胰腺癌是美国癌症相关死亡的第四大主要原因。尽管最近在筛查，手术，化学疗法和放射疗法方面取得了进展，但胰腺癌患者的存活率几乎没有改善。2009年胰腺癌的预期发病率为42,470例，死亡35,240例。在美国，按年龄调整的胰腺癌发病率在非洲裔美国人中高于白人，在男性中也高于女性。已经确定许多风险因素，例如年龄，吸烟，家族病史和医疗状况，包括妊娠糖尿病，胰腺炎和糖尿病。在诊断时，有10％至20％的患者肿瘤位于胰腺，而40％的患者具有局部晚期癌症，肿瘤扩展到邻近器官。约40％至50％的患者患有转移性胰腺癌，这是一种进展迅速，使人衰弱的疾病，其特征是疼痛，乏力，厌食和恶病质。胰腺癌患者的预后较差，其5年生存率低于5％。导致胰腺癌高死亡率的因素包括由于缺乏症状和有效的筛查测试而缺乏早期检测方法，复发率高以及有效疗法有限。有对的临床经验几个优秀的评论和胰腺癌的分子发病机制。本综述的目的是捕获这些不同主题的关键方面，以突出未满足的需求以及开发新型疗法的转化研究的成熟领域。这篇综述部分总结病理生物学和当前的治疗选择。部分概述在了解胰腺癌的基因突变，肿瘤微环境，癌症干细胞以及药物输送的障碍以及新兴的研究机会方面的进展。
　　 胰腺癌根据肿瘤的来源分为外分泌和内分泌两种。来自胰岛细胞的内分泌胰腺癌仅占发生率的2-4％，胰岛细胞产生包括胰岛素在内的多种激素。内分泌胰腺癌的标准治疗选择包括手术，化学疗法和激素疗法；中位生存时间为2至3年。预后取决于胰岛细胞癌的类型，转移的程度和患者的整体健康状况，而年龄，性别和肿瘤类型等因素则不影响预后。大约95％的胰腺癌起源于外分泌胰腺。迄今为止，浸润性导管腺癌是恶性胰腺癌的最常见形式。在这些癌症中，有80％以上由于转移到邻近或远处的器官而无法切除。大约19％的胰腺癌患者在诊断后可以存活1年，而4％可以存活5年，使这种疾病成为最致命的癌症。胰腺癌的治疗选择随疾病阶段和患者的总体健康状况而变化。根据癌症的扩散程度，美国癌症联合委员会将胰腺癌分为I至IV四个阶段。为了治疗的目的，胰腺肿瘤通常分为可切除的，不可切除的局部晚期或转移性的，每种都有不同的治疗选择。
　　 在可切除阶段检测到约20％的胰腺癌。对于这些患者，胰十二指肠切除术是有或没有胃窦的护理标准。由于手术后的高复发率，提倡辅助治疗，并已采用术后/术前辅助治疗。在美国，放化疗联合化疗被认为是最佳的辅助治疗方法。迄今为止完成的五项涉及1,600例患者的随机III期试验共同表明，将5-氟尿嘧啶或吉西他滨与放射线合用可延长总体生存期或无病生存期，并将2年生存率从不到20％提高到30即使中位生存时间仍少于2年，仍为–40％。对于局部晚期胰腺癌，包括局部扩散或包绕关键血管结构，手术切除不是一种选择。由于化学疗法，放射疗法或其组合的临床试验结果不一致，因此在治疗方案上尚无共识。通常的做法是基于5-氟尿嘧啶的化学放射。这是基于胃肠道肿瘤研究小组的一项试验结果得出的，该结果表明，与无辅助治疗相比，手术后的化学放疗可将中位生存时间从11个月延长至20个月。最近的一篇综述评估了21项III期临床试验的质量和临床相关性，其中以总生存时间为主要终点，以进展时间，缓解率，毒性为次要终点。基于吉西他滨和5-氟尿嘧啶的化学放射治疗被确定为两种主要治疗选择。
　　 全身化疗的目的是提供症状缓解和延长生存期。转移性胰腺肿瘤具有高度的化学耐药性；用作单一药物和联合治疗的多种药物的应答率低于20％。由于更长的总生存时间和对三种常见的使人衰弱的疼痛，功能障碍和体重减轻的症状，吉西他滨已取代5-氟尿嘧啶作为转移性胰腺癌的标准治疗方法。但吉西他滨只能使中位生存期从6个月的4.5个月增加到6个月的中等程度的增加。总结将吉西他滨与其他化疗药物联合使用的过去和正在进行的临床试验，这些药物包括抗代谢药物，拓扑异构酶I抑制剂，铂和紫杉烷类。一项III期临床试验表明，在吉西他滨中添加奥沙利铂可提高缓解率和无进展生存期，并具有临床益处，但未能显示出更长的总体生存期。一项双盲III期临床试验表明，在吉西他滨中添加厄洛替尼抑制剂可以使患者的生存期延长1周，并具有更高的1年生存率。
　　 尽管近期取得这些进展，但转移性胰腺癌患者的预后仍然很差，总生存时间中位数为3–6个月。缺乏有效的治疗仍然是临床肿瘤学中最大的挑战之一，迫切需要开发有效的治疗方法。从历史上看，胰腺癌的药物开发工作已落后于其他类型的癌症，部分原因是它是一种相对较小的癌症，并且对细胞毒性剂或分子靶向剂具有高度耐药性。在过去的几十年中，一些有利的变化，包括对该病的发病机理和肿瘤生物学的认识的突飞猛进，以及研究重点向转化研究的总体转移，都有可能产生新的治疗方法。本文的其余部分概述了解遗传突变，肿瘤微环境，癌症干细胞以及胰腺癌药物输送的障碍，并进一步探讨了这些进展所提供的药物研究机会。
　　 胰腺癌是一种遗传病，是由多年积累的多种遗传和体细胞遗传突变引起的。最早可识别的遗传缺陷是端粒缩短，导致染色体不稳定。荧光原位杂交结果显示，在82例胰腺上皮内瘤变样本中，有96％的端粒缩短。Fanconi/BRCA2途径的缺陷也导致遗传不稳定。BRCA2蛋白通过其与重组酶和DNA修复蛋白RAD51的相互作用，负责通过修复DNA双链断裂来维持基因组完整性。在家族性和散发性胰腺癌患者中，BRCA2基因的生殖系突变分别存在于17％和5％。胰腺癌中突变的基因包括Kras，p16，p53和SMAD4/DPC4。在至少75％的所有胰腺癌中同时存在这些遗传变异中的至少三种。突变激活的Kras癌基因和P16/CDKN2A抑制基因的损失代表了最常见的遗传异常和存在于胰腺癌约90％。活化的Kras被认为是肿瘤发展过程中最早的遗传异常之一，并参与几种下游效应子途径，包括RAF-促分裂原激活的蛋白激酶，phosphosinositide-3-kinase和RalGDS，它们均在胰腺癌的发生，细胞增殖，和生存。p16作为细胞周期蛋白D/CDK4-6激酶复合物的抑制剂参与细胞周期进程，并在散发性胰腺癌中发挥重要作用。大约50-75％的胰腺癌中存在p53基因失活，使细胞在受损的DNA存在下可以分裂进行，从而导致其他遗传异常的积累。肿瘤抑制基因DPC4是TGF-B的生长抑制作用的介体，是引起肿瘤生长抑制的血管生成抑制剂TSP-1的正向调节剂。在多达55％的胰腺癌中发现DPC4失活。
　　 总结常用的胰腺癌细胞系起源和突变的癌基因和肿瘤抑制基因的。在这九种细胞系中，六种同时显示Kras，p53和p16突变或缺失，五种具有DPC4的突变或缺失。相反，Capan-1是唯一缺乏BRCA-2的细胞系。胰腺癌中常见的突变基因是控制对细胞周期调节，细胞存活和增殖至关重要的信号通路的基因。胰腺癌中多种病变的表现与一些更易于控制的癌症形成了鲜明的对比，例如慢性骨髓性白血病和胃肠道间质瘤，这些肿瘤在BCR-ABL中显示单一遗传病灶，并易于用甲磺酸伊马替尼治疗。胰腺癌对多种化学治疗剂具有高度抗性。尽管尚未完全理解其根本原因，但据信触发原癌基因表达或使抑癌基因失活的遗传突变有助于化学抗药性。例如，p16的失活导致与化学抗性相关的pRB的过表达。胰腺癌细胞和患者肿瘤表达高水平的已知化学抗性因子，例如mdr1p-糖蛋白，谷胱甘肽和核因子kB的p65/RelA亚基。选择性地在几种胰腺细胞系和70％的腺癌中发现了NF-kB的过表达，但在正常的胰腺组织中却没有。胰腺癌细胞还显示出生长因子及其受体的表达升高。其中一些与广谱化学抗性有关。
　　 在了解胰腺癌的遗传原因方面的进展导致了对基因疗法的考虑。基因治疗的常用方法如下:使用反义和RNA干扰抑制激活的癌基因。例如反义Kras抑制裸鼠中培养的胰腺癌细胞的生长和腹膜内异种移植肿瘤的生长。替换灭活的肿瘤抑制基因。例如在胰腺癌细胞系中重新引入野生型p53或在胰腺癌细胞系中表达野生型p53在体外和体内抑制肿瘤生长并诱导肿瘤细胞凋亡和皮下肿瘤模型中吉西他滨的活性增强。靶向血管生成。例如，抑制可溶性血管内皮生长因子活性的编码可溶性flt-1的腺病毒载体抑制小鼠异种移植肿瘤的生长。促进细胞凋亡。一个例子是使用RNAi抑制抗凋亡基因bcl-2，以抑制细胞增殖并诱导细胞凋亡。基因导向的前药激活。一个例子是使用复制缺陷型腺病毒，该腺病毒携带编码胞嘧啶脱氨酶的基因，该酶将5-氟胞嘧啶转化为5-氟尿嘧啶，在体外和体内抑制鼠Pan02细胞的生长。具有复制能力的溶瘤腺病毒，其选择性地感染并在肿瘤细胞中复制，从而引起细胞死亡。一种新兴的策略是根据患者的遗传特征进行个性化治疗。一个例子是使用诸如丝裂霉素C之类的DNA插入剂来治疗具有BRCA2突变的患者，以降低肿瘤细胞修复药物诱导的DNA双链断裂的能力。
　　 迄今为止，使用基因疗法的临床成功是有限的。部分原因是患有胰腺癌的患者存在多个基因突变，这使得靶向单个有缺陷的基因不太可能产生实质性的治疗益处。例如，由于下游Kras中的突变，抑制表皮生长因子受体或EGFR无效。同时靶向多个基因可能是更富有成果的方法。然而，由胰腺癌中突变的多个基因控制的相交和补偿性信号传导途径使得协调多支点攻击变得非常困难。靶向上游基因的替代方法是靶向其下游效应子或损伤，例如DNA修复蛋白和转录因子。1983年首次提出癌症干细胞的假说。这个有吸引力的假设与各种实验观察结果一致，例如某些肿瘤亚群具有很高的致瘤潜力。癌症干细胞通过自我更新和产生分化后代的能力来定义。癌症干细胞的细胞起源尚不完全清楚。某些渐进突变是细胞癌变所必需的，并且癌症干细胞可以自我更新，这一事实导致这样的假说，即癌症干细胞来源于正常干细胞，或者来源于具有致癌性突变且允许自我分化的更分化的细胞。癌症干细胞的存在，在急性髓细胞性白血病首先验证，此后在乳腺癌，肺癌，脑癌，肝癌，黑素瘤，结肠癌，前列腺癌，卵巢癌已经确定，和胰腺癌。
　　 多个研究小组已经分离出胰腺癌干细胞，并对干细胞表面标志物进行表征。几条证据表明，胰腺癌干细胞中可能富集一组以上的特定细胞表面标志物。细胞表面标记CD44和CD24已用于在体外和体内条件下鉴定癌症干细胞。使用流式细胞术分离表达CD44和CD24的胰腺腺癌PANC-1细胞亚群。与CD44比较-CD24-细胞，CD44+CD24+细胞具有较低的增殖速率在体外和在裸鼠20倍更高的致瘤潜力。用胶原酶消化异种移植肿瘤，并用CD44，CD24和上皮特异性抗原干细胞表面标志物对细胞群进行分类，从而得到CD44+CD24+ESA+具有高度致癌性的亚人群，表现出干细胞的特征，例如自我更新，产生分化后代的能力以及声音刺猬的表达增加。CD133已被用作多种类型的人类癌症中干细胞的标志物。胰腺癌干细胞中存在负责药物外排并可能带来化学抗性的ATP结合盒转运蛋白。用RT-PCR研究这两种标志物在5种胰腺腺癌细胞系中的表达。与非恶性成纤维细胞相比，所有这些均显示出明显更高的ABCG2水平，其中两个也显示出较高的CD133水平。患者肿瘤样品的侵入性边界区域中的CD133+细胞显示出高表达的CXCR4，这是细胞因子基质细胞衍生因子1的特异性受体。CD133+/CXCR4+细胞确定了转移表型，因为该亚群的耗竭消除了胰腺肿瘤的转移表型，而不影响其致癌潜力。
　　 癌症干细胞对抗癌疗法具有抗药性，可能是因为它们在耐药基因中积累突变，具有高水平的DNA修复蛋白，并能有效修复DNA损伤，表达多种降低细胞内药物浓度的转运蛋白，通常处于静止状态，并具有自己的微环境，可支持自我更新和生存。由于癌症干细胞可导致肿瘤再生，与标准细胞毒性化学疗法相比，针对干细胞群体的治疗更有可能产生治愈效果。另一方面，体细胞和癌症干细胞之间的表型和细胞信号转导途径的潜在相似性和重叠性表明，干细胞疗法的有效性取决于靶向癌症干细胞并避免引起对正常干细胞的毒性的能力。在这方面，特异性癌症干细胞标记物的存在可以提供标记物特异性递送的机会。人癌细胞的体外化学敏感性的比较显示，胰腺癌细胞系与衍生自其他癌症的细胞系的反应大致相同。例如，紫杉醇在胰腺，乳腺或前列腺肿瘤细胞中的50％抑制浓度都在纳摩尔范围内。然而，与乳腺癌和前列腺癌相比，胰腺癌患者对紫杉醇的反应率要低得多，这表明其他肿瘤特异性因素在化学耐药性中起作用。肿瘤微环境在肿瘤的发生，发展，转移以及对治疗的反应中起着至关重要的作用。实体瘤包括细胞和细胞外基质。非肿瘤细胞和ECM会影响肿瘤细胞的生物学或形成药物输送的障碍。以下各节讨论了微环境对胰腺癌化学敏感性的影响以及改善治疗效果的实验方法。
　　 胰腺癌具有独特的特性，即基质与上皮的比率高，上皮细胞经常占肿瘤体积的20％以下。肿瘤基质由细胞成分组成，包括成纤维细胞，巨噬细胞和星状细胞，再加上细胞外成分或ECM，其中包含促进肿瘤细胞增殖，迁移和侵袭的蛋白质。胰腺癌中基质细胞的高比例与几种生长因子的过表达有关。多种生长因子和细胞因子在细胞培养或动物肿瘤模型中引起对抗癌药物的耐药性，通常与较差的化疗反应率或患者预后相关。例如，我们的实验室已经证明2FGF胙广谱耐药性的表达水平与不同的化学结构和功能的机制化学治疗剂。星状细胞是星状的癌周细胞，约占胰腺中4％的细胞。星状细胞是基质中的主要间充质细胞，是ECM的主要来源。星状细胞被炎性细胞释放的炎性细胞因子，生长因子，乙醇，乙醛和氧化应激因子激活。星状细胞的活化，成纤维细胞样表型表达a-平滑肌肌动蛋白细丝并合成过量的ECM，主要包括纤维状胶原蛋白和纤连蛋白。星状细胞还分泌基质金属蛋白酶或MMP，可降解基底膜胶原蛋白，从而促进炎症，纤维化，血管生成和肿瘤浸润。星状细胞与胰腺癌细胞的共植入可增加肿瘤形成的发生率并促进肿瘤进展。通常，星状细胞的存在为胰腺癌细胞的增殖和侵袭提供良好的微环境，胰腺癌的SMA阳性细胞数量更多。ECM蛋白还具有化学抗性。用ECM蛋白包被细胞培养板或与成纤维细胞共培养可降低胰腺癌细胞在体外对多种化学治疗剂的敏感性。除了为肿瘤的发展，生长和转移提供上述有利的环境外，胰腺癌中的基质成分还通过减少向肿瘤细胞的药物递送来保护肿瘤细胞免于化疗。
　　 化学治疗药物通常是全身性给药的。因此，向肿瘤的药物输送涉及多个过程，包括在血管内转运，跨血管壁转运到周围组织以及在肿瘤内的间隙内转运。每个过程都会受到药物/大分子的物理化学特性以及实体瘤的生物学特性的输送还带来其他困难，例如它们的快速全身清除，网状内皮系统的摄取以及在正常器官或器官中的沉积。由于这些多重且显着的障碍，向实体瘤中的所有细胞递送有效浓度的有效药物仍然是艰巨的挑战。在实体瘤中，由于其血管不足和灌注不良，特别难以将药物递送至胰腺肿瘤。基质成分的存在会增加组织液压力，从而防止药物穿透组织间质。此外，肿瘤基质蛋白和ECM蛋白质的网络强加用于药物递送。在胰腺癌中，上皮癌细胞被纤维化基质包围，所述纤维化基质包括活化的成纤维细胞，免疫细胞，血管和ECM。与其他与癌症相关的成纤维细胞促进肿瘤生长和血管生成的实体瘤不同，胰腺肿瘤中的成纤维细胞和纤维变性基质抑制血管系统的形成和功能，导致稀疏的血管系统仅部分功能性且在物理上与血管分离。癌细胞间质。这种独特的微环境减少了通过灌注血液的药物输送，因此降低依靠功能性脉管系统输送至肿瘤细胞的全身化学疗法的有效性。
　　 多方面证据支持改善的血管系统或灌注可增强胰腺肿瘤中的药物递送。首先，使用刺猬蛋白抑制剂消除成纤维细胞以破坏肿瘤-基质信号，导致平均血管密度瞬时增加，静脉注射吉西他滨的转运量增加60％，抗肿瘤活性更高。其次，动脉内输注血管紧张素II，这是一种有效的血管收缩剂，可选择性地收缩非肿瘤组织中的小动脉，而对肿瘤小动脉没有影响，增加了肿瘤灌注，并增强同时给予的甲氨蝶呤和5-氟尿嘧啶的递送。在32例患者中评估该方法。在传统的细胞毒性化学疗法中添加血管紧张素II可以改善中位生存时间。第三，敲除负责小鼠异常肿瘤血管形态的主要基因G蛋白信号5的调节子，减少了血管的渗漏并使血管正常化，从而提高了抗胰腺癌抗原疫苗的功效。鼠胰岛细胞癌。
　　 理解癌细胞及其微环境之间复杂相互作用的进展已导致总体上预防或逆转实体瘤恶性转化的几种方法，其中一些已在胰腺癌中进行测试。这些包括靶向负责血管生成的分子，MMP和参与肿瘤-基质相互作用的分子。几个抗血管生成剂已在实体瘤包括肺癌，结肠直肠癌和乳腺癌所示活性。胰腺癌中正在研究的药物包括EGFR和VEGF的单克隆抗体，以及EGFR和VEGFR的酪氨酸激酶抑制剂和舒尼替尼。只有厄洛替尼加到吉西他滨中后，在胰腺癌患者中的中位生存时间才稍长。MMP抑制剂已在几种类型的癌症中进行广泛的临床前和临床研究。结果令人失望，因为一些II/III期试验表明这些化合物没有明显的活性。失败的可能原因是有多个MMP，导致单个MMP的抑制作用不足。此外，由于活化的MMP在致瘤和稳态方面可能具有相反的作用，因此抑制MMP可能会产生有益或不利的结果。
　　 由间质组织表达并参与介导肿瘤细胞与ECM的结合的粘附分子，例如整合素和ICAM-1，以及包括纤连蛋白，纤溶蛋白和胶原蛋白在内的ECM蛋白潜在的治疗目标。这些策略目前正在临床前研究中。如本综述所讨论的那样，由于胰腺癌的发病机理，多种遗传病灶和独特的微环境，它对治疗具有很高的抵抗力。尽管在了解疾病的生物学方面取得了许多进步，但是还没有任何方法可以导致患者管理的有意义的改善。这种疾病的复杂性使得在将病理生物学发现转化为有用的治疗方法之前，可以预见重大障碍是合理的。因此，需要不需要成功地校正多个生物损伤的其他方法。我们认为，克服药物传递障碍是一个可行的选择，它可能会在更近期的阶段产生收益。
　　 最近的研究已经表明，在受损的血管胰腺肿瘤引线独特微环境fibrostroma并且使血液携带药物至癌细胞供应不足。这些研究还表明，这些血管作用的逆转程度足以使血液流量瞬时增加50-150％，并使药物供应瞬时改善60％，能够改善全身化疗的疗效。这些数据表明，通过相对较小的药物输送增强可以部分克服胰腺癌的化学耐药性，并且进一步建议探索不依赖于血液输送的其他治疗方法。我们的实验室正在评估局部治疗，以作为对传统静脉治疗的替代/补充。大多数胰腺癌无法切除，III或IV期疾病在腹膜后腔和腹膜内腔显示转移。因此，局部区域递送例如腹膜内疗法可能是合适的递送途径。在腹膜内治疗期间，药物直接从腹膜液进入肿瘤，不需要通过脉管系统，因此不会遭受与静脉内给药相同的纤维基质相关问题。在晚期卵巢癌患者中，腹膜内治疗与静脉内治疗相结合已显示出显着的生存获益。多个研究已经在患者中所示显著定位优势，具有范围从12顺铂至1,000为紫杉醇腹膜腔到全身血液药物暴露的比例。但是毒性和其他问题已禁止腹膜内疗法的广泛使用。
　　 腹膜内疗法的毒性通常与给药程序和所用药物有关，例如，通过留置导管以大剂量将FDA批准的静脉内药物溶液进行腹膜内给药。导管的使用会增加感染和发烧的风险，并会导致腹膜组织的物理损伤。一次全部剂量的大剂量推注会导致局部毒性。另一个局限性是无法穿透大块肿瘤。研究表明，与较大的肿瘤相比，较小的肿瘤的卵巢癌患者腹膜内治疗可带来更好的预后和更长的生存间隔总结于。为了克服这些问题，我们的实验室开发出了一种由紫杉醇加载的两组分，可穿透肿瘤的微粒，它们可以以药效学上最优化的速率释放药物。第一组分快速释放紫杉醇以诱导凋亡并扩大间隙空间，从而促进剩余颗粒的渗透。分次给药可以降低局部毒性。持续的药物使用可以消除重复导管插入的需要。快速加慢速药物释放可以改善对异种生长速率的肿瘤的控制，并最大程度地减少由于种间肿瘤生长速率差异而导致的动物向人翻译的失败。TPM，由于其尺寸和聚合物成分。计划对转移性胰腺癌患者的TPM进行评估。
　　 胰腺癌仍然是最致命的恶性肿瘤之一，转移性胰腺癌患者的预后很差。高死亡率可归因于诊断晚，疾病进展快以及对化学疗法或放射疗法的不良反应。胰腺癌患者对全身治疗的不良反应部分是由于频繁和多种遗传改变，独特的肿瘤微环境，以及药物传递受损/效率低下。对遗传突变，细胞和分子信号传导机制，肿瘤微环境以及胰腺癌发生，发展和转移的癌症干细胞的更好理解为长期开发新疗法提供了机会。开发不依赖脉管系统进行递送的有效药物递送系统的进展为改善该疾病中治疗剂的功效提供了近期可能性。这些领域代表未满足的需求，值得药物研究人员关注。