第三章 肿瘤的转移和浸润.ppt

第三章 肿瘤的侵袭与转移 肿瘤转移是恶性肿瘤的生物学特征之一 严重影响肿瘤患者的治疗和预后 1 一 肿瘤转移的基本过程 2 肿瘤转移是多步骤 多因素的复杂过程 是多阶梯瀑布过程 3 肿瘤转移的基本过程原发瘤的增殖肿瘤新生血管的生长瘤细胞侵袭基底膜在循环系统中存活侵入血管或淋巴管 形成瘤栓并转运到远隔靶器官 滞留于靶器官微小血管中 穿出血管并形成微小转移灶 肿瘤血管形成 转移癌灶增殖 4 5 一 原发瘤增殖和扩展 增殖导致肿瘤内部压力增加增殖只是肿瘤细胞转移的基础接触抑制丧失 6 二 肿瘤血管的形成 肿瘤超过1 2mm3时 新生血管形成是维持其生长所必需 宿主毛细血管网进入肿瘤组织 是血管生成刺激因子和抑制因子共同调控的结果 7 8 三 肿瘤细胞脱落并进入基质 恶性肿瘤细胞E 钙粘连素 E cadherin 表达降低 肿瘤细胞分离倾向与细胞膜结构的变化和粘附力的下降有密切关系 癌细胞表面电荷发生改变 与钙离子结合能力减弱以及桥粒发育不全也与之有关 9 癌细胞可以产生多种水解基质 ECM 的酶类 定向移动 migration 在癌细胞侵袭过程中起重要作用 10 四 进入脉管系统 肿瘤组织的血管与正常血管差异显著 肿瘤血管为侵入基质的游离肿瘤细胞进入循环系统提供条件 11 五 癌栓形成 侵袭进入循环的癌细胞大部分死亡 脱巢凋亡 转移能力高的细胞在循环中相互聚集形成小的癌栓才能抵抗易损因素 12 13 六 肿瘤细胞锚定黏附 肿瘤细胞 血小板簇与靶器官内皮细胞的粘附并锚定在内皮细胞表面 微小脉管对癌栓的截获也是锚定粘附的方式 影响粘附的因素 碳氢类配子与选择素透明质酸裂解酶受体CD44v与整合素 14 七 逸出循环系统 肿瘤细胞诱导脉管基底膜的降解和穿透 肿瘤细胞穿透脉管后细胞外基质中的移行 15 16 八 转移后结局 侵入靶器官的肿瘤细胞形成转移瘤并进行性长大才真正完成了转移 转移后生长转移的休眠 黑色素瘤 乳腺癌切除后多年后的复发 处于G0期 逃避机体杀伤作用 分裂和死亡处于动态平衡 肿瘤血管形成缓慢 17 二 肿瘤转移的途径 18 淋巴道转移乳腺癌淋巴道转移主要至腋窝各组淋巴结卵巢癌常发生髂区及腹主动脉旁淋巴结转移肺癌首先侵犯肺门淋巴结 跳跃性 转移 逆行 或 交叉 转移 19 血道转移 侵入体循环静脉的瘤细胞经右心到达肺 在肺内形成转移灶侵入门静脉系统的肿瘤细胞 首先在肝内形成转移瘤侵入肺静脉的肿瘤细胞或肺内转移瘤通过肺毛细血管进入肺静脉 经左心随主动脉血流播散至全身各器官 脑 骨 肾 肾上腺 20 血液循环分为体循环和肺循环 体循环 左心室 主动脉 各级动脉 身体各处的毛细血管网 各级静脉 上下腔静脉 体静脉 右心房肺循环 右心室 肺动脉 肺中的毛细血管网 肺静脉 左心房 21 种植性转移 体腔内器官的肿瘤侵袭器官被膜 蔓延至器官表面时 瘤细胞可以脱落并象播种一样 种植在体腔和体腔内器官的表面 形成多个转移瘤灶如胃癌破坏胃壁侵及浆膜层癌细胞脱落 可种植于大网膜 腹膜 腹腔内器官表面 22 三 肿瘤转移的分子生物学基础 23 一 基因调控下的肿瘤转移 肿瘤转移与促进基因和抑制基因之间表达失衡相关 不是所有的肿瘤都有转移表型 同种肿瘤细胞不同个体转移能力也不一样 24 促进肿瘤转移的基因与肿瘤转移相关的基因有很多种 但还没有严格意义上的转移基因ras基因效应蛋白 IV型胶原酶 组织蛋白酶和与细胞运动相关的细胞因子 25 CD44v 肿瘤转移促进基因CD44是广泛分布跨膜糖蛋白分子 能与细胞外基质中透明质酸结合 参与血管内皮细胞的粘附 CD44V1 10 分子量约85 160KD 目前研究较多的是CD44v6 其正常功能是作为受体识别透明质酸 HA 和胶原蛋白 等 主要参与细胞 细胞 细胞 基质之间的特异性粘连过程 CD44V6高表达的癌细胞可能获得淋巴细胞 伪装 逃避人体免疫系统的识别和杀伤 更易进入淋巴结 形成转移 可促进ras基因表达 26 抑制肿瘤转移基因抑制肿瘤转移基因是近年来倍受关注的研究领域 nm23基因 肿瘤转移抑制基因影响细胞内微管系统的状态而抑制癌的转移 提供GTP而调节微管的聚合与解聚 能与G蛋白结合 本身也具有G蛋白的某些特性 可能通过细胞跨膜信号传递调节肿瘤细胞转移 近年来大量的有关nm23基因与肿瘤转移的报道 在一些肿瘤中 如乳腺癌 肝癌 黑色素瘤 胃癌等 其nm23的mRNA蛋白表达与肿瘤的转移及临床预后不良呈反相关 27 92例结直肠癌的nm23表达阳性率42 4 nm23阴性病例预示更差的预后 因而nm23基因具有抗肿瘤转移的潜能 认为nm23表达减少预示结直肠癌更强的侵袭性和易于转移扩散 28 TIMP 金属蛋白酶组织抑制剂参与基质胶原酶的代谢 使其失活 对肿瘤转移的抑制作用主要在侵袭阶段 还具有抑制血管增生的作用 Kiss 1基因 编码产物为G蛋白偶联受体的内源性配体 能使胞内Ca2 浓度增加 同时能明显抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭 29 二 粘附分子与肿瘤转移 粘附因子是一类介导细胞与细胞 细胞与细胞外基质间粘附作用的膜表面糖蛋白 在肿瘤转移的每个环节均包含粘附与分离 粘附解聚 两个方面 30 细胞与细胞间的粘附同源细胞间的粘附 E 钙粘连素 在肿瘤转移的某些环节上发挥重要作用 异源细胞间的粘附 选择素 肿瘤细胞与血小板 内皮细胞和基质细胞的结合 31 细胞与细胞外基质的粘附肿瘤细胞主要通过整合素 integrin 受体与细胞外基质结合 32 细胞外基质 ECM 细胞外基质 extracellularmatrixc ECM 是由动物细胞合成并分泌到胞外 分布在细胞表面或细胞之间的大分子 主要是一些多糖和蛋白 或蛋白聚糖 这些物质构成复杂的网架结构 支持并连接组织结构 调节组织的发生和细胞的生理活动 细胞外基质是动物组织的一部分 不属于任何细胞 它决定结缔组织的特性 对于一些动物组织的细胞具有重要作用 33 ECM主要包括胶原蛋白 非胶原性糖蛋白 蛋白多糖和糖胺多糖几种成分 它们对组成和稳定细胞外基质蛋白与蛋白之间 多糖与蛋白之间的结合起着重要作用各种ECM成分的酶解有利于肿瘤细胞的侵袭与转移 而每种ECM成分的降解都需要特定的水解酶肿瘤细胞本身可以产生多种可降解基质的蛋白酶 主要包括丝氨酸蛋白酶 金属蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶三大类 34 钙连接素 cadherin 是跨膜糖蛋白家族 主要介导同源细胞间的连接 钙粘蛋白参与建立和维持细胞间连接 可能是最重要的形成细胞间联系的细胞粘附因子之一 E型 分布于上皮细胞 负性调控肿瘤侵袭 P型 分布于上皮组织和胎盘的基底层 N型 分布于神经组织和肌肉组织 35 36 目前认为与肿瘤浸润 转移关系最密切的是E Cad 许多研究证实E Cad与肿瘤浸润 转移呈负相关 可能由于E Cad能促进瘤细胞的同质型粘附不易使瘤细胞从瘤体上脱落 体外试验表明 有E Cad表达的肿瘤细胞株无浸润性 而浸润型表型的肿瘤细胞株则无E Cad表达 E Cad表达与肿瘤细胞分化之间有密切关系 分化好的细胞E Cad正常 分化差的细胞E Cad不表达 编码E Cad的基因是肿瘤抑制基因 此基因突变或缺失导致细胞过度增生 细胞形态及分化异常 37 Biawy报道67 舌鳞癌E Cad表达下降 E Cad 者淋巴结转移发生率远高于E Cad 者 以携带E CadmRNA的质粒转染高侵袭性的癌细胞 可使其侵袭性消失 因此认为E Cad是一种抑制侵袭转移的因子 然而并非所有肿瘤的转移都与E Cad表达呈负相关 GunjiN等报道E Cad表达与原发性胰腺癌肝转移不存在显著关系 可能与E Cad能稳定细胞间连接 促进细胞分化 促进细胞间信息传递有关 38 选择素 selectin 该类粘附分子主要通过碳氢键连接P型 肿瘤细胞与血小板的粘附结合E型 肿瘤细胞与内皮细胞的结合L型 存在于白细胞表面 白细胞与其他细胞结合肿瘤转移的一些关键步骤 如循环肿瘤细胞的聚集和癌栓的形成 以及肿瘤细胞与特定脏器脉管内皮的粘附结合都有选择素的参与 39 整合素 integrin 一组细胞表面糖蛋白受体 配体为细胞外基质 ECM 成分 由 和 两个亚基组成主要功能是参与不同细胞间的粘附 介导细胞与ECM的结合等直接介导肿瘤细胞与基质的粘附 通过信号转导调控细胞骨架变形和能量代谢 诱导蛋白溶解酶活化 启动细胞逃逸机制抑制细胞凋亡 40 41 整合素与肿瘤的关系具有两重性 在肿瘤发生早期 整合素表达的降低可导致肿瘤细胞与基底膜或ECM成分的粘附作用减弱 这有利于肿瘤在局部的增殖扩展 在肿瘤细胞进入循环后 整合素表达的增多有利于肿瘤细胞粘附于脉管内皮 继而发生侵袭 转移 42 免疫球蛋白类粘附分子 结构上具有同源性 主要参与细胞之间的粘附 ICAM 1 内皮细胞粘附分子 1 ICAM 1从肿瘤细胞表面脱落进入循环系统成为可溶性分子后 可协助肿瘤细胞逃逸细胞毒T细胞和NK细胞的免疫监视杀伤效应 促使肿瘤发生转移 43 VCAM 1 血管细胞粘附分子 1 参与协助肿瘤逸出循环系统 进入继发脏器 NCAM 神经细胞粘附分子 它的功能为信息传导和调控细胞生长 其缺失可能导致细胞生长失控和高度转移倾向 44 三 血管生成与肿瘤转移 肿瘤的生长和转移与血管形成密切相关 肿瘤新生毛细血管是在周边组织原有的血管基础上延伸扩展形成的肿瘤本身能诱导血管的形成 45 46 肿瘤无血管生成的支持就不能进一步增长血管前期肿瘤生长休眠期 直径 1 2mm血管期瘤体积增大 浸润 转移有诱导血管形成的能力 肿瘤血管形成这一过程既受机体神经内分泌因素影响 又受肿瘤细胞和肿瘤基质细胞表达的生长因子调控 肿瘤生长过程 47 血管新生包括以下步骤 血管内皮基质膜溶解内皮细胞向肿瘤组织迁移内皮细胞在迁移前沿增殖内皮细胞管道化 分支形成血管环形成新的基底膜 48 49 血管新生是血管生长因子和血管生长抑制因子均衡作用的结果血管生成刺激因子 VEGF FGF EGF angiogenin TNF 等血管生成抑制因子 angiostatin endostatin PEDF 干扰素等 50 51 四 基质金属蛋白酶及其抑制剂与肿瘤转移 ECM是肿瘤侵袭和转移的天然屏障 肿瘤从原位增殖到浸润转移的演进过程中必须具备降解ECM的能力 能溶解ECM的酶主要是蛋白水解酶 它们的活性均与肿瘤的侵袭和转移有关 细胞外基质的溶解酶系统由一个庞大的蛋白溶解酶家族组成 称为MMPsMMPs及其抑制剂 TIMP 在肿瘤侵袭和转移过程中担任重要角色 52 53 MMPs的种类和结构 四类蛋白水解酶基质金属蛋白酶 MMP 丝氨酸蛋白酶半胱氨酸蛋白酶 Caspase家族 天门冬氨酸蛋白酶它们几乎能降解ECM中的所有成分 是近年肿瘤侵袭 转移研究中的热点 54 基质金属蛋白酶 MatrixmetalloprotinaseMMP 是一组锌离子依赖性内肽酶 间质胶原酶 明胶酶 间充质溶解素 大小各异底物不尽相同 但至少都含有信号肽 前肽 催化区3个结构区 酶催化区和前肽区具有高度保守性 各种MMP之间具有一定的底物特异性 但不是绝对的 同一种MMP可降解多种ECM成分 而某一种ECM成分又可以被多种MMP降解 但不同酶的降解效率可有不同 MMP的众多调控因素构成微妙的调节网络 正是这种精确的调控机制保证了机体内生理状态下细胞迁移的ECM重构 反之就成为肿瘤侵袭和转移等病理过程发生的原因 55 MMP与肿瘤侵袭 转移的关系MMP与肿瘤侵袭转移的关系正被MMP基因转染技术所证实 将基质溶素和MT1 MMP完整cDNA导入无转移潜能的或转移潜能较弱的细胞后 受染细胞的侵袭 转移率大大提高 反之将MMP的反义核酸序列导入高侵袭转移潜能的细胞后 可使其侵袭转移表型减弱 通过调节MMP抑制剂的水平 也证实了MMP在肿瘤侵袭和转移中的作用 56 丝氨酸蛋白酶 纤溶酶原激活剂 As 白细胞弹性蛋白酶和组织蛋白酶G As可使纤溶酶原转变为纤溶酶 纤溶酶的底物较为广泛 可降解ECM的许多成分 纤溶酶还可激活一些前金属蛋白酶及潜伏弹性蛋白酶 已证明As在许多肿瘤 尤其是肝癌 乳腺癌 卵巢癌 肺癌中高度表达 它参与降解基质 促进肿瘤细胞的侵袭和转移 57 半胱氨酸蛋白酶Caspase家族至今已发现有14种Caspase 分为3组 1 Caspase 2 8 9 是细胞凋亡的起始Caspase 2 Caspase 3 6 7 执行细胞凋亡 是效应Caspase 这两组Caspase在细胞凋亡中缺一不可 3 由Caspase 1 4 5组成 与细胞凋亡的关系不是很密切 可能与多种炎症因子的成熟有关 58 天门冬氨酸蛋白酶天门冬氨酸蛋白酶包括CathepsinB D H等 CathepsinD能降解基底膜 间质 型胶原 蛋白聚糖 肌动蛋白 肌球蛋白 FN 从而促进许多肿瘤细胞的侵袭和转移 组织蛋白酶 基因表达与肿瘤恶性程度平行 59 四 关于肿瘤转移的理论 60 一 解剖学的观点以器官的血流 淋巴的引流方向解释转移乳腺癌腋窝淋巴结胃肠道恶性肿瘤肝脏阴茎癌腹股沟淋巴结卵巢癌髂区淋巴结 61 二 种子 土壤 学说肿瘤转移是特殊的癌细胞 种子 在适宜的环境 土壤 生长发展的结果 心肌 主动脉 甲状腺和脾虽血供丰富 但很少有转移瘤 膀胱癌转移至脑 前列腺癌转移至骨组织 眼脉络膜黑色素瘤转移至肝 甲状腺癌转移至骨 LLC 慢性淋巴细胞性白血病 自发性肺转移 62 三 转移前微环境 pre metastaticniche 癌细胞转移前的早期步骤很复杂 肿瘤向新的部位派去特使 为癌细胞转移做准备 KaplanRN LydenD VEGFR1 positivehaematopoieticbonemarrowprogenitorsinitiatethepre metastaticniche Nature 2005Dec8 438 7069 820 63 四 肿瘤转移的器官选择性 64 一 肿瘤转移器官选择性规律 肿瘤细胞的血行转移和淋巴道转移并不总是循着血流或淋巴液流动方向到达相应的脏器 即使通过渗透进入体腔的肿瘤细胞也不遵循自由沉淀规律继发生长从粘附分子的角度看 肿瘤转移的亲器官性是通过器官内皮细胞表达特异性粘附分子 而肿瘤细胞则产生这些粘附分子的特异性配体得以实现的 65 原发肿瘤常见继发转移器官肺小细胞癌骨 脑 肝结肠 胃癌肝肝癌肺 骨乳腺癌骨 脑 肾上腺甲状腺癌骨前列腺癌骨肾癌骨 肝 甲状腺睾丸癌肝膀胱癌脑皮肤黑色素瘤肺 脑眼脉络膜黑色素瘤肝神经母细胞瘤肝 肾上腺 66 一 肿瘤转移器官选择性影响因素 不同肿瘤转移潜能不同 通常分化差 恶性程度高 生长快 病程晚的肿瘤易发生转移 各种肿瘤以及各种肿瘤亚系所具有的不同转移潜能可能由不同遗传编码 细胞表面结构 抗原特性 代谢特性 受体种类和分布 侵袭力与血管内皮细胞的粘附力 产生局部血凝因子或肿瘤血管生成因子的能力以及对免疫反应的应答力等因素所决定 基因表达及各种调控信号分子的表达和传递在不同肿瘤和不同细胞亚系都有所不同 从而决定了其转移倾向 67 组织器官的微环境差异也对肿瘤的器官选择倾向有着重要的影响 继发脏器的微环境对转移肿瘤细胞具有特殊亲和力是肿瘤转移的重要基础 其他 A 影响肿瘤细胞与继发脏器脉管内皮细胞的细胞外基质粘附的因素B 化学趋化因子C 脏器相关免疫状态 68 五 阻止肿瘤转移的策略和手段 69 影像学手段 普通X线摄片CT MR超声诊断技术核素骨扫描常规病理组织学方法 局部切除淋巴结 活检组织以上方法只能检测到较大的转移瘤灶或数量较多的肿瘤细胞集团 而却难以发现小的转移灶和微转移 micrometastasis 的存在 肿瘤转移的常规诊断方法 70 肿瘤微转移及其检测方法 肿瘤微转移概念 恶性肿瘤在发展过程中 播散并存在于血液循环 淋巴管 骨髓及各组织器官中的少量肿瘤细胞 尚未形成转移性结节 且无任何临床表现 常规病理学 影像学等方法难以发现和检测到的转移检测微转移的方法 连续切片法 免疫组织化学技术 流式细胞术 聚合酶链反应 PCR 逆转录PCR RT PCR 技术 71 阻止肿瘤转移的发展方向 肿瘤转移是一个多阶段 多步骤的复杂过程 不同种类肿瘤转移特性不同 但各种肿瘤转移过程中一些关键步骤是基本一致的通过对肿瘤转移的整个过程及其调控 影响机制的深入了解 可以探索阻止肿瘤转移的治疗方案 特别是针对转移中的一些关键环节如基因突变 血管生成 粘附等设计调节阻断方法 以达到遏止肿瘤转移的目的 72 肿瘤转移抑制基因nm23基因治疗靶点基因转染改变肿瘤细胞tPA uPA的活性以阻断肿瘤转移ras基因表达阻断 肿瘤转移的基因治疗 73 基因转移方法 病毒法 逆转录病毒 表达持续 稳定 只感染分裂细胞 安全 但滴度低 转染效率低 腺病毒 滴度高 转染效率高 但表达持续 稳定 免疫原性高 非病毒法 基因枪 磷酸钙共沉淀法 电穿孔法 显微注射法 脂质体包裹转染等 74 血管生成抑制剂与抗肿瘤转移 血管生成抑制剂抑制肿瘤新生血管形成的机制 阻断内皮细胞降解周围基质的能力 直接抑制内皮细胞的功能 阻断血管生成因子的合成和释放 拮抗其作用 阻断内皮细胞表面整合素的作用 75 已发现的具有血管生成抑制活性的化合物 抗生素 维生素D3衍生物 维甲酸类 多磺基化合物 肝素类似物及细胞外基质成分等 血小板因子4 PF4 是一种强有力的血管生成抑制剂 能使FGF丧失生物活性 并能增加TNF 的功效 TNP 470 是烟曲霉素的一种类似物 它可能通过抑制内皮细胞的生长而使肿瘤血管生成减少 从而达到抑制肿瘤转移的作用 血小板反应素 1 TSP 1 是