腫瘤對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、達納法伯癌癥研究所和哈佛醫(yī)學(xué)院副教授LeviA.Garraway說：“即便近期靶向治療取得了一些進展，引起了黑色素瘤領(lǐng)域極大的興奮，事實仍然是幾乎所有的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)在治療開始時。腫瘤有可能借助了許多不同類型的機制來設(shè)法逃避治療效應(yīng)……沒有任何單一的實驗性方法可以捕獲所有這些潛在的機制。因此，就發(fā)現(xiàn)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(dāng)?shù)膮f(xié)同作用。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)隨著時間推移癌細(xì)胞形成的耐藥機制——特異基因的遺傳改變賦予了癌癥隨時間戰(zhàn)勝藥物效應(yīng)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(xì)胞，將它們放在一個盤子上。大多數(shù)時候它們會對靶向性藥物極度敏感，但是我們在癌癥患者體內(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)？我們開始著手解析這一問題，接下來合理的步驟就是超越癌細(xì)胞思考。”

在對超過40種癌細(xì)胞系進行完成系統(tǒng)性、高通量篩查后，研究人員選擇了將焦點放在黑色素瘤上，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。他們檢測了超過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)胞生長因子（HGF）。HGF可與MET受體發(fā)生互作，過去的研究表明HGF異常激活與腫瘤生長相關(guān)，但從未證實過與黑色素瘤的耐藥性相關(guān)。

除了在實驗室中研究細(xì)胞，研究小組還試圖在來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)主任級哈佛醫(yī)學(xué)院副教授KeithFlaherty與他的實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：“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。在實驗室中剔除候選因子，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，我們隨后通過觀察患者樣本進行了追蹤。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發(fā)或獲得FDA批準(zhǔn)用于治療其他適應(yīng)證，使得在未來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篩查當(dāng)前開發(fā)中的其他藥物，發(fā)現(xiàn)甚至在治療開始前的的耐受機制和應(yīng)對途徑。

Golub說：“抗藥性不再讓我們感到驚訝。我們正在在藥物開發(fā)過程更早期思考如何應(yīng)對，如何系統(tǒng)地剖析抗性，以致新藥進入臨床時，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(xì)胞如何逃避一種靶向治療？

研究人員一直想開發(fā)一種藥物，來抑制一個能幫助癌細(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蛋白）的科學(xué)家們所面臨的困境。當(dāng)在一個小鼠模型中敲除STAT3之后，研究人員觀察到，T細(xì)胞的免疫反應(yīng)增加，從而指出了一個有價值的治療靶標(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這個蛋白質(zhì)帶來雙重打擊，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國際化學(xué)權(quán)威期刊《德國應(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)實驗室主任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），這反過來又可以促進腫瘤中血管的形成，并促使腫瘤細(xì)胞的侵襲性和活動性增強。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(zhuǎn)化腫瘤免疫學(xué)項目負(fù)責(zé)人DmitryI.Gabrilovich教授指出：“研究指出，STAT3是腫瘤發(fā)生發(fā)展中的一個重要靶標(biāo)。從臨床上說，我們沒有觀察到所期望的強大結(jié)果。這項研究的目的在于，發(fā)現(xiàn)為什么會發(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，來確定活動的水平。盡管STAT3活動驅(qū)動著MDSCs的擴張，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活動實際上可防止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)動它們分化為TAMs？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，他們在他們的血液供應(yīng)。缺氧是腫瘤內(nèi)的一個現(xiàn)象，當(dāng)腫瘤過大而不適于它們的血液供給時，會發(fā)生缺氧。當(dāng)發(fā)生缺氧時，CD45（存在于髓系和淋巴細(xì)胞中的一個蛋白質(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TAMs。

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。在一個被證明為抗STAT3抑制劑的肉瘤中，該研究團隊將一種實驗性的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)合起來使用。當(dāng)JSI-124或唾液酸酶單獨使用時，它們要么對腫瘤生長沒有任何的影響，要么會促進腫瘤的進展。當(dāng)這兩者聯(lián)合使用時，結(jié)果是顯著的抗腫瘤活性。

本文第一作者、Wistar研究所Gabrilovich實驗室的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，對之前無效的STAT3抑制劑變得敏感。我們證實，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很大的潛在靶點。”