胰腺癌腫瘤微環境的機制及靶向治療

張藝譯， 徐 敏

上海交通大學附屬第一人民醫院 消化內科， 上海 200080

胰腺癌是目前公認的惡性程度最高的腫瘤之一，R0手術切除聯合輔助治療是當前唯一有治愈意義的方案，但由于胰腺癌發病隱匿、早期診斷困難、進展迅速，多數患者確診時已失去手術指征，加之其對抗腫瘤藥物不敏感，患者整體預后極差。2018年全球癌癥統計數據[1]顯示，胰腺癌的發病率雖未列入前十，但癌癥病死率排名第七[2]，胰腺癌患者整體中位生存期不超過12個月。在美國，胰腺癌5年相對生存率為10%，在所有癌癥中最低[3]。近年來，隨著對腫瘤微環境(tumor microenvironment，TME)的深入研究，為胰腺癌致病機理和靶向治療方面提供了新思路。

1 胰腺癌TME

胰腺癌TME是指胰腺癌細胞所處的局部環境，包括細胞成分和非細胞成分。細胞成分包括胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cell，PSC)、癌相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblast，CAF)、免疫細胞和血管等(圖1)；非細胞成分，也稱為細胞外基質(extracellular matrix，ECM)，含有膠原蛋白、基質蛋白和多種可溶性因子，包括細胞因子、趨化因子和生長因子等[4]。胰腺癌TME本質上是一個由于活躍的結締組織增生沉積造成過度纖維化而形成的致密基質[5]。廣泛纖維化、血管缺乏、免疫浸潤和缺氧的基質環境不僅促進腫瘤生長和侵襲，還使其對抗腫瘤藥物產生耐受抵抗。因此，研究胰腺癌TME中各成分的作用和靶向治療對胰腺癌未來的治療管理非常重要。

1.1 CAF和PSC CAF來源于基質中各種成纖維細胞：原始成纖維細胞、骨髓衍生細胞和星狀細胞。在胰腺癌中，PSC是CAF最主要的來源[6]。癌細胞通過PI3k/Akt、JAK-STAT和Hedgehog等信號傳導途徑、炎癥細胞因子和活性氧成分激活PSC：胞質中維生素A脂滴消失；大量α-平滑肌肌動蛋白生成，被激活的PSC自分泌TGFβ、血小板衍生生長因子受體、IL-6等因子，進一步增強自身活性[2]，獲得肌成纖維細胞樣表型，即CAF[7]。CAF分泌大量膠原蛋白和基質蛋白，蛋白交聯沉積，基質過度纖維化，導致ECM又厚又硬[4,6]，不僅構成物理屏障阻礙藥物輸送，且機械壓迫血管，造成脈管塌陷，使藥物運送更加困難[2,6-7]。CAF還可分泌生長因子、細胞因子及基質金屬蛋白酶，以促進癌細胞的生長和遷移[4,7]，同時上調免疫檢查點程序性死亡受體1(programmed death 1，PD-1)和細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4(cytotoxic T-lymphocyte associated antigen 4，CTLA-4)的配體表達以誘導效應性T淋巴細胞凋亡，幫助癌細胞實現免疫逃逸[4]。

圖1 胰腺癌TME細胞成分作用機制圖

1.2 免疫細胞

胰腺癌是一個免疫原性低、高度免疫抑制的腫瘤類型，其免疫治療在臨床上幾乎沒有成功，很大程度上可能受限于TME的免疫缺陷和免疫抑制。胰腺癌TME中免疫細胞主要分為三類：腫瘤相關巨噬細胞、腫瘤浸潤性T淋巴細胞和髓源性抑制細胞。

1.2.1 腫瘤相關巨噬細胞 腫瘤相關巨噬細胞是胰腺癌預后不良的標志，包括2種細胞分型：抗腫瘤的M1巨噬細胞和促腫瘤的M2巨噬細胞。在胰腺癌中，腫瘤細胞通過IL-13與巨噬細胞相互作用，誘導其分化成M2表型，不僅促進腫瘤生長、轉移和血管生成[4，6]，還能夠募集調節性T淋巴細胞(Treg)，抑制效應性T淋巴細胞對腫瘤的細胞毒作用[8]。

1.2.2 腫瘤浸潤性T淋巴細胞 胰腺癌TME中浸潤的淋巴細胞以T淋巴細胞為主，包括CD4+輔助性T淋巴細胞(Th)、Treg和CD8+T淋巴細胞，其中CD4+Th分為抗腫瘤的Th1和促腫瘤的Th2。盡管T淋巴細胞在胰腺癌基質中大量存在，但抗腫瘤的效應性T淋巴細胞的浸潤與活化被大大限制。研究[4]顯示，胰腺癌中豐富的Th2、M2 巨噬細胞、Treg以及髓源性抑制細胞都能夠阻斷Th1和CD8+T淋巴細胞的抗腫瘤反應以促進腫瘤的生長，因此TME中Th1和CD8+T淋巴細胞計數偏高的胰腺癌患者通常預后較好[4，8]。此外，T淋巴細胞表面存在PD-1，T淋巴細胞受體識別癌細胞表面主要組織相容性復合體后，T淋巴細胞被激活分泌IFNγ，局部高濃度的IFNγ和腫瘤相關巨噬細胞分泌的TNFα誘導癌細胞表達程序性死亡配體1，特異性結合PD-1后啟動T淋巴細胞凋亡，癌細胞由此實現免疫逃逸[9-10]。

1.2.3 髓源性抑制細胞 髓源性抑制細胞是腫瘤細胞誘導未成熟的髓系細胞分化而成，可抑制CD4+T淋巴細胞和CD8+T淋巴細胞的增殖分化，限制CD8+T淋巴細胞的免疫監視，并促進Treg的擴增，協助腫瘤細胞免疫逃逸[11]。

1.3 細胞外基質(ECM)

ECM的本質是細胞成分生成的各種非細胞成分，包括基質蛋白如纖連蛋白、層粘連蛋白、膠原蛋白、透明質酸和多種可溶性因子，如細胞因子、趨化因子和生長因子等，ECM不僅為胰腺組織提供結構支持，且為胰腺中各細胞之間信號傳導提供平臺[4,7]。

1.3.1 基質蛋白和膠原蛋白 基質蛋白和膠原蛋白不僅能夠通過構建物理屏障和缺血缺氧環境幫助腫瘤耐藥，而且促進癌細胞的增殖和侵襲。研究[6,12]表明，纖連蛋白和層粘連蛋白不僅能夠抵抗因細胞色素C釋放誘導的凋亡過程，且能夠通過抑制半胱天冬酶來逃避凋亡程序，增加腫瘤細胞的存活期。膠原蛋白尤其是TME中最為豐富的Ⅰ型膠原，能夠降低癌細胞表面E-鈣黏蛋白的表達，破壞E-鈣黏蛋白/β-連環蛋白復合物的形成，以迫使癌細胞加速細胞增殖周期；通過α2β1整合素破壞細胞之間的黏附接觸，促進癌細胞的遷移[6]；同時可誘導基質金屬蛋白酶的分泌，降解基底膜，癌細胞由此進入淋巴管和血管系統，侵襲能力顯著增強[13]。

1.3.2 透明質酸 胰腺癌ECM中的透明質酸含量在所有惡性腫瘤中最高，高含量透明質酸是影響胰腺癌預后的獨立因素[14]。具有強大親水性的透明質酸能夠捕獲水分子進入細胞間隙，與蛋白質結合形成蛋白凝膠，將細胞黏在一起又能夠彼此分離，使細胞易于遷移，同時阻止細胞分化，促進腫瘤增殖。此外，大量水分的攝入使得ECM間質膨脹，流體壓力增加，壓迫脈管系統[14-15]并形成機械屏障減少藥物攝入[2,4]，強化腫瘤對于化療藥物的耐受抵抗能力。

1.3.3 上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT) EMT是癌細胞由上皮細胞向間質細胞轉化的過程，是胰腺癌具有侵襲性和耐藥性的重要機制，與ECM中多種分泌因子及信號通路密切相關。在TGFβ、Notch通路、Wnt/β-Catenin通路等各種EMT誘導信號作用下[16-17]，Snail1/Snail2、Twist、Zeb-1、Zeb-2、SMAD蛋白家族等EMT轉錄因子激活，驅動靶向基因轉錄，上調N-鈣黏蛋白等間充質標志物表達，抑制E-鈣黏蛋白等上皮標志物表達，促使上皮細胞失去極性和細胞間的黏附連接，轉化為間充質表型，獲得遷徙能力，脫離上皮導管結構，實現侵襲和擴散[16,18]，同時EMT抑制癌細胞增殖和藥物轉運蛋白表達，強化對吉西他濱等抗增殖藥物的耐藥性[19]。

2 胰腺癌TME的靶向治療

隨著胰腺癌TME致病機理的研究逐漸深入，以TME為靶點的靶向治療成為新的治療研究方向，基質致密纖維化和獨特的免疫環境是目前胰腺癌治療失敗的主要原因，所以基質和免疫細胞是當前最熱門也是最有希望實現突破的靶點。

2.1 靶向基質的治療

胰腺癌對包括吉西他濱在內的很多抗腫瘤藥物均有耐受抵抗，而參與吉西他濱耐藥的基因表達富集在基質相關途徑中[20]，引發了以基質耗竭為目的的靶向研究的蓬勃發展，但大量研究[4,21]結果顯示基質耗竭不僅不能延長總體生存期，在某些情況下，胰腺癌反而變成更具侵襲性。相比之下，誘導纖維化基質恢復原有穩態可能是更有希望的治療策略[2,22]。到目前為止，基質靶向治療主要分為2種思路：(1)基質消耗治療，如聚乙二醇化的重組人透明質酸酶(PEGylated recombinant human hyaluronidase, PEGPH20)；(2)基質調節治療，如結締組織因子抑制劑、FAK 抑制劑和維生素D類似物[15]。

2.1.1 聚乙二醇化的重組人透明質酸酶(PEGPH20) PEGPH20能夠有效降解透明質酸，降低腫瘤內壓力，改善血管塌陷。HALO-109-201和HALO-109-202 Ⅱ期試驗[23-24]顯示，對發生轉移的患者，PEGPH20聯合GEM/Nab-紫杉醇方案不能改善整體無進展存活期；但可明顯改善高透明質酸患者(ECM中透明質酸染色>50%)的無進展存活期和中位生存期。然而，在專門針對高透明質酸、Ⅳ期胰腺癌患者的HALO-109-301 Ⅲ期試驗[25]中，PEGPH20聯合GEM/Nab-紫杉醇方案并不能改善該人群的無進展生存期與總體生存期，反而不良事件發生率增加。此外，在SWOG S1313 ⅠB/Ⅱ期試驗[26]中，PEGPH20聯合FOLFIRINOX方案反而縮短了患者的無進展生存期和中位生存期。PEGPH20在轉移性胰腺癌中療效研究的失敗為基質消耗治療策略帶來新的困境。但也有研究[27-28]發現，在小鼠模型中加用PEGPH20后腫瘤對抗血管生成治療更敏感；顯著增強腫瘤疫苗對TME中T淋巴細胞浸潤的促進作用，上述結果均展現了PEGPH20與其他靶向治療聯合應用的可能性。

2.1.2 維生素D/維生素D受體 胰腺癌中維生素D降解酶CYP24A1表達增加，造成維生素D缺失，維生素D/維生素D受體信號失活，叉頭轉錄因子M1的表達增加，促進癌細胞的生長和轉移，這是胰腺癌發生和進展的關鍵因素[29]。維生素D類似物骨化三醇與CAF表面的維生素D受體結合后可誘導CAF重新產生脂滴并降低α-平滑肌肌動蛋白的表達，恢復成靜息狀態的PSC，同時降低基質中的纖維化和炎癥浸潤，實現基質重構并增加腫瘤中吉西他濱藥物濃度，最后使得同種異體腫瘤小鼠的腫瘤體積變小，生存期延長[30-31]。除了吉西他濱，維生素D類似物聯合溶瘤病毒、免疫療法的試驗結果也值得期待。

2.1.3 其他 纖維化的基質是阻礙藥物運送的主要屏障，選用合適的載體將藥物運進腫瘤細胞也是靶向治療的突破點，納米載體是當前較為熱門的選擇。納米系統Au@PP/RA/siHSP47，通過AuNP納米載體，向胰腺癌腫瘤模型中同時傳遞誘導PSC恢復靜息狀態的全反式維甲酸和靶向熱休克蛋白47的siRNA，模型中藥物的輸送和滲透明顯改善，侵襲性胰腺腫瘤的進展受到顯著抑制[22]。此外，納米顆粒載體還能夠改善吉西他濱、單克隆抗體的滲透性和靶向性[32]，增強其抗腫瘤療效。

2.2 靶向免疫細胞的治療 M2巨噬細胞、髓源性抑制細胞、Treg作為TME中主要的免疫抑制細胞，為胰腺癌的免疫治療提供了靶點。巨噬細胞集落刺激因子1受體(colony-stimulating factor 1 receptor，CSF1R)是腫瘤相關巨噬細胞、髓源性抑制細胞表達的生長因子受體。在同種異體腫瘤小鼠模型中，CSF-1R選擇性抑制劑AZD7507可顯著消耗巨噬細胞，增強效應性T淋巴細胞浸潤比例，導致腫瘤消退并提高小鼠生存率[33]。此外，抗CSF-1R抗體聯合腫瘤疫苗GVAX和抗PD-1抗體可提高轉移性胰腺癌小鼠的存活率[34]。CTLA-4是表達于Treg表面的抑制分子，抗CTLA-4抗體可阻斷免疫抑制信號的傳遞，增強效應性T淋巴細胞和其他免疫細胞的抗腫瘤活性[35]。CTLA-4和PD-1作為經典的免疫檢查點，是腫瘤免疫治療中的熱門靶點，但免疫檢查點抑制劑的單藥治療難以提高胰腺癌患者的生存率，目前研究較多的聯合免疫檢查點抑制劑的免疫療法有CAR-T淋巴細胞移植、腫瘤疫苗、溶瘤病毒和抗CD40單克隆抗體等。盡管當前胰腺癌免疫治療的藥物試驗尚未取得突破性進展，但其療效和前景仍然值得期待。

3 小結

雖然胰腺癌的分子機制和藥物研究一直在深入，但胰腺癌患者的預后沒有顯著改善。由于胰腺癌TME組成成分的獨特性，它在腫瘤的增殖、轉移、免疫逃逸和耐藥等各個方面都產生極大的影響，因此深入研究胰腺癌TME組成成分的致病機理、新型靶向藥物以及聯合用藥方案是非常迫切又必要的。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：張藝譯負責收集資料，分析文獻，撰寫論文；徐敏負責擬定寫作思路，指導撰寫文章并最后定稿。