肿瘤的转移和浸润

1、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,一,肿瘤转移的基本过程,肿瘤转移是多步骤、多因素的复杂过程,是多阶梯瀑布过程,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,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,二）肿瘤血管的形成,肿瘤超过,1,2mm,3,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

2、生成刺激因子和抑制因子共同调控的结果,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,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,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,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,六

3、）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,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,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,G,0,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,二,肿瘤转移的途径,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

4、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,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,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,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,

5、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,三,肿瘤转移的分子生物学基础,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,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,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

6、,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,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,

7、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,3a nm23,Kaplan_Meier,0,5,10,15,0.00,0.25,0.50,0.75,1.00,+,-,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,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

8、因,编码产物为,G,蛋白偶联受体的内源,性配体，能使胞内,Ca,2,浓度增加，同时能明显抑,制肿瘤细胞的迁移和侵袭,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,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,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,细胞外基质,ECM,细胞外基质,extracellular matrixc

9、,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,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

10、括丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶和半胱氨酸,蛋白酶三大类,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,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-Ca

11、d,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,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-Cad mRNA,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,Gunji N,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

12、,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,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,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

13、谢；诱导蛋白溶解酶,活化；启动细胞逃逸机制抑制细胞凋亡,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,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,VCAM-1,血管细胞粘附分子,1,：参与协助肿,瘤

14、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,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,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,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

15、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,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,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,MMPs,MMPs,及其

16、抑制剂,TIMP,在肿瘤侵袭和转,移过程中担任重要角色,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,基质金属蛋白酶,Matrix metalloprotinase MMP,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

17、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,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

18、侵袭和转移中的作用,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,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

19、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,天门冬氨酸蛋白酶,天门冬氨酸蛋白酶包括,Cathepsin B,D,H,等,Cathepsin D,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,四,关于肿瘤转移的理论,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,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

20、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,三）转移前微环境,pre-metastatic niche,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,Kaplan RN, Lyden D. VEGFR1-positive haematopoietic,bone marrow progenitors initiate the pre-metastatic,niche. Nature. 2005 Dec 8;438(7

21、069):820,四,肿瘤转移的器官选择性,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,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,

22、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,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

23、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,五,阻止肿瘤转移的策略和手段,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,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

24、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,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,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,t PA/u PA,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,基因转移

25、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,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,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,：是多种细胞分泌的一种糖蛋白,能抑制,血管生长