2019, Vol. 39
癌症是人类主要死亡原因之一，也是一个重大的公共卫生问题。据统计，全球癌症发病率近十年来呈逐年上升趋势，2018年肿瘤年鉴预计当年将有新发癌症病例约1 810万，死亡病例960万[1]。流行病学显示, 超过90%的癌症死亡由肿瘤转移导致[2]。因此，阻断肿瘤转移是控制和治疗癌症的有效途径。
肿瘤转移是一个复杂的动态过程，基本过程是细胞间黏附作用减低，使得脱落的肿瘤细胞突破基底膜进入脉管系统成为循环肿瘤细胞，被运送至邻近或远隔靶器官并定植，经血管生成、细胞增殖等形成新的转移灶[3]。肿瘤转移受细胞内外多种机制的调控，外在机制包括代谢、细胞外基质以及肿瘤微环境等，典型的内在机制是上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)[4]。EMT是上皮细胞转化为具有间质表型细胞的生物学过程。该过程中，上皮细胞失去原有的细胞间接触抑制或改变其黏附能力，促进肿瘤细胞侵袭、转移，同时也可降低肿瘤细胞对放射治疗的敏感性，最终导致肿瘤复发和治疗失败。可见，EMT在获得性放射抵抗中也起关键作用[5]。鞘氨醇-1-磷酸受体-1(sphingosine-1-phosphate receptor 1，S1PR1)作为一种促癌基因，在多种恶性肿瘤中高表达，能够通过调控EMT过程发挥促进肿瘤转移和放疗抵抗形成的作用。
一、S1PR1及其生物学作用S1PR1由S1PR1基因(也称内皮细胞分化基因1)编码，是鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)的G蛋白耦联受体, 属于S1PR家族(由S1PR1-S1PR5 5个成员组成)。S1PR1约含有400个氨基酸残基，由7个疏水性跨膜α-螺旋排列构成一个极性管状结构，其暴露于胞外的3个环体能识别细胞外配体，激活细胞内下游信号通路[6]。
S1PR1的激活需要鞘氨醇激酶(sphingosine kinases，SphKs)、S1P、信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3, STAT3)以及其他细胞因子等多种物质的参与。SphKs是S1P合成的关键酶，包括SphK1和SphK2两种亚型，SphK1作为一种促癌性激酶，在多种恶性肿瘤中激活S1P/ S1PR1途径，参与癌症的发生与发展。S1PR1的基本活化过程：SphKs催化细胞内鞘磷脂代谢产物鞘氨醇合成S1P，S1P经旁分泌或自分泌进入细胞外环境，与受体S1PR1高度特异性结合，活化受体并将信号传导至胞内，最终引起多种生物学效应。S1PR1广泛表达于内皮细胞、免疫细胞、巨噬细胞、肌肉细胞等多种细胞类型，具有促进细胞增殖、迁移、血管生成、抑制凋亡及维持血管通透性等作用[7-8]。研究表明，S1PR1能抑制心肌细胞自噬和肥大，在心血管系统中发挥心脏保护作用[9]；在神经系统中，活化的S1PR1能介导神经性炎症与疼痛[10]。
二、S1PR1促进肿瘤转移研究表明，S1PR1与多种癌症转移密切相关。S1PR1在恶性肿瘤中表达水平升高，增强细胞侵袭能力和促进血管生成，进而导致肿瘤细胞发生远处转移。与无转移的癌组织相比，转移性肝细胞癌组织中S1PR1表达水平显著提高，下调S1PR1基因的表达可抑制骨肉瘤细胞的转移[11-12]。Weichand等[13]通过动物实验验证了S1PR1的促肿瘤转移作用，在肿瘤相关巨噬细胞(tumour-associated macrophages，TAMs)中S1PR1的缺失可明显抑制乳腺癌继发肺转移。
1. S1PR1激活下游信号分子促进肿瘤转移：STAT3是S1PR1基因的转录因子，该因子的持续激活对S1PR1表达上调以及促癌转移效应的实现至关重要。体内外研究发现，S1PR1在弥漫性大B细胞淋巴瘤中表达上调，伴随STAT3水平显著升高，增强细胞侵袭、迁移能力以及促进肿瘤转移[14]。
STAT3在肿瘤细胞及其相关免疫细胞中调节S1PR1的表达，S1PR1反过来又能介导STAT3持续激活，由此形成一个正反馈回路。S1PR1可能通过直接作用、Janus激酶(janus kinase，JAK)或核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)/白细胞介素6(interleukin-6，IL-6)途径等维持STAT3的活性[14-16]。乏氧是多种实体肿瘤的共同特征，也是调节肿瘤转移的重要因素。肿瘤细胞在乏氧微环境中会出现一系列适应性生物学行为的改变, 包括肿瘤侵袭和远处转移能力的增强[17]。研究发现，S1PR1和STAT3在缺氧、能量匮乏的卵巢癌组织中表达水平明显升高，抑制细胞存活、侵袭、迁移等多种功能，并且S1PR1通过激活JAK信号通路维持乏氧微环境诱导的STAT3高表达状态[18]。Deng等[19]报道原发肿瘤中S1PR1-STAT3信号通路的激活诱导骨髓细胞与转移前部位组织细胞表达S1PR1-STAT3的活化因子，促使骨髓细胞渗入转移前部位调节转移前肿瘤微环境，以利于转移的发生及转移后细胞存活、增殖。除STAT3外，S1PR1还能通过激活下游炎症小体Nod样受体蛋白3/白细胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)、介导TAMs中脂质运载蛋白2(lipocalin 2，LCN2)的高表达等途径促进肿瘤远处转移[13, 20]。
2. S1PR1调控EMT促进肿瘤转移：EMT是恶性肿瘤转移的初始步骤和典型特征。这一转变伴随着上皮特异性生物标志物(如E-钙粘蛋白、β-连环蛋白)的表达降低和间充质特异性生物标志物(如N-钙粘蛋白、波形蛋白、纤连蛋白)的表达增加，使细胞扩散和侵入能力增强，赋予细胞转移能力[21]。肿瘤细胞中S1PR1的表达增加能够激活EMT，进而激发细胞的侵袭和转移潜能，与癌症患者预后不良密切相关。You等[22]研究表明人胃腺癌细胞系中S1PR1的过度表达诱导EMT过程，表现为波形蛋白水平升高、E-钙粘蛋白水平降低，肿瘤细胞的侵袭力明显增强，最终导致裸鼠皮下异种移植瘤生长和肺转移。转化生长因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)能诱导细胞发生EMT，进一步研究发现下调S1PR1基因表达能够降低胃癌细胞对TGF-β1的反应，进而抑制EMT。因此，S1PR1可能通过TGF-β1相关途径调控肿瘤细胞的EMT过程。
S1PR1可通过激活STAT3参与EMT过程来实现促肿瘤转移的目的。体内外研究发现，内质网氧化还原酶-1α(endoplasmic reticulum oxidoreductin 1α，ERO1α)具有促进肝细胞癌侵袭、EMT和转移的功能，其表达水平与S1PR1、STAT3呈正相关，ERO1α可能通过活化S1PR1/STAT3途径促进EMT和远处转移[11]。芬戈莫德FTY720作为S1PR1的拮抗剂，能够干扰S1PR1/STAT3正反馈通路的激活和EMT进程。研究发现FTY720同时也下调NF-κB水平，推测FTY720抑制NF-κB相关途径减弱或逆转EMT，而且S1PR1很有可能通过启动NF-κB/IL-6/STAT3的级联扩增促进EMT。此外研究还证明，S1PR1下游分子细胞外信号调节激酶1/2、蛋白激酶B与肿瘤转移和进展有关[16, 23]。
3. S1PR1诱导淋巴管与血管生成促进肿瘤转移：恶性肿瘤发生远处转移很大程度上依赖肿瘤淋巴管和血管生成，而S1PR1能够促进新生淋巴管和血管形成提高肿瘤远处转移的能力。凋亡的肿瘤细胞可诱导巨噬细胞产生和释放LCN2、IL-1β，这两种细胞因子均与肿瘤相关淋巴管生成和肿瘤转移密切相关。S1PR1介导TAMs中LCN2的高表达，促进乳腺肿瘤淋巴道转移，降低生存率[20]。此外，Zheng等[24]认为S1PR1可能通过促进NF-κBp65亚基的磷酸化和NF-κB因子的核转位增加肿瘤坏死因子α、IL-1β等细胞因子的分泌，诱导人淋巴管内皮细胞增生形成淋巴管。
肿瘤新生血管为肿瘤提供氧气和营养，促进细胞增殖与侵袭，而肿瘤细胞又能经血管进入血液循环到达远隔部位，形成转移灶。S1PR1作为血管生成相关基因，在肿瘤血管内皮细胞中呈高表达状态，Chae等[25]利用小干扰RNA特异性下调内皮细胞S1PR1的表达，抑制内皮细胞迁移和血管生成，严重阻碍肿瘤细胞的扩散与转移。S1PR1能够通过上调血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达发挥促进血管生成的作用。研究发现，S1PR1增加卵巢癌细胞中S1P诱导的VEGF、IL-6和IL-8等血管生成因子的分泌，激发肿瘤新生血管形成的潜能[26]。
三、S1PR1促进肿瘤放疗抵抗放射治疗是癌症的重要治疗手段之一，而放疗抵抗在很大程度上影响治疗效果和生存预后。放射抗性包括内在的和获得的，由于肿瘤细胞的异质性，某些细胞可能具有内在的放射抗性。放疗期间肿瘤细胞再增殖、迁移、侵袭、血管生成、凋亡减少等均可导致获得性抗性的产生，最终可能造成治疗失败[27-28]。放疗抵抗的形成是一个复杂过程，与肿瘤干细胞、DNA修复蛋白过度表达、多种信号通路的异常激活、血管生成、细胞缺氧等多种因素有关。S1PR1作为一种致癌性基因，在多种癌症中发挥增强肿瘤细胞增殖与侵袭能力、抑制凋亡以及降低对电离辐射敏感性等作用[29]。
EMT在肿瘤获得性放射抵抗过程中起关键作用。电离辐射诱导的人类癌细胞EMT过程能够提高细胞增殖和侵袭能力，降低肿瘤对放疗的敏感程度[21]。S1PR1通过激活STAT3介导的EMT过程，参与肿瘤放射抗性形成。S1PR1拮抗剂FTY720能够逆转EMT和减弱癌细胞的放疗抵抗，并且其放疗增敏效应是通过抑制S1PR1-STAT3通路实现的[30-31]。受S1PR1-STAT3途径调控的EMT过程能够介导肿瘤的侵袭性、干细胞特性和放射抗性。肿瘤干细胞样细胞(cancer stem-like cells，CSCs)具有高度自我更新能力，在肿瘤放疗耐受中亦发挥重要作用。许多研究表明，S1PR1介导的STAT3持续激活在CSCs增殖和多向分化中起关键作用，与胰腺癌、胶质瘤等多种恶性肿瘤的获得性放射抵抗紧密关联[32-33]。Lin等[34]报道经照射的多形性胶质母细胞瘤中富含CSCs，能够促使放射抗性形成和肿瘤复发。S1PR1-STAT3在胶质瘤中高表达引起的下游EMT转录因子Slug水平上调可能是肿瘤侵袭和放疗抵抗的潜在机制。
肿瘤乏氧亦是影响放疗效果的主要因素之一。在放疗过程中，缺氧环境诱导的代谢相关适应性变化如细胞自噬，可提高肿瘤细胞生存能力，在一定程度上削弱了对放疗的敏感性。Gu等[35]发现抑制丝/苏氨酸激酶PIM1能够减少缺氧诱导的细胞自噬并增敏放疗，而PIM1在前列腺癌中高表达状态可能是S1PR1活化JAK/STAT3通路的结果。诱导细胞凋亡是放射治疗杀死癌细胞的重要机制之一。S1PR1下游的JAK2/STAT3信号传导途径与肿瘤细胞凋亡有关，该信号通路的激活可显著抑制电离辐射诱导的细胞凋亡，介导肝细胞癌的放射抗性[36]。相比于放射敏感性肺癌细胞，具有获得性放射抗性的肺癌细胞中S1PR1/JAK2/STAT3下游的B淋巴细胞瘤-2等凋亡抑制基因显著活化，You等[37]通过抑制JAK2/STAT3有效逆转放疗抵抗和改善肺癌放疗的效果。除JAK途径外，S1PR1还可能通过激活NF-κB/IL-6、IL-8等相关通路介导STAT3的过度表达，参与肿瘤获得性放射抵抗形成。Matsuoka等[38]发现阻断IL-6/STAT3信号传导能够有效增加口腔鳞状细胞癌对放射治疗的反应。
四、展望S1PR1作为一种促癌基因，在多种癌症中高表达，通过活化多种下游信号分子、传导通路，参与肿瘤转移和放射抵抗形成过程。下调S1PR1表达能够有效阻断细胞远处转移以及减弱或逆转放疗抵抗。S1PR1作为生物标志物判断疾病预后、下调S1PR1表达抑制肿瘤发展都具有十分广阔的应用前景。S1PR1有望成为癌症控制和治疗的重要靶点，为临床诊疗提供新思路。
利益冲突 无志谢 本研究受到温州市科技局科技合作项目(2018H0004)资助。感谢克利夫兰大学附属医院医学中心放射肿瘤科孔凤鸣教授对本篇论文的指导
作者贡献声明 高梦丹负责收集文献和撰写初稿；叶旭雪、卢立淮协助论文撰写；王琼琼、周清宇、高雅、李益飞协助文献的收集与整理；谢聪颖指导论文撰写、修改和定稿
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