手術影響腫瘤轉移機制的研究進展

楊玉雪，蔣晨宇，王 杰，許建華，袁 旭，蔣一鳴

手術是大多數早期實體瘤患者最主要的治療手段，但根據流行病學的數據統計，術后常有腫瘤復發轉移的發生，并且具有很高的死亡率[1-2]。有研究者提出，這可能與手術操作導致的腫瘤細胞脫落致使循環腫瘤細胞（circulating tumour cells，CTCs）增多相關[3-4]。然而，在某些全乳房切除術的患者中，腫瘤的物理破壞極小，幾乎可以排除術中腫瘤細胞脫落的影響，但仍能觀察到術后有部分患者發生轉移，由此提示這種機制并不能完全解釋腫瘤切除術后轉移的原因。

最近有研究表明，結直腸癌甚至在原發腫瘤被發現前，就可能已經轉移[5-6]。因此有研究提出，在各進化階段的腫瘤細胞均可能出現高侵襲性的亞克隆群，即不同階段的腫瘤細胞均能遠處轉移，甚至在早期階段，一部分腫瘤細胞就已經形成了亞臨床病灶[7]。在免疫監視作用的制約下，腫瘤細胞無法增殖，從而成為無法用儀器檢測到的細胞團塊，即形成亞臨床病灶或處于休眠狀態。處于休眠狀態的腫瘤細胞又因手術刺激而復蘇，逐漸形成儀器可見的轉移。

本文將就目前手術引起腫瘤轉移的機制及研究進展進行綜述。

1 手術影響腫瘤轉移的主要機制

手術引起的應激、炎性反應和傷口的愈合等可以通過神經內分泌的調節、炎性反應因子的釋放、血管生成以及免疫抑制和轉移前生態位（premetastatic niche，PMN）的形成等方式影響腫瘤細胞的生長。而這些機制往往相互促進，并以滾雪球的方式，增加圍手術期腫瘤細胞逃離休眠的可能，最終形成術后轉移，導致疾病復發。

1.1 應激激素的釋放

手術引起的應激反應是一個復雜而異質的過程，包括心理改變（如恐懼、焦慮和疲勞）和生理效應（如手術創傷和疼痛）。其主要由交感神經系統（sympathetic nervous system，SNS）和下丘腦-垂體-腎上腺（hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA）軸介導。

外科手術使SNS激活后，兒茶酚胺從神經末梢局部釋放，并從腎上腺髓質釋放至全身；另外，SNS還可以促進花生四烯酸的代謝以促進前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）的合成；與此同時，腎上腺皮質則釋放糖皮質激素。有相關研究顯示，糖皮質激素雖有免疫抑制的作用，但對自然殺傷（natural killer，NK）細胞抑制和腫瘤促進的作用相當有限，而兒茶酚胺和PGE2則是促進腫瘤轉移的關鍵介質[8]。

此外，許多腫瘤均會上調自身腎上腺素受體的表達水平[9]。應激產生的兒茶酚胺便能直接作用于腫瘤細胞。LI等[10]研究發現，去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）和腎上腺素（epinephrine，E）促進肝癌細胞的侵襲和轉移作用，是通過單胺氧化酶A（monoamine oxidase A，MAOA）抑制E能系統及其表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）信號的轉錄活性來完成的。其中，MAOA是一種兒茶酚胺神經遞質降解酶，能夠降低血液循環中兒茶酚胺的水平。LIU等[11]研究發現，激活β2腎上腺素受體可以促進人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）的裂解和核易位以及癌細胞的轉移潛力。此外，β腎上腺素受體的激活還會在結構上改變腫瘤細胞，使其更具侵襲性[12]。有研究表明，SNS的激活不僅能調節巨噬細胞浸潤的程度，還能調節包括環氧合酶2（cyclooxygenase-2，Cox-2）、轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、白細胞介素6（interleukin-6，IL-6）、IL-8以及基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）等細胞因子的釋放，并最終促進血管生成和上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），誘發炎性反應和抑制免疫反應，導致腫瘤復發轉移[13-15]。其中，MMPs是一類能夠降解細胞外基質的蛋白水解酶，而MMP-9可通過水解VEGF的分子結合結構域，來增強VEGF在腫瘤微環境中的生物利用度，進而增加激活休眠腫瘤細胞的可能[16]。

1.2 手術引起的創傷

由于手術操作對人體造成的創傷，人體組織將募集多種炎性反應細胞，并釋放大量細胞因子，來幫助傷口的愈合，如中性粒細胞、巨噬細胞、PGE2和IL-6等。在動物模型中，傷口未愈合的小鼠腫瘤轉移的發生率明顯高于傷口愈合的小鼠[17]。另一項臨床研究則表明，術后炎性反應會促進結直腸癌患者的復發[18]。總之，局部和全身性炎性反應可能共同激活了休眠的腫瘤細胞或誘導了殘留的腫瘤細胞增殖。

KRALL等[19]利用休眠小鼠模型發現，手術傷口修復所致的全身性炎性反應可誘發巨噬細胞和中性粒細胞數目升高；相較于使用抗Ly6G抗體耗竭休眠小鼠模型的中性粒細胞，通過成簇的規則間隔的短回文重復序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeat，CRISPR）/CRISPR相關蛋白核酸酶9（CRISPR-associated nuclease 9，Cas9)基因敲除技術抑制單核細胞向巨噬細胞轉變的所需的關鍵的細胞因子（C-C）基序趨化因子配體2 [chemokine（C-C motif）ligand 2，CCL2]的釋放更能使休眠的腫瘤細胞增殖；在上述實驗的基礎上，研究者們還發現巨噬細胞可誘導程序性死亡配體-1（programmed death-ligand 1，PD-L1）表達的上調，并抑制CD8＋T細胞對腫瘤細胞的免疫監視。LINDE等[20]的研究也同樣支持了巨噬細胞的促轉移作用；該研究在自發乳腺癌小鼠模型中發現，巨噬細胞可以被趨化到早期乳腺病灶的導管上皮內，并誘導早期乳腺癌細胞發生EMT。

此外，有相關研究發現，IL-6通過核因子κB（nuclear factor κ-B，NF-κB）上調T細胞免疫球蛋白及黏蛋白域蛋白4（T-cell immunoglobulin domain and mucin domain 4，TIM-4）并促進非小細胞肺癌的轉移[21]。另一項研究則發現，IL-6可以通過肺癌細胞的COX-2/PGE2通路誘導EMT的發生，從而促進腫瘤細胞的生長、侵襲和轉移[22]。

有研究表明，PGE2能募集髓源性抑制細胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）以及促進巨噬細胞向M2型巨噬細胞轉化等抑制免疫[23-24]，并有助于腫瘤血管的生成[25]。

除此之外，手術中的創傷也可能破壞局部脈管系統，引起傷口灌注不足，從而導致局部缺血或缺氧。曾智銳等[26]發現了缺氧促進胰腺癌PANC-1細胞的遷移和侵襲的具體機制，其是通過鈣蛋白酶（Calpain）2蛋白介導E-鈣黏蛋白（E-cadherin）表達下調和波形蛋白（Vimentin）表達上調完成的。

1.3 中性粒細胞胞外陷阱（neutrophils extracellular traps，NETs）

外科手術導致的局部和全身性炎性反應，還可以引起持續數周的NETs的形成，這同樣是促進腫瘤轉移的一項重要機制。

一般認為，NETs主要是由顆粒蛋白和DNA細絲結構所組成，多在感染時誘捕微生物。有相關研究則表明，NETs可以通過整合素（integrin）β1介導的相互作用來捕獲CTCs[27]。此類被捕獲的CTCs更易在血管腔內黏附生存，并在MMPs的作用下，進一步外滲[28]。NETs還可以通過激活信號轉導和轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）和NFκB等途徑，誘導現有殘留病灶的增殖；并且術后對NETs的抑制有力地抑制了先前觀察到的新轉移性疾病的加速發展[29]。因此，NETs不僅能增加外科手術過程中釋放的CTCs的存活率，以增強轉移灶的建立，還能使腫瘤早期階段形成的亞臨床病灶中休眠細胞的增殖。然而，有最新研究表明，NETs并不只是捕獲CTCs，更是吸引腫瘤細胞的趨化性因子，能夠和腫瘤細胞表面的卷曲螺旋結構域蛋白25（coiled-coil domain containing protein 25，CCDC25）特異性結合，使腫瘤細胞感知NETs，并激活整合素連接激酶（integrin-linked kinase，ILK）/β-parvin信號途徑，以增強細胞的運動能力，促進腫瘤細胞遷移[30]。

1.4 免疫抑制狀態

一般認為，抗腫瘤免疫主要是由T細胞和NK細胞介導的細胞免疫發揮作用。在動物模型中，抑制細胞免疫已被證明可以加劇腫瘤轉移[31]。

由于手術操作對人體造成的創傷程度不同，術后的免疫抑制狀態會持續數天至6個月。在此期間，休眠腫瘤細胞將更容易進入免疫逃逸階段[32]。除此之外，手術還會誘導多種免疫抑制性分子和免疫抑制性細胞的增加，從而加劇免疫逃逸。

1.4.1 抗腫瘤免疫細胞的數量和活性下降

細胞毒性T淋巴細胞與NK細胞是人體最主要的抗腫瘤細胞，術后其數目的降低將促進腫瘤的生長。有研究表明，大部分白細胞均可表達兒茶酚胺和前列腺素的受體，兒茶酚胺和前列腺素可直接降低細胞毒性T淋巴細胞和NK細胞的活性，導致抑制細胞免疫[33]。此外，應激產生的兒茶酚胺和前列腺素還能抑制抗原呈遞細胞中IL-12的產生，從而降低輔助性T細胞1（T helper cells 1，Th1）的增殖，并刺激淋巴細胞群向Th2細胞轉移[34]。Th1細胞產生的減少還會受到糖皮質激素影響，這最終破壞了Th1細胞和Th2細胞的平衡，導致免疫抑制[35]。

1.4.2 免疫抑制性細胞的數目和活性提高

調節性T細胞（regulatory T cell，Treg）、髓源性抑制細胞（myeloid derived suppressor cells，MDSCs）和腫瘤相關巨噬細胞（tumour associated macrophages，TAMs）是人體主要的免疫抑制性細胞，程序性死亡受體-1（programmed death-1，PD-1）是人體主要的免疫抑制性分子。

Treg是一種高度免疫抑制性的CD4＋T細胞，術后可遷移至炎癥部位，并抑制CD4＋T輔助細胞和CD8＋T淋巴細胞等的抗腫瘤免疫功能[36]。有研究報道，術后Treg顯著增加與腫瘤復發相關[37-38]。

MDSCs可抑制T細胞、NK細胞和樹突狀細胞的免疫作用，促進腫瘤細胞生長，并促進血管生成；其數目的增多和預后不良相關，可被視作預防術后腫瘤轉移的靶標[39]。最近有研究表明，手術激活MDSCs的免疫抑制作用可以通過磷酸二酯酶-5的抑制來逆轉；磷酸二酯酶-5抑制劑（如西地那非）可以下調術中精氨酸酶1（arginase 1，ARG1）和活性氧（reactive oxygen species，ROS）的表達，從而恢復MDSCs的免疫功能[40]。

TAMs分為M1型巨噬細胞（經典激活途徑）和M2型巨噬細胞（替代激活途徑）。M1型巨噬細胞主要存在于炎性環境中，其可以通過呈遞抗原來抗腫瘤；而M2型巨噬細胞則主要存在于腫瘤微環境中，其可促進腫瘤的增殖、侵襲和轉移[41]。術后產生的PGE2還能促進巨噬細胞向促腫瘤M2表型的分化[42]。最近有研究表明，轉錄因子CCAAT/增強子結合蛋白β（CCAAT/enhancer binding protein β，C/EBPβ）通過調控β腎上腺素，使巨噬細胞向M2表型轉化，從而抑制抗腫瘤免疫反應[43]。周新等[44]發現，TAMs還能通過激活STAT3信號通路促進尤文肉瘤細胞的增殖、侵襲及血管擬態形成。

有研究顯示，手術創傷可提高PD-1在T淋巴細胞的表達[45]。相關實驗進一步指出PD-1/PD-L1可誘發肺癌患者術后T細胞功能障礙，從而增加術后轉移的風險，其潛在機制可能與T淋巴細胞中半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（caspase-3）的表達升高相關[46]。

1.5 血小板的活化

術中將有CTCs的增多，并伴有更多血小板的釋放。CTCs一旦進入血循環中，就會迅速與血小板結合，并結合纖維蛋白沉積，這有助于形成物理屏障，防止血流剪切力的破壞和NK細胞的清除[47-48]。有研究表明，血小板會促進腫瘤轉移[49]，過多的血小板也同樣會降低患者的存活率[50]。在小鼠模型中，抑制血小板等的凝血途徑，可大大降低癌癥轉移的發生率[51]。

2 圍手術期預防腫瘤轉移的輔助治療

由于上述機制多發生在術中和術后短期內，這為圍手術期遏制腫瘤轉移的風險提供了一個獨特的窗口。針對圍手術期的療法，包括非甾體類抗炎藥（nonsteroidal antiinflammatory drugs，NSAIDs）、β-腎上腺素能阻斷劑和免疫療法等可能會更好更有效地減少腫瘤細胞生長增殖的機會，以降低患者術后復發轉移的可能。

2.1 NSAIDs

近年來，NSAIDs（如阿司匹林、雙氯芬酸和布洛芬等）已應用于普通人群的結直腸癌預防試驗中[52]。一項納入2 308例患者的前瞻性隊列研究發現，圍手術期使用NSAIDs可以降低結直腸癌術后轉移風險，其中77.2%患者使用的是布洛芬，22.4%患者使用的是雙氯芬，其余患者使用其他藥物，[多因素分析校正的風險比（hazard ratio，HR）＝0.84，95%可信區間（confidence interval，CI）為0.72～0.99，P＝0.042][53]。另一項涉及15 574例患者的隊列研究揭示，圍手術期給予NSAIDs與降低肝細胞癌肝切除術后癌癥復發風險之間相關（HR＝0.81，95%CI為0.73～0.90，P＜0.001）[54]。長期使用小劑量阿司匹林[優勢比（odds ratio，OR）＝0.73，95%CI為0.54～0.99]和長期使用非阿司匹林非甾體抗炎藥（OR＝0.57，95%CI為0.44～0.74）與降低結直腸癌風險相關[55]。以往有研究表明，阿司匹林可以通過靶向乙酰肝素酶，抑制血管生成，防止腫瘤轉移[56]。一項納入977例患者的薈萃分析顯示，與對照組（基于氟尿嘧啶為主的新輔助化療）相比，阿司匹林作為新輔助放化療的輔助治療藥物聯合治療直腸癌可降低局部復發率[相對危險度（relative risk，RR）＝0.37，95%CI為0.17～0.84，P＝0.017]，并提高5年生存率（RR＝1.29，95%CI為1.14～1.46，P＜0.001）[57]。在基礎研究中發現，術前應用酮咯酸，可以降低注入E0771和4T1等細胞的轉移性肺癌小鼠模型的肺轉移[58]。而在一項納入1 834例患者的薈萃分析中，酮咯酸可以降低乳腺癌復發率（HR＝0.59，95%CI為0.37～0.96，P＝0.03）[59]。NSAIDs除了針對消化系統腫瘤的預防和治療外，對于其他部位腫瘤亦有一定療效，如可降低肺癌（RR＝0.88，95%CI為0.79～0.98）、乳腺癌（RR＝0.90，95%CI為0.85～0.95）、子宮內膜癌（RR＝0.91，95%CI為0.84～0.98）、卵巢癌（RR＝0.91，95%CI為0.85～0.97）和前列腺癌（RR＝0.93，95%CI為0.89～0.96）的風險[60]。

2.2 β受體阻斷劑

LIU等[11]研究發現，ICI118551（一種β2腎上腺素能受體拮抗劑）可以有效抑制NE或E誘導的SMMC-7721細胞的侵襲和失巢凋亡。近期，2項Ⅱ期臨床隨機試驗表明，術前使用β受體阻斷劑普萘洛爾或聯合Cox-2抑制劑依托度酸可減少乳腺癌患者原發腫瘤內中促轉移和促炎性反應基因的表達[61-62]。一項隨機對照試驗表明，依托度酸聯合普萘洛爾治療組結直腸癌的3年復發率為12.5%，相較于安慰劑組的33.3%明顯更低（P＝0.239）[63]。一項回顧性隊列研究表明，對于Ⅱ期乳腺癌患者，圍手術期應用普萘洛爾與降低腫瘤復發相關（HR＝0.51，95%CI為0.23～0.97，P＝0.041）[64]。

2.3 免疫療法

免疫刺激劑可以激活手術誘導的免疫抑制。在注射CT-26細胞的結腸癌肝轉移模型小鼠中，術前使用免疫刺激劑Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）4激動劑GLA-SE和TLR9激動劑CpG-C可有效阻止轉移過程[65]。此外，有研究發現，術前利用免疫刺激CpG-C與β受體阻滯劑普萘洛爾和COX2抑制劑依托度酸聯合使用，更能有效限制注射MADB106細胞的乳腺癌肺轉移模型術后轉移率，并提高生存率，而并非單獨使用這些干預措施[66]。

疫苗作為經典的免疫激活劑，已與外科手術結合使用。有研究表明，圍手術期使用流感疫苗或溶瘤病毒可抑制手術誘發的NK細胞功能障礙，并減少臨床前腫瘤模型中腫瘤的轉移[67-68]。

有研究者提出，圍手術期使用PD-1/PD-L1抗體（如納武單抗和派姆單抗等）可降低腫瘤細胞對細胞毒性T淋巴細胞凋亡的誘導，增加細胞毒性T淋巴細胞對腫瘤細胞的毒性，從而提高患者的整體存活率[69]。

3 結論與展望

綜上所述，手術可通過應激激素的釋放、全身和局部的炎癥反應、NETs形成和細胞免疫的抑制等促進腫瘤細胞的生長，進而引起患者術后復發轉移。筆者認為，在未來相當長的一段時間內，手術依然會是早期實體腫瘤的首選方案。并且，部分早期患者往往只需單純局部手術治療，無需系統治療，就可以長期無病生存。然而，從理論和臨床實踐均有證據表明，手術和腫瘤轉移的促進關系。由于圍手術期CTCs數目大量增多，休眠腫瘤細胞將被喚醒，這意味著在此期間會大大增加術后腫瘤復發轉移的可能。筆者所述手術與轉移的促進關系，并非建議拒絕手術，而是為了更好的減少圍手術期間CTCs的播散，并盡可能消除圍手術期促進休眠腫瘤細胞生長的因素。因此，可以在圍手術期用適當的藥物去改善術后的復發轉移，但這還有待于更多的前瞻性和大樣本臨床及基礎研究的支持。此外，筆者認為除針對圍手術期治療外，目前仍有幾點難點需要努力探索：（1）尋找能更早發現腫瘤的檢測技術或生物學標志物；（2）尋找休眠腫瘤細胞的治療靶點；（3）尋找最適宜的麻醉藥物和麻醉方式。隨著研究進展的深入，手術促進腫瘤轉移的機制將逐漸揭開，這會更有利于尋找和研發更有效的藥物，以阻止手術引起的腫瘤轉移。