肿瘤侵袭及转移

1、肿瘤侵袭及转移北京大学医学部病理学系 方伟岗良性肿瘤仅在原发部位生长扩大，而具有浸润性生长的恶性肿瘤，不仅可以在原发部位继续生长、蔓延(直接蔓延)，而且还可以通过各种途径扩散到身体其他部位(转移)。肿瘤转移是恶性肿瘤最显著的生物学特性之一, 是临床肿瘤病人的主要死因.一. 转移的基本概念:肿瘤转移 (tumor metastasis) 是指肿瘤细胞脱离原发生长部位, 通过各种途径的转运, 在机体内远离原发部位的器官 / 组织继续增殖生长, 形成同样性质肿瘤 (转移瘤) 的过程. 在原发部位生长的肿瘤称为原发瘤（primary tumor）,在远隔部位生长的肿瘤称为转移瘤(metastatic

2、tumor). 恶性肿瘤中，只有少数肿瘤不发生或很少发生转移，如皮肤的基底细胞癌、脑的恶性胶质细胞瘤。肿瘤演进 (progression) 是经常遇到的一个概念, 它是指从良性肿瘤转变成恶性肿瘤所必须发生的一系列事件的综合, 至少包括: 失控性生长, 血管化, 抗药性, 浸润, 转移等. 浸润和转移是肿瘤演进的最后阶段. 二. 转移的基本过程:肿瘤转移是一个复杂的多步骤连续过程, 其中至少包含以下步骤: 原发部位肿瘤细胞脱离原发瘤, 侵袭穿越基底膜并向周围间质浸润性生长, 穿越局部毛细血管 / 淋巴管壁进入管腔, 与血小板聚集或形成小瘤栓, 随血液 / 淋巴液运输到达靶器官毛细血管床, 与该部

3、位的血管 / 淋巴管内皮细胞发生粘附, 穿越管壁和基底膜进入周围间质, 不断增殖形成转移瘤（图1）.肿瘤细胞的浸润 (invasion)是指肿瘤细胞脱离原发瘤, 侵袭穿越基底膜并向周围间质浸润性生长，但尚未进入局部毛细血管 / 淋巴管的阶段，和转移是相互联系的病理过程. 浸润是转移的前提, 但不一定发生转移; 而转移必定包括浸润过程.三. 肿瘤转移的主要途径:1.淋巴道转移：淋巴道转移是癌转移的重要途径，少数肉瘤如滑膜肉瘤、恶性纤维组织细胞瘤也可发生淋巴道转移。淋巴道转移与淋巴引流的方向相同，但少数情况下也可发生跳跃转移或逆行转移。瘤细胞侵入淋巴管，随引流淋巴液进入局部淋巴结，先聚集在淋巴结边

4、缘窦，逐渐累及破坏整个淋巴结，并可进一步转移到下一站引流淋巴结，最终经胸导管进入体循环。受累的淋巴结肿大、变硬、互相粘连成团，切面灰白而干燥。显微镜下淋巴结结构被破坏，出现数量不等的肿瘤细胞，严重者整个淋巴结被肿瘤组织取代。2.血道转移：血道转移是肉瘤转移的重要途径，部分癌如肾细胞癌、肝细胞癌、肺癌以及其它癌的晚期也发生血道转移。肝、肺是两个血道转移的主要靶器官。3.种植性转移：体腔内器官的肿瘤累及到器官的表面时，瘤细胞可脱落并种植到体腔各器官的表面，形成种植性转移瘤。腹腔、胸腔最常受累，心包腔、蛛网膜下腔亦可受累。常在浆膜面形成多数转移结节，很少侵入器官的深层，并常伴血性积液，积液内可查到肿

5、瘤细胞。尽管多数肿瘤是单细胞起源的, 但即使来自同一肿瘤的细胞也可在组织形态, 核型, DNA 含量, 细胞表面抗原和标记物, 生长能力, 转移潜能, 抗药性等方面表现出明显的异质性(heterogeneity). 因此，具有转移潜能的癌细胞只是肿瘤群体中的一部分.肿瘤细胞的遗传学不稳定性 (genetic instability) 是使肿瘤细胞在其演进过程中逐渐获得异质性的遗传素质, 而变化的外界环境则使肿瘤细胞处于一种高度非随机性选择的压力之下. 肿瘤细胞只有不断通过遗传变异来获得适应环境的能力. 因此, 绝大多数晚期肿瘤是由那些能够适应各种不同机体环境而生存的细胞构成的. 四、肿瘤细胞侵

6、袭转移的调节基因肿瘤侵袭转移是一个复杂的多步骤连续的过程, 分别受到不同基因的调控. 许多具有细胞转化作用的基因 (癌基因)，变异型的 p53, Rb 等抑癌基因, 以及某些过度表达的生长因子 EGF, PDGF 等及其受体, 都会通过各种方式影响肿瘤细胞的侵袭和转移特性. 目前已经发现一些转移相关基因 (metastasis-associated gene), 这些基因只涉及转移过程的某个阶段, 而且并非参与整个转移过程（表1）. 这些基因编码的产物涉及各种黏附因子, 细胞外基质蛋白水解酶, 细胞运动因子, 血管生成因子等。目前发现的转移抑制基因(metastasis-suppressor

7、gene)可能涉及多个方面: 参与细胞重要生理活动调节的基因, 如 nm23; 基质蛋白水解酶抑制因子基因 TIMPs, PAI 等; 增加癌细胞免疫原性的基因 如 MHC 等；参与不同信号传导通路的调节基因如GAP， MEKK，P38等。五、肿瘤侵袭转移过程中的几个关键环节1 细胞粘附分子(adhesion molecule)可介导肿瘤细胞与细胞外基质（ECM）, 血管内皮细胞, 实质器官细胞或与其它肿瘤细胞之间的相互作用, 因此在肿瘤侵袭转移中具有重要意义. 例如, 与 ECM 之间的粘附是肿瘤细胞分泌或诱导分泌蛋白水解酶, 降解 ECM 的首要条件; 与血管内皮细胞间的识别和粘附在决定器

8、官特异性转移中起重要作用; 肿瘤细胞间粘附作用增强 (包括与血小板的黏附作用) 有利于其进入血流后形成细胞团, 抵御免疫细胞的杀伤; 而肿瘤细胞间粘附作用的降低则有利于其脱离原发灶, 侵入周围组织. 主要的粘附分子包括：整合素（integrin）, 钙粘素 (cadherin),选择素(selectin)，免疫球蛋白超家族（如细胞间黏附分子 ICAM-1, 神经黏附分子 NCAM, 血管内皮细胞黏附分子 VCAM, 以及癌胚抗原 CEA 和 DCC (deleted in colon cancer) 等即属此类），以及 CD44，67 KD 层粘连蛋白受体等。2. 降解细胞外基质的蛋白水解酶在

9、肿瘤侵袭转移过程中, 由于肿瘤细胞要多次穿越基底膜并侵入周围组织, 因此对 ECM (包括基底膜) 的降解是肿瘤侵袭转移的关键步骤之一. ECM 主要由胶原, 糖蛋白, 蛋白多糖和氨基葡聚糖等组成. 胶原是 ECM 的主要成分, 至少有 12 种类型. I, II 和 III 型胶原是结缔组织中的主要成分, IV 型胶原主要存在于基底膜. ECM 中的糖蛋白包括层粘连蛋白 (LN), 纤维粘连蛋白 (FN), extactin 和 nidogen. 各种 ECM 成分的降解需要其特定的蛋白水解酶来完成, 因此整个 ECM 的降解需要多种基质水解酶的协同作用才能完成. 正常情况下, 蛋白水解酶和

10、蛋白酶抑制剂往往是同时存在的, ECM 的降解程度最终取决于蛋白酶的活性以及与蛋白酶抑制剂二者之间的相互作用. 根据目前的研究, 与肿瘤细胞降解 ECM 有关的蛋白水解酶可分成四大类: 丝氨酸蛋白酶（如血浆纤维蛋白溶酶原激活因子PA）, 金属蛋白酶(metalloproteinases,MMPs) 弹力蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶, 并对前二者研究较为深入.3. 细胞的运动能力肿瘤细胞穿入或穿出血管除了需要黏附反应和蛋白水解酶的作用以外, 活跃的细胞移动能力也是完成侵袭转移的重要因素之一. 一般说来, 具有高度侵袭转移能力的肿瘤细胞往往同时具有活跃的细胞运动能力. 已发现许多因素可以影响细胞的运动能

11、力, 如生长因子, ECM 成分,自分泌性移动因子 (AMF) 及宿主来源的扩散因子 (scatter factor, SF) 等. 虽然对肿瘤细胞运动的确切分子机制还不十分了解, 但可以初步确定肿瘤细胞可能具有对多种运动刺激因子起反应的内在机制, 使肿瘤细胞在侵袭转移的不同时相, 不同微环境中根据需要灵活地发生运动反应.4. 肿瘤血管生成(angiogenesis)作为肿瘤间质组成的一部分, 肿瘤内新生血管生成不仅为原发肿瘤生长所必需, 也是肿瘤细胞向远处播散的必备条件之一, 更是肿瘤细胞能否在转移部位生存的重要前提. 一般说来, 血管化往往是肿瘤向恶性阶段演进的关键时期. 超微结构和免疫组

12、化的观察发现, 不同人类肿瘤组织中血管的数量和密度与肿瘤的侵袭转移潜能密切相关. 并非所有血管化的肿瘤均能播散, 但是抑制肿瘤血管生成可以阻断原发瘤和转移瘤的侵袭和生长, 因此可以抑制转移的发生, 这一点已得到承认.与正常组织相比, 肿瘤内的毛细血管往往处于持续生长状态. 这些血管极少分化成熟, 且形态学上表现出很大差异, 如结构粗糙, 走行紊乱, 常呈不规则的狭窄, 扩张及扭曲. 多数血管壁薄, 仅有一层内皮细胞, 细胞间裂隙较大, 基底膜不完整或缺如. 这些异常的结构非常有利于肿瘤细胞进入血管腔, 进而向远处播散. 肿瘤的血管生成受到来自宿主细胞和肿瘤细胞本身产生分泌的血管生成刺激因子和抑

13、制因子的调节. 目前明确的有调节血管生成作用的内源性因子主要包括l 血管生成刺激因子：aFGF, bFGF, angiogenin, IL-8, TGF-a, TGF-b, TNF-a,前列腺素 E1, E2, 血管内皮细胞生长因子VEGF， 等。l 血管生成抑制因子：angiostatin, IFNa, IFNb, TIMPs, 肝素酶, 血小板因子4, 血小板反应蛋白,等。六，展望：进入新世纪，肿瘤转移研究将进入硕果累累的收获阶段。功能性基因组学及蛋白质组学将使转移相关基因及其产物功能的研究取得突破性进展。DNA芯片及蛋白质芯片技术结合生物信息学, 就使我们能够对侵袭转移过程中一组(而不是

14、单个)基因表达的变化有更深入全面的了解, 可以从根本上改变目前研究所得信息量过少, 内在联系不明确的现状.因为转移过程涉及多种基因或基因产物,只有综合分析才可能揭示事物的本质. 我们还可以根据这些研究提供的信息找到更特异的侵袭转移标记物, 为临床诊断, 治疗效果的评价以及预后判断提供更准确的信息. 更精确的定量逆转录PCR技术结合免疫磁珠分离细胞技术,会更早, 更准确地检测出病人外周血中出现的肿瘤细胞, 用于早期发现转移细胞,监测治疗效果等, 具有重要临床应用价值. 激光俘获显微切割术(laser-captured microdissection) 可以在显微镜下从组织切片中获得单个细胞或细胞

15、团, 结合PCR等微量分析技术进行特定靶细胞的基因或蛋白微量分析. 这项技术一方面克服了临床标本中肿瘤细胞与正常组织混杂造成的背景干扰,又弥补了单用体外培养细胞造成的人为偏差,可以用于研究处于不同侵袭转移阶段的肿瘤细胞, 得到常规方法无法提供的重要信息.随着对肿瘤细胞信号传导机制研究的深入,调节侵袭转移的信号通路及关键环节将会被揭示, 针对这些通路和环节设计的新型抗转移药物将会使我们在与肿瘤的殊死斗争中占据主动地位. 不可否认的是, 中医药现代化研究的加速, 使中医药在抗肿瘤, 抗转移中扮演重要角色. 基础研究结果转化为临床应用的速度会大大加快，临床医生将会根据来自基础研究的成果，针对不同病人

16、的具体情况制定个体化的治疗方案，病人的生存质量将大大提高。参考文献1.Hanahan D and WeinbergRA: The hallmarks of cancer. Cell 2000; 100:57-70.2.Fidler IJ: The seed and soil hypothesis at the millennium: Recent advances in the pathogenesis of cancer metastasis. Clin Exp Metastasis 1999; 17:731.3.Wyke JA: Overview-burgeoning promise in metastasis research. Eur J Cancer 2000; 36:1589-1594.4.Yokota J. Tumor progression and metastasis. Carcinogenesis 2000; 21:497-503.5.Ward Y, Wang W, Woodhouse E, Linnoila I, Liotta L, Kelly K. Signal pathways w