我們之前報告了，探討第一原發(fā)癌(FPC)和第二原發(fā)癌(SPC)之間的關(guān)聯(lián)模式。研究發(fā)現(xiàn)幾個主要模式：1)婦科和甲狀腺FPC患者易發(fā)生乳腺和結(jié)直腸SPC；2)頭頸部、食管和肛門FPC患者易發(fā)生肺SPC；3)膀胱和陰莖FPC患者易發(fā)生前列腺和肺SPC。這些關(guān)聯(lián)可能與遺傳易感性、激素、放療和致癌物暴露有關(guān)。研究結(jié)果對癌癥患者的臨床監(jiān)測和早期干預(yù)具有指導(dǎo)意義。

今天和大家分享我們課題組在Journal of Translational Medicine (IF=6.1)上發(fā)表的一篇第二原發(fā)癌相關(guān)的Review，題目為“Decoding the mechanisms behind second primary cancers”。

Abstract

第二原發(fā)癌（SPC）是指在被診斷為原發(fā)性癌癥并存活下來的個體中同時或異時發(fā)展的癌癥。SPC的發(fā)病率很高，是第一原發(fā)癌幸存者死亡的主要原因。人們越來越擔(dān)心SPC的危險。本文綜述了近年來對SPC機制的研究，包括第一原發(fā)癌（FPC）治療后基因組變化、基質(zhì)細胞表型和代謝變化、激素水平和受體表達、免疫抑制、基因異常甲基化、EGFR信號和細胞游離DNA在SPC發(fā)展中的作用。這一全面的分析有助于闡明SPC機制的當(dāng)前研究趨勢，并加深我們對其潛在病理生理學(xué)的理解。此外，我們還討論了瘤內(nèi)微生物、單細胞多組學(xué)和代謝組學(xué)在研究SPC機制中的潛在應(yīng)用，為后續(xù)研究提供了新思路。

Introduction

第二原發(fā)性癌癥（SPC）被定義為在被診斷患有一種原發(fā)性癌癥并存活下來的同一個體中同時或異時發(fā)展的癌癥。SPC的重要性源于其高發(fā)病率和對第一原發(fā)性癌癥（FPC）幸存者的重大影響。SPC的發(fā)病率差異很大，從2.4%到19.0%不等。先前的一項薈萃分析，包括9617643名癌癥患者的隊列，其中677430人發(fā)展為SPC，統(tǒng)計了隨后發(fā)展為SPC的各種類型FPC患者的絕對數(shù)量，研究顯示，在1825198例乳腺癌患者、1181621例前列腺癌患者和711504例皮膚癌患者中，分別有117178例、111150例和76517例發(fā)生了SPC，這三種癌癥類型被列為SPC發(fā)生率最高的前三種類型。通過分析各種FPC患者中SPC的發(fā)病率，研究表明，原發(fā)性輸尿管癌患者的SPC發(fā)病率最高，為27.0%，其次是原發(fā)性陰莖癌患者（17.6%）和原發(fā)性膀胱癌患者（15.8%）。FPC幸存者面臨的SPC風(fēng)險比普通人群高1.27至2.6倍，患SPC的可能性增加了10-14%。SPC顯著影響FPC死亡率，使女性FPC幸存者的死亡風(fēng)險增加33%，男性增加45%。SPC是FPC幸存者死亡的主要原因。

盡管SPC對FPC存活的患者構(gòu)成重大威脅，但SPC腫瘤發(fā)生的確切機制仍存在爭議。參與一般癌癥發(fā)展的分子途徑包括基因突變、異常信號通路、表觀遺傳改變、腫瘤微環(huán)境以及免疫因子，所有這些都對腫瘤的發(fā)生和進展起著協(xié)同作用。

雖然FPC和SPC在發(fā)病機制上有某些相似之處，但它們之間也存在顯著差異。其機制的主要差異可總結(jié)如下：

治療相關(guān)因素：SPC的出現(xiàn)可能與癌癥治療的不良影響密切相關(guān)，尤其是化療和放療。這些治療在靶向消除FPC的同時，可能會無意中損傷正常細胞，從而增加SPC發(fā)展的風(fēng)險。例如，F(xiàn)PC放療期間產(chǎn)生的過氧化物與SPC誘導(dǎo)有關(guān)。輻射-細胞相互作用導(dǎo)致自由基的產(chǎn)生，自由基轉(zhuǎn)化為過氧化物，然后滲透到未受影響的細胞中，誘導(dǎo)染色體損傷，從而導(dǎo)致輻射誘導(dǎo)的旁觀者遺傳損傷，可能會導(dǎo)致SPC。

免疫系統(tǒng)狀態(tài)：雖然FPC的發(fā)病可能與免疫功能障礙有關(guān)，但SPC的發(fā)展可能會受到癌癥治療的免疫調(diào)節(jié)作用的進一步影響。免疫細胞和細胞因子在SPC的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。在FPC放射治療期間，受輻射刺激的淋巴細胞和巨噬細胞會放大未受影響細胞中炎性細胞因子（IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、TNFα、TGFβ）的產(chǎn)生。這些細胞因子通過刺激細胞生長/增殖、抑制癌癥細胞凋亡、募集1型巨噬細胞以增強炎癥反應(yīng)和調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)來促進放射治療后SPC的發(fā)展。

遺傳因素的進一步影響：除了在FPC發(fā)展中的作用外，遺傳因素可能繼續(xù)導(dǎo)致SPC的出現(xiàn)。遺傳性腫瘤綜合征患者的遺傳性腫瘤易感基因與SPC或多原發(fā)性癌癥的發(fā)展有關(guān)。例如，Li-Fraumeni綜合征患者的種系p53突變增加了各種癌癥的風(fēng)險，包括乳腺癌癥、骨肉瘤、軟組織肉瘤、腦腫瘤、腎上腺皮質(zhì)癌和白血病。

盡管SPC顯著影響FPC幸存者的生存和生活質(zhì)量，但SPC發(fā)生的機制仍存在爭議。一些研究表明，免疫細胞和細胞因子在SPC的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，而另一些研究則提出，遺傳性腫瘤易感基因是SPC形成的基礎(chǔ)。迄今為止，還沒有研究對SPC機制進行系統(tǒng)的全面綜述。因此，本文總結(jié)了近年來關(guān)于SPC機制的研究，并討論了瘤內(nèi)微生物學(xué)、單細胞多組學(xué)和代謝組學(xué)在探索SPC機制方面的潛在應(yīng)用，從而為未來的研究提供了見解。

Risk factors of second primary carcinogenesis

總結(jié)與第二原發(fā)性癌癥相關(guān)的危險因素有助于闡明多原發(fā)性腫瘤與其常見致病因素之間的潛在關(guān)系。有利于進一步探討第二原發(fā)癌發(fā)展的分子機制和生物學(xué)途徑。我們已經(jīng)確定并分類了SPC的危險因素，包括：煙草和酒精、肥胖和飲食、病毒感染、遺傳易感性和通路以及治療相關(guān)因素。

1. Tobacco and alcohol

在一項對25000例在原發(fā)性腫瘤患者身上隨后發(fā)生在與煙草和酒精使用相關(guān)部位（如口腔、咽、食道、喉部、肺和支氣管）的癌癥的研究中，超過11000例出現(xiàn)在與吸煙和飲酒相關(guān)的部位癌癥復(fù)發(fā)。這一發(fā)現(xiàn)強調(diào)了這些物質(zhì)與第二原發(fā)性癌癥發(fā)展之間的持續(xù)關(guān)系。

1.1 Tobacco

煙草誘導(dǎo)尿激酶型纖溶酶原激活劑（urokinase-type plasminogen activator , uPA）的表達，導(dǎo)致纖溶酶依賴性ECM降解并介導(dǎo)細胞遷移增加，這有助于頭頸癌患者中多原發(fā)腫瘤的發(fā)生。在成功治療頭頸部惡性腫瘤后繼續(xù)吸煙的患者發(fā)生SPT的風(fēng)險顯著增加，其原因可能是煙草煙霧激活EGFR信號通路，EGFR的激活會刺激ERK1/2的活性，從而增加uPA的表達，而uPA可以切割纖溶酶原從而產(chǎn)生纖溶酶，纖溶酶降解ECM，這將促進腫瘤細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。上述機制可能在吸煙的第一原發(fā)頭頸癌患者發(fā)展具有共同克隆起源的SPC中起作用。uPA與uPAR結(jié)合，可以刺激EGFR進而激活ERK信號通路(141)，所以在煙草通過刺激EGFR后激活ERK信號傳導(dǎo)并增加uPA的表達，uPA和uPAR結(jié)合后反過來再一次刺激EGFR激活ERK信號傳導(dǎo)進而誘導(dǎo)uPA的過程中存在正反饋循環(huán)。這樣的正反饋循環(huán)可以放大煙草煙霧的致癌作用。

1.2 Alcohol

遺傳因素、環(huán)境飲酒和ALDH2-2等位基因之間的相互作用增加了多發(fā)性 LVL（multiple Lugol-voiding lesions (LVLs)）的風(fēng)險，其特征是發(fā)育不良或角化過度的未染色上皮的風(fēng)險，這樣的相互作用后續(xù)導(dǎo)致 HNSCC 患者發(fā)生第二原發(fā)食管鱗狀細胞癌 （esophageal squamous cell carcinoma，ESCC） 。ALDH2等位基因（ALDH2-2）與多發(fā)性LVL 高度相關(guān)。由于沒有消除乙醛的補償機制，具有 ALDH2-2 等位基因的長期飲酒患者通過呼氣使黏膜暴露于高水平的乙醛可能是多發(fā)性LVL發(fā)展的關(guān)鍵。研究表明頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）患者常發(fā)生第二原發(fā)性食管鱗狀細胞癌 （ESCC），而多發(fā)LVLs與食管以及頭頸部多種癌癥的高風(fēng)險相關(guān)，無 Lugol 染色提示食管鱗狀細胞癌的起始，這可能表明多個LVL的發(fā)作在HNSCC患者發(fā)生第二原發(fā)ESCC中發(fā)揮重要作用。因此，飲酒在ALDH2等位基因患者中通過遺傳和環(huán)境相互作用，誘導(dǎo)多發(fā)LVL，這一過程隨后增加了 HNSCC 患者對第二原發(fā)性 ESCC 的易感性。

2. Obesity and diet

肥胖是多種癌癥的公認危險因素，如子宮內(nèi)膜癌、結(jié)腸癌、食管癌、腎癌、胰腺癌和絕經(jīng)后乳腺癌，并與SPC的發(fā)展有關(guān)。此外，包括肥胖、身體不活動和生殖特征在內(nèi)的因素在激素反應(yīng)性腫瘤的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，尤其是乳腺、子宮、卵巢和前列腺的惡性腫瘤，以及結(jié)直腸癌。盡管飲食與SPC之間的直接關(guān)聯(lián)尚未完全闡明，但飲食因素與飲酒和吸煙相結(jié)合，加劇了口腔癌和咽癌患者患SPC的風(fēng)險。

3. Virus infection

病毒感染，特別是人乳頭瘤病毒（HPV）、人類免疫缺陷病毒（HIV）、人類皰疹病毒8型、Estein-Barr 病毒（EBV）、乙型肝炎和丙型肝炎病毒，在SPC的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。例如，患有一種與HPV相關(guān)的癌癥的患者患上另一種與HPV相關(guān)的SPC的風(fēng)險升高。此外，HPV感染與宮頸和肛門生殖道癌癥以及口腔癌的并發(fā)有關(guān)。

4. Genetic predisposition and pathways

攜帶種系突變的遺傳性癌癥易感性綜合征患者在多個部位發(fā)生原發(fā)性腫瘤的風(fēng)險升高，這表明這些種系突變與SPC之間存在潛在關(guān)聯(lián)。例如，遺傳性癌癥前期綜合征，如Lynch綜合征（以前稱為遺傳性非息肉病性結(jié)直腸癌或HNPCC），與子宮、卵巢、膽管、小腸和腎盂等多個器官發(fā)生SPC的風(fēng)險升高有關(guān)。這些綜合征通常與DNA錯配修復(fù)基因的突變有關(guān)，特別是MSH2和MLH1。

此外，單核苷酸多態(tài)性（SNPs）也與發(fā)展SPC的風(fēng)險增加有關(guān)。將患有多種原發(fā)性癌癥的個體與無癌對照進行比較，確定了22種潛在的相關(guān)突變。其中，當(dāng)將患有多種癌癥的患者與患有單一癌癥的患者進行比較時，10種突變?nèi)匀痪哂薪y(tǒng)計學(xué)意義。例如，與無癌個體相比，rs7872034（SMC2錯義突變）和rs143745791（NCBP1錯義突變）顯示出與乳腺癌合并任意一種其他癌癥的顯著關(guān)聯(lián)。在與單純?nèi)橄侔┌Y相比時，這些突變?nèi)燥@示與乳腺癌合并一種其他癌癥顯著關(guān)聯(lián)。在與僅發(fā)生乳腺癌相比，甲狀腺和乳腺癌同時發(fā)生的致癌SNPs的負擔(dān)增加。考慮到FAS/FASLG的凋亡作用以及其多態(tài)性與癌癥風(fēng)險之間的關(guān)聯(lián)，Lei等人假設(shè)FAS/FASLG-多態(tài)性可能影響SPC的發(fā)展風(fēng)險。事實上，具有FAS-670 AG/GG或FASLG-844 CT/TT變異基因型的頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）患者的SPC風(fēng)險顯著較高，且隨著組合風(fēng)險基因型的增加而增加。因此，F(xiàn)AS/FASLG 多態(tài)性有可能作為評估HNSCC患者SPC風(fēng)險的生物標(biāo)志物。此外，已有研究表明HNSCC患者的p21多態(tài)性也與SPC發(fā)病風(fēng)險增加有關(guān)。

此外，特定的信號通路與SPC的發(fā)展有關(guān)。例如，在同時患有惡性黑色素瘤和腎細胞癌的患者中，PI3K/mTOR信號通路的遺傳變異已被確定為一個潛在的重要共同危險因素。為了便于參考，我們在表1、2、3中總結(jié)了關(guān)鍵的種系突變、單核苷酸多態(tài)性（SNP）和與SPC相關(guān)的信號通路。

Table 1

Table 2

Table 3 Mechanisms of second primary carcinogenesis 1.Genomic changes 1.1 DNA damage

放療導(dǎo)致的DNA單鏈斷裂(DNA single-strand breaks, SSB)誘導(dǎo)的衰老作為SPC起始的機制，衰老細胞從細胞周期停滯中逃脫，產(chǎn)生具有突變和侵襲能力的子細胞，并顯示出癌變的特征。針對FPC的標(biāo)準(zhǔn)放射治療方案中內(nèi)部散射(internal scatter)產(chǎn)生的場外劑量，會導(dǎo)致DNA的SSB在位于計劃靶區(qū)（planning target volume, PTV）邊緣的正常成纖維細胞中積累，由于PARylation（Poly(ADP-ribosyl)ation聚（ADP-核糖基)化反應(yīng)）能力降低而導(dǎo)致積累的SSB缺乏修復(fù)。在成纖維細胞中，未修復(fù)SSB的積累并不會導(dǎo)致細胞死亡，而是激活與衰老相關(guān)的p16的上調(diào)，導(dǎo)致成纖維細胞進入過早的衰老狀態(tài)。

與持續(xù)性雙鏈斷裂(double-strand breaks, DSB)決定了永久性的腫瘤抑制細胞周期停滯不同，由于放療產(chǎn)生的持久性SSB允許突變和衰老逃避。持久性SSB的細胞在這種衰老狀態(tài)下停滯一段時間，其中一些細胞重新進入細胞周期，產(chǎn)生的子細胞會呈現(xiàn)出癌變的特征，但尚未完全致瘤。這些子細胞則會表達突變和癌前轉(zhuǎn)化標(biāo)志物（有著衰老后腫瘤出現(xiàn)（post-senescence neoplastic emergence , PSNE）基因特點的基因，這些基因中約有一半已被報道與癌癥或癌前皮膚病相關(guān)）和上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 (EMT)等生物標(biāo)志物，并且能夠在裸鼠中皮下注射后形成小增生或癌，顯示致癌潛力。

因此，DNA的SSB誘導(dǎo)的衰老可能作為SPC起始的機制。

1.2 Telomere damage

化療或放療后端粒短或端粒損傷的個體患SPC的風(fēng)險可能增加。針對第一原發(fā)癌的化療或放療后會出現(xiàn)端粒顯著縮短，端粒酶活性下調(diào)，端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶（human Telomerase Reverse Tanscriptase, hTERT）和端粒結(jié)合蛋白(如TPP1和POT1)的表達減少等變化。例如，與未接受化療的樣本相比，接受化療后的樣本則表現(xiàn)為端粒縮短和端粒酶活性降低(38)；而與年齡匹配的健康對照組相比，接受化療的患者端粒明顯較短。此外，暴露于電離輻射也會損害體內(nèi)端粒的完整性。

放化療導(dǎo)致的端粒丟失會導(dǎo)致染色體不穩(wěn)定，這主要通過染色體復(fù)制時的Breakage/Fusion/Bridge (B/F/B)周期發(fā)生。丟失端粒的染色體在復(fù)制時姐妹染色單體在末端融合形成了橋梁，當(dāng)兩個著絲粒被拉向相反的方向時兩條姐妹染色單體斷裂。如果斷裂發(fā)生在融合位點之外的部位，一個子細胞內(nèi)包含的染色體末端有一個倒位重復(fù)，另一個子細胞的染色體末端缺失。由于這兩條染色體都缺少端粒，復(fù)制之后，B/F/B周期的循環(huán)將持續(xù)多代，除了在失去端粒的染色體末端的DNA擴增外，還能導(dǎo)致染色體臂上任意地方的DNA擴增，甚至失去端粒的染色體可以轉(zhuǎn)移到其他染色體上，增加染色體不穩(wěn)定性。

端粒損傷導(dǎo)致的基因組不穩(wěn)定性，可通過在癌癥進化基礎(chǔ)上加速遺傳變化的積累，這在癌癥發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。端粒損傷導(dǎo)致其中一個子細胞包含的染色體末端有倒置重復(fù)，研究表明大量倒置重復(fù)與基因擴增有關(guān)，并且倒置重復(fù)與癌癥高度相關(guān)。有證據(jù)表明端粒含量少與頭頸部、膀胱癌、肺癌和腎細胞癌的發(fā)生風(fēng)險增加存在顯著關(guān)聯(lián)。此外，與自發(fā)性甲狀腺癌患者相比，家族性甲狀腺癌患者則往往呈現(xiàn)出端粒DNA損傷 (例如自發(fā)端粒相互作用和端粒融合次數(shù)增加)，這可能與潛在的基因組不穩(wěn)定導(dǎo)致癌癥發(fā)生有關(guān)。因此，針對FPC治療產(chǎn)生的端粒損傷導(dǎo)致的基因組不穩(wěn)定性也有可能作為第二原發(fā)癌發(fā)生的原因。

Fig. 1 放療和化療后，端粒丟失誘導(dǎo)的染色體不穩(wěn)定與融合橋斷裂（B/F/B）周期有關(guān)。第一原發(fā)癌放療和化療導(dǎo)致端粒斷裂。無端粒的染色單體復(fù)制，融合姐妹染色單體形成橋，當(dāng)姐妹染色單體被拉開時，橋會斷裂，導(dǎo)致一個子細胞的末端倒置并且缺少端粒，而另一個子細胞的末端缺失。隨著端粒的持續(xù)丟失，B/F/B周期會積累反向染色體末端重復(fù)和進行性末端缺失。粉紅色、綠色和紅色箭頭表示亞端粒序列方向 2. Phenotypic and metabolic changes in stromal cells

基質(zhì)細胞表型和代謝變化在SPC的發(fā)生中參與了重要作用。化療誘導(dǎo)癌細胞周圍的基質(zhì)細胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激，從而誘導(dǎo)一系列應(yīng)激相關(guān)的信號通路 (如HIF，NF-kB，SMAD，STAT3和JNK/AP1)，進一步促進基質(zhì)細胞發(fā)生有氧糖酵解、線粒體功能障礙、自噬、衰老以及炎癥細胞因子釋放，從而被誘導(dǎo)分化成癌癥相關(guān)成纖維細胞( cancer-associated fibroblasts, CAFs)，這在腫瘤的發(fā)生，發(fā)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著不可或缺的作用。研究表明基質(zhì)成纖維細胞細胞中的糖酵解和自噬通路被上調(diào)，富含能量的代謝物的產(chǎn)生增加 (如乳酸、酮體、谷氨酰胺)，這些代謝物作為癌細胞增強代謝效率和增強凋亡抗性的燃料，進一步為腫瘤的生存提供了優(yōu)勢。此外，化療損傷的成纖維細胞還能促進IL6、以及其他可能幫助癌細胞生存、轉(zhuǎn)移的配體的分泌。所以，在這些富含營養(yǎng)的代謝物配體的幫助下，化療后部分轉(zhuǎn)化的上皮細胞可能更容易發(fā)生惡變，進而導(dǎo)致新的腫瘤的產(chǎn)生。
化療后在與基質(zhì)細胞接觸的乳腺癌細胞中，參與干細胞和祖細胞更新、代謝、轉(zhuǎn)移和化學(xué)耐藥性的通路被顯著激活，如Shh通路，Wnt通路、TGFβ通路和STAT3通路。Shh通路激活與癌癥發(fā)生有關(guān)，而STAT3通路和Wnt通路可增強氧化磷酸化，進一步促進癌細胞生長。CAF在化療后通過激活鄰近治療受損的癌前上皮細胞的Shh通路，Wnt通路和STAT3通路來刺激部分轉(zhuǎn)化的上皮細胞的干性，從而觸發(fā)新的致瘤過程。

Fig. 2化療誘導(dǎo)的癌癥相關(guān)成纖維細胞（CAF）在將部分轉(zhuǎn)化的上皮細胞轉(zhuǎn)化為第二原發(fā)癌（SPC）中的作用。在CAF接觸部分轉(zhuǎn)化的上皮細胞時，參與干/祖細胞更新、代謝、轉(zhuǎn)移和耐藥性的Shh、Wnt和STAT3等途徑可能會被激活。CAF還產(chǎn)生乳酸、酮、谷氨酰胺、脂肪酸和半胱氨酸等代謝產(chǎn)物，為上皮細胞的SPC轉(zhuǎn)化提供燃料 3. Hormones 3.1 Serum insulin?like growth factor 1 (IGF?1)

多項研究表明血清IGF-1水平升高與頭頸癌中各種第二原發(fā)上皮癌的風(fēng)險增加有關(guān)，包括乳腺癌，肺癌和結(jié)腸癌。例如，較高水平的IGF-I與SPT發(fā)展的風(fēng)險顯著增加有關(guān)；以及另一項乳腺癌臨床試驗中發(fā)現(xiàn)，IGF-1血清水平的下降與絕經(jīng)前婦女第二原發(fā)性癌癥的發(fā)生率較低有關(guān)。IGF-1在第二原發(fā)癌發(fā)展中的機制可能包括：1）IGF-1可以增強細胞增殖、受損細胞對凋亡的抵抗力以及遺傳損傷群體的克隆生長。2）IGF-1調(diào)節(jié)線粒體中抗凋亡Bcl-xL與促凋亡Bax蛋白的比例，從而影響到細胞的存活。3）IGF-1作為血管生成的重要調(diào)節(jié)因子， 可以增加癌細胞中血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF)的產(chǎn)生。4)Shanmugalingam 等推測基質(zhì)細胞表達的IGF-1通過旁分泌或內(nèi)分泌的方式促進第二原發(fā)乳腺癌生長；在15歲以前的霍奇金淋巴瘤年輕女性患者患第二原發(fā)乳腺癌的風(fēng)險比老年女性高。乳腺的青春期生長主要由IGF-1和GH通過雌激素的作用介導(dǎo)。Shanmugalingam 等推測可能是由于青春期IGF-1和雌激素水平升高，基質(zhì)細胞表達的IGF-1通過旁分泌或內(nèi)分泌的方式，保護乳腺癌細胞免于凋亡并誘導(dǎo)存活，在第二原發(fā)乳腺癌的惡性轉(zhuǎn)化、進展、轉(zhuǎn)移等發(fā)揮作用。5）Shanmugalingam 等還推測肺間質(zhì)細胞局部合成IGF-1并以旁分泌的方式作用于支氣管上皮，這可能參與了IGF-1在第二原發(fā)肺癌中的生物學(xué)效應(yīng)。6）在針對FPC的放射治療的暴露中產(chǎn)生的結(jié)腸轉(zhuǎn)化細胞，可能因具有較高IGF-1生物活性，所以其存活率增加，這為這些轉(zhuǎn)化細胞后續(xù)通過逐步致癌和惡性轉(zhuǎn)化啟動第二原發(fā)結(jié)腸癌變提供了機會；其中，在正常結(jié)腸組織中，IGF-1 與IGF-1R具有高親和力并激活特異性胰島素受體底物，可以調(diào)節(jié)參與基因轉(zhuǎn)錄、細胞增殖和凋亡的幾種下游途徑。

3.2 Estrogen

高水平雌激素或過度表達的雌激素受體（ estrogen receptor, ER）可能作為患者并發(fā)甲狀腺癌和乳腺癌的原因。近年來，乳腺癌的發(fā)病率明顯升高與外源性或者內(nèi)源性的雌激素水平升高相關(guān)。雌激素與ERα結(jié)合，通過基因組和非基因組作用來調(diào)節(jié)參與細胞增殖相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄；此外，ERα可作為RNA結(jié)合蛋白，通過允許癌細胞對環(huán)境壓力和營養(yǎng)條件做出適應(yīng)來增強癌細胞的存活和適應(yīng)性。多項研究表明雌激素及其受體在甲狀腺癌發(fā)病機制和進展中的作用。例如，甲狀腺癌中也觀察到雌激素受體過度表達。此外，在體外研究中發(fā)現(xiàn)雌激素可作為良性和惡性甲狀腺細胞的有效生長刺激劑，雌激素可通過調(diào)節(jié)絲裂原活化蛋白(mitogen-activated protein, MAP)激酶的活化誘導(dǎo)人甲狀腺腫瘤細胞的生長。雌激素還能參與甲狀腺癌的腫瘤微環(huán)境，從而影響癌癥進展。因此，雌激素水平升高或ER過度表達可能成為并發(fā)甲狀腺癌和乳腺癌兩種癌的可能機制。

與乳腺癌作為唯一惡性腫瘤的對照組相比，發(fā)現(xiàn)ER和孕激素受體（progesterone receptor, PR）的表達在也患有分化型甲狀腺癌(DTC)的女性的乳腺癌標(biāo)本中顯著增加（無論兩種癌癥中的哪一種首先發(fā)生）。進一步機制研究表明，乳腺和甲狀腺中的ERa可被MAPK通路激活，進而導(dǎo)致癌變的發(fā)生。雌激素可作為配體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上表達的G protein-coupled receptor 30（GPR30）結(jié)合，導(dǎo)致激活MAPK通路和甲狀腺癌和乳腺癌的發(fā)生。軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(Cartilage Oligomeric Matrix Protein, COMP) 的過度表達可能通過雌激素信號通路促進乳腺癌和甲狀腺癌的發(fā)生和發(fā)展。

4. Immune suppression

免疫抑制可能導(dǎo)致第二原發(fā)性腫瘤的風(fēng)險增加。除了與FPC治療手段（主要是指放化療）相關(guān)的SPC發(fā)生機制外，通過手術(shù)治療的皮膚鱗狀細胞癌和黑色素瘤之后的第二原發(fā)non-Hodgkin lymphoma(NHL)（免疫抑制是NHL最明確的危險因素）之間的關(guān)聯(lián)提示免疫抑制在導(dǎo)致SPC中的作用。第一原發(fā)腫瘤可能通過慢性炎癥和抑制細胞防御機制進一步對免疫功能產(chǎn)生負面影響，最終導(dǎo)致惡性細胞從免疫監(jiān)視中逃逸，這樣的免疫抑制可能是第二原發(fā)癌過度風(fēng)險的促成機制；第一原發(fā)性癌癥或其治療也可能會抑制身體其他部位的免疫功能，為內(nèi)源性病毒再激活提供機會，從而導(dǎo)致第二原發(fā)NHL的發(fā)生，其中EB病毒被認為是NHL的關(guān)鍵感染性病原體，而移植后EB病毒再激活是涉及免疫抑制的移植后癌變的重要機制。綜上所述，免疫抑制可能通過為惡性細胞從免疫監(jiān)視中逃逸和病毒再激活提供機會，從而促進SPC發(fā)生。

5. Other mechanisms 5.1 Abnormal gene methylation

基因異常甲基化在SPC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如，金屬蛋白酶的組織抑制劑3（Tissue Inhibitor of Metalloproteinase 3, TIMP3）的高甲基化及其轉(zhuǎn)錄抑制將阻礙其作為基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）抑制劑的功能，從而導(dǎo)致細胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)的降解。研究表明細胞外基質(zhì)在惡性腫瘤克隆的橫向擴散中發(fā)揮著重要作用。這可能進一步介導(dǎo)細胞侵襲、腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移和血管生成。因此，高甲基化對TIMP3的抑制以及因此TIMP3阻礙MMPs降解細胞外基質(zhì)的調(diào)節(jié)活性的喪失可能有助于SPC的發(fā)展。事實上，TIMP3的高甲基化與頭頸部鱗狀細胞癌(head and neck squamous cell carcinomas, HNSCC)患者的局部無復(fù)發(fā)生存期顯著有關(guān)。此外，MMP9在HNSCC的組織學(xué)陰性手術(shù)邊緣中表達增加與SPC的發(fā)生有關(guān)(159)。以上發(fā)現(xiàn)支持TIMP3高甲基化喪失其對MMPs的抑制，從而導(dǎo)致SPC發(fā)生。轉(zhuǎn)錄起點附近基因啟動子高甲基化常會導(dǎo)致基因沉默，進而導(dǎo)致基因喪失功能，CCNA1基因啟動子高甲基化可通過使CCNA1蛋白表達下調(diào)來抑制細胞凋亡和細胞周期阻滯，從而促進癌前病變細胞的增殖優(yōu)勢，并導(dǎo)致對新致癌事件敏感的祖細胞克隆群的擴增。

5.2 EGFR signaling

乳腺癌和肺癌可互相作為彼此的第二原發(fā)癌發(fā)生，EGFR突變在并發(fā)兩種癌中可能起著重要作用。第二原發(fā)肺癌容易發(fā)生在第一原發(fā)乳腺癌中，Zeng 等觀察到在乳腺癌并發(fā)第二原發(fā)肺癌的患者中的EGFR突變率是其他第一原發(fā)癌并發(fā)第二原發(fā)肺癌患者的兩倍。這些結(jié)果表明EGFR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能在并發(fā)乳腺癌和肺癌中起重要作用。EGFR信號傳導(dǎo)在并發(fā)乳腺癌和肺癌兩種癌的可能機制涉及：
1）在包括乳腺癌在內(nèi)的常見實體瘤中，EGFR信號通路的失調(diào)通過受體和配體過表達、特定磷酸酶缺乏、和二聚化過程改變等方式致癌；
2）ER信號的激活可以通過EGFR發(fā)生，而ER信號在乳腺癌后的原發(fā)性肺癌中起重要作用；
3）EGFR是激活細胞內(nèi)信號通路的I型跨膜生長因子受體，參與人類癌癥的發(fā)生；
4）EGFR的過表達與細胞凋亡、血管生成和腫瘤血管形成有關(guān)。
綜合以上，EGFR突變可能為并發(fā)肺癌和乳腺癌的共同原因提供了線索。

5.3 Circulating cell?free DNA

Chen等通過被游離DNA轉(zhuǎn)化的正常細胞注入小鼠后生長成腫瘤的體外實驗推導(dǎo)：含有癌基因的循環(huán)DNA可能表現(xiàn)得像一種內(nèi)在的癌病毒，被癌細胞分裂時釋放并在體液中循環(huán)，具有轉(zhuǎn)染或轉(zhuǎn)化臨近或遠程正常細胞的能力，轉(zhuǎn)化的細胞可能繼續(xù)生長，從而發(fā)生第二原發(fā)癌。

cf-DNA（Circulation cell free DNA (cf-DNA)）主要被認為在癌細胞凋亡或壞死時，從破碎的細胞中泄露并進入血液，基于此在化療后引起大量細胞凋亡cf-DNA本應(yīng)增加，但事實卻是顯著降低，基于這樣以及其他一些證據(jù)，Chen等猜測癌細胞在增殖時也可能釋放DNA；而Thierry根據(jù)血液中cirDNA（circulating DNA ）的量隨著腫瘤細胞數(shù)量的增加而增加的證據(jù)總結(jié)癌癥患者中cirDNA的三種細胞來源：健康非腫瘤細胞（Healthy non tumoral cell）、惡性細胞（Malignant cells)、腫瘤微環(huán)境細胞(Tumor microenvironmental cells)。癌細胞增殖、凋亡、壞死或分泌時cirDNA可能通過顆粒結(jié)構(gòu)（外泌體，微粒，凋亡體）或大分子結(jié)構(gòu)（核小體，蛋白脂核酸復(fù)合物，中性粒細胞細胞外DNA陷阱，與血清蛋白或細胞表面連接的DNA）等結(jié)構(gòu)存在于癌癥患者的循環(huán)系統(tǒng)中。Bendich等證明注射到小鼠循環(huán)系統(tǒng)中的腫瘤DNA是腫瘤發(fā)展的起源，從而導(dǎo)致了“基因組停滯”假說的產(chǎn)生：腫瘤細胞釋放的cirDNA能夠在遠離原發(fā)腫瘤的地方轉(zhuǎn)染健康細胞并導(dǎo)致轉(zhuǎn)移的形成。P. Anker等人的試驗觀察到從結(jié)直腸癌突變型KRAS攜帶者的血漿（含有cf-DNA)添加到培養(yǎng)基后，NIH / 3T3細胞成為腫瘤和人類KRAS突變的攜帶者。而經(jīng)歷了原發(fā)性結(jié)直腸腫瘤切除術(shù)后血漿中能檢測到腫瘤DNA并且這些血漿可以對NIH-2T29細胞進行致癌轉(zhuǎn)化的患者，在隨訪中后續(xù)發(fā)生了肝癌和肺癌。Chen推測活癌細胞釋放的cf-DNA可以轉(zhuǎn)染或轉(zhuǎn)化正常細胞，可能為第二原發(fā)性或多原發(fā)性癌癥的發(fā)作提供解釋。

Fig. 3 第一原發(fā)癌（FPC）的細胞游離DNA通過正常細胞轉(zhuǎn)染/轉(zhuǎn)化誘導(dǎo)第二原發(fā)癌（SPC）。FPC細胞通過凋亡、壞死、自噬和分裂釋放循環(huán)細胞游離DNA。這種細胞游離DNA轉(zhuǎn)染或轉(zhuǎn)化遠處的正常細胞，誘導(dǎo)SPC的形成 Prospects 1. The etiology and mechanisms of different second primary cancers require further investigation

不同的FPC可能傾向于發(fā)展不同類型的SPC，不同模式的機制也不同。進一步的研究對于闡明不同模式的病因和機制勢在必行。

先前的研究分析了SPC發(fā)生與FPC之間的潛在相關(guān)性，并探討了其模式的可能病因和機制。例如，第一原發(fā)性癌癥患者發(fā)生在四個婦科器官，即輸卵管、子宮、外陰和陰道以及甲狀腺，更容易發(fā)展為第二原發(fā)乳腺癌和結(jié)直腸癌。這種現(xiàn)象可能歸因于FPC后的遺傳易感性、激素和輻射治療的影響。此外，原發(fā)性膀胱癌或原發(fā)性陰莖癌患者患第二原發(fā)性前列腺癌或肺癌的可能性增加，這可能與他們的N-乙酰轉(zhuǎn)移酶基因型和吸煙史有關(guān)。此外，在第一原發(fā)性輸尿管癌癥患者中觀察到高頻率的第二原發(fā)性膀胱癌癥。這可能與上尿路尿路癌的克隆起源、管腔內(nèi)接種和癌癥的治療有關(guān)。

此外，一本綜合專著根據(jù)第一原發(fā)癌發(fā)生部位分析了后續(xù)癌癥的風(fēng)險，為潛在病因和相關(guān)風(fēng)險因素提供了見解。

我們的研究增加了對多種原發(fā)癌病因和發(fā)病機制的現(xiàn)有知識：①在頭頸癌患者第二原發(fā)性上皮癌的后續(xù)發(fā)展過程中，IGF-1水平升高可能有顯著作用。②在同時發(fā)生甲狀腺癌和乳腺癌的情況下，雌激素水平高或雌激素受體（ER）過度表達可能是促成因素。③第二原發(fā)性非霍奇金淋巴瘤（NHL）的發(fā)展涉及FPC引起的免疫抑制。④在乳腺癌和肺癌可以相互發(fā)生為彼此的第二原發(fā)性癌癥的模式中，EGFR突變起著重要作用。

2. Preventing SSB accumulation?induced senescence SPCs after FPC radiotherapy

在FPC放療過程中的場外劑量導(dǎo)致的SSB積累會促使細胞進入衰老狀態(tài)并進一步呈現(xiàn)癌變特征。這一SPC可能發(fā)生機制為預(yù)防FPC放療后產(chǎn)生SPC提供了理論指導(dǎo)：一方面，PARylation使用NAD（+）（Nicotinamide adenine dinucleotide）作為底物修復(fù)SSB以維持DNA完整性；可以通過補充NAD+膳食前體、調(diào)節(jié)NAD+的生物合成等方法來預(yù)防在治療FPC中PTV邊緣產(chǎn)生的衰老細胞誘發(fā)SPC；另一方面，在放療結(jié)束后通過使用Senolytic藥物來消除衰老細胞是一種預(yù)防SPC的可能手段。

3. Further elucidating IGF?1’s SPC role and predicting SPCs via IGF?1 levels

多項研究表明IGF-1通過促進細胞增殖、抑制細胞凋亡和促進血管生成等介導(dǎo)致癌作用。然而，仍有研究強調(diào)了IGF-1在SPC發(fā)展中的作用的不確定性。因此，需要更多的觀察性研究來進一步了解IGF-1在特定SPC發(fā)展中的作用， 并確定IGF-1R下游途徑參與這一過程IGF-1導(dǎo)致SPC發(fā)展的機制尚未明確，但由于IGF-1水平升高與SPC發(fā)生風(fēng)險相關(guān)，可以在后續(xù)開展更多研究來評估血清IGF-1水平在SPC風(fēng)險測量中的效用，這對患者的監(jiān)測和早期發(fā)現(xiàn)具有臨床意義。

4. Investigating common risk factors in SPC development

雌激素水平過高在發(fā)生甲狀腺癌或乳腺癌中都發(fā)揮作用，可能是兩種癌的共同危險因素，雖然有研究猜測甲狀腺癌和乳腺癌可能通過共享的激素受體和途徑發(fā)生在同一個體，但是并沒有確切的證據(jù)證明兩種癌中的第一原發(fā)癌導(dǎo)致了雌激素水平的變化，進而導(dǎo)致第二原發(fā)癌。同樣的，也有研究表明EGFR過度表達與乳腺癌和肺癌都有關(guān)，但是尚沒有證據(jù)證明第一原發(fā)乳腺癌或者第一原發(fā)肺癌如何通過EGFR過度表達來導(dǎo)致第一原發(fā)肺癌或第一原發(fā)乳腺癌的發(fā)生。因此闡明兩種癌的共同危險因素是否在并發(fā)兩種癌中發(fā)揮確切作用是將來的SPC機制研究中的一個需要解決的問題。

5. Intratumoral microbes in SPC

在癌癥中，腫瘤內(nèi)微生物群的來源可能是黏膜器官、正常鄰近組織和循環(huán)系統(tǒng)中經(jīng)血源性擴散而來，可能與腸道微生物群有著千絲萬縷的聯(lián)系。腫瘤內(nèi)微生物通過DNA損傷導(dǎo)致突變增加、激活致癌途徑、影響腫瘤的免疫微環(huán)境等機制來促進癌癥發(fā)展；除在腫瘤發(fā)展中的作用，腫瘤內(nèi)微生物群在腫瘤治療效果的調(diào)節(jié)中也起重要作用，合理利用或調(diào)控菌群可作為癌癥新的治療策略以及癌癥治療的潛在治療靶點。然而，目前腫瘤內(nèi)微生物與SPC的發(fā)生機制之間的關(guān)系尚未明確。但基于已知的腫瘤內(nèi)微生物在癌癥發(fā)生發(fā)展過程中的重要性，關(guān)于SPC中的腫瘤內(nèi)微生物我們提出了以下問題：在SPC中的腫瘤內(nèi)微生物其來源是否也與上述來源相同，腫瘤微生物是否也通過這些機制發(fā)展SPC，以及在不干擾身體其他部位細菌的前提下，特異性地對瘤內(nèi)微生物的調(diào)控是否也能應(yīng)用于對SPC的治療，這些疑問仍需在后續(xù)的SPC研究中解答。在FPC及其SPC之間，它們的腫瘤內(nèi)微生物的存在是否具有一定的相關(guān)性？在不同類型的腫瘤中，腫瘤內(nèi)微生物具有高度異質(zhì)性，且特定的微生物代謝通路與特定腫瘤類型存在相關(guān)性，那么腫瘤內(nèi)微生物的多樣性在不同SPC發(fā)展中可能起到了什么樣的作用？

6. Single?cell multi?omics for SPC mechanisms

單個細胞的基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組和/或蛋白質(zhì)組學(xué)檢查克服了批量分析的許多局限性，能夠更精細地解剖癌癥的細胞和分子基礎(chǔ)。之前在癌癥中運用單細胞多組學(xué)的研究解析了腫瘤異質(zhì)性、腫瘤細胞與其微環(huán)境之間的復(fù)雜相互作用以及每個腫瘤進化軌跡的細節(jié)，也為我們提示了在SPC中單細胞多組學(xué)的可能應(yīng)用。然而，基于單細胞多組學(xué)來探索的SPC發(fā)生機制的數(shù)據(jù)非常缺乏，希望在未來能夠開展更多的單細胞組學(xué)項目來進一探索。基于SPC中的單細胞多組學(xué)方面我們提出了以下問題：某種癌作為第一原發(fā)癌發(fā)生或作為第二原發(fā)癌發(fā)生，是否可以通過單細胞多組學(xué)發(fā)現(xiàn)該種第二原發(fā)癌相較于該種第一原發(fā)癌的分子水平上的不同 (如存在某些特定基因突變或某些異常通路激活)，從而尋找更適合該種第二原發(fā)癌的個性化治療？

7. Metabolomics for SPC mechanisms and screening

有文獻使用非靶向代謝組學(xué)方法對比了初始原發(fā)性肺癌與第二原發(fā)性肺癌之間代謝物水平，鑒定了三種在SPLC中水平顯著增加的代謝物（5-MTA、苯乙酰谷氨酰胺、戊酰甘氨酸）。盡管過往的證據(jù)可以表明這三種代謝物與各種初始癌癥（早期肺腺癌、肺癌和胰腺癌、前列腺癌）的風(fēng)險具有潛在的相關(guān)性，但文章目前缺乏將這三種代謝物與第二原發(fā)性肺癌發(fā)生機制聯(lián)系起來的證據(jù)，這需要后續(xù)的研究來闡明。但這篇文章可以提示我們代謝組學(xué)在SPC機制探索和SPC篩查中的應(yīng)用。基于SPC中的代謝組學(xué)方面我們提出了以下問題：1）代謝組學(xué)是否可以用于確定代謝物的水平變化與SPC發(fā)生之間的因果關(guān)系？2）在不同腫瘤過程中觀察到的代謝轉(zhuǎn)化是異質(zhì)性的，那么在不同SPC的發(fā)生中，代謝物表達模式是否不同？通過監(jiān)測血液中代謝物的水平是否能預(yù)測特定的SPC？3）在好發(fā)某SPC的FPC患者中，干預(yù)某些與該SPC相關(guān)的代謝物水平能否預(yù)防該種SPC發(fā)生？4）與作為危險因素存在的代謝物水平變化相對的，是否也存在作為保護因素的代謝物水平變化？5）TME中免疫細胞的代謝異常是否也是引起第二原發(fā)腫瘤的一個原因？6）在SPC治療中某些代謝物水平是否與腫瘤耐藥相關(guān)，從而影響治療效果？

Conclusion

第二原發(fā)癌（SPC）是一個嚴(yán)重的全球公共衛(wèi)生問題，對第一原發(fā)癌（FPC）的幸存者構(gòu)成了重大的威脅。盡管研究人員已經(jīng)在過去的幾年里對SPC的發(fā)生機制進行了深入的研究，但關(guān)于其確切的原因仍然存在許多爭議和未解的問題。本綜述中，我們總結(jié)了一系列可能影響SPC發(fā)生的因素，包括基因組變化、基質(zhì)細胞表型/代謝變化、免疫抑制、激素變化、基因異常甲基化、EGFR信號傳導(dǎo)和循環(huán)DNA。這些因素可能單獨或者共同影響SPC的發(fā)生，但這些因素如何在不同類型的SPC中發(fā)揮作用，以及他們之間的相互作用關(guān)系，仍然需要進一步的研究。此外，我們還討論了腫瘤內(nèi)微生物、單細胞多組學(xué)、代謝組學(xué)等新興研究領(lǐng)域在探索SPC機制的潛在應(yīng)用。這些新技術(shù)和方法可能為我們提供更深入、全面的理解SPC發(fā)生的機制，從而有助于開發(fā)出更有效的預(yù)防和治療策略。

總的來說，SPC的研究仍然面臨許多挑戰(zhàn)，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和深入的研究，我們對SPC的理解將會更加深入，這將有助于我們更有效地預(yù)防和治療這一疾病。未來的研究工作需要進一步探索各種因素在SPC發(fā)生中的具體作用，以及這些因素之間的相互作用關(guān)系。同時，必須開發(fā)和驗證更靈敏、更具體的SPC早期檢測方法和創(chuàng)新的預(yù)防策略。通過持續(xù)的合作努力，我們可以解開SPC背后的復(fù)雜機制，并將這些發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為受這些毀滅性第二原發(fā)腫瘤威脅的FPC幸存者的救命成果。

Fig. 4 SPC發(fā)生機制及未來研究方向。SPC機制包括FPC治療引起的基因組變化、化療引起的癌癥相關(guān)成纖維細胞（CAF）、第一原發(fā)癌（FPC）誘導(dǎo)的免疫抑制、基因異常甲基化、信號通路激活和FPC釋放的細胞游離DNA

How to cite: Zeng, M., Lin, A., Jiang, A. et al. Decoding the mechanisms behind second primary cancers. J Transl Med 23, 115 (2025). https://doi.org/10.1186/s12967-025-06151-9

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