我们之前报告了，探讨第一原发癌(FPC)和第二原发癌(SPC)之间的关联模式。研究发现几个主要模式：1)妇科和甲状腺FPC患者易发生乳腺和结直肠SPC；2)头颈部、食管和肛门FPC患者易发生肺SPC；3)膀胱和阴茎FPC患者易发生前列腺和肺SPC。这些关联可能与遗传易感性、激素、放疗和致癌物暴露有关。研究结果对癌症患者的临床监测和早期干预具有指导意义。
今天和大家分享我们课题组在Journal of Translational Medicine (IF=6.1)上发表的一篇第二原发癌相关的Review，题目为“Decoding the mechanisms behind second primary cancers”。
Abstract
第二原发癌（SPC）是指在被诊断为原发性癌症并存活下来的个体中同时或异时发展的癌症。SPC的发病率很高，是第一原发癌幸存者死亡的主要原因。人们越来越担心SPC的危险。本文综述了近年来对SPC机制的研究，包括第一原发癌（FPC）治疗后基因组变化、基质细胞表型和代谢变化、激素水平和受体表达、免疫抑制、基因异常甲基化、EGFR信号和细胞游离DNA在SPC发展中的作用。这一全面的分析有助于阐明SPC机制的当前研究趋势，并加深我们对其潜在病理生理学的理解。此外，我们还讨论了瘤内微生物、单细胞多组学和代谢组学在研究SPC机制中的潜在应用，为后续研究提供了新思路。
Introduction
第二原发性癌症（SPC）被定义为在被诊断患有一种原发性癌症并存活下来的同一个体中同时或异时发展的癌症。SPC的重要性源于其高发病率和对第一原发性癌症（FPC）幸存者的重大影响。SPC的发病率差异很大，从2.4%到19.0%不等。先前的一项荟萃分析，包括9617643名癌症患者的队列，其中677430人发展为SPC，统计了随后发展为SPC的各种类型FPC患者的绝对数量，研究显示，在1825198例乳腺癌患者、1181621例前列腺癌患者和711504例皮肤癌患者中，分别有117178例、111150例和76517例发生了SPC，这三种癌症类型被列为SPC发生率最高的前三种类型。通过分析各种FPC患者中SPC的发病率，研究表明，原发性输尿管癌患者的SPC发病率最高，为27.0%，其次是原发性阴茎癌患者（17.6%）和原发性膀胱癌患者（15.8%）。FPC幸存者面临的SPC风险比普通人群高1.27至2.6倍，患SPC的可能性增加了10-14%。SPC显著影响FPC死亡率，使女性FPC幸存者的死亡风险增加33%，男性增加45%。SPC是FPC幸存者死亡的主要原因。
尽管SPC对FPC存活的患者构成重大威胁，但SPC肿瘤发生的确切机制仍存在争议。参与一般癌症发展的分子途径包括基因突变、异常信号通路、表观遗传改变、肿瘤微环境以及免疫因子，所有这些都对肿瘤的发生和进展起着协同作用。
虽然FPC和SPC在发病机制上有某些相似之处，但它们之间也存在显著差异。其机制的主要差异可总结如下：
治疗相关因素：SPC的出现可能与癌症治疗的不良影响密切相关，尤其是化疗和放疗。这些治疗在靶向消除FPC的同时，可能会无意中损伤正常细胞，从而增加SPC发展的风险。例如，FPC放疗期间产生的过氧化物与SPC诱导有关。辐射-细胞相互作用导致自由基的产生，自由基转化为过氧化物，然后渗透到未受影响的细胞中，诱导染色体损伤，从而导致辐射诱导的旁观者遗传损伤，可能会导致SPC。
免疫系统状态：虽然FPC的发病可能与免疫功能障碍有关，但SPC的发展可能会受到癌症治疗的免疫调节作用的进一步影响。免疫细胞和细胞因子在SPC的发展中起着关键作用。在FPC放射治疗期间，受辐射刺激的淋巴细胞和巨噬细胞会放大未受影响细胞中炎性细胞因子（IL-1、IL-2、IL-6、IL-8、TNFα、TGFβ）的产生。这些细胞因子通过刺激细胞生长/增殖、抑制癌症细胞凋亡、募集1型巨噬细胞以增强炎症反应和调节免疫反应来促进放射治疗后SPC的发展。
遗传因素的进一步影响：除了在FPC发展中的作用外，遗传因素可能继续导致SPC的出现。遗传性肿瘤综合征患者的遗传性肿瘤易感基因与SPC或多原发性癌症的发展有关。例如，Li-Fraumeni综合征患者的种系p53突变增加了各种癌症的风险，包括乳腺癌症、骨肉瘤、软组织肉瘤、脑肿瘤、肾上腺皮质癌和白血病。
尽管SPC显著影响FPC幸存者的生存和生活质量，但SPC发生的机制仍存在争议。一些研究表明，免疫细胞和细胞因子在SPC的发展中起着关键作用，而另一些研究则提出，遗传性肿瘤易感基因是SPC形成的基础。迄今为止，还没有研究对SPC机制进行系统的全面综述。因此，本文总结了近年来关于SPC机制的研究，并讨论了瘤内微生物学、单细胞多组学和代谢组学在探索SPC机制方面的潜在应用，从而为未来的研究提供了见解。
Risk factors of second primary carcinogenesis
总结与第二原发性癌症相关的危险因素有助于阐明多原发性肿瘤与其常见致病因素之间的潜在关系。有利于进一步探讨第二原发癌发展的分子机制和生物学途径。我们已经确定并分类了SPC的危险因素，包括：烟草和酒精、肥胖和饮食、病毒感染、遗传易感性和通路以及治疗相关因素。
1. Tobacco and alcohol
在一项对25000例在原发性肿瘤患者身上随后发生在与烟草和酒精使用相关部位（如口腔、咽、食道、喉部、肺和支气管）的癌症的研究中，超过11000例出现在与吸烟和饮酒相关的部位癌症复发。这一发现强调了这些物质与第二原发性癌症发展之间的持续关系。
1.1 Tobacco
烟草诱导尿激酶型纤溶酶原激活剂（urokinase-type plasminogen activator , uPA）的表达，导致纤溶酶依赖性ECM降解并介导细胞迁移增加，这有助于头颈癌患者中多原发肿瘤的发生。在成功治疗头颈部恶性肿瘤后继续吸烟的患者发生SPT的风险显著增加，其原因可能是烟草烟雾激活EGFR信号通路，EGFR的激活会刺激ERK1/2的活性，从而增加uPA的表达，而uPA可以切割纤溶酶原从而产生纤溶酶，纤溶酶降解ECM，这将促进肿瘤细胞的侵袭和转移。上述机制可能在吸烟的第一原发头颈癌患者发展具有共同克隆起源的SPC中起作用。uPA与uPAR结合，可以刺激EGFR进而激活ERK信号通路(141)，所以在烟草通过刺激EGFR后激活ERK信号传导并增加uPA的表达，uPA和uPAR结合后反过来再一次刺激EGFR激活ERK信号传导进而诱导uPA的过程中存在正反馈循环。这样的正反馈循环可以放大烟草烟雾的致癌作用。
1.2 Alcohol
遗传因素、环境饮酒和ALDH2-2等位基因之间的相互作用增加了多发性 LVL（multiple Lugol-voiding lesions (LVLs)）的风险，其特征是发育不良或角化过度的未染色上皮的风险，这样的相互作用后续导致 HNSCC 患者发生第二原发食管鳞状细胞癌 （esophageal squamous cell carcinoma，ESCC） 。ALDH2等位基因（ALDH2-2）与多发性LVL 高度相关。由于没有消除乙醛的补偿机制，具有 ALDH2-2 等位基因的长期饮酒患者通过呼气使黏膜暴露于高水平的乙醛可能是多发性LVL发展的关键。研究表明头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者常发生第二原发性食管鳞状细胞癌 （ESCC），而多发LVLs与食管以及头颈部多种癌症的高风险相关，无 Lugol 染色提示食管鳞状细胞癌的起始，这可能表明多个LVL的发作在HNSCC患者发生第二原发ESCC中发挥重要作用。因此，饮酒在ALDH2等位基因患者中通过遗传和环境相互作用，诱导多发LVL，这一过程随后增加了 HNSCC 患者对第二原发性 ESCC 的易感性。
2. Obesity and diet
肥胖是多种癌症的公认危险因素，如子宫内膜癌、结肠癌、食管癌、肾癌、胰腺癌和绝经后乳腺癌，并与SPC的发展有关。此外，包括肥胖、身体不活动和生殖特征在内的因素在激素反应性肿瘤的发展中起着至关重要的作用，尤其是乳腺、子宫、卵巢和前列腺的恶性肿瘤，以及结直肠癌。尽管饮食与SPC之间的直接关联尚未完全阐明，但饮食因素与饮酒和吸烟相结合，加剧了口腔癌和咽癌患者患SPC的风险。
3. Virus infection
病毒感染，特别是人乳头瘤病毒（HPV）、人类免疫缺陷病毒（HIV）、人类疱疹病毒8型、Estein-Barr 病毒（EBV）、乙型肝炎和丙型肝炎病毒，在SPC的发展中起着至关重要的作用。例如，患有一种与HPV相关的癌症的患者患上另一种与HPV相关的SPC的风险升高。此外，HPV感染与宫颈和肛门生殖道癌症以及口腔癌的并发有关。
4. Genetic predisposition and pathways
携带种系突变的遗传性癌症易感性综合征患者在多个部位发生原发性肿瘤的风险升高，这表明这些种系突变与SPC之间存在潜在关联。例如，遗传性癌症前期综合征，如Lynch综合征（以前称为遗传性非息肉病性结直肠癌或HNPCC），与子宫、卵巢、胆管、小肠和肾盂等多个器官发生SPC的风险升高有关。这些综合征通常与DNA错配修复基因的突变有关，特别是MSH2和MLH1。
此外，单核苷酸多态性（SNPs）也与发展SPC的风险增加有关。将患有多种原发性癌症的个体与无癌对照进行比较，确定了22种潜在的相关突变。其中，当将患有多种癌症的患者与患有单一癌症的患者进行比较时，10种突变仍然具有统计学意义。例如，与无癌个体相比，rs7872034（SMC2错义突变）和rs143745791（NCBP1错义突变）显示出与乳腺癌合并任意一种其他癌症的显著关联。在与单纯乳腺癌症相比时，这些突变仍显示与乳腺癌合并一种其他癌症显著关联。在与仅发生乳腺癌相比，甲状腺和乳腺癌同时发生的致癌SNPs的负担增加。考虑到FAS/FASLG的凋亡作用以及其多态性与癌症风险之间的关联，Lei等人假设FAS/FASLG-多态性可能影响SPC的发展风险。事实上，具有FAS-670 AG/GG或FASLG-844 CT/TT变异基因型的头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者的SPC风险显著较高，且随着组合风险基因型的增加而增加。因此，FAS/FASLG 多态性有可能作为评估HNSCC患者SPC风险的生物标志物。此外，已有研究表明HNSCC患者的p21多态性也与SPC发病风险增加有关。
此外，特定的信号通路与SPC的发展有关。例如，在同时患有恶性黑色素瘤和肾细胞癌的患者中，PI3K/mTOR信号通路的遗传变异已被确定为一个潜在的重要共同危险因素。为了便于参考，我们在表1、2、3中总结了关键的种系突变、单核苷酸多态性（SNP）和与SPC相关的信号通路。
Table 1
Table 2
Table 3 Mechanisms of second primary carcinogenesis 1.Genomic changes 1.1 DNA damage
放疗导致的DNA单链断裂(DNA single-strand breaks, SSB)诱导的衰老作为SPC起始的机制，衰老细胞从细胞周期停滞中逃脱，产生具有突变和侵袭能力的子细胞，并显示出癌变的特征。针对FPC的标准放射治疗方案中内部散射(internal scatter)产生的场外剂量，会导致DNA的SSB在位于计划靶区（planning target volume, PTV）边缘的正常成纤维细胞中积累，由于PARylation（Poly(ADP-ribosyl)ation聚（ADP-核糖基)化反应）能力降低而导致积累的SSB缺乏修复。在成纤维细胞中，未修复SSB的积累并不会导致细胞死亡，而是激活与衰老相关的p16的上调，导致成纤维细胞进入过早的衰老状态。
与持续性双链断裂(double-strand breaks, DSB)决定了永久性的肿瘤抑制细胞周期停滞不同，由于放疗产生的持久性SSB允许突变和衰老逃避。持久性SSB的细胞在这种衰老状态下停滞一段时间，其中一些细胞重新进入细胞周期，产生的子细胞会呈现出癌变的特征，但尚未完全致瘤。这些子细胞则会表达突变和癌前转化标志物（有着衰老后肿瘤出现（post-senescence neoplastic emergence , PSNE）基因特点的基因，这些基因中约有一半已被报道与癌症或癌前皮肤病相关）和上皮细胞-间充质转化 (EMT)等生物标志物，并且能够在裸鼠中皮下注射后形成小增生或癌，显示致癌潜力。
因此，DNA的SSB诱导的衰老可能作为SPC起始的机制。
1.2 Telomere damage
化疗或放疗后端粒短或端粒损伤的个体患SPC的风险可能增加。针对第一原发癌的化疗或放疗后会出现端粒显著缩短，端粒酶活性下调，端粒酶逆转录酶（human Telomerase Reverse Tanscriptase, hTERT）和端粒结合蛋白(如TPP1和POT1)的表达减少等变化。例如，与未接受化疗的样本相比，接受化疗后的样本则表现为端粒缩短和端粒酶活性降低(38)；而与年龄匹配的健康对照组相比，接受化疗的患者端粒明显较短。此外，暴露于电离辐射也会损害体内端粒的完整性。
放化疗导致的端粒丢失会导致染色体不稳定，这主要通过染色体复制时的Breakage/Fusion/Bridge (B/F/B)周期发生。丢失端粒的染色体在复制时姐妹染色单体在末端融合形成了桥梁，当两个着丝粒被拉向相反的方向时两条姐妹染色单体断裂。如果断裂发生在融合位点之外的部位，一个子细胞内包含的染色体末端有一个倒位重复，另一个子细胞的染色体末端缺失。由于这两条染色体都缺少端粒，复制之后，B/F/B周期的循环将持续多代，除了在失去端粒的染色体末端的DNA扩增外，还能导致染色体臂上任意地方的DNA扩增，甚至失去端粒的染色体可以转移到其他染色体上，增加染色体不稳定性。
端粒损伤导致的基因组不稳定性，可通过在癌症进化基础上加速遗传变化的积累，这在癌症发展中发挥关键作用。端粒损伤导致其中一个子细胞包含的染色体末端有倒置重复，研究表明大量倒置重复与基因扩增有关，并且倒置重复与癌症高度相关。有证据表明端粒含量少与头颈部、膀胱癌、肺癌和肾细胞癌的发生风险增加存在显著关联。此外，与自发性甲状腺癌患者相比，家族性甲状腺癌患者则往往呈现出端粒DNA损伤 (例如自发端粒相互作用和端粒融合次数增加)，这可能与潜在的基因组不稳定导致癌症发生有关。因此，针对FPC治疗产生的端粒损伤导致的基因组不稳定性也有可能作为第二原发癌发生的原因。
Fig. 1 放疗和化疗后，端粒丢失诱导的染色体不稳定与融合桥断裂（B/F/B）周期有关。第一原发癌放疗和化疗导致端粒断裂。无端粒的染色单体复制，融合姐妹染色单体形成桥，当姐妹染色单体被拉开时，桥会断裂，导致一个子细胞的末端倒置并且缺少端粒，而另一个子细胞的末端缺失。随着端粒的持续丢失，B/F/B周期会积累反向染色体末端重复和进行性末端缺失。粉红色、绿色和红色箭头表示亚端粒序列方向 2. Phenotypic and metabolic changes in stromal cells
基质细胞表型和代谢变化在SPC的发生中参与了重要作用。化疗诱导癌细胞周围的基质细胞产生氧化应激，从而诱导一系列应激相关的信号通路 (如HIF，NF-kB，SMAD，STAT3和JNK/AP1)，进一步促进基质细胞发生有氧糖酵解、线粒体功能障碍、自噬、衰老以及炎症细胞因子释放，从而被诱导分化成癌症相关成纤维细胞( cancer-associated fibroblasts, CAFs)，这在肿瘤的发生，发展和转移中发挥着不可或缺的作用。研究表明基质成纤维细胞细胞中的糖酵解和自噬通路被上调，富含能量的代谢物的产生增加 (如乳酸、酮体、谷氨酰胺)，这些代谢物作为癌细胞增强代谢效率和增强凋亡抗性的燃料，进一步为肿瘤的生存提供了优势。此外，化疗损伤的成纤维细胞还能促进IL6、以及其他可能帮助癌细胞生存、转移的配体的分泌。所以，在这些富含营养的代谢物配体的帮助下，化疗后部分转化的上皮细胞可能更容易发生恶变，进而导致新的肿瘤的产生。
化疗后在与基质细胞接触的乳腺癌细胞中，参与干细胞和祖细胞更新、代谢、转移和化学耐药性的通路被显著激活，如Shh通路，Wnt通路、TGFβ通路和STAT3通路。Shh通路激活与癌症发生有关，而STAT3通路和Wnt通路可增强氧化磷酸化，进一步促进癌细胞生长。CAF在化疗后通过激活邻近治疗受损的癌前上皮细胞的Shh通路，Wnt通路和STAT3通路来刺激部分转化的上皮细胞的干性，从而触发新的致瘤过程。
Fig. 2化疗诱导的癌症相关成纤维细胞（CAF）在将部分转化的上皮细胞转化为第二原发癌（SPC）中的作用。在CAF接触部分转化的上皮细胞时，参与干/祖细胞更新、代谢、转移和耐药性的Shh、Wnt和STAT3等途径可能会被激活。CAF还产生乳酸、酮、谷氨酰胺、脂肪酸和半胱氨酸等代谢产物，为上皮细胞的SPC转化提供燃料 3. Hormones 3.1 Serum insulin‑like growth factor 1 (IGF‑1)
多项研究表明血清IGF-1水平升高与头颈癌中各种第二原发上皮癌的风险增加有关，包括乳腺癌，肺癌和结肠癌。例如，较高水平的IGF-I与SPT发展的风险显著增加有关；以及另一项乳腺癌临床试验中发现，IGF-1血清水平的下降与绝经前妇女第二原发性癌症的发生率较低有关。IGF-1在第二原发癌发展中的机制可能包括：1）IGF-1可以增强细胞增殖、受损细胞对凋亡的抵抗力以及遗传损伤群体的克隆生长。2）IGF-1调节线粒体中抗凋亡Bcl-xL与促凋亡Bax蛋白的比例，从而影响到细胞的存活。3）IGF-1作为血管生成的重要调节因子， 可以增加癌细胞中血管内皮生长因子 (VEGF)的产生。4)Shanmugalingam 等推测基质细胞表达的IGF-1通过旁分泌或内分泌的方式促进第二原发乳腺癌生长；在15岁以前的霍奇金淋巴瘤年轻女性患者患第二原发乳腺癌的风险比老年女性高。乳腺的青春期生长主要由IGF-1和GH通过雌激素的作用介导。Shanmugalingam 等推测可能是由于青春期IGF-1和雌激素水平升高，基质细胞表达的IGF-1通过旁分泌或内分泌的方式，保护乳腺癌细胞免于凋亡并诱导存活，在第二原发乳腺癌的恶性转化、进展、转移等发挥作用。5）Shanmugalingam 等还推测肺间质细胞局部合成IGF-1并以旁分泌的方式作用于支气管上皮，这可能参与了IGF-1在第二原发肺癌中的生物学效应。6）在针对FPC的放射治疗的暴露中产生的结肠转化细胞，可能因具有较高IGF-1生物活性，所以其存活率增加，这为这些转化细胞后续通过逐步致癌和恶性转化启动第二原发结肠癌变提供了机会；其中，在正常结肠组织中，IGF-1 与IGF-1R具有高亲和力并激活特异性胰岛素受体底物，可以调节参与基因转录、细胞增殖和凋亡的几种下游途径。
3.2 Estrogen
高水平雌激素或过度表达的雌激素受体（ estrogen receptor, ER）可能作为患者并发甲状腺癌和乳腺癌的原因。近年来，乳腺癌的发病率明显升高与外源性或者内源性的雌激素水平升高相关。雌激素与ERα结合，通过基因组和非基因组作用来调节参与细胞增殖相关基因的转录；此外，ERα可作为RNA结合蛋白，通过允许癌细胞对环境压力和营养条件做出适应来增强癌细胞的存活和适应性。多项研究表明雌激素及其受体在甲状腺癌发病机制和进展中的作用。例如，甲状腺癌中也观察到雌激素受体过度表达。此外，在体外研究中发现雌激素可作为良性和恶性甲状腺细胞的有效生长刺激剂，雌激素可通过调节丝裂原活化蛋白(mitogen-activated protein, MAP)激酶的活化诱导人甲状腺肿瘤细胞的生长。雌激素还能参与甲状腺癌的肿瘤微环境，从而影响癌症进展。因此，雌激素水平升高或ER过度表达可能成为并发甲状腺癌和乳腺癌两种癌的可能机制。
与乳腺癌作为唯一恶性肿瘤的对照组相比，发现ER和孕激素受体（progesterone receptor, PR）的表达在也患有分化型甲状腺癌(DTC)的女性的乳腺癌标本中显著增加（无论两种癌症中的哪一种首先发生）。进一步机制研究表明，乳腺和甲状腺中的ERa可被MAPK通路激活，进而导致癌变的发生。雌激素可作为配体与内质网膜上表达的G protein-coupled receptor 30（GPR30）结合，导致激活MAPK通路和甲状腺癌和乳腺癌的发生。软骨寡聚基质蛋白(Cartilage Oligomeric Matrix Protein, COMP) 的过度表达可能通过雌激素信号通路促进乳腺癌和甲状腺癌的发生和发展。
4. Immune suppression
免疫抑制可能导致第二原发性肿瘤的风险增加。除了与FPC治疗手段（主要是指放化疗）相关的SPC发生机制外，通过手术治疗的皮肤鳞状细胞癌和黑色素瘤之后的第二原发non-Hodgkin lymphoma(NHL)（免疫抑制是NHL最明确的危险因素）之间的关联提示免疫抑制在导致SPC中的作用。第一原发肿瘤可能通过慢性炎症和抑制细胞防御机制进一步对免疫功能产生负面影响，最终导致恶性细胞从免疫监视中逃逸，这样的免疫抑制可能是第二原发癌过度风险的促成机制；第一原发性癌症或其治疗也可能会抑制身体其他部位的免疫功能，为内源性病毒再激活提供机会，从而导致第二原发NHL的发生，其中EB病毒被认为是NHL的关键感染性病原体，而移植后EB病毒再激活是涉及免疫抑制的移植后癌变的重要机制。综上所述，免疫抑制可能通过为恶性细胞从免疫监视中逃逸和病毒再激活提供机会，从而促进SPC发生。
5. Other mechanisms 5.1 Abnormal gene methylation
基因异常甲基化在SPC的发生发展中发挥着至关重要的作用。例如，金属蛋白酶的组织抑制剂3（Tissue Inhibitor of Metalloproteinase 3, TIMP3）的高甲基化及其转录抑制将阻碍其作为基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs）抑制剂的功能，从而导致细胞外基质(extracellular matrix, ECM)的降解。研究表明细胞外基质在恶性肿瘤克隆的横向扩散中发挥着重要作用。这可能进一步介导细胞侵袭、肿瘤发生、转移和血管生成。因此，高甲基化对TIMP3的抑制以及因此TIMP3阻碍MMPs降解细胞外基质的调节活性的丧失可能有助于SPC的发展。事实上，TIMP3的高甲基化与头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinomas, HNSCC)患者的局部无复发生存期显著有关。此外，MMP9在HNSCC的组织学阴性手术边缘中表达增加与SPC的发生有关(159)。以上发现支持TIMP3高甲基化丧失其对MMPs的抑制，从而导致SPC发生。转录起点附近基因启动子高甲基化常会导致基因沉默，进而导致基因丧失功能，CCNA1基因启动子高甲基化可通过使CCNA1蛋白表达下调来抑制细胞凋亡和细胞周期阻滞，从而促进癌前病变细胞的增殖优势，并导致对新致癌事件敏感的祖细胞克隆群的扩增。
5.2 EGFR signaling
乳腺癌和肺癌可互相作为彼此的第二原发癌发生，EGFR突变在并发两种癌中可能起着重要作用。第二原发肺癌容易发生在第一原发乳腺癌中，Zeng 等观察到在乳腺癌并发第二原发肺癌的患者中的EGFR突变率是其他第一原发癌并发第二原发肺癌患者的两倍。这些结果表明EGFR信号转导可能在并发乳腺癌和肺癌中起重要作用。EGFR信号传导在并发乳腺癌和肺癌两种癌的可能机制涉及：
1）在包括乳腺癌在内的常见实体瘤中，EGFR信号通路的失调通过受体和配体过表达、特定磷酸酶缺乏、和二聚化过程改变等方式致癌；
2）ER信号的激活可以通过EGFR发生，而ER信号在乳腺癌后的原发性肺癌中起重要作用；
3）EGFR是激活细胞内信号通路的I型跨膜生长因子受体，参与人类癌症的发生；
4）EGFR的过表达与细胞凋亡、血管生成和肿瘤血管形成有关。
综合以上，EGFR突变可能为并发肺癌和乳腺癌的共同原因提供了线索。
5.3 Circulating cell‑free DNA
Chen等通过被游离DNA转化的正常细胞注入小鼠后生长成肿瘤的体外实验推导：含有癌基因的循环DNA可能表现得像一种内在的癌病毒，被癌细胞分裂时释放并在体液中循环，具有转染或转化临近或远程正常细胞的能力，转化的细胞可能继续生长，从而发生第二原发癌。
cf-DNA（Circulation cell free DNA (cf-DNA)）主要被认为在癌细胞凋亡或坏死时，从破碎的细胞中泄露并进入血液，基于此在化疗后引起大量细胞凋亡cf-DNA本应增加，但事实却是显著降低，基于这样以及其他一些证据，Chen等猜测癌细胞在增殖时也可能释放DNA；而Thierry根据血液中cirDNA（circulating DNA ）的量随着肿瘤细胞数量的增加而增加的证据总结癌症患者中cirDNA的三种细胞来源：健康非肿瘤细胞（Healthy non tumoral cell）、恶性细胞（Malignant cells)、肿瘤微环境细胞(Tumor microenvironmental cells)。癌细胞增殖、凋亡、坏死或分泌时cirDNA可能通过颗粒结构（外泌体，微粒，凋亡体）或大分子结构（核小体，蛋白脂核酸复合物，中性粒细胞细胞外DNA陷阱，与血清蛋白或细胞表面连接的DNA）等结构存在于癌症患者的循环系统中。Bendich等证明注射到小鼠循环系统中的肿瘤DNA是肿瘤发展的起源，从而导致了“基因组停滞”假说的产生：肿瘤细胞释放的cirDNA能够在远离原发肿瘤的地方转染健康细胞并导致转移的形成。P. Anker等人的试验观察到从结直肠癌突变型KRAS携带者的血浆（含有cf-DNA)添加到培养基后，NIH / 3T3细胞成为肿瘤和人类KRAS突变的携带者。而经历了原发性结直肠肿瘤切除术后血浆中能检测到肿瘤DNA并且这些血浆可以对NIH-2T29细胞进行致癌转化的患者，在随访中后续发生了肝癌和肺癌。Chen推测活癌细胞释放的cf-DNA可以转染或转化正常细胞，可能为第二原发性或多原发性癌症的发作提供解释。
Fig. 3 第一原发癌（FPC）的细胞游离DNA通过正常细胞转染/转化诱导第二原发癌（SPC）。FPC细胞通过凋亡、坏死、自噬和分裂释放循环细胞游离DNA。这种细胞游离DNA转染或转化远处的正常细胞，诱导SPC的形成 Prospects 1. The etiology and mechanisms of different second primary cancers require further investigation
不同的FPC可能倾向于发展不同类型的SPC，不同模式的机制也不同。进一步的研究对于阐明不同模式的病因和机制势在必行。
先前的研究分析了SPC发生与FPC之间的潜在相关性，并探讨了其模式的可能病因和机制。例如，第一原发性癌症患者发生在四个妇科器官，即输卵管、子宫、外阴和阴道以及甲状腺，更容易发展为第二原发乳腺癌和结直肠癌。这种现象可能归因于FPC后的遗传易感性、激素和辐射治疗的影响。此外，原发性膀胱癌或原发性阴茎癌患者患第二原发性前列腺癌或肺癌的可能性增加，这可能与他们的N-乙酰转移酶基因型和吸烟史有关。此外，在第一原发性输尿管癌症患者中观察到高频率的第二原发性膀胱癌症。这可能与上尿路尿路癌的克隆起源、管腔内接种和癌症的治疗有关。
此外，一本综合专著根据第一原发癌发生部位分析了后续癌症的风险，为潜在病因和相关风险因素提供了见解。
我们的研究增加了对多种原发癌病因和发病机制的现有知识：①在头颈癌患者第二原发性上皮癌的后续发展过程中，IGF-1水平升高可能有显著作用。②在同时发生甲状腺癌和乳腺癌的情况下，雌激素水平高或雌激素受体（ER）过度表达可能是促成因素。③第二原发性非霍奇金淋巴瘤（NHL）的发展涉及FPC引起的免疫抑制。④在乳腺癌和肺癌可以相互发生为彼此的第二原发性癌症的模式中，EGFR突变起着重要作用。
2. Preventing SSB accumulation‑induced senescence SPCs after FPC radiotherapy
在FPC放疗过程中的场外剂量导致的SSB积累会促使细胞进入衰老状态并进一步呈现癌变特征。这一SPC可能发生机制为预防FPC放疗后产生SPC提供了理论指导：一方面，PARylation使用NAD（+）（Nicotinamide adenine dinucleotide）作为底物修复SSB以维持DNA完整性；可以通过补充NAD+膳食前体、调节NAD+的生物合成等方法来预防在治疗FPC中PTV边缘产生的衰老细胞诱发SPC；另一方面，在放疗结束后通过使用Senolytic药物来消除衰老细胞是一种预防SPC的可能手段。
3. Further elucidating IGF‑1’s SPC role and predicting SPCs via IGF‑1 levels
多项研究表明IGF-1通过促进细胞增殖、抑制细胞凋亡和促进血管生成等介导致癌作用。然而，仍有研究强调了IGF-1在SPC发展中的作用的不确定性。因此，需要更多的观察性研究来进一步了解IGF-1在特定SPC发展中的作用， 并确定IGF-1R下游途径参与这一过程IGF-1导致SPC发展的机制尚未明确，但由于IGF-1水平升高与SPC发生风险相关，可以在后续开展更多研究来评估血清IGF-1水平在SPC风险测量中的效用，这对患者的监测和早期发现具有临床意义。
4. Investigating common risk factors in SPC development
雌激素水平过高在发生甲状腺癌或乳腺癌中都发挥作用，可能是两种癌的共同危险因素，虽然有研究猜测甲状腺癌和乳腺癌可能通过共享的激素受体和途径发生在同一个体，但是并没有确切的证据证明两种癌中的第一原发癌导致了雌激素水平的变化，进而导致第二原发癌。同样的，也有研究表明EGFR过度表达与乳腺癌和肺癌都有关，但是尚没有证据证明第一原发乳腺癌或者第一原发肺癌如何通过EGFR过度表达来导致第一原发肺癌或第一原发乳腺癌的发生。因此阐明两种癌的共同危险因素是否在并发两种癌中发挥确切作用是将来的SPC机制研究中的一个需要解决的问题。
5. Intratumoral microbes in SPC
在癌症中，肿瘤内微生物群的来源可能是黏膜器官、正常邻近组织和循环系统中经血源性扩散而来，可能与肠道微生物群有着千丝万缕的联系。肿瘤内微生物通过DNA损伤导致突变增加、激活致癌途径、影响肿瘤的免疫微环境等机制来促进癌症发展；除在肿瘤发展中的作用，肿瘤内微生物群在肿瘤治疗效果的调节中也起重要作用，合理利用或调控菌群可作为癌症新的治疗策略以及癌症治疗的潜在治疗靶点。然而，目前肿瘤内微生物与SPC的发生机制之间的关系尚未明确。但基于已知的肿瘤内微生物在癌症发生发展过程中的重要性，关于SPC中的肿瘤内微生物我们提出了以下问题：在SPC中的肿瘤内微生物其来源是否也与上述来源相同，肿瘤微生物是否也通过这些机制发展SPC，以及在不干扰身体其他部位细菌的前提下，特异性地对瘤内微生物的调控是否也能应用于对SPC的治疗，这些疑问仍需在后续的SPC研究中解答。在FPC及其SPC之间，它们的肿瘤内微生物的存在是否具有一定的相关性？在不同类型的肿瘤中，肿瘤内微生物具有高度异质性，且特定的微生物代谢通路与特定肿瘤类型存在相关性，那么肿瘤内微生物的多样性在不同SPC发展中可能起到了什么样的作用？
6. Single‑cell multi‑omics for SPC mechanisms
单个细胞的基因组、转录组、表观基因组和/或蛋白质组学检查克服了批量分析的许多局限性，能够更精细地解剖癌症的细胞和分子基础。之前在癌症中运用单细胞多组学的研究解析了肿瘤异质性、肿瘤细胞与其微环境之间的复杂相互作用以及每个肿瘤进化轨迹的细节，也为我们提示了在SPC中单细胞多组学的可能应用。然而，基于单细胞多组学来探索的SPC发生机制的数据非常缺乏，希望在未来能够开展更多的单细胞组学项目来进一探索。基于SPC中的单细胞多组学方面我们提出了以下问题：某种癌作为第一原发癌发生或作为第二原发癌发生，是否可以通过单细胞多组学发现该种第二原发癌相较于该种第一原发癌的分子水平上的不同 (如存在某些特定基因突变或某些异常通路激活)，从而寻找更适合该种第二原发癌的个性化治疗？
7. Metabolomics for SPC mechanisms and screening
有文献使用非靶向代谢组学方法对比了初始原发性肺癌与第二原发性肺癌之间代谢物水平，鉴定了三种在SPLC中水平显著增加的代谢物（5-MTA、苯乙酰谷氨酰胺、戊酰甘氨酸）。尽管过往的证据可以表明这三种代谢物与各种初始癌症（早期肺腺癌、肺癌和胰腺癌、前列腺癌）的风险具有潜在的相关性，但文章目前缺乏将这三种代谢物与第二原发性肺癌发生机制联系起来的证据，这需要后续的研究来阐明。但这篇文章可以提示我们代谢组学在SPC机制探索和SPC筛查中的应用。基于SPC中的代谢组学方面我们提出了以下问题：1）代谢组学是否可以用于确定代谢物的水平变化与SPC发生之间的因果关系？2）在不同肿瘤过程中观察到的代谢转化是异质性的，那么在不同SPC的发生中，代谢物表达模式是否不同？通过监测血液中代谢物的水平是否能预测特定的SPC？3）在好发某SPC的FPC患者中，干预某些与该SPC相关的代谢物水平能否预防该种SPC发生？4）与作为危险因素存在的代谢物水平变化相对的，是否也存在作为保护因素的代谢物水平变化？5）TME中免疫细胞的代谢异常是否也是引起第二原发肿瘤的一个原因？6）在SPC治疗中某些代谢物水平是否与肿瘤耐药相关，从而影响治疗效果？
Conclusion
第二原发癌（SPC）是一个严重的全球公共卫生问题，对第一原发癌（FPC）的幸存者构成了重大的威胁。尽管研究人员已经在过去的几年里对SPC的发生机制进行了深入的研究，但关于其确切的原因仍然存在许多争议和未解的问题。本综述中，我们总结了一系列可能影响SPC发生的因素，包括基因组变化、基质细胞表型/代谢变化、免疫抑制、激素变化、基因异常甲基化、EGFR信号传导和循环DNA。这些因素可能单独或者共同影响SPC的发生，但这些因素如何在不同类型的SPC中发挥作用，以及他们之间的相互作用关系，仍然需要进一步的研究。此外，我们还讨论了肿瘤内微生物、单细胞多组学、代谢组学等新兴研究领域在探索SPC机制的潜在应用。这些新技术和方法可能为我们提供更深入、全面的理解SPC发生的机制，从而有助于开发出更有效的预防和治疗策略。
总的来说，SPC的研究仍然面临许多挑战，但随着科学技术的不断发展和深入的研究，我们对SPC的理解将会更加深入，这将有助于我们更有效地预防和治疗这一疾病。未来的研究工作需要进一步探索各种因素在SPC发生中的具体作用，以及这些因素之间的相互作用关系。同时，必须开发和验证更灵敏、更具体的SPC早期检测方法和创新的预防策略。通过持续的合作努力，我们可以解开SPC背后的复杂机制，并将这些发现转化为受这些毁灭性第二原发肿瘤威胁的FPC幸存者的救命成果。
Fig. 4 SPC发生机制及未来研究方向。SPC机制包括FPC治疗引起的基因组变化、化疗引起的癌症相关成纤维细胞（CAF）、第一原发癌（FPC）诱导的免疫抑制、基因异常甲基化、信号通路激活和FPC释放的细胞游离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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