1、肿瘤微环境与肿瘤,内容提要,肿瘤生物学定义肿瘤微环境简介肿瘤微环境研究主要方向关于肿瘤微环境重大发现,2.特征：无限增生抗凋亡浸润转移药物抵抗,1.肿瘤（tumour）定义：是指机体在各种致瘤因子作用下，局部组织细胞增生所形成的新生物（neogrowth），因为这种新生物多呈占位性块状突起，也称赘生物（neoplasm）。,2 肿瘤微环境,肿瘤微环境是肿瘤细胞赖以生存的复杂环境，主要是由多种不同的细胞外基质和基质细胞组成肿瘤微环境的成分与肿瘤细胞之间存在相互刺激作用，从而促进肿瘤进展和肿瘤细胞的转移,2.1肿瘤微环境（TME），又称肿瘤基质（tumor stroma） 细胞成分由恶性肿瘤细胞和
2、基质细胞组成，后者包括成纤维细胞、免疫细胞、内皮细胞、平滑肌细胞 非细胞成分包括细胞外基质和分泌到细胞外的分子。肿瘤微环境是由癌细胞和多种基质细胞、细胞因子、趋化因子等组成,肿瘤微环境,基质细胞,细胞外基质,2.1.1肿瘤微环境 简介,微环境的作用,支撑细胞,分泌生长因子,分泌细胞因子,2.1.2肿瘤微环境 简介,2.1.3.基质细胞 分类,基质细胞,成纤维细胞,炎症免疫细胞,内皮细胞,脂肪细胞,比例最大,2.2 肿瘤微环境特点：,低O2pH减低间质高压血管高渗透性炎症反应性,2.2.1 缺氧,2.2.2 PH减低,生理状态下，正常组织细胞外pH值介于7.27.4之间，然而恶性肿瘤组织细胞外p
3、H介于6.56.9之间，说明肿瘤细胞外微环境普遍存在酸化。,2.2.3 间质高压,2.2.4 肿瘤血管高渗透,肿瘤血管就是当肿瘤生长到1mm3时，分泌大量VEGF，诱使形成专属的肿瘤血管。 这些血管呈奇特的螺旋状且不规则，与人体正常血管不同，如内皮细胞不完整或缺失、基底膜中断或缺失、血管分布不均匀、毛细血管间距增大、动静脉短路、间质内液增多以及血管黏度增加等。,2.2.5 炎症性反应,3.1 肿瘤细胞与肿瘤基质的信息交流,从宏观上来讲，个体与社会、器官与机体都存在“cross talk”（交互对话）。 从微观层面来看，细胞与其所处的环境也存在信息的交流。 同样作为机体的异物-肿瘤细胞与周围细胞
4、（肿瘤微环境）之间也有着密切的信号交互。,3.1.1 成纤维细胞： 在组织基质中占主要地位，产生不同的胶原和纤维连接蛋白构成组织基底膜。 通过分泌金属蛋白酶和其它一些蛋白酶参与细胞外基质的重塑，维持组织整体结构，还可以分泌成纤维细胞生长因子活化RAS-MAP kinase and PI3 kinase/AKT pathways 途径来促进细胞增殖和存活。 而肿瘤相关成纤维细胞除了在创伤时表现同正常成纤维细胞的功能外，最重要的特点是失去了可以返回到活化状态的前能力或者具备了抗凋亡的能力，继续分泌一些细胞因子、趋化因子如血小板源性生长因子，促进细胞增殖、侵润（产生MMPs、基质修饰酶如uPA，可以
5、降解EMC）,3.1.2免疫细胞 1.肿瘤相关吞噬细胞： M1是由干扰素Y(IFN-)激活，有促进炎症性的作用（通过活化NF-B相关通路），有吞噬和细胞毒作用（可被IL-6、IL-4、TGF-b1等抑制）可以抑制肿瘤细胞的生长。 M2是由IL-4、IL-13激活，促进组织修复、血管形成、产生细胞因子抑制机体发挥免疫作用，有利于肿瘤的演进。 2.T细胞： 渗透到肿瘤当中成为了免疫耐受性的调控性T细胞（T regulatory leucocytes (Tregs) ） 一方面可以通过产生IL-10和TGF-B抑制Tc细胞和NK细胞，另一方面通过结合消耗IL-2抑制其他免疫细胞活化来达到抑制机体免疫
6、力的目的。,3.1.3 中药干预肿瘤微环境,T细胞中药可从多方面改善肿瘤微环境中T细胞的抑制状态。研究表明石见穿多糖可以激活CD4 +T细胞JAK3的表达以及JAK3STAT5信号通路，抑制PGE2表达，减轻荷瘤小鼠移植瘤诱导的CD4+ T细胞凋亡，明显提高CD4+ T细胞在脾脏和淋巴结中的比例，增加了NK细胞以及CD8+ T细胞的细胞毒性，并且诱导Thl相关细胞因子的升高和Th2相关细胞因子的下降 。黄芪多糖在体外呈剂量时间依赖性抑制CD4+ CD25+ Treg的生长和增殖，相关机制可能为通过CXCR4CXCL12通路阻断SDF-l及其受体，抑制Treg在肿瘤微环境中的浸润 。,LAK细胞
7、,LAK细胞为一类非特异性杀伤肿瘤细胞的效应细胞，被广泛应用于过继免疫治疗。一些中药如牛膝、黄芪、人参等多糖成分在一定剂量范围均能增强LAK细胞的增殖能力和杀伤作用。 IL-2是LAK细胞增殖活化所必须的，有报道显示，穿心莲内酯具有类IL-2 效应，通过生物放大作用和稳定细胞膜，增加LAK细胞表型，使其细胞杀伤效应时间明显延长。TGF-是由多种肿瘤细胞分泌的免疫抑制因子，能强烈抑制T 细胞增殖和CTL、LAK、NK、TIL细胞的杀伤活性，与过继免疫治疗疗效不佳直接相关。有研究发现淫羊藿甙可抑制人肺巨细胞腺癌分泌TGF- ，逆转免疫抑制作用，增强免疫效应细胞LAK 的杀伤活性，提高过继免疫治疗效
8、果。,3.1.3干细胞： 肿瘤干细胞来源： 1.肿瘤突变的定居在正常组织的干细胞 2.肿瘤突变的无法进入后续有丝分裂的正常体细胞 3.从血液循环或邻近组织招募。 间质干细胞： 肿瘤的浸润和MSCs的招募有关，但在微环境中它的作用尚不是很清楚。,3.1.4血管内皮细胞： 细胞间有间隙，使肿瘤血管与正常血管的不同，包括形状异常、出现小孔，另外肿瘤血管内皮细胞运动能力增强，最后形成有高通透性的血管。 这一变化不利于小分子药物在肿瘤细胞部位积累，很容易从血管中被清除，但有利于的药物传输系统如纳米颗粒进入到高通透性的血管中，最后定位到肿瘤细胞处杀死肿瘤细胞。,当今临床研究过分强调肿瘤的遗传学，预测标志物
9、以及肿瘤细胞靶向分子的鉴别，治疗肿瘤的重点放在了肿瘤细胞本身，如抑制肿瘤细胞所固有的黏附和迁移能力，以至于容易忽略了肿瘤细胞也有其微环境，但是微环境与肿瘤的发生和发展密切相关，所以从肿瘤微环境入手治疗肿瘤也是一个重要策略。,3.2 针对肿瘤微环境的肿瘤治疗 近年大量研究发现： 肿瘤微环境中的基质细胞或是基质细胞所分泌的生物细胞因子对肿瘤转移以及耐药的形成是一大“帮凶”。,4.1微环境与肿瘤的发生与转移 研究发现肿瘤细胞依赖于酸性微环境，癌症的一个标志是癌细胞逃避细胞凋亡的能力。在肿瘤发生的不同阶段，自噬在某些特定情况下会促进肿瘤的生存。他们的研究表明，自噬对乳腺癌和胰腺癌细胞株适应低pH值环境
10、非常重要。据研究人员介绍，他们发现了一个潜在的自噬抑制剂来治疗肿瘤，该抑制剂不影响在中性PH环境下的细胞。 莫菲特癌症中心以及南佛罗里达大学和韦恩州立大学(Wayne State University)的研究人员已经发现，肿瘤细胞的生存依赖于肿瘤酸性微环境。他们研究发现酸度对乳腺癌和胰腺癌细胞株的影响自噬在酸性的微环境的重要性。,相关链接： ,Nature：肿瘤微环境新信号通路 新的研究表明，Hedgehog在癌症中并不直接作用于癌症干细胞，而是通过另外一种途径来诱发癌症。由癌细胞分泌的Hedgehog配体，在肿瘤表皮细胞中未能激活信号作用，而是在“基质”（stroma）上发挥作用。 该配体能
11、够促进肿瘤生长，但显然是通过调节肿瘤细胞微环境来促进肿瘤细胞生长。研究成果可能对癌症的治疗具有积极的意义。可发展以Hedgehog为靶位的药物拮抗剂作为抗癌治疗药物，这在癌症的临床治疗应用中具有重要意义。相关链接 http:/ 因而，研究组人员把研究重点放在巨噬细胞与肿瘤干细胞之间的相互影响和交流之上，并且发现，表达CD44分子的肿瘤干细胞能够影响肿瘤微环境中的巨噬细胞并使其分泌一种细胞因子OPN（骨桥蛋白），而OPN又能反过来与肿瘤细胞表面受体分子CD44结合，进而促进肿瘤干细胞的克隆形成能力。 在针对临床样品的分析结果表明，OPN与CD44分子与结肠癌患者的愈后生存期有着密切的关系。相关链
12、接：,复旦大学学者找到清除肿瘤发生恶化“微环境”的新机制 历经3年多潜心研究，复旦大学上海医学院生物医学研究院终于找到肿瘤发生和恶化的“微环境” 新机制 ，该研究有望为胰腺癌等早期诊断提供可能，4月16日，国际权威杂志癌细胞（Cancer Cell ）以乳酸脱氢酶A去乙酰化导致胰腺癌发生为题，刊发了这一重要成果，引起世界关注。相关链接:,PLoS ONE：肿瘤微环境存在抑制三阴性乳腺癌转移的物质 科学家在肿瘤周围组织中发现的一种天然物质可能抑制三阴乳腺癌转移。发表在PLOS ONE杂志上的一项临床前研究证实，有抑制肿瘤生长功效的核心蛋白聚糖能诱导三阴性乳腺癌肿瘤周围组织中一系列肿瘤抑制基因的表
13、达，导致肿瘤转移受到抑制。 三阴乳腺癌特指雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）及人表皮生长因子受体2（HER-2）均阴性的乳腺癌患者。托马斯杰斐逊大学解剖学和细胞生物学Renato V. Iozzo医学博士说：这一最新研究发现最终可能有助于三阴乳腺癌的临床评估和预后判断。 相关链接：,4.2 微环境与肿瘤耐药 对于患实体瘤患者而言，对化疗药物产生耐药性是不可避免的也是致命性的。科学家小组发现一种关键性因子促进这种耐药性产生，这种信息可能最终被用来改善治疗方法的疗效，从而为晚期癌症患者赢取宝贵的时间。 在这项研究中，论文通信作者Peter S. Nelson博士和同事们发现一类正常的非癌变细胞
14、-成纤维细胞-位于癌症的微环境中，当接触到化疗药物时，这些细胞遭受DNA损伤而促进一系列刺激癌症生长的生长因子产生。 在正常情况下，成纤维细胞有助于维持结缔组织的结构完整性，而且它们在伤口愈合和骨胶原产生中发挥着关键性作用。这一发现提示着发现一种阻断肿瘤微环境中的这种治疗反应的方法可能会改善治疗方法的有效性。 相关链接：http:/ Cell：改变肿瘤微环境提高抗癌药物作用 2012年4月，冷泉港实验室（CSHL）科学家称：显着改善癌症对现有的“经典”的化疗药物常见的反应，改变癌细胞与周围细胞（肿瘤微环境）的相互作用，可以提高抗癌药物的功效。 他们发现两类肿瘤微环境因子（MMPs和免疫信号分子
15、趋化因子）选择性被抑制后能使得小鼠乳腺肿瘤对药物更加敏感。 缺乏编码MMP9基因的基因工程小鼠体内血管通透性好，肿瘤细胞能更好的响应阿霉素。同样，敲除编码趋化因子受体（CCR2）的基因能够减少髓细胞募集到肿瘤部位。增加了阿霉素和另一种常用的化疗药物顺铂的药效。相关链接：,JNCI：肿瘤微环境影响VEGF靶向治疗的应答 系统生物学方法-尤其是计算机模型-有助于洞察肿瘤血管生成的复杂性。这些模型是对试验研究的补充，并有助于发展针对肿瘤血管生成的靶向治疗。 为了找到一个适合的评价模型，来自美国Johns Hopkins大学生物工程系的Stacey D. Finley进行了相关研究，并将其研究结果发表
16、在JNCI 的在线期刊上。 相关链接：,肿瘤微环境通过分泌HGF引起对RAF抑制剂的先天性抵抗 科学家进一步描述了BRAF突变体黑色素瘤对RAF抑制剂的基质介导的耐受的特征，因为这种类型癌症的大多数患者表现出同等程度的先天性耐受。蛋白组学分析表明肝细胞生长因子（HGF）的基质细胞分泌物会引起HGF受体MET的活化，有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)和3-羟基磷脂酰肌醇激酶(PI(3)K)-AKT信号通路的再活化，引起对RAF抑制剂的即时抵抗。 免疫组化实验证实BRAF突变体黑色素瘤患者中基质细胞表达HGF，并表明基质细胞中HGF的表达与RAF抑制剂治疗的先天性耐受之间的显著相关性。 双重抑制RAF和HGF或MET能够引起一些药物耐受，这表明RAF加HGF或MET抑制剂结合疗法可以作为BRAF突变体黑色素瘤的一种潜在治疗策略。在一类BRAF突变体结直肠癌和成胶质细胞瘤细胞系中发现了一种类似的耐药机制。总体上说，本研究表明对肿瘤及其微环境之间相互作用的系统性分析能够揭示药物耐受潜在的重要机制。相关链接http:/ You,
