以中和抗體抑制腫瘤成長因子β 可避免因放射治療引起的腫瘤加速轉移

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以中和抗體抑制腫瘤成長因子β 可避免因放射治療引起的腫瘤加速轉移


期刊：
臨床研究期刊 (The Journal of Clinical Investigation)  Volume 117  Number 5  May 2007


標題：
以中和抗體抑制腫瘤成長因子β 可避免因放射治療引起的腫瘤加速轉移
(Inhibition of TGF-β with neutralizing antibodies prevents radiation-induced acceleration of metastatic cancer progression)


作者
Swati Biswas,1 Marta Guix,2 Cammie Rinehart,2 Teresa C. Dugger,2 Anna Chytil,1
Harold L. Moses,1,3,4 Michael L. Freeman,5 and Carlos L. Arteaga1,2,4


單位
屬於美國田納西州 那什維爾 范德堡大學(Vanderbilt University)
1.癌症生物學系、2.醫學系、3.病理學系、4. Vanderbilt-Ingram癌症中心乳癌研究計畫 以及 5.放射腫瘤學系




摘要



我們探究了因癌症治療而產生的TGF-β究竟會不會加速腫瘤的發生。我們使用了MMTV/PyVmT
此一轉移型乳癌基因的轉殖模型，指出了游離輻射（譯註1）或doxorubicin（譯註2）都會增加循環中TGF-β1與腫瘤細胞的量，並會增加肺部的癌症轉移。這些效應都因為我們使用了泛TGF-β抗體而受抵銷。我們在有TGF-β抗體的環境下，體外培養了這些在循環中會表現多瘤病毒中等T抗原（譯註3）的腫瘤細胞，發現它們不會生長；這表示TGF-β在這些細胞中是一種生存的訊號。當老鼠的腫瘤不含有第二型TGF-β受器時，放射線就不會增加肺部的癌症轉移；這顯示至少在部分上，肺癌轉移是跟TGF-β在腫瘤細胞上的直接作用有關的。這些數據含示，癌症治療所產生的TGF-β是一種幫助癌症轉移的訊號，也提供了一個原理根據，讓我們得在癌症治療時同時使用TGF-β抑制劑。




譯註1：此為放射性治療。
譯註2：此為一癌症化學治療常用藥物，俗稱「小紅莓」。
譯註3：此為感染此病毒之初期的產生的三種T抗原中其中一種。






介紹



腫瘤成長因子TGF-β，既是一個腫瘤抑制基因，也是一個腫瘤啟動子。當TGF-β配體(ligands)結合到與其對應的絲胺酸/酥胺酸(Ser/Thr)激酶跨胞膜受器後，這些受器接著就會磷酸化、活化Smad族的訊息傳遞者。被活化之後，Smad 2、Smad 3 會與 Smad 4 結合並遷移至細胞核內，在此處調控與細胞週期停止(cell cycle arrest)、細胞凋亡(apoptosis)相關的基因之轉錄。TGF-β之所以有腫瘤抑制基因之用，即係此項調控之功。的確，在內皮細胞與基質中的TGF-β訊息傳遞，若是喪失或減弱，都會讓內皮細胞的細胞惡性轉化(transformation)大行其道。另一方面，已有研究顯示，若將顯性且無效的TGF-β受器引入至移轉的癌症細胞中，從上皮細胞型態轉變成間葉細胞型態的轉分化(epithelial-to-mesenchymal  transdifferentiation)、能動性(motility)、侵略性(invasiveness)、以及存活率(survival)均會受到抑制。這證明在已經完全轉化的細胞中，TGF-β扮演了一個腫瘤啟動子的角色（於參考文獻4中有回顧）。大部分的癌都保有TGF-β受器，卻喪失或部分喪失了Smad依賴性的抗細胞分裂效應(Smad-dependent antimitogenic effect)；同時，在某些個案中，他們還會對TGF-β有所反應，而獲得了幫助癌症轉移的能力。進而，不論癌症細胞過度生產TGF-β、過度活化TGF-β，或是兩者兼備，都會藉由旁泌(paracrine)的方式，改變腫瘤周圍的微小環境(microenvironment)，幫助腫瘤的發生。這些資料提供了支持根據，讓我們得以設法阻斷人類癌症中的自泌性(autocrine)或旁泌性(paracrine)之TGF-β訊息傳遞，以達治療之目的。



除Smad族的蛋白質外，TGF-β還可以刺激數種轉化的訊息傳遞路徑。之前TGF-β已被證實可保護轉化細胞(transformed cells)不受細胞凋亡之害。此類細胞反應有一種可能的機制，就是TGF-β誘發了PI3K和PI3K的標的物，也就是絲胺酸/酥胺酸激酶 Akt，此訊息傳遞程序和對於癌症藥物的抗藥性是相關連的。有些對傳統化學療法有抗藥性的腫瘤會過度表現TGF-β，而TGF-β的抑制劑經證明可逆轉此種抗藥性。還有，大部分的腫瘤都會過度表現TGF-β配體(ligands)。在腫瘤組織與在血清中的高量TGF-β配體，與腫瘤轉移的復發、患者較差的癒後，均有所相關。



在乳癌的基因轉殖模型中，TGF-β之訊息傳遞可加強轉移既存的乳腺腫瘤。這是受例如Neu/ErbB2或多腺瘤病毒中央Ｔ抗原(polyomavirus middle T antigen,PyVmT)等的癌症基因之誘發所致。再者，在MMTV/LTR乳腺啟動子的控制下，表現PyVmT癌症基因的基因轉殖鼠，經過有條件的TGF-β1誘導，只要兩個禮拜之短，轉移肺癌的機率便高了十倍。有些癌症治療已被證實會全面性地、或留在原處誘發TGF-β。所以我們推測，被癌症治療所誘發的TGF-β，會提供存活訊息給這些對化療有抗藥性的腫瘤裡的細胞，或者一部分此種腫瘤中的細胞，使它們可能在治療之後，立即加速腫瘤的擴展。在此，我們使用了乳癌轉移的MMTV/PyVmT 基因轉殖模型來展示，游離輻射(ionizing radiation)和小紅莓(doxorubicin)提高了循環中的TGF-β1濃度、循環中的腫瘤細胞數、以及肺部的癌症轉移。這些效應都藉由TGF-β中和抗體的施加，而得以抵銷。在缺乏第二型TGF-β受器(TβRII)的老鼠身上，放射線則沒有增加肺部的癌症轉移。這些資料暗示，癌症治療所產生的TGF-β是腫瘤中一個幫助癌症轉移的訊號，因此也提供了原理根據，使我們在使用這些療法時，得以同時搭配使用TGF-β的抑制劑。




結果



胸腔放射線處理與化學治療提高了循環中的TGF-β量。我們在八週大的未交配母鼠之胸腔與骨盆內，施加了10 Gy的放射線。在施加放射線之後隔24小時，進行血液採集。我們在受放射處理之老鼠的血漿裡，觀察到約為控制組2倍的TGF-β1含量 （胸腔，P=0.03；骨盆，P=0.02；圖一A）；同時，TGF-β2的量沒有改變（資料未呈現）。在八週大的MMTV/PyVmT基因轉殖鼠中，或是在種下MMTV/PyVmT腫瘤細胞、穩定地轉染了luciferase 表現載體的非基因轉殖鼠中，我們都得到類似的結果（分別為P=0.015與P=0.007，相較於控制組，圖一B）。在經過放射處理後，TGF-β1的濃度有持續七天比控制組高（資料未呈現）。為了將這些結果推廣到其他的癌症治療法，我們測試了DNA嵌入劑(DNA-intercalating agent)與topoisomerase II之抑制劑 doxorubicin（Adriamycin）的效果如何。從第八週開始，基因轉殖鼠被施行三次腹腔注射doxorubicin (5 mg/kg i.p.)，每次分別間隔21天。在第十五週收集到的血漿裡發現，相較於未處理的老鼠，TGF-β1濃度提高了兩倍(P = 0.009；圖一C)，而TGF-β2濃度則是持平不變。為了要測量在放射處理後五週所取得的肺臟組織中，被活化的TGF-β1之濃度，我們使用了一種TGF-β1生物檢驗來檢測，這檢測是使用一種會穩定表現plasminogen activator inhibitor-1/luciferase reporter (PAI-1/luciferase reporter) 的貂肺內皮細胞來運作的。相較於未受放射處理之老鼠肺組織裂解液，經過放射線處理的老鼠肺組織裂解液，誘導提升了有2倍多的TGF-β1濃度（P=0.0008；圖一D）。