骨髓衍生的巨噬細胞及相關的分泌性熱休克蛋白90α是胰管腺癌形成的早期致病因子
NHRI researchers report myeloid-derived macrophages and secreted HSP90α as two early-staged pathogenic factors for pancreatic ductal adenocarcinoma development

胰管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma)是發生率最高的一種胰臟癌,由於不易治療且大部份被診斷出即已是晚期,胰管腺癌之患者5年存活率是全世界十大癌症中唯ㄧ低於10%,是死亡率極高的一種惡性腫瘤,因此若能研究瞭解胰管腺癌的早期致病過程及原因,將能幫助研發早期診斷及早期對付胰管腺癌的方法與策略。近期,本院癌症研究所及台北榮民總醫院(簡稱台北榮總)的研究團隊發現骨髓衍生、分化出的巨噬細胞及分泌性熱休克蛋白HSP90α在胰管腺癌發生的早期過程扮演了極重要的致病角色,此成果於2018年4月發表於國際重要的腫瘤免疫學領域的期刊OncoImmunology(7(5):e1424612)。

熱休克蛋白HSP90α是一種細胞用以因應外界壓力的蛋白質,它具有伴護蛋白(chaperone)的功能,可維護許多蛋白質(包括致癌蛋白)的正確構形及穩定性,而腫瘤組織不像正常組織具有完整血管網絡來供應養份及氧氣,其腫瘤細胞常處於惡劣的逆境,為求生存,腫瘤細胞會啟動一連串增加存活機會的反應途徑,常常呈現HSP90α高度表現的現象,因此HSP90α長久以來即被當作是癌症治療的一個標靶。近些年HSP90α被進一步發現能夠分泌到細胞外,諸如腫瘤細胞及傷口的纖維母細胞均能分泌HSP90α,本院及台北榮總的研究團隊更偵測到胰管腺癌患者的血清HSP90α含量明顯高於正常人的10倍,而胰臟炎患者的血清HSP90α含量也明顯比正常人高5倍,因此,研究團隊利用數個實驗老鼠模型來探討分泌性HSP90α與胰管腺癌發生之關係。

在LSL-KrasG12D/Pdx1-Cre基因轉殖鼠的胰管腺癌發生模型中,出生3個月後的胰臟組織會出現癌前病變ADM(acinar-to-ductal metaplasia)或甚至PanIN-1(pancreatic intraepithelial neoplasia-1),3到6個月會出現PanIN-2及PanIN-3,然後出生6個月後胰臟才開始出現胰管腺癌組織,但研究團隊觀察到3個月大的轉殖鼠的血清內HSP90α含量即呈現明顯的增加,當研究團隊對轉殖鼠1個月大就予以預防性注射DMAG-N-oxide(一種分泌性HSP90α的抑制劑),原先7個月大的胰臟組織形成胰管腺癌的現象即有效地受到抑制,這些結果意謂著HSP90α的分泌在胰管腺癌發生的早期扮演了重要的角色。此外,研究團隊將老鼠胰臟癌細胞種植入C57BL/6實驗鼠皮下,然後評估DMAG-N-oxide對植入癌細胞形成腫瘤的影響,結果發現DMAG-N-oxide可以明顯地抑制腫瘤的生長,研究團隊也試驗將老鼠胰臟癌細胞從尾靜脈注射入C57BL/6實驗鼠體內,然後評估DMAG-N-oxide對植入癌細胞導致實驗鼠死亡的影響,結果發現DMAG-N-oxide可以有明顯地降低癌細胞的致死性,可以有效地抑制癌細胞經血液循環到肺臟形成腫瘤的現象,這些結果也確定了分泌性HSP90α做為一個胰管腺癌治療標靶的可能性。

除了血清內HSP90α含量增加,出生3個月的LSL-KrasG12D/Pdx1-Cre轉殖鼠的胰臟組織內出現了大量來自於骨髓(表現CD11b)的細胞,當研究團隊將CD11b抗體注射入轉殖鼠以抑制這些骨髓系細胞(myeloid cells)滲入胰臟,3個月大的胰臟組織內ADM病變明顯減少了,血清內的HSP90α含量亦明顯降低;另外一組實驗,研究團隊將老鼠胰臟癌細胞種植入CD11b-DTR-EGFP基因轉殖鼠皮下,然後處理以白喉毒素,結果有效壓抑了癌細胞長成腫瘤,雖然白喉毒素對老鼠胰臟癌細胞的增生能力沒有抑制作用,但是對轉殖鼠體內能表現CD11b的骨髓系細胞有毒殺作用,因此在受抑制的癌細胞團裡沒有偵測到表現CD11b的細胞,但處理以突變型白喉毒素當做對照組的實驗鼠裡,癌細胞長成了腫瘤並有CD11b表現的細胞滲入其內,而使用白喉毒素去除CD11b表現的骨髓系細胞的同時也會抑制血清中的HSP90α含量,這些結果歸納指出CD11b表現的骨髓系細胞與HSP90α的分泌及胰管腺癌的發生有關。

在胰管腺癌組織裡,除了腫瘤細胞,巨噬細胞(macrophage)、中性顆粒性細胞(neutrophil)及顆粒性骨髓系衍生抑制細胞(granulocytic myeloid-derived suppressor cell)是滲入數量最多的三種表現CD11b的骨髓系細胞。研究團隊在LSL-KrasG12D/Pdx1-Cre轉殖鼠的3個月大胰臟組織內觀察到巨噬細胞及顆粒性細胞的數量相當,於是利用免疫組織螢光染色法來分析哪種滲入的骨髓系細胞能夠表達HSP90α,所得結果顯示大多數的骨髓系衍生巨噬細胞及少量的骨髓系衍生顆粒性細胞能夠表達HSP90α,研究團隊進一步利用雙標的原位混交(duplex in situ hybridization)技術來確定此結果,然後經過定量分析得知巨噬細胞幾乎代表了所有胰臟組織內能夠表達HSP90α的骨髓系細胞。

在臨床患者檢體的分析中,研究團隊測知胰管腺癌組織具有高度的巨噬細胞滲入現象,但巨噬細胞滲入程度與患者血清HSP90α含量卻沒有統計的相關性,此意謂著巨噬細胞所表現及分泌的HSP90α不足以說明胰管腺癌患者血清HSP90α含量的提高,當研究團隊進一步用免疫組織化學染色法分析LSL-KrasG12D/Pdx1-Cre轉殖鼠的胰臟組織之HSP90α表現情況,發現在3個月大的胰臟組織才有明顯HSP90α,而表現HSP90α的細胞除了巨噬細胞以外尚有附近的胰管表皮細胞,與此相一致的結果也在研究團隊用免疫組織螢光染色法分析胰管腺癌患者組織時發現到,因此研究團隊推斷巨噬細胞除了自己以外,尚可刺激胰管表皮細胞來表現及分泌HSP90α,於是接著執行巨噬細胞株與胰管表皮細胞株的培養及實驗來證實這個推斷,研究團隊發現巨噬細胞株的培養液比胰管表皮細胞株的培養液含有3倍以上的HSP90α,但巨噬細胞不但分泌HSP90α,也分泌細胞激素包括IL-6及IL-8,可引起胰管表皮細胞內的JAK2−STAT3訊號傳遞途徑以刺激HSP90α的表現並分泌。

最後,為了瞭解胞外性HSP90α對胰管表皮細胞癌化的影響,研究團隊將胰管表皮細胞株處理以純化過的重組HSP90α,結果呈現胞外性HSP90α可以透過細胞表面上的CD91來降低胰管表皮細胞的固著依賴性,並促進其進行上皮至間質的轉變(EMT)與增加了細胞的移動力及侵犯性!綜合以上的研究結果,研究團隊證明了巨噬細胞及其有關的胞外性HSP90α是胰管腺癌發展過程中的兩個改變組織微環境的早期關鍵元素,因此除了骨髓系衍生的巨噬細胞,其相關的胞外性HSP90α亦可成為一個對付胰管腺癌發展的重要標的分子。

文/圖:癌症研究所陳佳琪研究助理、陳麗莉研究助理、蔡綺雯研究助理及黃智興研究員

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