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結腸癌變機制

1. 正常粘膜發(fā)展為結直腸癌

正常結腸上皮持續(xù)更新，陷窩有大量快速分裂的腸道干細胞（ISCs）維持再生穩(wěn)態(tài)，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(xiàn)干細胞樣更新，上皮細胞過度生長，發(fā)生腺瘤。

小部分腺瘤出現(xiàn)侵襲性是因為發(fā)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(wěn)定；（3）TGFBR2、SMAD4、SMAD2 和SMAD3突變致TGF-β沉默，使其在腫瘤微環(huán)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(fā)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(huán)境中生長，但多數(shù)腫瘤只有部分途徑突變，轉移能力并不充足。多數(shù)CRCs診斷時即有侵襲能力，轉移中的限速步驟是定植，由于一些尚不知曉的原因多數(shù)腫瘤細胞在定植前死亡，只有定植后部分細胞才可能形成真正轉移灶（圖1）。下面將討論利于CRC轉移定植的內外源特征。

圖1 CRC轉移過程中的異質性類型

結直腸癌干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藥核心，癌細胞階層性、克隆多樣化和微環(huán)境與ITH有關。

1. 癌細胞階層性

G.Barry Pierce提出：癌癥包括許多惡性干細胞，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（也稱作干細胞或CRC-SC）。

腫瘤啟動細胞處于階層頂端，具有自我更新、長期增殖潛能、小鼠接種后可發(fā)生腫瘤。CRC中干細胞性與分化平衡的調節(jié)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干細胞（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，便于穿越內皮（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征，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(huán)蛋白增加，可能是干細胞性標志。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，用于早期CRC預后風險評估。

其它來自基質有助于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(fā)現(xiàn)表達CD44-v6的CRC-SCs位于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?？傊h(huán)境對遷移性CRC-SCs或Met-SCs具有塑造功能。

局部侵襲后CRC細胞進入血管，稱作循環(huán)中腫瘤細胞（CTCs），與循環(huán)中的腫瘤DNA（ctDNA）一起可用于檢測殘留病變和評估復發(fā)風險。

3.增殖緩慢或冬眠狀態(tài)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(shù)增殖緩慢或冬眠狀態(tài)細胞對化療耐藥，對死亡誘導信號不敏感，甚至可抵御免疫系統(tǒng)殺傷作用。轉移潛伏有2種機制：數(shù)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(shù)量優(yōu)勢。

正常腸道上皮細胞多樣化有助于理解CRC冬眠細胞：陷窩中多數(shù)ISC標志陽性細胞高效增殖，放化療敏感，但小部分分泌細胞增殖緩慢且化療相對耐藥，這些細胞非克隆性，但具干細胞性，有助于上皮再生；已分化細胞可去分化，重塑ISC微環(huán)境，獲自我更新能力，構成正常粘膜的干細胞池。這些概念可能也適用于癌癥和轉移中的細胞冬眠和可塑性。

4.癌癥干細胞的克隆多樣性

基因組不穩(wěn)定的結果就是癌癥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(xiàn)象是癌癥適應不同環(huán)境、定植和耐藥的基礎。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藥克隆具有篩選作用。

因腫瘤細胞階層性和克隆多樣性導致的表型異質性并非獨立存在，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后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?？寺《鄻有耘c耐藥、進化和轉移潛能增加有關，不過研究顯示腫瘤轉移后并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(huán)境

腫瘤基質或微環(huán)境（TME）中含有大量細胞，基質功能與癌癥進展轉移相關。癌細胞強烈影響基質，導致微環(huán)境最終為癌癥干細胞生長所用（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.  癌癥相關成纖維細胞（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(fā)生與生長，基因表達特征與CRC預后差相關（圖2和3）。TGF-β是CRC預后差的標志，它能活化許多基質細胞，其中CAFs與預后差主要相關，活化CAFs表達幾個促轉移因子，分泌IL-11啟動并增加轉移癌細胞生存，此外TGF-β還可促進癌細胞與CAFs粘附后一起彌散進入轉移位置。

有證據(jù)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(huán)境，而且HSCs中的TGF-β信號受PDGFRα調節(jié)，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，該藥最初提出治療CRC是其可抑制骨髓間充質干細胞（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，腫瘤內的血管網絡紊亂、分支過多、周細胞減少、滲漏增加，后者與轉移和預后差相關。VEGFA調節(jié)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?；p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(fā)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

癌癥逃避免疫殺傷是其標志之一，事實上免疫系統(tǒng)對癌癥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(tài)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(fā)生功能性改變， 腫瘤相關中性粒細胞（TANs）有助于肺轉移，與術后復發(fā)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(huán)節(jié)是CTLs，CRC中CTL浸潤與預后良好相關，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，并直接抑制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(xié)同妨礙抗癌免疫反應。

4.TME協(xié)助CRC分層

異質性解釋了AJCC分期有限的結果預測能力，同時也提供了用于預后的參數(shù)。Jerome等提出的基質免疫評分能預測疾病結果；根據(jù)基因表達將CRC總結為4個共識分子亞型（CMS），其中CMS4預后最差，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(tài)，而且其預測復發(fā)的能力遠超AJCC分期和共識分子分層；近一步研究還發(fā)現(xiàn)侵襲性最強的腫瘤CAFs明顯高表達TGF-β，有望用于評估預后?？傊|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，化療能殺死所有處于增殖狀態(tài)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于發(fā)展新的治療策略。

1.靶向治療

靶向治療與標準化療聯(lián)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(xiàn)原發(fā)或繼發(fā)耐藥，通過靶點測序可能有助于治療選擇，不過克隆的多樣性大大妨礙了結果解釋，而且一個位點阻斷后可通過其它途徑代償再次耐藥，因此需要明確的標志用于預測靶向治療反應。多途徑聯(lián)合抑制雖然能克服耐藥，但毒性疊加妨礙其應用。

2.針對癌癥干細胞的治療

假說認為化療不能殺傷CRC-SCs，是疾病復發(fā)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。不過這一方法并不總是有效，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后均具有抗瘤作用（圖3），同樣因與ISCs有許多共同的表面標志，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抑制劑靶向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、預防獲得性耐藥。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治療可逆轉耐藥，對未突變KRAS、但EGFR耐藥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(xiàn)抗血管生成治療耐藥，可能是治療后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，例如癌癥疫苗活化腫瘤特異CD8+ CTL，在多種癌癥治療中取得療效。很多治療策略針對進展期疾病，結果令人失望，可能是源于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(jù)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(jié)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(jié)點。微衛(wèi)星穩(wěn)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(lián)合多個免疫節(jié)點抑制的治療效果，此外與其它治療策略聯(lián)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期研究中采用抗CCR5成功的靶向癌癥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(jié)因子，高水平與預后差相關，TGF-β抑制的臨床研究正在進行。

結語

總之腫瘤異質性表現(xiàn)在腫瘤階層性、克隆多樣性和腫瘤微環(huán)境三個方面，對CRC進展轉移至關重要。這些因素對CRC分層、發(fā)展優(yōu)化治療策略具有指導作用。所有異質性對CRC-SCs的耐藥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轉移復發(fā)，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。

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