腹膜転移のメカニズム

腹膜転移の最初のステップは、卵巣がん細胞が原発巣から腹腔内に剥離することである。 このステップの前提条件は、がん細胞同士の細胞間の接触がなくなることです。 前述のように、卵巣癌は卵管上皮細胞や卵巣表面上皮から発生する可能性があります。 どちらも古典的な上皮マーカーである上皮性カドヘリン（E-cadherin）を発現しています。 E-カドヘリンは、細胞間接着分子としての機能を通じて、上皮細胞の挙動、腫瘍の抑制、組織の構築に重要な役割を果たしている。 E-カドヘリンは、α、β、γカテニンを介してアクチン細胞骨格と結合している。 E-カドヘリンは、隣接する上皮細胞間のアドヘンスジャンクションの形成に直接関与しているが、タイトジャンクションやデスモソームの形成を制御することもできる。 これは、上皮性の特徴を失い、間葉性の特徴を持つようになるという、分子的・形態的変化を伴うものです。 これには、細胞間のコンパクトな接着、極性、立方体の形状が失われることが含まれる。 細胞はより紡錘形になり、動きやすくなる。 EMTには、上皮性および間葉性マーカーの発現の変化も含まれる。 この移行の非常に重要な点は、E-カドヘリンの発現が失われ、それに伴って神経カドヘリン（N-カドヘリン）の発現が増加することである。 この結果、アドヘンス接合部を介したがん細胞間の相互作用が減少し、がん細胞が微小環境に存在する正常な間質細胞と相互作用する能力が増大することになる。 卵巣がんでは、E-カドヘリンの発現は、転写および転写後に制御されている可能性がある。 ZEB-1、ZEB-2、Snail、SlugはE-cadherinを抑制することが知られており、いくつかの外部からの合図によって制御されることがある。 EMTとE-カドヘリンの発現を制御するシグナル伝達経路には、トランスフォーミング成長因子β（TGF-β）、上皮成長因子（EGF）、肝細胞成長因子（HGF）、エンドセリン-1（ET-1）、骨形成タンパク質4（BMP-4）などがある。 さらに、マイクロRNAのmiR-200ファミリーは、ZEB-1とZEB-2をターゲットにしてE-カドヘリンの抑制を解除することで、間接的にEMTを制御することもできる。

E-カドヘリンの発現が低下すると、細胞と細胞の接着力が低下し、腹腔内への細胞の散在が促進される。 興味深いことに、E-カドヘリンの発現低下は、α5-インテグリンの発現を誘導することがわかった。α5-インテグリンはβ1-インテグリンとヘテロ二量体を形成し、フィブロネクチンに結合することから、フィブロネクチン受容体と呼ばれている。 α5-integrinの誘導は、正規のβ-カテニン経路ではない。 その代わりに、上皮成長因子受容体（EGFR）／局所接着キナーゼ（FAK）／ミトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）経路を介していたのである。 フィブロネクチン受容体の発現が増加すると、播種した卵巣がん細胞が卵膜や腹膜を覆う中皮細胞から分泌されるフィブロネクチンに付着しやすくなることがわかった。

腹腔液中に排出された癌細胞は、ステージ1Aの卵巣癌の再発率が29%であるのに対し、ステージ1Cの卵巣癌の再発率は59%であることからもわかるように、患者の予後に大きく影響します。 しかし、腫瘍塊から切り離されたがん細胞は、腹膜液中で生き延びるためにいくつかの課題に直面します。 腹膜液は、腹膜の毛細血管から継続的に分泌される液体の結果である。 これは、腹腔内の隣接臓器の潤滑に役立ち、腹膜を通して可溶性因子の取り込みを可能にする。 腹膜液の大部分は、リンパ液の排出によって循環系に戻されます。 しかし、卵巣がん患者では、血管内皮増殖因子（VEGF）の高値による血管系の漏出の増加と、がん細胞によるリンパ管の閉塞により、腹水が形成されます。 この腹水は、がん細胞が浮遊していることから「悪性腹水」と呼ばれています。

腹水の中に浮遊している卵巣がん細胞は、スフェロイドとして、あるいは単細胞として、アノイキスに対する抵抗性を獲得し、がん幹細胞のような性質を持つようになります。 興味深いことに、単細胞の集団は、がん幹細胞の割合が高いことがわかった。 腹水から濃縮されたがん幹細胞は、マウスの異種移植腫瘍を形成する能力が非常に高くなっています。 癌幹細胞と同様に、浮遊スフェロイドと単一細胞は化学療法に耐性があります。 これは、スフェロイドがコンパクトにまとまっていることが、化学療法剤の物理的なバリアとなり、内部の細胞が化学療法剤にさらされるのを防いでいるためである。

このスフェロイドは、E-cadherinとEpCAMの発現量が増加し、同時にvimentin、マトリックスメタロプロテアーゼ（MMP）、CD44の発現量が減少しています。 したがって、転移するがん細胞は、転移のさまざまなステップの要求に応じて、上皮性と間葉性の表現型を行ったり来たりする可塑性を持っている。 腹水には、がん細胞に加えて、いくつかの正常な細胞タイプが存在し、それらが一緒になって悪性腹水微小環境を形成し、浮遊がん細胞を支えている。 主な非がん細胞としては、がん関連線維芽細胞（CAF）、中皮細胞、免疫細胞、間葉系幹細胞、血小板などが挙げられる。 これらの細胞は、がんのスフェロイドや単細胞と一緒になっていることがあります。 これらの細胞は、がんのスフェロイドや単細胞と一緒になっていることもあれば、腹腔液中に単独で存在していることもある。 これらの支持細胞は、癌細胞の生存とそれに続く転移部位への定着を助ける因子の環境を作り出す。

腹腔液中での浮遊に成功した卵巣がん細胞の次の目標は、腹腔内のさまざまな臓器に付着することです。 正常な腹膜や卵巣の切片を電子顕微鏡で撮影すると、それらを覆う中皮の構造がわかります。 中皮は中皮細胞の単層で構成されており、端と端が非常に緊密に結合して保護バリアを形成している。 これらの中皮細胞は、グリコサミノグリカンや潤滑剤を分泌することで、正常な骨盤の動きを促進するとともに、感染や癌細胞の付着を防ぐなど、滑りやすい表面を提供する役割を果たしている。 中皮細胞は、ECM、成長因子、炎症性サイトカインの分泌による組織の修復・再生、プロテアーゼの分泌による線溶活性化、癒着の防止など、多様な機能を持つ。

初期のin vitro実験では、卵巣癌細胞が中皮に付着すると、中皮細胞を後退させることが明らかになっていました。 最近では、Iwanickiらが、卵巣癌細胞の表面に発現したフィブロネクチン受容体（α5β1インテグリン）が、中皮細胞の表面に分泌されたフィブロネクチンとの結合を助け、ミオシンを介した牽引力によって中皮細胞の変位を促す役割を果たしていることを明らかにした。 その後の研究で、間葉系の表現型を持つ卵巣がん細胞は、中皮クリアランスの傾向が強いことが明らかになった。 中皮細胞によるフィブロネクチンの分泌は、転移した卵巣がん細胞との相互作用によって誘導されることがわかった。 癌細胞から分泌されたTGF-βは、中皮細胞内のRAC1/SMADを介したシグナル伝達経路を活性化し、その結果、フィブロネクチン遺伝子の転写アップレギュレーションが起こり、さらに中皮細胞にEMT様の表現型が誘導されたのです。 これはおそらく、その後の中皮のクリアランスに役立つだろうし、また、転移した腫瘍の微小環境において、がん関連線維芽細胞の供給源となる可能性もあるだろう。

卵巣がん細胞におけるフィブロネクチン受容体の発現増加は、転移を促進するための増殖因子シグナルに付着を結合させる上でも有益であると考えられる。

卵巣がんの転移モデルマウスでは、がん細胞上のα5β1インテグリンと卵巣や腹膜の表面にあるフィブロネクチンとの相互作用を阻害することで、予防と介入の両方において転移の負担が減少しました。 α5β1インテグリンの阻害は、血管新生の阻害にもつながることから、転移に対する効果が、ヒトがん細胞のα5β1インテグリンとフィブロネクチンの相互作用の破壊によるものなのか、マウス内皮細胞のα5β1インテグリンの相互作用によるものなのかをさらに検討した。 抗マウスα5β1-インテグリン遮断抗体の効果を、抗ヒトα5β1-インテグリン遮断抗体の効果と比較した。 興味深いことに、マウス抗体は有意な効果を示さず、したがって、がん細胞のα5β1インテグリンと微小環境のフィブロネクチンとの相互作用が卵巣がんの転移促進に重要な役割を果たしていることが確認された。 さらに、α5β1インテグリンが活性化されると、リガンドである肝細胞増殖因子（HGF）とは独立して、受容体チロシンキナーゼc-Metが活性化され、リン酸化されることが明らかになった。 このような成長因子受容体の活性化は、その後のFAK/Srcシグナル伝達経路の活性化を通じて、がん細胞の浸潤性と増殖を促進する。

卵巣癌細胞が卵巣表面に接着することによるもう一つの効果は、細胞外プロテアーゼであるMMP-2の分泌が増加することである。 MMP-2は、中皮の表面に存在するフィブロネクチンやビトロネクチンを細かく切断し、がん細胞がそれぞれのインテグリン受容体であるα5β1インテグリンやαvβ3インテグリンを介してこれらのECMに結合するのを促進する。 防止策として卵巣がん細胞のMMP-2を阻害すると、ヌードマウスの卵巣への接着が抑制された。 しかし、MMP-2ノックアウトマウスを用いた異種移植実験で明らかになったように、宿主のMMP-2はこのプロセスには関与していませんでした。

がん細胞が卵巣表面の中皮細胞に付着すると、がん細胞は転移先の新しい微小環境に適応するプロセスに着手します。 上述のECM-がん細胞間の相互作用とその結果から明らかなように、がん細胞とその新しい微小環境との間のより生産的な相互作用が、転移腫瘍を成功裏に確立するためには不可欠である。 癌細胞は、腹腔液中で浮遊しながらアノイキスに耐えていた状態から、卵巣や腹膜の微小環境で利用可能な新しいECMや成長因子の存在下で、付着して成長する状態に戻らなければならない。 これには、コロニー化したがん細胞の遺伝子発現プロファイルの大きな変化が関与しており、したがって、微小環境の合図に依存した転写／翻訳制御因子の活性化／抑制が関与していると考えられる。 そのような微小環境制御型の重要な翻訳調節因子の1つが、マイクロRNAであるmiR-193bであることが報告された。miR-193bは腫瘍抑制マイクロRNAであり、転移した卵巣がんが卵巣表面を覆う中皮細胞と相互作用することでダウンレギュレートされることがわかった。 このダウンレギュレーションは、in vitroでのがん細胞の増殖と浸潤を促進し、ex vivoではヒト卵巣のコロニー形成を促進し、マウス異種移植片では転移を減少させた。 興味深いことに、miR-193bのダウンレギュレーションは、がん細胞と中皮細胞とのクロストークの結果として、miR-193bのプロモーターのハイパーメチル化によって誘導された。 このプロモーターの過メチル化は、中皮細胞との相互作用によって刺激されたがん細胞におけるDNMT1の発現増加によって触媒された。 miR-193bはウロキナーゼを直接標的とすることが明らかになった。

癌細胞が転移先の新しい微小環境に適応して増殖を始めると、癌細胞は常駐する正常細胞や非常駐の正常細胞を呼び寄せ、それらを腫瘍関連間質または「活性化された間質」に変えていく。 腫瘍は、10〜50％の非癌細胞、すなわち腫瘍間質から構成されていることはよく知られている。 この腫瘍間質の主要な構成要素は、癌関連線維芽細胞（CAF）、腫瘍関連マクロファージ（TAM）、その他の免疫細胞、内皮細胞、周皮細胞、脂肪細胞、細胞外マトリックス蛋白質などである。 これらの間質成分は、成長因子やトロピック因子の重要な供給源であり、免疫監視の回避、血管新生、ECMリモデリング、侵襲性などを助けるため、腫瘍の成長と進行を成功させるために不可欠である。

転移した卵巣癌細胞は、卵巣の基底膜に存在する正常な線維芽細胞をリクルートし、CAFsにリプログラミングすることがわかりました。 このリプログラミングは、がん細胞によって誘導された正常線維芽細胞のmiR-214、miR-31の発現低下とmiR-155の発現増加によって引き起こされた。 このようにして得られたCAFは、in vitroでは卵巣がん細胞の移動、浸潤、コロニー形成を促進し、in vivoでは腫瘍の成長と転移を促進した。 興味深いことに、CAFsは、miR-214およびmiR-31の過剰発現とmiR-155の阻害の組み合わせによって、正常な線維芽細胞に戻ることができた。 マイクロRNAは、一連の標的を介してその効果を発揮するが、そのほとんどがケモカインやサイトカインとして同定された。 主なメディエーターはCCL5であり、miR-214の直接の標的であった。

卵巣癌細胞とCAFsの混合物を注射したヌードマウスにおいて、CCL5を阻害すると、CAFsが腫瘍の成長と転移を促進する能力が著しく低下した。

卵巣の重要で豊富な細胞構成要素は脂肪細胞である。 最近まで、卵巣がんの卵巣への転移を促進する卵巣脂肪細胞の直接的な役割についてはあまり知られていませんでした。卵巣は卵巣がんの主要な転移部位の1つであり、主に脂肪組織であることがよく知られているにもかかわらずです。 さらにLengyel博士のグループは、卵巣がんの転移部位である卵巣へのホーミングを促進するアディポカインを卵巣脂肪細胞が分泌していることを明らかにしました。 その後、がん細胞は、脂肪細胞の代謝を初期化し、脂肪分解を誘発した。 脂肪細胞は、がん細胞の脂肪酸トランスポーターであるFABP4の発現を誘導したのである。 その結果、がん細胞は、脂肪細胞から放出された遊離脂肪酸を効率よく取り込み、エネルギー源や腫瘍の成長に必要な成分として利用するようになった。 卵巣腫瘍が腹腔内で最も大きく、時には卵巣全体が固い卵巣ケーキになってしまうのはこのためです。 その時までに、すべての脂肪細胞は枯渇し、転移した腫瘍の成長に使われてしまいます。