自上個(gè)世紀(jì)下葉被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，紫杉醇（Paclitaxel，PTX）就一直是化療界的明星。因?yàn)槠涓叨瓤拱┗钚?，紫杉醇目前已?jīng)被廣泛應(yīng)用于卵巢癌、乳腺癌、肺癌等多種癌癥的一線治療[1]。奇點(diǎn)糕還記得曾經(jīng)有過(guò)新聞，紫杉醇的原料紅豆杉被百姓剝了樹皮泡酒，引為抗癌“神藥”（當(dāng)然了，這是個(gè)錯(cuò)誤的做法，直接服用紅豆杉可是會(huì)中毒的）。

不過(guò)，紫杉醇的作用也是把雙刃劍，在利用細(xì)胞毒性殺死癌細(xì)胞的同時(shí)，它也會(huì)增加癌細(xì)胞對(duì)化療劑的抗性并促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。在8月份的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上，來(lái)自俄亥俄州立大學(xué)生物化學(xué)與藥理學(xué)教授Tsonwin Hai團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究為紫杉醇促進(jìn)乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移[2]提供了“實(shí)錘”。

Tsonwin Hai教授

研究結(jié)果揭示了兩個(gè)主要的機(jī)制：一是紫杉醇會(huì)改變?cè)l(fā)腫瘤周邊血管的狀態(tài)，幫助乳腺癌細(xì)胞進(jìn)入血循環(huán)；二是它還會(huì)在肺組織中“辛勤耕耘”，使肺組織微環(huán)境更適合癌細(xì)胞生存，促進(jìn)癌細(xì)胞“生根發(fā)芽”。而這些有害影響，都要通過(guò)一個(gè)名為Atf3的基因來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Atf3是一種應(yīng)激快反應(yīng)基因，正常情況下表達(dá)量非常低，當(dāng)受到外界信號(hào)刺激，就會(huì)快速大量表達(dá)。表達(dá)產(chǎn)物Atf3蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子，能夠直接或間接調(diào)控很多參與炎癥反應(yīng)的基因的表達(dá)[3]。

那么究竟科學(xué)家是怎么證實(shí)紫杉醇的“叛變”行為的呢？

Hai教授和她的團(tuán)隊(duì)在小鼠身上進(jìn)行了試驗(yàn)。他們對(duì)能夠發(fā)生自發(fā)轉(zhuǎn)移的乳腺癌模型小鼠注射了一定量的紫杉醇。比起對(duì)照組，注射了紫杉醇的實(shí)驗(yàn)組小鼠原發(fā)腫瘤確實(shí)有縮小，但是轉(zhuǎn)移到肺部的癌細(xì)胞卻更多！研究者對(duì)敲除了Atf3基因的小鼠也做了同樣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果卻并沒(méi)有什么差別。這足以說(shuō)明紫杉醇的這種促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移的作用與Atf3基因有關(guān)了。

上：在第26天，不使用紫杉醇治療和使用紫杉醇治療以及敲除Atf3基因后不使用紫杉醇治療和使用紫杉醇治療的四種小鼠肺轉(zhuǎn)移腫瘤占總肺部的面積

下：四種小鼠的肺部切片，深色部分為轉(zhuǎn)移瘤

為了搞清除紫杉醇和Atf3基因到底是怎么使壞的，研究人員對(duì)這幾種腫瘤組織進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)用紫杉醇治療的小鼠腫瘤組織中微血管的密度特別高，而且一些能幫助腫瘤轉(zhuǎn)移和新血管生成的細(xì)胞（表達(dá)Tie2基因的單核巨噬細(xì)胞，TEMs）也增加了。他們還發(fā)現(xiàn)，和血管生成有關(guān)的一些基因表達(dá)量高（如Ang1，Notch1和Cxcl1），和抗血管生成有關(guān)的一些基因表達(dá)量低（如Cxcl9、10、11和14）。

另外，還有一個(gè)有意思的現(xiàn)象，乳腺癌細(xì)胞擴(kuò)散需要通過(guò)三種細(xì)胞的直接接觸——內(nèi)皮細(xì)胞、血管周圍巨噬細(xì)胞和增強(qiáng)癌細(xì)胞擴(kuò)散能力的Mena蛋白水平高的癌細(xì)胞。過(guò)去的研究發(fā)現(xiàn)，這三種細(xì)胞在哪里接觸，癌細(xì)胞就在哪里進(jìn)入血管，后來(lái)，這個(gè)“位點(diǎn)”被命名為腫瘤轉(zhuǎn)移微環(huán)境（tumor microenvironment of metastasis，TMEM）[4]。

所以，TMEM就相當(dāng)于一扇門，當(dāng)“三把鑰匙”聚齊時(shí)，癌細(xì)胞就可以打開門，進(jìn)入血管中了。在這次的研究中，研究人員也發(fā)現(xiàn)，使用紫杉醇治療的小鼠TMEM密度明顯升高，這也說(shuō)明，紫杉醇為癌細(xì)胞多造了幾扇門，幫助了它向肺部轉(zhuǎn)移。這和不久前發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》上的另一項(xiàng)研究“不謀而合”，他們?cè)诨煹陌┌Y患者身上也發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)象[5]。

所以這幾項(xiàng)指標(biāo)的變化意味著，紫杉醇不光給癌細(xì)胞開拓了更多的“出走路線（微血管）”，還幫它們打開了脫離桎梏的“大門（TMEM）”。

以上這些結(jié)果都只出現(xiàn)在野生型小鼠上，敲除了Atf3基因的小鼠實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組沒(méi)有明顯差異。這說(shuō)明，紫杉醇的使用促進(jìn)血管生長(zhǎng)、增加癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移微環(huán)境，這些影響都是通過(guò)Atf3基因?qū)崿F(xiàn)的。

癌細(xì)胞通過(guò)TMEM進(jìn)入血管

只關(guān)注原發(fā)腫瘤還不夠，研究人員又盯上了癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的目標(biāo)組織——肺部。他們給用紫杉醇預(yù)處理過(guò)的小鼠靜脈注射癌細(xì)胞，最大程度地消除了紫杉醇對(duì)癌細(xì)胞的直接殺傷影響。

結(jié)果顯示，注射過(guò)紫杉醇的實(shí)驗(yàn)組肺組織比對(duì)照組有更多的癌細(xì)胞定殖。對(duì)肺組織的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組中穿孔素（Prf1）表達(dá)下調(diào)，炎癥性單核細(xì)胞（iMs）數(shù)量上升，趨化因子配體2（CCL2）表達(dá)上調(diào)。

Prf1是重要的溶菌蛋白之一，存在于細(xì)胞毒性T細(xì)胞和天然殺傷（NK）細(xì)胞中，有抑癌作用[6]；iMs可以進(jìn)入肺中分化成巨噬細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[7]；而CCL2是一種小分子蛋白，可以促進(jìn)炎癥性單核細(xì)胞富集，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)，對(duì)腫瘤發(fā)展起著重要作用[8]。

同樣，這些結(jié)果也只出現(xiàn)在野生型小鼠上。這說(shuō)明，紫杉醇的使用改變了肺組織的微環(huán)境，使癌細(xì)胞更容易在肺組織上定殖，這些影響也是通過(guò)Atf3基因?qū)崿F(xiàn)的。

那么現(xiàn)在我們可以確定了，紫杉醇一方面促使腫瘤細(xì)胞從原發(fā)腫瘤逃離，一方面改變肺部微環(huán)境使之更適合腫瘤細(xì)胞定殖，而Atf3基因在其中起關(guān)鍵作用。

紫杉醇（PTX）對(duì)原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移組織的影響

要不是看到這些證據(jù)，奇點(diǎn)糕真是不愿意相信，紫杉醇竟然助紂為虐！不過(guò)，這些在小鼠身上得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是否適用于人類呢？

研究者們自然也考慮到了這一點(diǎn)。為了證實(shí)小鼠數(shù)據(jù)與人類癌癥的相關(guān)性，他們從公開的腫瘤數(shù)據(jù)庫(kù)[9]中的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果不出所料，在接受了化療的乳腺癌患者的腫瘤組織中，Atf3真的有更高的表達(dá)。相應(yīng)的，患者也出現(xiàn)了高水平的CCL2、CCL7、CCL8等炎癥指標(biāo)以及低水平的Prf1、NK細(xì)胞和細(xì)胞毒性T細(xì)胞等。

在乳腺癌、肺癌、卵巢癌和結(jié)腸癌中，ATF3基因和TEK基因高表達(dá)（紅）和低表達(dá)（綠）對(duì)患者生存率的影響

這些分析結(jié)果與小鼠試驗(yàn)的表征是一致的，可見(jiàn)小鼠試驗(yàn)結(jié)果的確能揭示紫杉醇在人體癌癥轉(zhuǎn)移中起到的作用。

研究人員還使用其他株系的癌細(xì)胞替換了他們?cè)谶@次實(shí)驗(yàn)中所用的乳腺癌細(xì)胞，還嘗試用其他化療藥物如環(huán)磷酰胺（CTX）替換紫杉醇，甚至還使用不同種系的小鼠進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果無(wú)一例外。Atf3基因介導(dǎo)的化療劑對(duì)癌癥肺轉(zhuǎn)移的促進(jìn)作用不局限于單一化療藥物、單個(gè)癌種或單個(gè)試驗(yàn)對(duì)象，這是一種在化療中普遍存在的現(xiàn)象。

鑒于早先有研究表明，全身化療后殘留的腫瘤與臨床上的不良預(yù)后有關(guān)[10]，那么，這個(gè)研究可以說(shuō)是對(duì)今后化療的使用很有臨床意義了。Hai教授表示，或許將來(lái)可以通過(guò)抑制Atf3基因的表達(dá)來(lái)解除化療的這個(gè)副作用，這也是他們的下一個(gè)研究目標(biāo)。

不過(guò)這個(gè)研究也存在一些局限性：對(duì)小鼠的整體研究沒(méi)有辦法確定在不同類型細(xì)胞中Atf3基因的作用；而且除了血管轉(zhuǎn)移途徑之外，癌細(xì)胞也可以通過(guò)淋巴管轉(zhuǎn)移，Atf3基因?qū)@條路線的影響還未可知等等。

“研究者應(yīng)當(dāng)隨時(shí)保持一個(gè)開闊的眼界。”Hai教授在一次采訪中如是說(shuō)[11]。奇點(diǎn)糕想，科學(xué)或許就是在對(duì)前人的顛覆上不斷前行、不斷進(jìn)步的吧。

參考資料：

[1] "Paclitaxel". The American Society of Health-System Pharmacists. Retrieved January 2, 2015.

[2] Yi Seok Chang, Swati P. Jalgaonkar, Justin D. Middleton, Tsonwin Hai.Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201700455 DOI: 10.1073/pnas.1700455114.

[3] Corradini P, Ladetto M, Pileri A, Tarella C (1999) Clinical relevance of minimal residual disease monitoring in non-Hodgkin’s lymphomas: A critical reappraisal of molecular strategies. Leukemia 13:1691–1695.

[4] Harney AS, et al. (2015) Real-time imaging reveals local, transient vascular permeability, and tumor cell intravasation stimulated by TIE2hi macrophage-derived VEGFA. Cancer Discov 5:932–943.

[5] George S. Karagiannis, Jessica M. Pastoriza, Yarong Wang et al. Neoadjuvant chemotherapy induces breast cancer metastasis through a TMEM-mediated mechanism. Science Translational Medicine, 05 Jul 2017, 9(397):eaan0026, doi:10.1126/scitranslmed.aan0026.

[6] Barry M, Bleackley RC (2002) Cytotoxic T lymphocytes: All roads lead to death. Nat Rev Immunol 2:401–409.

[7] Qian BZ, et al. (2011) CCL2 recruits inflammatory monocytes to facilitate breasttumour metastasis. Nature 475:222–225.

[8] Qian B, et al. (2009) A distinct macrophage population mediates metastatic breast

cancer cell extravasation, establishment and growth. PLoS One 4:e6562.

[9] Boersma BJ, et al. (2008) A stromal gene signature associated with inflammatory breast cancer. Int J Cancer 122:1324–1332.

[10] Symmans WF, et al. (2017) Long-term prognostic risk after neoadjuvant chemotherapy associated with residual cancer burden and breast cancer subtype. J Clin Oncol 35: 1049–1060.

[11] https://www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170807155401.html