恶性间皮瘤的发病机制

第三十八章　恶性间皮瘤的发病机制

一、引言

恶性间皮瘤（malignant mesothelioma，MM）是一种少见的位于胸膜、腹膜等浆膜面的侵袭性肿瘤。它的发病通常与接触石棉有关，但也有24%的患者没有石棉接触史。尽管自19世纪70年代以来西方国家的石棉使用广泛减少，但接触后的长潜伏期使间皮瘤的发生率正持续上升。预计在2010年，工业发达国家恶性间皮瘤的死亡率将达到高峰。发展中国家由于在煤矿和制造工业方面对石棉使用的劳动保护措施力度欠缺，该病的发生率也有可能在逐步攀升。

恶性间皮瘤的中位生存期仅9个月，目前可选择的有效的治疗措施也很有限。因此对恶性间皮瘤发病机制进行深入研究，为探索建立新的治疗方法提供理论依据显得极为迫切。

二、组织学

间皮组织是来源于原始中胚层体腔，并覆盖在体腔表面的组织层。它能分化为连续上皮细胞层，覆盖胸膜、心包和腹腔。在胸膜，它为单层间皮细胞，位于由胶原纤维和非连续弹性蛋白构成的基膜下方。间皮细胞形态多样，可呈扁平状、立方状或柱状。这些细胞的转变速率相对缓慢，但炎症刺激可促进间皮细胞的转换。胸膜受损后，间皮细胞会增殖并修复损伤区，但具体机制尚未明确。现今发现体外培养的间皮细胞能主动吞噬石棉纤维，提示间皮细胞具有吞噬性，这在恶性间皮瘤发展的易感性方面可能具有重要意义。

三、发病因素

（一）石棉的作用

石棉是一种可剥分为柔韧的细长纤维的硅酸盐矿物的总称。按其成分和内部结构，通常分为蛇纹石石棉和角闪石石棉两大类。蛇纹石呈短弧形，以温石棉为代表；闪石呈长针形，以青石棉、铁石棉、透闪石、直闪石和阳起石为代表。仅前4种被广泛应用，90%的工业用石棉是温石棉。

现已明确接触石棉会导致一系列呼吸疾病，包括胸膜斑形成、胸膜广泛增厚、全肺不张和石棉相关胸膜渗出。Wagner等在1976年首次描述了石棉和恶性间皮瘤发病的相关性。目前在恶性间皮瘤发病和接触石棉的强度效应方面仍有一些争论，因为有些恶性间皮瘤病例只有短暂石棉接触史，而只有间接接触的石棉工人家属发病率却也在升高。目前认为，接触石棉的持续时间和累计水平似乎和罹患恶性间皮瘤的危险性相关。

石棉纤维的物理性质对恶性间皮瘤的发生是很重要的。通常认为闪石特别是青石棉更具致癌性。但大量恶性间皮瘤患者是在接触温石棉后发病的。有学者认为温石棉导致恶性间皮瘤实际上是因为混进了闪石和透闪石。然而有研究发现：两种石棉纤维对间皮细胞有相同的致突变性。当然也要考虑到在这些实验中，温石棉是被导入胸膜内的，但在自然吸入状态下，其形状使之很难深入穿透肺实质而诱发恶性间皮瘤。

闪石的长针形特点可能是发病机制的关键因素。动物研究显示，直径小于1.5μm，长度大于8μm（即长/宽比例大）的纤维最具致癌性。细长纤维能深入肺实质，而短纤维会被吞噬作用清除或被转运到淋巴管。长此以往，肺内长纤维增加，这些纤维的持续存在使组织损伤并增殖。这使DN A复制错误的可能性成倍增加。动物试验已显示，肺组织导入石棉纤维后首先发生肉芽肿病变，伴损伤周围高密度的细胞外胶原蛋白沉积，继之被一层间质细胞和间皮细胞包裹。随后，新生物发生转化。间皮细胞比正常人支气管上皮细胞对石棉纤维的细胞毒性作用敏感10倍。动物实验已证实，腹膜腔内注射石棉纤维后，吞噬细胞激活，最终发生炎症并产生各类细胞因子。在对T NFα等细胞因子的应答过程中，间皮细胞增殖并促进胶原合成。

体外实验表明石棉纤维能产生各类活性氧自由基，导致细胞凋亡。在石棉接触早期，大多数的自由基由巨噬细胞释放，之后由间皮细胞大量释放。这些自由基具直接毒性作用，导致DN A点突变、链断裂和染色体断裂。凋亡逃逸可以使异常细胞存活，加之石棉纤维对细胞有丝分裂的直接损伤作用和炎症引起的细胞过度增殖，存活细胞发生遗传学改变的危险增加，最终导致恶变。

石棉也可导致超氧化物歧化酶和AP－核酸内切酶（一种间皮细胞内的DN A修复酶）的上调。这些酶和清除过氧化氢的抗氧化酶如谷胱甘肽和谷胱甘肽－S的高水平表达，可能是恶性间皮瘤发生相关耐药性的原因之一。

（二）病毒

最近发现大量人恶性间皮瘤样本出现猿猴病毒40（SV40）的病毒序列，这一发现提示SV40在疾病发展中可能发挥作用。SV40已被显示能在没有石棉的情况下导致仓鼠患恶性间皮瘤。流行病学的调查发现，在接受被SV40污染的脊髓灰质炎病毒疫苗接种的人群中，恶性间皮瘤的发病率明显增加。而对人恶性间皮瘤的活检标本研究发现SV40序列与恶性间皮瘤的组织学类型相关，并可能是一项重要的预后指标。但目前对SV40是作为一个致肿瘤病毒抑或为石棉致病的辅助因素，它与石棉致病的相互关系目前尚无定论。因此对于SV40在恶性间皮瘤致病性中的作用和地位仍需深入研究。

（三）其他致病因素

24%的间皮瘤患者没有已知的石棉接触史，但其中一些患者可能有隐性接触。目前推测也可能有其他的化学物理致病因素，如胸部放射治疗、胸膜内二氧化钍和其他硅酮（包括毛沸石和泡沸石）沉积。接触射线导致恶性间皮瘤的病例数非常少，因此尚需其相关性的远期证据。

有个别报道恶性间皮瘤的发病有家族聚集倾向，提出该病可能具有遗传易感性，但由于样本量小，有待进一步探讨。另有报道，谷胱甘肽S－转化酶基因（GST M1）缺乏的患者在接触石棉后患恶性间皮瘤的危险性增加。尽管接触石棉和抽烟在支气管肺癌的发生方面可能有协同作用，但尚未发现吸烟和恶性间皮瘤具有相关性。

四、恶性间皮瘤的分子改变

目前认为多数肿瘤的发病机制是遵循Vogelstein等提出的结肠癌发生的经典模型，即单个细胞在各种致癌因素作用下发生多步骤基因突变，使细胞无限增殖。并最终显示恶性生长特点——自分泌生长、侵袭和转移。研究恶性肿瘤发生发展过程中所发生的分子改变，将对肿瘤治疗新方法提供理论依据。关于恶性间皮瘤的发病机制，在近10年已做出了重要进展，目前尚未发现明确的单个发病途径。

（一）染色体异常

石棉可直接导致染色体突变。这可能是通过氧自由基的作用，或通过干扰有丝分裂或通过直接黏附导致染色体断裂。从最初接触石棉到诊断为恶性间皮瘤往往需要15～40年，提示在出现恶性表型前可能已经存在许多基因改变。细胞遗传学研究显示多数恶性间皮瘤有广泛复杂多样的染色体组型改变。现已发现，染色体的获得和丢失同样常见，如染色体4，22，9p和3p的丢失及7，5，20的获得。染色体1，4的丢失和肺组织中石棉纤维大量沉积呈显著相关。有结果表明，平均染色体数与恶性间皮瘤患者生存率相关。染色体数正常和没有异常基因克隆的恶性间皮瘤患者中位生存期延长。另一有趣的发现是，一胸腔积液患者早期染色体检查显示染色体1，14，21，22的改变，4年后发展为恶性间皮瘤。这提示某些染色体异常可能是恶性间皮瘤发展过程中的早期改变。

（二）癌基因

现已发现一些特殊基因在许多恶性肿瘤的发展过程中起重要作用，但目前在恶性间皮瘤的发生发展中的作用尚未明确。目前研究发现：v－src基因可致鸡患恶性间皮瘤，间皮细胞转染Ej－ras基因后发生恶变，但尚无证据说明上述癌基因在人恶性间皮瘤中发挥作用。有动物模型的结果表明，大鼠胸膜间皮细胞接触石棉后，c－fos和c－jun mRNA表达水平上调，并被N－乙酰－半胱氨酸和calphostinC（一种蛋白激酶C抑制剂）所抑制，提示这些原癌基因可能参与恶性间皮瘤的发病机制。此外，Metcalf检测了20个恶性间皮瘤细胞株发现都有野生型Kras表达。C－myc在肿瘤细胞的表达很常见，但鼠恶性间皮瘤细胞株的免疫细胞化学染色并没有发现C－myc的表达。

（三）抑癌基因

目前研究最为成熟的TSG是p53，并已知其在多数人类肿瘤中都有突变。现发现75%的鼠恶性间皮瘤细胞株有p53的改变，但在多数人恶性间皮瘤细胞株和原发肿瘤中P53正常表达。

近来Carbone等证明60%的人恶性间皮瘤表达SV40序列。该研究小组的进一步研究发现，恶性间皮瘤中表达的SV40大T抗原仍保持活性，能与p53结合并使其失活。同时这一抗原在恶性间皮瘤中能阻断p Rb的作用。

p Rb是另一TSG，当它去磷酸化时，能阻止损伤细胞进入S期。它在人恶性间皮瘤细胞株中的表达水平正常。M DM2（mouse double minute 2）是一种能抑制p53和p Rb功能的蛋白，在人恶性间皮瘤中无过度表达，但也有结果表明部分恶性间皮瘤组织有阳性染色。另有一研究所有12例原发间皮瘤和15株恶性间皮瘤细胞株，发现都有CDK N2基因产物P16^INK4的异常表达。P16^INK4通常抑制p Rb磷酸化，因此，它的丢失将使突变细胞无限生长。与上述结果相关联的是，在恶性间皮瘤细胞株中发现了包含有CDK N2A的那部分Chr9缺失。此外已发现在85%的恶性间皮瘤细胞株和22%的原发瘤中P16缺失，72%的原发恶性间皮瘤有P15和P16的共同缺失。

可能参与恶性间皮瘤发病的第3种TSG是NF2基因。41%～53%的恶性间皮瘤细胞株中有NF2突变，并在3/4的人类恶性间皮瘤原发瘤被证实同样有NF2的突变，但在鼠恶性间皮瘤中未发现相同结果。

W T－1基因在胚胎发育期的正常间皮表达。W T－1引起关注的主要原因是因为，W T－1蛋白的功能之一是调控编码恶性间皮瘤可能的自分泌生长因子PDGF－A，IGF－Ⅱ（insulin－line growth factor－Ⅱ），TGF－1（transforming growth factor－1）和IGF－1受体的基因转录。WT－1的缺失可使生长因子产物过多。目前证实，多数恶性间皮瘤细胞株和原发瘤中有WT－1 m RN A的表达，其表达水平各不相同，但未发现W T－1的表达和IGF－Ⅱ或PDGF－A之间呈反相关。基因突变的筛选也未发现有W T－1的改变，免疫染色也未发现W T－1表达水平和EGF受体或IGF－1受体水平相关。因此，W T－1在恶性间皮瘤发病机制中的作用有待进一步探讨。

（四）生长因子

大量生长因子及其受体已被证实与恶性间皮瘤关联，但哪些是对细胞恶性增殖有关键作用的生长因子仍不确定。PDGFA和PDGFB及相关受体亚型α和β都已在人和鼠恶性间皮瘤细胞株中被发现有表达。但PDGF A和PDGFB何者更为重要，目前仍有争议。关于PDGF A的研究结果显示，PDGF A及其受体的反义寡核苷酸能在体外抑制鼠恶性间皮瘤细胞株的增殖；非恶性人类间皮细胞株在转染并过度表达PDGFA后，细胞发生转化。同样关于PDGFB的研究表明，针对PDGFB的锤头状核酶能抑制恶性间皮瘤细胞的生长；虽然PDGFα和PDGFβ受体都出现于恶性间皮瘤细胞株，但在恶性间皮瘤组织冷冻切片中β型更占优势；PDGFβ链mRN A在恶性间皮瘤细胞中也能被检测到，但在正常间皮组织中没有；同时β受体在恶性间皮瘤细胞株中表达，但α受体仅见于正常间皮细胞。

TGFβ也已在鼠和人恶性间皮瘤细胞株中被发现有表达。现已明确它也能刺激正常间（充）质细胞的生长，发挥抗原因子的作用。新近研究发现，针对TGFβ的反义寡核苷酸能抑制鼠恶性间皮瘤细胞株体内及体外的增殖，提示它在恶性间皮瘤中起生长促进作用。

EGFR已显示在人恶性间皮瘤细胞株有表达。然而，在Morocz等检测的4株细胞中，尽管T GFα能与EGFR结合，但仅1株细胞的EGFR在加入T GFα中和抗体后受到抑制。单独使用石棉纤维已显示能引起EGFR自动磷酸化，导致丝裂原活化蛋白（M AP）激酶的磷酸化，活化细胞内信号传导通路。

IGFⅠ及其受体（IGFIR）都在恶性间皮瘤中被发现有表达，但其表达水平并不比在正常间皮细胞株中高。针对IGFIR的siRNA，能在SV40引起的仓鼠恶性间皮瘤中导致体内及体外的生长抑制和肿瘤生成。Rutten等发现在鼠中只有自发的恶性间皮瘤发生IGFⅡRNA转录，而那些接触石棉引起的恶性间皮瘤则没有。

五、恶性间皮瘤与宿主免疫系统

肿瘤为了生长，必须逃避免疫系统的识别与破坏。已有一些证据提示恶性间皮瘤至少是部分免疫原性的（Robinson综述），但总体来说，尚无已知的与该肿瘤相关的特殊免疫应答。恶性间皮瘤的肿瘤组织中已发现有淋巴细胞、巨噬细胞和树突状细胞的浸润，且恶性间皮瘤患者的预后与肿瘤组织中淋巴细胞浸润的数量直接相关。

肿瘤相关抗原（TAA）是免疫系统中可以作为癌症治疗的一个靶位。多数作为免疫治疗靶点的有用的TAA，是那些在所有恶性间皮瘤肿瘤中高表达、而在正常组织中极少表达或无表达的TAA。目前已明确一些抗原，如多数恶性间皮瘤表达上皮膜抗原（EMA）和人乳脂肪球蛋白（HMFG）。Mesothelin是一种位于间皮细胞、恶性间皮瘤和卵巢癌细胞膜表面的分子量为40×10³的糖蛋白，由于组织分布局限，它可能成为免疫治疗的一个好选择。

六、恶性间皮瘤的治疗新策略

由于对常用的治疗方法缺乏反应，恶性间皮瘤的治疗效果一直不佳。由于疾病表现出的晚期特性常常使患者失去了手术治疗的机会。即使是那些被认为可以手术的肿瘤，手术也未显示可以延长生存期。恶性间皮瘤又通常对放疗不敏感。最常用于恶性间皮瘤化疗的是蒽环类、铂类和抗代谢类药物。不管是单药还是联合化疗，反应率通常小于25%。有报道联合应用吉西他滨和顺铂具有较高的反应率，但此两种药物的联合应用是否优于单药治疗还需进一步的多中心研究证实。一项Ⅲ期临床试验显示抗叶酸代谢药物pemetrexed与铂类药物的联合化疗显著提高中位生存期（12.1个月），反应率为41.3%，优于单药治疗的16.7%。另一项抗代谢药物raltitrexed和奥沙利铂（oxaliplatin）的联合化疗正在进行大规模的Ⅲ期临床试验。抗血管生成药物治疗有一定疗效，但还缺乏大规模多中心临床试验资料。

因此，以发现的恶性间皮瘤的分子机制作为治疗的基础来应用将很有前景。目前正在开展包括使用腺病毒载体包装的单纯疱疹－胸腺激酶自杀基因（Ad HSV－tk）的基因治疗以及序贯的更昔洛韦（ganciclovir）治疗。这已在恶性间皮瘤的动物模型中成功，伴肿瘤消退，并显示了生存率的小幅提高，现已进入临床试验。将来，基因治疗也可能用于替代缺陷的TSG或癌基因。

在移植肿瘤的动物模型中，给予针对自分泌生长因子的反义寡核苷酸，已成功出现肿瘤消退，但如何有效给药仍是一个难题。

免疫治疗有发展前途，干扰素－α和粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM－CSF）显示出一定的疗效，但单一治疗疗效差于时没有常规治疗。恶性间皮瘤组织中转染IL－2，IFN－β，IL－4和p14（ARF）基因的临床前试验正在进行中。另一可能的途径是转染Ⅰ型MHC或B7－1基因，或者将细胞因子直接注入肿瘤或转染肿瘤。肿瘤相关抗原的发现使得单克隆抗体靶向治疗的应用成为可能。

（胡　洁　许燕华）

参考文献

1.Cerrana PG.Simian virus 40 and malignant mesothelioma.International Journal of Oncology，2003，22：187～194

2.Pass HI，Vogelzang N，Hahn S，et al.Malignant pleural mesothelioma.Curr Probl Cancer，2004，28：93～174