引言

       一個(gè)多世紀以來(lái)，癌癥一直被視為一種累積突變的遺傳疾病。例如，在癌癥中，進(jìn)展通常與APC、RAS、SMAD和TP53突變的增加相關(guān)。這些研究導致了這樣一種觀(guān)點(diǎn)，即體細胞突變的時(shí)間積累達到致癌負荷的閾值是轉移狀態(tài)的開(kāi)始和進(jìn)展的基礎。研究表明，衰老組織中往往充斥著(zhù)復雜致癌背景的克隆，這些克隆與正常組織似乎和諧共存，這進(jìn)一步推動(dòng)了這一觀(guān)點(diǎn)。

       然而，現在對小鼠的研究表明，即使是只有一個(gè)或幾個(gè)致癌突變的細胞也可以發(fā)展為惡性。研究提供了進(jìn)一步的證據，表明轉移擴散到次要部位并不總是與更高的突變負擔相關(guān)，即使是未轉化的上皮細胞也可以自發(fā)擴散并在遠處的器官中存活。某些癌癥表現出的器官向性也支持這樣一種觀(guān)點(diǎn)，即環(huán)境決定了成功轉移的形成，而非遺傳途徑往往控制著(zhù)轉移特征的獲得。

       在過(guò)去的十年里，人們專(zhuān)注于研究腫瘤微環(huán)境（TME）的各種成分的時(shí)空變化，以及轉化細胞發(fā)展為惡性、侵襲性和轉移性癌癥時(shí)的變化。這些研究發(fā)現了許多新的癌癥驅動(dòng)因素，除了基因改變外，還有許多非基因改變，如組蛋白和DNA修飾和腫瘤側的轉錄調節改變，以及TME的細胞外基質(zhì)（ECM）、組織結構和物理應力，所有這些都會(huì )對惡性腫瘤產(chǎn)生深遠影響。

       總之，對腫瘤發(fā)生和轉移的研究揭示了無(wú)數非遺傳因素，這些因素是惡性腫瘤形成和發(fā)展的關(guān)鍵驅動(dòng)因素，而且往往是主要驅動(dòng)因素。這些癌癥的微環(huán)境和表觀(guān)遺傳驅動(dòng)因素具有作為癌癥治療靶點(diǎn)的巨大潛力。

       一、癌癥的細胞外在驅動(dòng)因素

       TME包括免疫細胞、CAFs、血液和淋巴血管系統和神經(jīng)，以及細胞外成分，如ECM、基底膜、生長(cháng)因子和代謝產(chǎn)物，所有這些都已知會(huì )影響腫瘤發(fā)生和腫瘤進(jìn)展。

       轉化細胞與其健康鄰居之間的競爭

       哺乳動(dòng)物上皮內的細胞競爭是在組織形態(tài)發(fā)生過(guò)程中發(fā)生的一個(gè)自然生理過(guò)程。通過(guò)這種機制，合適的細胞識別并主動(dòng)殺死不太合適的鄰居，然后將其從組織中排出。最近在乳腺類(lèi)器官中檢測了人類(lèi)腫瘤發(fā)生中的細胞競爭，其中轉化的細胞只有在被轉化的鄰居包圍時(shí)才能有效增殖。因此，為了使轉化細胞的克隆出現，它們必須產(chǎn)生足夠的旁分泌信號來(lái)阻止健康鄰居的競爭。事實(shí)上，在腸隱窩中，攜帶KRAS或PI3K突變的轉化腸上皮細胞將骨形態(tài)發(fā)生蛋白配體分泌到鄰近的健康隱窩，抑制正常干細胞活性并獲得競爭優(yōu)勢。

       這些研究提供了令人信服的證據，證明從腫瘤發(fā)生的早期階段開(kāi)始，在沒(méi)有遺傳突變積累的情況下，轉化的上皮細胞可以改變其周?chē)纳掀?，以成功地發(fā)展為惡性腫瘤。在這方面，有趣的是，一些特定的突變，例如TP53和NOTCH1，可以在皮膚和食道中長(cháng)時(shí)間積累，而不會(huì )發(fā)展為惡性腫瘤或被其鄰居消除。表明除了致癌突變外，腫瘤發(fā)生還需要小生境重塑?？偟膩?lái)說(shuō)，克隆競爭可能有助于并促進(jìn)腫瘤內的異質(zhì)性，以促進(jìn)腫瘤的進(jìn)化。

       炎癥

       炎癥是癌癥在整個(gè)組織中發(fā)生和發(fā)展的關(guān)鍵驅動(dòng)因素。最近的研究證實(shí)，炎癥和癌癥之間的聯(lián)系是深遠的。當用炎癥誘導劑右旋糖酐硫酸鈉（DSS）處理大腸腺瘤性息肉?。ˋpc）基因突變雜合的小鼠腸道時(shí)，腸道腫瘤發(fā)生加速。類(lèi)似地，攜帶表皮生長(cháng)因子（Egfr）或Kras突變的小鼠在受到空氣污染加劇時(shí)，表現出肺腺癌的加速形成。因此，盡管長(cháng)期假設必須發(fā)生額外的自發(fā)遺傳事件才能發(fā)展為惡性腫瘤，但這些例子表明，暴露于初始遺傳損傷之前或之后發(fā)生的炎癥刺激可以取代這種需要。

       基質(zhì)成纖維細胞

       CAFs是一種TME細胞，具有瘤體內異質(zhì)性表型，在ECM沉積和重塑中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并與癌細胞和浸潤性淋巴細胞廣泛交流。CAFs對上皮腫瘤發(fā)生的強大作用已在基因正常的成纖維細胞中得到證實(shí)。CAFs對TGF-β和Yes相關(guān)蛋白（YAP）信號傳導有強烈反應，從而誘導ECM產(chǎn)生和免疫抑制能力的細胞類(lèi)型特異性變化。此外，通過(guò)它們在一些腫瘤（例如胰腺癌）周?chē)幙椫旅芑|(zhì)網(wǎng)的能力，CAFs有能力改變TME的代謝和缺氧環(huán)境，從而有利于癌細胞生長(cháng)。

       機械應力

       盡管基質(zhì)和轉化細胞之間的許多相互作用受到分泌的細胞因子和生長(cháng)因子的影響，但其他相互作用可能由細胞-細胞和細胞-ECM相互作用的急性快速變化或致癌突變引起的異常機械力觸發(fā)。

       腫瘤細胞入侵的能力取決于其周?chē)h(huán)境的硬度。在年輕健康的組織中，基質(zhì)ECM通常是堅硬的，阻礙腫瘤的發(fā)生，并且通常需要ECM降解酶來(lái)促進(jìn)侵襲。隨著(zhù)組織年齡的增長(cháng)，基質(zhì)ECM變弱，這可能導致腫瘤發(fā)生率隨年齡的增長(cháng)而顯著(zhù)上升。

       局部機械力作為非遺傳因素在腫瘤進(jìn)展中的重要性也進(jìn)行了研究。例如，在一系列以不同模式和水凝膠硬度生長(cháng)的小鼠和人類(lèi)癌細胞系中，僅機械應力就可增強腫瘤的CSC特征，包括增殖、遷移、侵襲和存活。細胞外空間的機械應力如何影響致瘤性和侵襲性的另一個(gè)例子來(lái)自對人類(lèi)肝細胞癌細胞系的研究，其中ECM的硬化誘導其分泌外泌體，這反過(guò)來(lái)導致NOTCH激活和異種移植后的生長(cháng)增強。細胞外液體粘度也可以在體外重編程乳腺癌細胞，使其傳播有利于轉移的表型，影響肌動(dòng)蛋白細胞骨架、鈉和鈣轉運和收縮性。

       血管生成、淋巴管生成和神經(jīng)發(fā)生

       TME對癌癥的其他眾所周知的影響包括血管生成和淋巴管生成，這兩者都是由來(lái)自CSC的信號觸發(fā)的。值得注意的是，VEGF-A可由早期致瘤微環(huán)境中的多種因素誘導，包括綜合應激反應、缺氧和TGF-β信號傳導。脈管系統將營(yíng)養物質(zhì)、激素和免疫細胞輸送到腫瘤的能力使其成為CSC的重要生命線(xiàn)，CSC位于腫瘤-基質(zhì)界面，血管擴張也可以產(chǎn)生腫瘤內的異質(zhì)性，驅動(dòng)鄰近CSC的差異轉錄組學(xué)，并導致治療耐藥性。

       最近的研究已經(jīng)開(kāi)始探索神經(jīng)在癌癥進(jìn)展中的作用。到目前為止，它們的作用似乎取決于環(huán)境，沒(méi)有一致的腫瘤促進(jìn)或抑制作用。然而，在結直腸癌的單癌基因Apcmin模型中，迷走神經(jīng)切斷術(shù)顯著(zhù)減少了腫瘤數量，這表明內臟感覺(jué)神經(jīng)元可能是腫瘤發(fā)生和發(fā)展的非基因驅動(dòng)因素。

       二、癌癥的細胞內在非基因驅動(dòng)因素

       TME和腫瘤細胞之間的通訊形成了癌癥表觀(guān)基因組，包括DNA、組蛋白和其他染色單體相關(guān)蛋白的翻譯后修飾。這些改變可以留下影響CSC的轉錄和翻譯的持久印記。

       TME誘導的轉錄因子失調

       TME觸發(fā)的促腫瘤信號傳導通常導致轉化細胞中的轉錄因子失調。MAPK途徑被酪氨酸激酶受體如EGFR激活，后者反過(guò)來(lái)激活RAS和/或RAF，改變轉錄因子如JUN、FOS、ELK、ETS、MYC、MSK的表達，甚至β-連環(huán)蛋白，即WNT信號的淋巴增強結合因子（LEF1）輔因子。盡管該途徑的基因在癌癥中頻繁突變，但TME可以過(guò)度激活該途徑。例如，在致癌的RAS驅動(dòng)的胰腺癌中，固醇O-?；D移酶1（SOAT1）被過(guò)度激活，它增強了RAS膜的定位和功能。

       染色質(zhì)動(dòng)力學(xué)的影響

       隨著(zhù)腫瘤的發(fā)生，外部因素和下游轉導信號通路的復雜相互作用可以深刻地改變CSCs的染色質(zhì)組織。致癌過(guò)程中染色質(zhì)失調導致可塑狀態(tài)，導致癌癥轉化、異質(zhì)性和進(jìn)化。新出現的腫瘤及其微環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)串擾產(chǎn)生了選擇性壓力，從而觸發(fā)組織中通常不活躍的轉錄因子。其中一個(gè)例子是Runt相關(guān)轉錄因子（RUNX），它經(jīng)常引起與腫瘤進(jìn)展和轉移有關(guān)的染色質(zhì)重塑的表觀(guān)基因組改變。

       TME的代謝狀態(tài)也可以影響癌癥表觀(guān)基因組學(xué)。在這方面，許多DNA和組蛋白去甲基化酶的活性依賴(lài)于輔因子α-酮戊二酸，因此受到TME中α-酮谷氨酸與琥珀酸比率的影響。例如，當比率低并且去甲基化酶被抑制時(shí)，H3K27me3可以積累，特別是當甲基化酶（如EZH2）過(guò)度活躍時(shí)，就像在癌癥中經(jīng)常發(fā)生的那樣。EZH2也可以通過(guò)TME升高，這足以誘導乳腺腫瘤的轉移。

       癌癥進(jìn)展的轉錄后控制

       在染色質(zhì)結構和轉錄的下游，調節轉錄穩定性的機制和翻譯也被認為是表觀(guān)遺傳學(xué)調節劑。在癌癥中，TME的外部因素可以誘導劫持這些機制的途徑，以促進(jìn)轉化、腫瘤發(fā)生和進(jìn)展。

       miRNA：許多miRNA與癌癥相關(guān)。例如，miRNA能夠抑制編碼載脂蛋白E的特定變體的mRNA，該變體在人群中自然發(fā)生，但當缺失時(shí)，會(huì )增加對轉移性黑色素瘤的易感性。此外，癌細胞環(huán)境在調節這些轉錄后調節因子的表達方面也起著(zhù)關(guān)鍵作用。缺氧和EGFR信號傳導，后者被突變以及TME中細胞分泌的生長(cháng)因子過(guò)度激活，從而調節控制miRNA成熟的AGO2蛋白的磷酸化。

       翻譯：癌細胞必須努力使其能夠在壓力條件下生存，同時(shí)抑制抗腫瘤免疫反應。敵對TME，如營(yíng)養缺乏、氧氣限制、高代謝需求和氧化應激，都會(huì )引發(fā)內質(zhì)網(wǎng)（ER）應激的細胞狀態(tài)。通過(guò)激活ER應激傳感器和適應性應激反應，癌細胞可以抵御環(huán)境攻擊，增強其轉移和耐藥性。這些反應的核心是轉化機制。通過(guò)抑制全局翻譯，同時(shí)允許翻譯一些關(guān)鍵的應激反應mRNA，癌細胞可以更好地應對環(huán)境的應激。

       結語(yǔ)

       在過(guò)去的十年里，新的數據表明，對于大多數癌癥來(lái)說(shuō)，一旦干細胞接受了最初的致癌突變，非基因驅動(dòng)因素可能是驅動(dòng)腫瘤發(fā)生和發(fā)展的重要原因。腫瘤發(fā)生和進(jìn)展的過(guò)程可以被視為遺傳和非遺傳因素之間的動(dòng)態(tài)平衡，這是為適應特定的癌癥起源細胞及其在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中不斷變化的微環(huán)境而量身定制的。從這個(gè)角度來(lái)看待癌癥，可以更準確地捕捉癌細胞行為的復雜性，并有助于未來(lái)的研究，揭示癌癥治療的新弱點(diǎn)。

       參考資料：

       1.Beyond genetics: driving cancer with the tumour microenvironment behind the wheel. Nat Rev Cancer. 2024 Feb 12