2023年11月，卫福部国民健康署根据前一年的癌症登记报告公布，肺癌首度超越大肠癌，成为国人最容易发生的癌症。这个新头衔，加上蝉联19年国人癌症死因第一的旧头衔，使肺癌对你我的威胁性又上升一级。同年12月，阳明交通大学传统医药研究所林东毅副教授领衔发表在《Life Sciences》的「小孢子灵芝免疫调节蛋白GMI」抗肺腺癌转移研究成果，则是透过动物、细胞与分子机制详细说明，GMI干扰下的肺腺癌细胞是如何绑手绑脚地「跑不了和尚也不了庙」，为降低肺癌威胁性提供了锦囊妙方。

文／吴亭瑶

（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0024320523008901?via%3Dihub）

 

癌转移的每个步骤都很关键

转移对於组织器官功能的破坏，是影响肺癌患者生活品质和生命长度的主因。由於肺癌的早期症状不易察觉，五到六成患者初次被诊断出来时多半已经晚期，使得肺癌患者承担的转移风险明显高於其他癌症患者。

所谓「转移」是指癌细胞从原发部位，经血液或淋巴循环，扩散到身体其他部位生长的过程。以经由血液循环转移为例：癌细胞必须转变成容易爬行且具侵袭性的细胞表型，才有办法脱离原始肿瘤，穿越细胞外基质，来到血管周围，钻过（渗入）血管进入血液循环，成为所谓的「循环肿瘤细胞」。

取得入场门票之後，癌细胞还需一边躲避白血球，一边寻觅新生地，等到天时地利人和再黏附到血管壁上，钻出（渗出）血管，穿越细胞外基质，然後才有机会落脚新的组织器官，另起炉灶落地生根【图1】。

由於癌细胞需要历经很多步骤才能转移成功，所以每个步骤都可以成为药物抑制癌转移的靶点。单独标靶其中一个步骤，很难做到全面拦截；如果可以同时干扰好几个关键步骤，层层卡关，就能把漏网之鱼减至最少。本研究观察到的GMI抗肺腺癌转移作用，恰好就属於後者。

【图1】肿瘤转移过程示意图。
（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jpi.12370）

 

GMI怎麽「卡关」肺腺癌转移？

① GMI可以半路拦截，阻止血液循环里的癌细胞落地生根

根据本研究的动物实验，同样是免疫功能正常的小鼠，同样从尾部静脉植入肺腺癌细胞LLC-1（EGFR阳性），後续有以GMI治疗者——每四天腹腔注射一次，每次剂量10 mg/kg——肺脏和肝脏长出肿瘤的机会明显低於未做治疗的控制组【图2】；即使长出肿瘤，肿瘤数量也明显较少，分布范围也明显较小【图3】。

注射到腹腔的GMI会经由腹膜微血管吸收进入血液循环，因此GMI组的肿瘤较小、较少，很可能是GMI干扰了血液循环中的肺腺癌细胞，使癌细胞穿越血管壁进到组织器官定居的能力大幅下降所致。这个保护作用大大削弱了肺腺癌的生命威胁——相对於控制组在癌细胞进入血液循环第31天就有小鼠死亡，不到35天就全军覆没，GMI组则是直到第50天仍有近七成的小鼠存活【图3】。

【图2】以活体冷萤光影像系统（IVIS）侦测肺腺癌细胞从血液循环进到小鼠器官长出肿瘤的情形。结果显示，GMI组的肿瘤生成率与生长速度远远低於控制组。

 

【图3】小鼠尾部静脉植入肺腺癌细胞第28天肺部长出肿瘤的情形，以及小鼠尾部静脉植入肺腺癌细胞之後在不同时间节点的存活率。结果显示，GMI组不只肿瘤数量少，受到肿瘤侵犯的组织面积比较小，存活期较长，存活率也比较高。

 

② GMI也可先下手为强，防止癌细胞脱离原始肿瘤向外侵袭

上述实验结果说明GMI可以在下游拦截血液循环里的癌细胞，让它们功败垂成；本研究的另一个动物实验则观察到，GMI还能在上游「绑住」蠢蠢欲动的肺腺癌细胞，力阻癌转移的发生。

肿瘤里的癌细胞连结得很紧密的，当癌转移的开关被启动後，癌细胞的表现型态会从排列紧密、不易移动的「上皮型」，逐渐转变成排列松散（容易松脱）、有利迁移（爬行）的「间质型」，藉由这个简称EMT的「上皮－间质转化」（epithelial-mesenchymal transition）过程，逐渐增强癌细胞侵犯周边组织的能力【图4】。

【图4】癌细胞从「上皮型」转化成「间质型」，进而脱离原始肿瘤、储备迁移力和侵袭性的过程。（https://doi.org/10.1186/s12964-021-00713-2）

 

癌细胞从稳定性高的「上皮型」转化成侵略性强的「间质型」的过程中（以下将此过程简称EMT），细胞表面有助癌转移的整合素（integrin）会显着增加，细胞内部相关的蛋白分子表现也会有所改变，包括：

❖ 驱动EMT发生的转录因子（如Slug）会被活化和增加；

❖ 连结细胞与细胞之间的黏附分子也从全部都是黏性高的E-钙黏蛋白（E-cadherin），开始出现黏性低的N-钙黏蛋白（N-cadherin）掺杂并存；

❖ 细胞骨架中有助细胞维持硬度与弹性的波形蛋白（vimentin）也会变多。

上述这些变化都可用来评估癌转移的动能高低。在本研究的动物实验里，当肺腺癌细胞（LLC-1）被植入皮下之後，每四天腹腔注射一次GMI（10 mg/kg）的小鼠，不只长出来的肿瘤明显小於控制组（意谓发生癌转移的本钱比较少），肿瘤组织里和癌转移相关的指标也明显较少【图5】。这说明GMI有「绑住」癌细胞的作用，使肺腺癌细胞比较不易取得转移的能力。

【图5】小鼠皮下植入肺腺癌细胞3～4周後，肿瘤组织中有助推动癌转移发生和进行的整合素，以及反映癌细胞转型成有利脱离原始肿瘤向外侵袭的EMT指标。结果显示，GMI组的癌转移动能明显低於未做任何治疗的控制组（CTL）。

 

③ GMI还能从中作梗：削弱癌细胞的黏附力（抓地力）和迁移力

本研究还通过体外实验证明GMI能够抑制多种「人类肺腺癌细胞」的迁移能力：不管是恶性度一般的A549，还是具有高度转移性的CL1-5，抑或EGFR双重突变且对艾瑞莎有抗药性的H1975，当它们与GMI（0.3 μM）一起培养24小时之後，癌细胞的迁移能力都会大幅下降【图6】。

【图6】三种不同恶性度的人类肺腺癌细胞经GMI（0.3 μM）处理24小时仍具迁移能力的癌细胞数。结果显示，癌细胞的迁移能力会因GMI的干扰而大幅降低。

 

癌细胞的迁移能力是癌转移能否成功的重要关键，因为不论是癌细胞从原乡出发「披荆斩棘」前往血管或淋巴管周边，还是从血液循环上岸「披荆斩棘」前往新生地，都必须依靠「迁移能力」穿越细胞外基质才能抵达目的地。不过癌细胞并不是想动就能动，而是需要把它的脚（伪足）「黏附」在细胞外基质上，才能一步步地往前推进【图7】。

【图7】细胞迁移的步骤。 
（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Four_steps_of_cell_migration.png#）

换句话说，细胞迁移并不是唏呖呼噜地连滚带爬，也不是心想事成的瞬间位移，而是要踩稳这一步才有下一步的稳步爬行。因此有如抓地力的「黏附力」就成了癌细胞能否穿越细胞外基质关键，如果每次伸出脚都要搞半天才踩得稳，自然会拖慢细胞迁移的速度。此外，进到血液循环的癌细胞也必须发展出有如定锚作用的「再黏附力」抓住血管壁，才有办法钻出血管继续未竟的转移之业。

由此可见黏附力对癌转移的非常重要。而根据本研究的体外实验显示，GMI（0.15～0.6 μM）能在2小时内对前述三种人类肺腺癌细胞的「黏附力」和「再黏附力」发挥显着的抑制作用，且效果与GMI浓度呈正相关【图8】，说明GMI之所以既能抑制肺腺癌细胞迁移【图6】，也能阻止血液中的癌细胞进到组织器官落地生根【图2、图3】，都与GMI降低癌细胞的黏附力密切相关。

【图8】三种不同恶性度的人类肺腺癌细胞经不同浓度的GMI处理2小时仍具黏附能力的细胞数。结果显示，GMI可大幅降低癌细胞的黏附力与再黏附力。

 

GMI怎麽「绑住」肺腺癌细胞？

① GMI能结合癌细胞表面，由外而内直接调控

本研究的另一个实验发现，GMI（0.3 μM）在加入人类肺腺癌细胞10分钟之後即会结合在癌细胞表面【图9】，这似乎暗示GMI可以「由外而内」直接调控癌细胞的行为模式，让它们想坏却坏不太起来。

【图9】绿色萤光为GMI，蓝色为人类肺腺癌细胞A549的细胞核，红色为细胞骨架结构中的纤维肌动蛋白（F-actin）——它们会聚集在细胞前进方向的最前端，把细胞膜向外推，形成突出的丝状伪足（filopodia），拉动细胞往前移。相较於只有癌细胞的控制组（左图），经GMI（0.3 μM）处理10分钟的癌细胞表面结合了许多GMI，尤其是在丝状伪足的位置（右图）。

 

② GMI能下调千百种「膜蛋白」的表现量，阻挡外部诱因对於癌转移的推进

细胞表面各式各样的膜蛋白（细胞膜上的蛋白质）是细胞接收细胞外讯息的窗口，其表现量之高低，反映着它们对细胞行为的影响力。根据本研究对三种人类肺腺癌细胞共计5531种膜蛋白进行的分析显示：

恶性度一般的A549细胞在GMI（0.6 μM）处理24小时後，有1868种膜蛋白的表现量显着降低（减少25%以上）；换成高度转移性的CL1-5细胞，或是EGFR双重突变且对艾瑞莎有抗药性的H1975细胞，则分别有944种和994种膜蛋白的表现量会因GMI的介入而显着降低【图10A】。

此结果说明GMI的确能「由外而内」调控肺腺癌细胞，而且调控的细节会视肺腺癌细胞的不同而有所差异，颇有因材施教的意味。不过异中有同的是，其中106种膜蛋白不管长在这三种癌细胞的哪一个，都会被GMI下调；而根据大数据分析，这106种膜蛋白同时下调最有可能的结果，就是抑制细胞迁移与癌转移，与细胞和动物实验的结果遥相呼应。

【图10】(A) 以GMI（0.6 μM）处理人类肺腺癌细胞，24小时後表现量下降25%以上的膜蛋白数量与整合素种类。 (B) 以GMI（0.3或0.6 μM）处理人类肺腺癌细胞，2小时後细胞表面的整合素β1、αV、α5和α6表现量明显下降，且有量效关系。

 

③ GMI能下调整合素表现量、阻止FAK活化、促进Slug降解，让癌细胞绑手绑脚

研究者进一步缩小范围，从这106种膜蛋白找出跟癌转移有关的「整合素」，并且配合细胞实验实际确认GMI的影响，结果发现共有四种整合素（β1、αV、α5和α6）的表现量可以在2小时内被GMI（0.6 μM）下调50%以上【图10B】。

这些整合素即是癌细胞可以黏附细胞外基质的主干。当它们因外来刺激活化後，对外会连结细胞外基质里的纤连蛋白，对内则会吸引大批蛋白质聚集在它的周围，形成可以与细胞骨架联动的黏着斑（focal adhesion），为细胞迁移提供必要的黏附力（抓地力）【图11】。

其中简称FAK的黏着斑激酶（focal adhesion kinase）是最早聚集到整合素周围的蛋白质之一。当FAK与整合素结合後，会接着活化一大串的下游分子（包括驱动EMT发生的转录因子Slug），加速癌细胞的增生和转移。

不过本研究却发现，GMI不只能降低相关整合素的表现量，还能减少FAK被活化的机会，并把Slug送进细胞的资源回收中心分解【图12】。前两者会抑制黏着斑的形成，使癌细胞因为黏附力不足而不易迁移；後者则会阻止癌细胞打开「上皮-间质转化」的开关，降低癌细胞脱离原始肿瘤向外侵袭的机会。两相作用下让肺腺癌细胞既绑手又绑脚，大大提高癌转移的门槛和难度。

【图11】黏着斑复合物示意图。与细胞骨架（肌动蛋白应力纤维）联动的「黏着斑」是一个大型的蛋白复合物，由位於细胞膜上的整合素、细胞外基质的纤维蛋白，以及结合在整合素上的一百多种蛋白质（如：黏着斑激酶FAK）共同组成。由於FAK居关键位置，少了它将无法形成牢靠的黏着斑，癌细胞的迁移过程中就会备受阻碍。（https://www.mdpi.com/1422-0067/22/3/1358）

 

【图12】(A) 以GMI（0.6 μM）处理人类肺腺癌细胞，细胞内磷酸化（活化）的FAK数量会随时间下降。 (B) 以GMI（0.6 μM）处理人类肺腺癌细胞，细胞内的Slug水平随时间下降的程度（虚线）远超过没有GMI（实线）的组别。

 

单一成分多重标靶，GMI抗肺腺癌转移的潜力令人期待

不论是以整合素、FAK、Slug为靶点，还是力阻EMT的发生，都是抗癌新药开发的方向，而且只要做到其中一点，就会被视为极具潜力的新星。如今作为单一成分的GMI【图13】却能多点标靶【图14】，打破许多人对於一种成分只能标靶一个靶点的刻板印象，加上先前已被证实GMI可以标靶EGFR抑制肺腺癌肿瘤生长，无一不正中棘手肺癌的治疗需求，集如此多的功能於一身，不知该给GMI几颗星才算足够？

诚如本文先前所言，单独标靶其中一个步骤很难做到全面拦截，如果可以同时干扰好几个关键步骤，层层卡关，就能把漏网之鱼减至最少。科学证明GMI多点标靶的抗肺转移作用无疑提醒着我们，降低肺癌威胁的「新药」其实已经近在眼前。

【图13】由111个胺基酸组成的小孢子灵芝免疫调节蛋白GMI（Ganoderma microsporum immunomodulatory protein）是一个纯的蛋白质。图为GMI在蛋白质资料库PDB（Protein Data Bank）登录的3D结构，代号3KCW。

 

【图14】经本研究证明的GMI抑制肺腺癌细胞转移的细胞分子机制。

 

〔资料来源〕Hung-Chih Lo, et al. GMI, a Ganoderma microsporum protein, abolishes focal adhesion network to reduce cell migration and metastasis of lung cancer. Life Sciences, 2023 Dec 15:335:122255. doi: 10.1016/j.lfs.2023.122255.
 

〔其他参考文献〕

1. 健康远见编辑部。癌王换「肺癌」！10大癌症排名出炉，大肠癌15年来首居次位。健康远见官网，2023年11月10日发布。

2. 赖淑敏等。癌症连41年居10大死因榜首，新冠去年1.4万死排第3。公视新闻网，2023年6月12日发布。

3. 郭志熙医师。四成肺癌发现时已骨转移!? 积极治疗一棒接一棒抗癌。癌症希望基会网站，2023年7月6日发布。

4. 何明霖医师。肺癌转移到脑骨肝。台湾肺癌病友诊治卫教关怀网站，2020年8月1日发布。

5. Shih-Chi Su, et al. Cancer metastasis: Mechanisms of inhibition by melatonin. Review J Pineal Res. 2017 Jan;62(1). doi: 10.1111/jpi.12370.

6. Susan E Leggett, et al. The epithelial-mesenchymal transition and the cytoskeleton in bioengineered systems. Review Cell Commun Signal. 2021 Mar 10;19(1):32. doi: 10.1186/s12964-021-00713-2.

7. Samanthi Udayangani. Difference Between Cell Migration and Invasion. Difference Between.com. March 31, 2017 Posted.

8. Korinn N. Murphy, et al. Manipulation of Focal Adhesion Signaling by Pathogenic Microbes. Int J Mol Sci. 2021 Jan 29;22(3):1358. doi: 10.3390/ijms22031358.