超肝缺血再灌注损伤对肿瘤增殖、转移的影响

摘要

肝缺血再灌注损伤(hepatic ischemia/reperfusion injury, HIRI)是肝脏外科常见的病理生理过程. HIRI通过引起趋化因子、黏附分子、基质金属蛋白酶、血管内皮细胞生长因子等细胞因子表达改变, 对血液中残留肿瘤细胞的迁移、黏附、定植、生长等步骤有着重要的影响. 与肝癌术后的复发、转移关系密切.

关键词: 肝缺血再灌注损伤; 细胞因子; 肿瘤增殖; 肿瘤转移

Effects of hepatic ischemia/reperfusion injury on tumor proliferation and metastasis

Wei-Ping Zhou, Han-Yong Sun

Wei-Ping Zhou, Han-Yong Sun, the Third Department of Hepatic Surgery, Eastern Hepatobiliary Surgery Hospital, the Second Military Medical University of Chinese PLA, Shanghai 200438, China

Correspondence to: Professor Wei-Ping Zhou, the Third Department of Hepatic Surgery, Eastern Hepatobiliary Surgery Hospital, the Second Military Medical University of Chinese PLA, 225 Changhai Road, Shanghai 200438, China. weiping.zhou@hotmail.com

Received: December 2, 2009
Revised: January 18, 2009
Accepted: January 26, 2009
Published online: March 28, 2010

Abstract

Hepatic ischemia/reperfusion injury (HIRI) is a common pathophysiological process encountered in liver surgery. It has significant effects on the migration, adhesion, colonization and growth of circulating tumor cells by affecting the expression of some cytokines such as chemokines, adhesion molecules, matrix metalloproteinases, and vascular endothelial growth factor. Therefore, HIRI is highly correlated with the postoperative recurrence and metastasis of liver cancer.

Key Words: Hepatic ischemia/reperfusion injury; Cytokine; Tumor proliferation; Tumor metastasis

0 引言

无论是在原发性肝癌还是继发性肝癌, 手术切除仍是目前的首选治疗手段. 但术后肝内肿瘤的复发是影响患者总体生存率的主要因素. 手术中为控制出血, 常需阻断肝脏血流, 导致残肝的缺血再灌注损伤(hepatic ischemia/reperfusion injury, HIRI). 研究表明缺血再灌注损伤不仅可引起术后肝功能衰竭, 还可以促进血液中肿瘤细胞在肝脏定植、生长, 在肝癌术后归巢复发、转移过程中扮演重要角色[1-2]. 血液中游离肿瘤细胞在肝脏中定植、生长过程: 首先肿瘤细胞在趋化因子的作用下定向迁移至肝脏, 再在黏附分子的作用下与血管壁黏附并分泌降解细胞外基质酶, 使其逸出血管侵入肝实质定植、生长.

1 HIRI后趋化因子的表达对肿瘤细胞增殖、转移的影响

趋化因子在缺血再灌注损伤的病理过程中起着重要的作用, 尤其是CXC亚家族在HIRI中是调节中性粒细胞聚集的关键因子[3-5]. 趋化因子是能使细胞发生趋化运动的一类细胞因子, 绝大多数趋化因子含有4个保守的半胱氨酸, 根据前两个半胱氨酸的相对位置不同, 趋化因子可分为CXC(α)、CC(β)、C(δ)和CX3C(γ)4个亚家族. 趋化因子及其受体不仅参与炎症的致炎过程, 而且在肿瘤的发展、转归过程起重要作用, 其介导肿瘤细胞在特定的器官定植、生长[6].

CXC家族中CXCR4受体及其特异配体CXCL12的结合, 是目前研究较多的趋化因子途径, 不仅与肿瘤归巢转移、复发而且与肿瘤的增殖、血管形成相关. 在HIRI的病理过程中, 缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor 1, HIF-1)是调节细胞组织对缺氧反应的中心介质. HIF-1可诱导CXCL12表达, 其主要机制是CXCL12基因启动子区有两个HIF-1结合区域HBS1和HBS2(内皮细胞中HBS1是HIF-1依赖的CXCL12合成表达的结合域), HIF-1α与HBS1结合后转录活化, 使得CXCL12在缺血、缺氧组织中高表达[7]. CXCL12高表达促使CXCR4阳性肿瘤细胞定向向缺血、缺氧组织归巢、黏附. 肿瘤活检和细胞系中检测许多肿瘤细胞都有CXCR4表达, 包括结肠癌细胞、肝癌细胞、乳腺癌细胞等[8,9]. Müller等[10]研究发现乳腺癌CXCR4高表达, 其主要转移靶器官(肺、肝、骨)中CXCL12表达明显增高, CXCR4/CXCL12在乳腺癌细胞的定向转移中起着重要作用. CXCR4/CXCL12作用不仅包括肿瘤细胞的迁移归巢, 还可以促进肿瘤血管的发生[8,11]. 当前的研究热点肿瘤干细胞, 被认为与肿瘤的复发、转移关系密切; 同样许多肿瘤干细胞也有CXCR4表达[12], CXCR4/CXCL12轴也介导着肿瘤干细胞的归巢, 促进肿瘤的转移、复发[13,14].

2 HIRI后黏附分子的表达对肿瘤细胞增殖、转移的影响

缺血再灌注后肝脏趋化因子表达增高, 促使血液中的肿瘤细胞的归巢. 但要进入肝实质, 首先肿瘤细胞要与血管壁的黏附, 在这一过程中黏附分子发挥着重要作用. 黏附分子目前主要分为两大类: 一类是细胞表面的与黏附有关的分子, 主要分为4大家族, 即钙粘连素、选择素、免疫球蛋白超家族和整合素家族, 此外尚有透明质酸的受体CD44和连环蛋白. 另一类是在细胞间隙中充满的多种蛋白质和多糖组成的细胞外基质(extracellular matrix, ECM).

当前有关选择素的研究较多, 选择素为跨膜糖蛋白, 介导细胞与细胞之间的黏附, 并具有高度选择性; 主要包括: E-选择素、P-选择素、L-选择素. 选择素体内的配体主要是sLex和sLea, 在白细胞和肿瘤细胞的表面均有表达. 正常肝窦内皮细胞上不表达E-选择素, HIRI中血清一氧化氮水平下降、细胞内钙超载、氧自由基大量产生及细胞因子的释放(TNF-α、IL-1、IL-6、IL-10、PAF等)通过对转录因子NF-κB的调控, 使得包括肝窦内皮细胞在内的相应肝组织细胞表面的黏附分子(E-选择素、P-选择素、细胞间黏附分子1和血管细胞间黏附分子1等)相继表达上调[3]. 大量研究表明E-选择素与肿瘤细胞黏附、转移关系密切[15-17]. 内皮细胞表面的E-选择素表达增高与肿瘤细胞上的相应配体sLex和sLea结合介导两者之间的相互识别和早期黏附. 其机制可能与炎性反应中内皮细胞表面E-选择素和白细胞上相应配体sLex和sLea结合, 导致白细胞在内皮细胞上滚动, 并为以后白细胞贴壁及游出血管到达炎症部位相似. P-选择素由内皮细胞和血小板表达, 主要储存于内皮细胞的Weibel-Palade小体和血小板的α颗粒内, HIRI过程中释放的大量炎症因子及趋化因子激活后快速表达于血管内皮细胞表面. 大量研究表明研究报道P-选择素可与肿瘤细胞上相应的选择素共同配体单位sLex和sLea结合, 介导活化的血小板、内皮细胞与肿瘤细胞的共同黏附, 协同促进肿瘤转移[18,19]. 目前有关L-选择素在缺血再灌注损伤中表达改变的研究不多.

3 HIRI后基质金属蛋白酶的表达对肿瘤细胞增殖、转移的影响

肝缺血再灌注通过上调趋化因子和黏附分子促进肿瘤细胞的归巢和血管内细胞的黏附, 但要在肝实质定植生长, 必须突破血管基底膜. 因此对基底膜及ECM的蛋白酶解作用被视为肿瘤侵袭转移的关键步骤. ECM由蛋白质和蛋白聚糖组成的网架, 基底膜是ECM的一个重要部分. ECM的改变和重塑是肿瘤侵袭和血管生成的基本条件. 与蛋白水解相关酶类中基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)与肿瘤侵袭转移关系最为密切也研究最多. MMP及其抑制因子(tissue inhibitor of metalloproteinases, TIMPs)是ECM成分的主要调节因素. 缺血再灌注过程中炎症反应、呼吸爆发、诱生型一氧化氮的表达等病理过程均可导致MMP表达上调, 尤其是MMP-9, 其与肝脏Disse间隙Ⅳ胶原蛋白和纤维连接蛋白的降解关系密切[20-22]; 同时金属蛋白酶抑制剂TIMP-1表达降低[23]. 因此缺血再灌注通过MMPs表达上调降解ECM、破坏局部组织结构、促进ECM重塑的作用, 从而促进肿瘤侵出、转移. MMP-9是胶原酶类亚家族, Moore等研究表明在HIRI中中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞等大量产生MMP-9, 使其在损伤组织中高表达, 与CD44形成复合体, 并经后者介导与ECM结合, 从而发挥促进肿瘤细胞的侵犯与血管形成的重要作用[24-27]. Nicoud等[28]研究发现MMP-9基因敲除小鼠的结肠癌肝转移瘤的数量、体积均不如野生小鼠, 证实了MMP-9在缺血再灌注过程中介导肿瘤细胞侵袭转移.

4 HIRI对肿瘤血管生成的影响

肿瘤细胞浸出肝脏血管进入肝实质, 新生血管的形成对肿瘤的生长和转移起着重要的作用. 肿瘤血管形成是一个复杂的多步骤过程, 他受多种因子调节. 血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是目前发现的作用最强、特异性最高的血管生成因子, 参与了血管新生的每个环节[30]. Tsurui等[31]认为VEGF介导的血管生成参与癌栓形成和肿瘤肝内转移机制, 可作为反映肿瘤进展和潜在血管侵犯的分子标志物. 国内外许多学者研究表明VEGF与缺血再灌注损伤密切相关[32,33]. 在HIRI过程中许多的因素可对VEGF的表达产生重要的影响. 缺氧情况下, 细胞产生HIF-1, 研究证实[34,35]: HIF-1不仅可促进VEGF的转录, 而且可增加VEGF mRNA的稳定. VEGF基因s'端启动子中有一28 kb的增强子片段, 内含HIF-1结合位点, 该片段与缺氧时VEGF基因转录率增加有关. HIF-1与相应的DNA结合, 进而激活了HIF-1α羧基端转录活性区. 这些变化增加了HIF-1α羧基端与P300/CBP-CH1的结合力, 后者为核磷酸蛋白, 是HIF-1调控DNA的重要信号传导蛋白. 激活的HIF-1α通过该核磷酸蛋白将转录信号传给VEGF, 开始发挥其转录活性. 另外在HIRI过程中TNF-α、TGF、IL-1、IL-6等表达增高, 他们也在转录水平促进了VEGF的表达[35].

5 结论

由此可见, HIRI可引起许多细胞因子表达改变, 影响着肿瘤细胞从归巢、黏附、血管基底膜降解和肿瘤血管形成的每一步. 上述仅对每一步中某一、两个因素进行了论述, 其他还有很多的细胞因子在起作用. 而且每一步之间的细胞因子作用是交叉的、复杂的网络. 目前对HIRI促进肿瘤复发、转移的研究很受关注, 但很多都仅限于动物水平的研究, 尚未见有完整的临床RCT研究报道, 我们在肝肿瘤手术中采用不同的肝血流阻断方法如单纯门静脉阻断、半肝血流阻断等以减轻患者缺血再灌注损伤, 初步研究资料表明对患者的术后肿瘤复发、转移有着重要的影响.

评论

背景资料

研究表明缺血再灌注损伤不仅可引起术后肝功能衰竭, 还可以促进血液中肿瘤细胞在肝脏定植、生长, 在肝癌术后归巢复发、转移过程中扮演重要角色, 肝缺血再灌注损伤(HIRI)是肝脏外科常见的病理生理过程. HIRI通过引起趋化因子、黏附分子、基质金属蛋白酶、血管内皮细胞生长因子等细胞因子表达改变, 对血液中残留肿瘤细胞的迁移、黏附、定植、生长等步骤有着重要的影响.

同行评议者

邱宝安, 主任医师, 中国人民解放军海军总医院肝胆外科.

研发前沿

目前对HIRI促进肿瘤复发、转移的研究很受关注, 但很多都仅限于动物水平的研究, 尚未见有完整的临床RCT研究报道.

相关报道

Nicoud等研究发现MMP-9基因敲除小鼠的结肠癌肝转移瘤的数量、体积均不如野生小鼠, 证实了MMP-9在缺血再灌注过程中介导肿瘤细胞侵袭转移.

同行评价

本文选题较好, 内容全面, 文献引用合理, 有较好的可读性.

备注

编辑:李军亮 电编:吴鹏朕

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