肿瘤新十大特征解析

1、CELL综述：肿瘤新十大特征Hallmarks of Cancer:The Next GenerationEGFR抑制剂细胞周期依赖 性激酶抑制剂有氧糖酵解 抑制剂抗CTLA4单 克隆抗体诱导凋亡的BH3类似物PARP抑制剂持续的増殖信号 逃避生长抑制端粒酶抑制剂诱导血管生成组织和浸润转移基因组不细胞内能 最异常_亠抵抗细胞 f死亡Kill无限复制的潜能疋和突变促进肿瘤 炎症选择性抗 炎祜酋廟VEGF信号 通路抑制剂HGF/c - Met抑制2011 年 3 月 4 号.Douglas Hanahan 和 Robert A. Weinberg 在Cell发农综述.题冃为：Hallmarks o

2、f Cancer:The Next Generation0整个综述29页，简述了鼓近10年肿瘤学中的热点和进展(例如细胞自噬.肿瘤干细胞、 肿瘤微坏境等)，并且将过去的6个特征扩增到10个待征新增加的4个特征为：避免免疫摧毀(Avoiding Immune Destruction);促进肿瘤的炎症(Tumor Promotion Inflammation);紬胞能昴:异(Deregulating Cellular Energetics);基因组不稳定和突变(Genome Instability and Mutation)。并且将过去的回避凋亡(Evading Apoptosis),调整为抵抗细

3、胞死亡(Resisting Cell Death).背最介绍我们已经提出了总共6种肿瘤标志.组成了一个基本原理它提供了一个理解肿瘤性疾病显著差异的逻辑网络 (Hanahan and Weinberg, 2000)我们的讨论中包含了这样的概念.肿瘤细胞逐渐进展成新生物.它们获得一系 列标志性能力.而人类肿瘤形成的多步猱的过程叫以用初始癌细胞获得使它们成为肿瘤并显终表现出恶性肿瘤的 特征。我们注童到由干附风结构的存在肿瘤不只是癌细胞组成的品状物。它们是由多种不同类型的细胞组成的熒合物. 这些细胞之间存在异质的相互作用。我们是这样播述招茅来的正常细胞它们以主要参与者的身份形成肿瘤相关 基质，而不是作

4、为旁观音：这样的话，这些间质细胞对于特定能力标志的发展相後达是有贡献的。在接卜来的十 年中.这个概念已经得到确认和发展，就是肿瘤生物学不能只是通过対这些癌細胞特性描述来进行简单的理解. 而是应该包括X肿瘤微环境对肿瘤形成的贡献。宜到本文出版为止癌症研究的非凡进程中.新的研究致力干阐明和订正标志能力的初始形式。另外也有部份研 究提出了我们在初始标志待征中未完整的问题和突出性机制概念。受这些进展的鞭策我们垂新回顾了初始标志. 考虑到新的概念应该包含到这个名单中.并对招勢来的基质细胞的功能及其对肿瘤生物学的贡献进一步阐述。标志能力一概念上的进展癌症的6个标志这些特征性而且互补的能力使肿瘤可以生氏并向

5、远处转移.持续地为理解癌症生物学捉供坚实 的基础。(图1；见为前图片的可卜載补充信息)。在这篇综述的第一部份.我们简要地回顾了 2000年初始播述的 衿个标志的本质.并附上选择性的概念性进展的插图(用副标题的斜位字区别)，这些是过去10年来的概念进 展可以用于理解它们的基本机制。接卞来的部份.我们阐述了拓宽概念深度的新进展，按顺序描述了导致获得 这6种标志性能力决定性特征.两种新发现的标志性能力肿瘤微环境的结构和信号相互作用.这两种能力决定 了癌症的表型.最后我们讨论这些概念在治疗应用方面的新领域。维持增殖的信号佩细胞最值得争论的基本特征之一是它们持续慢性增殖的能力。正常组织小心地控制着生反启

6、动信号的产生和释 放.这些信号捋导进入细胞增殖和分化周期并在这个周期运行，从而维持细胞数駅的稳态.从而维持正常组织结 构结构和功能。癌细胞通过卜调这些信号而变成它们自已命运的主宰。这些启动信号大多数是由结合在细胞表面 受体上的生长因了来传输的.典型特征是包含了细胞内酪氨酸激爾区域。这个区域通过胞内信号途径发送信号. 从而调节细胞通过细胞周期表现为细胞增殖(也就是细胞数显的增加八通常这空信号也影响细胞生物学性质. 如细胞生存和能虽代谢。值得注盘的是楮确地鉴定和寻找任正常组织中开启的増殖信号源头在上一个十年中是很嫌理解的.而现在仍然 如此。而且我们对于这个控制丝裂原信号释放的机制仍然知之甚少。对于

7、这个机制的部份理解是与以卜申实并存 的.细胞因子的信号控制细胞的数虽和在组织中的位垃.是通过一个短暂的而且是空间调节的方式从一个细胞向 它的周国细胞传递：这种旁分泌信号在实验中难以评价。另外生氏因子的生物利用度的调节通过以卜方式进行： 隔离细胞周丽空间和细胞基质.活化蛋白前、硫酸酣騎以及其它对这些爾类的释放和活化有关的网络.显然这是 一个高度特异性和局限性的方式。相对来说.癌细胞中的丝裂原信号是比较好理解的(Lemmon and Schlessinger, 2010; Witsch et al.z 2010; Hynes and MacDonald, 2009; Perona, 2006)癌细

8、胞町以通过多种代替途径获得持续增殖的信号：它们可能自已产生 生氏冈子配体.从而通过表达同源受体作出反应.结果导致自分泌增殖剌激。另一种替化方法是.癌细胞可能发 送信号到肿瘤相关支持间质中的细胞.作为后者的反应提供了各种生长因子给癌细胞(Cheng et al.z 2008; Bhowmick et al.r 2004).受体信号也町以通过上升表达于癌细胞表面的受体蛋白水平而卜调.对数毘有限的配体 生氏信号产生高度的反应性表现。同样的结果出现在受体分子结构改变中.使配体依赖的启动更为方便。生氏因 子依赖町能是从这些受体卜游信号启动途径复合物结构活化衍生而来.避免了剌激这些配体介导的受体活途径的

9、需求。由于许多卜游信号途径是由配体剌激的受体发出的如来自Ras信号传感器的反应町能只是一个由活化 受体传导亚类的代表。体细胞突变活化依锁的下游途径癌细胞基因组的高通SDNA测序显示了在某些人类肿瘤中存在体细胞突变.这预示希通常由活化的生氏因了受 体激活的信号回岗的基本激汛我们目前已经明确的是40%人类恶性黑色素瘤包含了活化的变异可以影响B-Raf 蛋白，从而通过Raf到丝裂原活化蛋白：MAP)激陌途(Davies and Samuels 2010)。相似地.在大全的肿瘤 类型中检测出PI3-K催化亚单位的亚型.它们服务干高度活化的PI3-K回路.包括关铤性的Akt/PKB信号转导蛋 白(Jia

10、ng and Liu,2009; Yuan and Cantley, 2008)。在生氏冈子受体发出的多种途径相互作用的功能影响方面活 化上游(受体)与卜游(转导蛋白)信号对肿瘤的作用仍不明确。破坏减弱增殖信号机制的负反馈誠近的研究结果突出了负反馈链的重要作用.正常情况卜它的启动是用干减缓各种类型的信号.从而通过细胞内 回路的信号流得到稳定的调节。(Wertz and Dixit, 2010; Cabrita and Christofori, 2008; Am it et al.,2007; Mosesson et al.,2008)这昨负反馈机制的缺点在干具有增强增殖信号的功能。这一类型调节

11、的原型包括Ras癌蛋白：Ras 的致癌效应并不是它本身信号活性高度活化的结果：而是致癌变异影响了 ras基因而减弱了 GTP酚活性它作为 一个本质上是负反馈的机制启动.这个机制平时是用于确保活化的信号传递是短暂的。相似的负反馈机制任增殖信号回坏中的多个节点中启动。一个垂要的例子是PTEN磷酸化脇.它通过降解PIP3 而抵消PI3K的功能。PTEN的无功能变异放大了 PI3K的信号并启动多种癌症实验模型的肿瘤生成：在人类肿瘤 中，PTEN的表达通常是通过启动子甲基化完成的(Jiang and Uu,2009; Yuan and Cantley, 2008).另一个例了是mTOR激齣.一个细胞生氏

12、和代谢的协调了同时位于PI3K途径的上卞游。在某些癌细胞内的回路 中.mTOR的活化通过负反馈导致PI3K信号的抑制。这样的话.半癌细胞内的mTOR &药理学水平上(如雷帕 咼索)被抑制，相关负反馈的丢失导致PI3K和它的效应子Akt/PKB活性的增加.进而减弱mTOR的抗增菊抑制 效应(Sudarsanam and Johnson,2010; OReilly et al.,2006).人类癌细胞中可能将证明广泛存在种或另种的信 号途径减弱负反馈坏.作为一种使细胞达到非依赖性增殖的方式。此外干扰这种减觀信兮可能有利于对有丝分 裂信号靶向治疗药物的适应性抵抗的进展。过度的增殖信号能触发细胞衰老早

13、期研究癌基因的作用确定了这样一个概念，这些基冈的不断表达以及已经证明的这个信号所致的蛋白产物导致 相应的癌细胞増殖速度增加从而肿瘤生长。最近的研究破坏了这个概念，由RAS, MYC和RAF等癌蛋白剌激的 信号过度表达町以引起来自细胞的抵抗反应，特别是诱导细胞衰老或/和死亡(Collado and Serrano,2010; Evan and dAddadi Fagagnaz2009; Lowe et al,2004) ：例如.培养的细胞表达高水平的Ras癌蛋白可能进入非增殖但 能存活的状态，称为衰老：相反的，如果细胞表达低水平Ras町能避免衰老而进入増殖。衰老细胞具备的特征. 包括增大的细胞质

14、.缺乏增殖标志.以及表达衰老诱导的B半乳糖酹.这些特征在经设计的过度表达特定癌基因 的小鼠组织中大量出现。(Collado and Serrano, 2010; Evan and dAddadi Fagagna, 2009)并且在些人类愿色索 瘤病例中普遍存任(Mooi and Peeperz2006)o这些相互矛盾的表现反应了不同的细胞防御机制.以减弱细胞经历 过高水平的待定类型信兮。相应地.癌细胞内的致癌信号可能表现为在戴大剌激有丝分裂和避免这些抗増殖防御 之间的妥协。作为代替方案一些癌细胞可能通过使这些衰老或凋亡诱导回路失去功能而适应高水平的致癌信号。负性调节细胞増殖逃避生K抑制除了诱导

15、和持续的正性剌激生K信号的标志性能力外.癌细胞臧该也具备有力的方案以负性调节细 胞增殖：这些方案中的大部分依赖干抑癌基因。成打的肿瘤抑制子可以在不同途径上限制细胞的生氏和增殖.这 些是通过这种或那种方式对动物或人类癌症进行特征性抑制发现的：很多这些基因已经通过小鼠实验以获得或失 去功能来确实真正是肿瘤抑制子。两种典型的肿瘤抑制子编码RB (视网膜母细胞相关)和TP53蛋白：它们在两 个关铤的细胞调节互补回路中起看中央控制节点的作用控制若决定细胞增殖或代替以活化衰老和凋亡程序。RB 蛋白整合来自胞内和胞外的不同信号.并和应地.决定细胞是否通过细胞生长和分裂周期(Burkhart and Sage

16、, 2008; Deshpande et al.r2005; Sherr and McCormick, 2002). RB途径存在功能性缺陷的癌细胞缺乏了细胞周期进 程的关这性守门员的功能.它的缺席允许细胞持续增殖由于RB转导來自细胞外的大部份生长抑制信号.TP53 接受来自功能区在胞内的操作系统的压力和不正常感受器的输入信号：如果基因组损伤的级别过度.或如果核苗酸库水平.生氏启动信号.乳糖.或氣合水平不在最佳状态.TP53将使细胞周期进程停止宜至这个状态正常化。 另一种代替方法.为这个细胞亚系统的警戚信号到了无可挽回或损伤无法弥补时.TP53将触发凋亡。值得注总 的是，活化的TP53的效应是

17、复杂的而且是坏境依赖性的.依细胞类型以及细胞压力严重性和压力抵抗情况还 有基冈组损伤而变。虽然两种经典的增殖抑制TP53和RB具有車要的调节细胞増殖的功能多个系列的证据表 明它们备自作为一个更大的网络的部份.这些网络作为一个功能冗余。例如.嵌合体小鼠全身普遍都具有Rb基 因缺乏的细胞.但令人惊讶的是没有出现细胞増殖异常.除了本来期望Rb功能的缺失将允许这些细胞以及它们 传代细胞的分化周期持续进行：一些Rb缺乏细胞株将令人满恵:地进展成肿瘤。同时.在这些嵌合体小鼠体内的 缺乏Rb细胞参与了相对正常组织形态：唯一成为肿瘤的是晚期垂体中(Lipinski and Jacks, 1999).TP53缺

18、乏的小鼠发育正常.表现为大毘的正常细胞和组织稳态，而在生命的晚期再次发展成不正常，表现成白血病和 肉(Ghebranious and Donehowerz1998)o以上两个例了应该町以说明导致缺乏这些关键性増殖抑制了细胞持续 不正常复制的启动和冗途机制。接触抑制机制和肿瘤的逃避40年来的研究证明二维培养中密集的正常细胞群体形成细胞与细胞之间的接触产生汇合的细胞单层。垂要的是. 这种.接触抑制在各种培养的癌细胞中被废除了.这表明接触抑制是体内启动的用于确保正常组织稳态机制在体 外的替代.这是在致癌过程中被废除的。直到玻近.生长控制的机制基础仍不明确。然而.接触抑制的机制开始 出现。机制之一包含

19、了 NF2基因的产物.一直作为肿瘤抑制基因.因为它的缺失触发了人类成纤维瘤病的-种形 式。Merlin蛋白.NF2的胞质产物通过成对的细胞表面粘附分子(如E-cadherin)到跨膜酪氨酸激酚(如EGF 受体)形成接触抑制。以这种方式.Merlin蛋白加强了钙粘蛋白介导的细胞与细胞何的粘附性。另外.通过分离生 氏因了受体.Merlin蛋白限制它们有效地发射丝裂原信号的能力(Curto et al.z2007; Okadaetal., 2005)。第二种接 触抑制的机制包ISLKB1表皮极性蛋白，它们町以组织表皮结构并帝助维持组织完整性。例如.当组织中Myc癌 基因上调时.LKB1能管理强大的M

20、ycfffi基冈的促有丝分裂效应使後皮结构处于静息状态：相反.为LKB1的表 达受抑制时.表皮完整性变得不稳昭 而农皮细胞对Myc诱导的转化变得更敏感(Partanenetal.,2009; Hezel and Bardeesy, 2008). LKB1同时已经确定是一个抑癌基因.在某些人类肿瘤中缺失(Shaw,2009).这可能反应它的正 常功能是作为不正为增殖的抑制子。人类癌症中这两种接触介导的生氏抑制缺失的频率仍碍要继续硏究：宅无疑 问的是其它由接触介导的町以阻止増殖的机制仍需经进一步研究确认。这些浦楚的机制使细胞町以构建和维持组 织结构的复杂性，成为对不正常増殖信号的抑制和平衡的車要方

21、式。TGF七最出名的是它的抗增殖效应 而目前人们更仔细研究癌细胞如何逃避这些效应而较少研究简单地关闭这些 信号回路(Ikush-imaand Miyazono, 2010; Massague, 2008; Bierie and Moses, 2006)a 任很多晚期肿瘤， TGF节信号已经偏离细胞增殖抑制.而是用干激活-种细胞程序.称为表皮到间质的转换(EMT.这使细胞的 特征与高度恶性相关.相关细节将在下文闸述。抵抗细胞死亡在报近的20年.细胞凋亡这概念.通过程序性细胞死亡充肖癌症发展的自然屏障.已经建立了进行令人信服 的功能性研究.(Adamsand Cory,2007; Loweetal

22、.,2004: Evanand Littlewood, 1998).对控制着凋亡程序信号回路的阐释揭示了凋亡在不同的生理压力卜是如何被触发的，这些压力是癌细胞在肿溜形 成过程中遇到或者是抗癌治疗的结果。在凋亡诱导的压力中值得注邃的是由于癌基因信号的提高导致的信号不平衡.就像早先所提及的那样.并且DNA 损伤与高增殖相关。同时其他硏究显示在成功进展到高度恶性和对治疗抵抗的肿瘤中凋亡是减弱的。(Adamsand Coryz2007; Lowe et al.r2004)&凋亡机制是由上游调节了和卜游效应子共同构成的(Adams and Cory,2007)。按 顺序，调节了分成两个主要的回路.一个是

23、接受和传递胞外死亡诱导信号式(外部的凋亡程序，包括例如Fas配 体/Fas受体).另外一个感知和综合一系列胞内起源的信号(内在程序)它们毎个垠终都激活一个正常的潜任 蛋白酚(分别是半胱氨酸天冬氨酸蛋白騎8和9).从而开始一个级联的蛋白水解.包括凋亡执行阶段效应蛋白 前.这个阶段细胞渐渐分解后消失.这个效应由它的邻近细胞和专门的吞噬细胞完成。目前.内在凋亡程序更广 泛地作为癌症致病的屏障。在调节子和效应子之间传递信号的.凋亡扳机是通过平衡促进和抵抗凋亡的Bcl-2家 族成员的调节蛋白来完成的(Adams and Cory, 2007),原型是Bcl-2.连同它城近的家族成员(BclxL, Bcl

24、-wz Mcl-1, Al)郁是凋亡抑制了.通过与两个前凋亡触发蛋白(Bax and Bak)结合并起抑制作用在多数场合起作用：后者嵌在 线粒体外膜中。当受到它们抗凋亡家族成员抑制减弱时.Bax和Bak破坏线粒体外膜的完整性.从而导致前凋亡 信号蛋白的释放，它们中最主要的是细胞色索U细胞色素C依次激活蛋白酚级联通过它们的蛋白水解酶活性 产生与凋亡程序相关的多种细胞改变，Bax和Bak与抗凋亡的Bcl2样蛋白共用蛋白蛋白相互作用区.称为BH3 基序，从而介导它们的徐种物理相互作用。相关蛋白(每个蛋白包含单个像BH3的基序)的亚家族与各种细胞感 受器配对而异常活化：这些只有BH3的蛋白通过干扰抗凋

25、亡Bcl-2蛋白或通过直接剌激这个家族的凋亡前成员 而活化(Adams and Cory, 2007; Willis and Adams, 2005).虽然触发凋亡的细胞状态仍没有完成列举.但是多个任 肿瘤进展中起关键作用的异常感受器已经明确(Adams and Cory, 2007; Lowe et al.r 2004)。最值得注童的是通过 抑癌基因TP53起作用的DNA损伤感受器(Junttila and Evanz2009)： TP53通过上调Noxa和Puma这两个只有单 个BH3基序蛋白的表达诱导凋亡.从而相应地导致大虽的DNA断裂和其它染色体的不正常。另一种替代方式是. 不充分的生

26、长因了信号(如淋巴细胞上的白细胞介索3或上皮细胞上胰隔索样的生长因子1/2数晁的不充足)能 通过称为Bim的单个BH3基序蛋白诱导凋亡。导致细胞死亡的另一个悄况也包括某些癌蛋白的过度活化.如Myc,它除了被抗凋亡信号平衡的侑况外珂以触发 凋亡(部分通过Bim和其它单个BH3基序蛋白)(Junttila and Evan,2009; Lowe et al.,2004).肿瘤细胞发展出一 系列町以限制或防ll凋亡的类型。垠普適的是抑癌基WTP53功能的缺失.这个类型缺失了來自诱导凋亡回路的 重要感受器。存在的一些代替的方式如卜肿瘤町能获得相似的结果，这是通过增加抗凋亡调节T(Bcl-2,Bcl-x

27、L) 或生存信号(Igfl/2),或卜调凋亡前因子(Bax, Bim, Puma)或缩短胞外配体诱导的死亡途径。避免凋亡的机制的多 样性反应了癌细胞株在发展成恶性状态过程中遇到的凋亡诱导信号的多样性。在叔近的十年，凋亡机制和程序结 构以及癌细胞逃避凋亡作用的分类御到广泛关注。从那以后.值得关注的概念进展就包括了其他方式的细胞死亡. 这就拓宽了 程序化细胞死亡的领域成为一种阻碍细胞癌变的屏障。自吞噬介导了癌细胞生存和死亡自吞噬与凋亡一样成为一种車要的细胞生理反应，正常细胞中的启动处干低的基础的水平.但在特定的细胞压力 状态卜能被强烈地诱导，敲明显的压力状态是营养缺乏(Levine and Kro

28、emer, 2008; Mizushima, 2007).自 吞噬程序使细胞内的细胞器(如核柄体和线粒体)被破坏.使分解代谢产物用于生物合成和能量代谢从而得到街 环。当降解发生时，作为这个程序的一部份.胞内囊泡称为自吞噬体包裹胞内细胞器并把它们和洛附体混和。以 这种方式低分子量的代谢的产物支持了多数癌细胞在压力和营养受限的坏境中生存。与凋亡相似.自吞噬机制也有谓节了和效应子复合物(Levine and Kroemer, 2008; Mizushima, 2007)0后者是 -种介导自吞噬体的形成并把它传送到溶酚体的蛋白质。令人关注的是，鼓近的研究显示控制自吞噬凋亡和细 胞稳态三个回菇之间的存在

29、交叉。例如包括PI3- kinase, AKTZ和mTOR激酚的信号途径由生存信号剌激以阻 上凋亡.同时也抑制自吞噬：为生存信号不足时.PI3K信号途径会被卜调.从而导致自吞噬和/或凋亡的减少 (Levine and Kroemer, 2008; Sinha and Levine,2008; Mathew et al.z 2007) .另一个这两种程序的联系存在于Beclin-1蛋白.这个蛋白已经通过遗传学研究证实是诱导自吞噬所必需的 (Levine and Kroemer, 2008; Sinha and Levine, 2008; Mizushima, 2007)。Beclin-1 是凋亡

30、调节蛋白 BH3-only亚家族成员之它的BH3区域允许它与Bcl-2/Bcl-xL蛋白结合。乐力感受器和BH3蛋白配对后能从Bcl-2/Bcl-xL替换卜Beclin-1,释放的Beclin-1能触发自吞噬.就像它们释放 Bax和Bak触发凋亡一样。因而压力转导的BH3蛋白(如.Bid、Bad、Puma等)町以减少依赖干细胞生理状 态的凋亡和/或自吞噬。带有失活的Beclin-1等位基因或待定的其它自吞噬机制复合物的小鼠的癌症易感性増加(Whiteand DiPaola, 2009: Levine and Kroemer, 2008)&这个结果提示诱导自吞噬可以作为一个致癌的屏障.它的启 动

31、不依赖于凋亡甚至可以说与凋亡不一致。相应地自吞噬明显地也町以是另一个屏障.这是肿瘤进展时必需绕 过的(White and DiPaola, 2009).可能矛盾的是，对癌细胞的营养缺乏.放射治疗和特定的细胞靑药物能引起自吞噬水平的增高.这对癌细胞明显 是-种细胞保护.只是损伤而不是这些用力诱导条件所致的杀伤(White and DiPaola, 2009; Apel et al.z 2009; Amaravadi and Thompson, 2007; Mathew et al.z 2007)此外.处理严itfE力条件卜的癌细胞可以通过自 吞噬而縮小并进入一个町逆的休昵状态(White and

32、 DiPaolaz 2009; Lu et al., 2008)。这种生存反应叫能使一 些晚期肿瘤在有效的抗肿瘤药物治疗后能钱留并敲终再氏出來。因此.与TGF-p信号相似.在肿瘤形成的早期 阶段起抑制作用而在晚期起促进作用.自吞噬像是对肿瘤细胞有君相反的作用.从而肿瘤能得到进展(Apeletal., 2009; White and DiPaola, 2009).将來研究中的重要日程必碍包括澄浦遗传学和细胞生理状态.这些能展示自 吞噬在什么时间以及如何使癌细胞生存或导致它们死亡。坏死具有促进炎症和肿瘤的潜能与凋亡相反.凋亡中死亡的细胞变成一个几乎看不见的尸体并立即被周吊I细胞消耗光.而坏死细胞会

33、肿胀破裂， 并释放出它们的内容物进入其周围微环境。以往认为坏死更像是有机死亡，是一种系统广泛地耗尽和崩溢，这个 槪念的全貌已经发生了改变：细胞的坏死在某些怙况卜明确是在基因控制之下.而不是随机的无序的进程 (Galluzzi and Kroemer, 2008; Zong and Thompson, 2006)。或者更重要的是，坏死细胞死亡后释放促炎症信号进入周国组织微环境这与没有这种现象的凋亡和自吞噬相反。 结果，坏死细胞能招絲免疫系统的炎症细胞。(Grivennikov et al.z 2010; White et al.,2010; Galluzzi and Kroemer, 2008)

34、.炎症细胞的作用是专门监督组织损伤的程度并移除相关的坏死残骸。然而在肿瘤背景厂 多方而的证抑显示免疫炎症细胞町能是活跃的肿瘤促进因索因于这个原天1这些细胞具有促进血管生成、癌细 胞增殖和侵袭功能(如卜。另外.坏死细胞能释放生物活性调节因子.如IL-16它能直接剌激周币有活力的细胞増殖，once again,A备这 种潜能町能使肿瘤更容易进展(Grivennikov etal, 2010)、结果.细胞坏死看起來对癌症相关增殖平衡有益.瑕终 可能损伤大于有益。相应地.初始肿痕和潜在侵袭和转移肿瘤叫能通过容忍一定程度上的坏死而获得机会.通过 以上做法以招募肿瘤促进炎症细胞，它们町以把生长剌激因子带给

35、生长过程中残存的细胞启动不停复制于2000年.人们已经广泛认同了癌细胞要形成肉眼町见肿瘤必需有无限制的烫制潜能。这个标志是与体内大多 数正常细胞系的行为有显著差异的.体细胞只能够通过有限数虽的连续的细胞生氏和分化周期。这个限制与两个不同的增殖屏障有关衰老.典型的不可逆的进入非增殖但有活力的状态，还有危机状态，这包 括了细胞死亡。相应地当细胞经培养后繁殖，重复细胞分化周期将ft先导致衰老.如果这些细胞成功地绕过这 个屏障，接看将进入危机状态，这个状态中细胞群体将大多数死亡。在极少的机会中细胞胖体摆脱危机而显示 出无限制的芟制潜能。这个转换被称为永生化它们的特片是多数细胞株因为在培养中的增殖能力而

36、没有衰老和 危机的表现多方面的证拯显示端粒保护淋色体的末端集中参与了无限制复制能力(Blasco, 2005; Shay and Wright, 2000)由多 个串联的六肽重复序列组成的端粒.在培养増殖的非永生化细胞中渐渐缩短眾后失去了防止染色体DNA端端 融合的能力。这种融合生成了不稳定的双着丝粒染色体.导致混乱的核型从而威胁到细胞生存。相应地.细胞 中端粒DNA的K度显示了在端料大很大程度上被削矽前能有多少个连续的细胞后代.并最终失去它们的保护功 能，从而触发危机。端粒末端转移酚是一种待异的DNA多聚酚町以把端粒垂复节段加到端粒DNA末端.它在非永生化的细胞中基本 上是看不到的.但在大部

37、分（90%自然永生化的细胞中（包括癌细胞能表达到功能显著水平。通过伸展端粒 DNA.端粒酶能计算端純破坏的进程.这任无端粒商的情况卜也町以发生。自然状态卜的永生化细胞和设计表达 酣背景的细胞中端粒駒的活性与诱导衰老和危机/凋亡抵抗有关：相反地.抑制端粒两活性导致端料缩短.从而 活化一个或一个以上的増殖屏障。增殖的两个屏障衰老和危机/凋亡庄理论上已经成为重要的抗癌防御体系.己 经根深蒂固地进入我们的细胞中.用干阻上癌前和新生物细胞克隆的过度生按这个想法，大部份的初始肿溜 开始倍増，但在被这些屏障阻断后停止。显后获得永生化的那部份极少的细胞能形成肿瘤归功于它们具有充分氏 度的端粒DNA以避免触发衰

38、老或凋亡，大部份是通过上调端粒的表达或少部分通过端粒匝组为基础的代替机制 维持端粒。因而，端粒缩短成为一个定时装置，决定了正常细胞复制潜能的限度也是癌细胞必需克服的问题。细胞复制性衰老的再评估然而端粒维持渐渐被证实是新生物状态的关键条件.熒制诱导的凋亡的槪念作为普遍存在的屏障被要求细化和垂 新形成。（鼠和人在端粒结构和功能上的差异以及端粒和端粒騎中复制衰老方面同时进行了研究。）最近的实验 表明在特定的培养细胞中通过提髙 细胞培养条件.诱导衰老町以推迟甚至可能消除.这提示了眾近培养的原代 细胞町能可以无限制地增殖培养直到危机状态.而相关的凋亡的诱导是由严重的端粒缩短触发的（lnceetal.,2

39、007; Passos et al.r2007; Zhang et al.z2004; Sherr and DePinho, 2000）。相反地.设计成缺乏端粒痢的小亂实验表明 缩短端粒的结果导致恶化前的细胞町以分流到衰老状态这有利于（与凋亡一样）注定发展成为部份形式的癌症 的小鼠肿瘤生成放缓（Artandi and DePinhor2010）.这种端粒高度破坏的无端粒酶小亂表达了多器官无功能和异 常.包括衰老和凋亡的证据.或许类似于细胞培养状态卜的衰老和凋亡（Artandi and DePinho, 2010; Feldser and Greider, 2007）.众所周知.并在以前讨论过了

40、，由过度地或不平衡的癌基因信号诱导的与细胞衰老形态学上相似 的形态现任作为对抗新生物的保护机制：这种形式的衰老与端粒酹和端粒之间可能的相互作用将会确定。这样 细胞衰老作为一种新生物扩展的屏障的新概念，它可以被各种增殖相关的异常（包括高水平的癌基因信号.显然 还包括亚临界的端粒缩短所触发。端粒酶活化的延迟可以既限制又培育了肿瘤进展目前的证期表明由于初始癌细胞克隆无法表达显著水平的端在肿瘤形成的多步猱过程中它们通常会经历 了端料缺失的相关危。这样.通过原位荧光杂交FISH）的应用在癌前生反中町以检测到广泛的端粒破坏.同 时显示了染色体的端端融合这个端粒失败和危机的信号（Kawai et al.z2

41、007; Hansel et al., 2006）.这个结果同 样表明了在从完全正常的原始细胞进化过程中，这些细胞已经经过了大量连续的端粒缩短的细胞分化。相应地， 某些人类肿瘤町能任它们形成肉眼町见的肿瘤之前很久就因为端粒诱导的危机而消失。相反地，TP53介导的基因组完整性的缺失可能会允许其他初始肿瘤在端粒破坏初期和染色体断裂融合桥（BFB） 周期存任的悄况卜存活。由于断裂融合桥（BFB）周期导致基因组修饰，包括染色体节段的删失和扩増.显着地 提高基因组的不稳定性.从而加速获得变异癌基因和抑癌基因。对损伤的端粒功能实际上可以培育肿瘤进展的认 识是来自对同时缺乏P53和端粒功能的变异小鼠的研究得

42、来的（Artandi and DePinho, 2010,2000）.这两个缺 陷能协作以增强人类肿瘤生成的命题还没有被直接证明对暂时缺乏端料有利于恶性进展的垂要性的间接支持，来自人类乳腺恶性病变和癌前稱变的对比分析（Raynaud et al., 2010; Chin et a.t 2004）=癌前病变不能表达显著水平的端粒励和以端粒缩短和非克隆性染色体异 常症为特征c相反地明显的肿瘤抑制端粒酯表达与长端粒再造以及异常核型的固定（通过克隆产物）是同步进 行的，它们町能是在端粒失败之后而在端粒酶获得之前发生的。当以这种方式描述时.端粒画功能的延迟获得对 生成肿瘤启动变异有益.然而此后的活化稳定

43、了变异基因组和赋予无限制的圮制能力.这是癌细胞生成临床可见 肿溜所必需的。端粒酶的新功能研究端粒前的目的任于它有能力延K和维持端粒DNA.而且几乎所有端粒酶的研究都建立在这个假定的概念上. 它的功能仅局限于这个功能。但是.近年来的研究表明端粒酚所起的作用与细胞增殖有关但与端粒维持无关。端 粒的非肿瘤作用，尤其是它的蛋白亚单位TERT.己经在鼠和培养细胞的研究中明确：在某些情况K端粒酹的 舸活性被移除以证明它的新功能(Cong and Shay, 2008).其中越来越多端粒独立的TERT/端粒功能是TERT通过 Wnt途径放大信号的能力.它在p- catenin儿EF转录复合物中充为辅因子的作

44、用(Park et al.z 2009).英它归于端粒独立性效贩包括可证明的增強细胞增殖和/或抵抗凋亡(Kang et al.r 2004)z包描DNA损伤修复 (Masutomi et al.r 2005),还有RNA依赖的RNA等聚騎功能(Maida et al.r 2009).与这些复杂的功能相适应的. 对以发现TERT与染色质沿在染色体在多个位点上存在相关而不只是在端粒上(Parket al，2009; Masutomi et al.z 2005)：所以可以证实端粒维持只是TERT起作用的的一系列功能中鼓显著个。端粒酚在肿瘤形成中的这些功 能贡献仍需进一步闸明。诱导血管生成和正常组织一

45、样肿瘤需要营养和孰形式的供给.以及排除代谢废物的能力。在血管生成过程中产生的肿瘤相关 新生Ifll管输送这些供给。在胚胎形成过程中，脉管的生长包括新生的上皮细胞装配成血管(血管发生)以及已有 的血管萌芽出新的血管。接着正常脉管的形态大部分变成是静上的。成年人中.在部份生理进程如伤口修灵和发 性生殖周期.血管生成启动.但只是暂时的。相反地.在肿瘤进展过程中，血管生成开关“几乎是总是激活的并 持续开启的.导致正常静止的血管持续荫芽新的血管以支持不斯扩大的肿瘤生|i(Hanahanand Folkman, 1996). 引人注恿的证搦显示血管生成开关由平衡开关控制，这个开关既诱导又对抗血管生成(Ba

46、eriswyl and Christofori, 2009; Bergers and Benjamin, 2003).某些血管调节子是与血管上皮细胞表达的细胞表面受体结合起剌激或抑制作 用的。垠常见的血管生成诱导和抑制因子分别是血管内皮生长冈了 A (VEGF-A)和礙血前敏感蛋白1： VEGF-A 基因编码新生血管中的配体这些新生血管生氏出现在胚胎和出生后的发育，以及内皮细胞的自身稳定生存.还 有成年人的病理和生理状态。VEGF信号通过3种受体陥氨酸澈齣(VEGFR1-3)受到不同水平的调节.反应了这 个复杂的目的。这样.VEGF基因的表达叫以因缺氧和癌基因信号而1.(Ferrara, 20

47、09; MacGabhann and Popelz 2008; Carmeliet, 2005)另外VEGF配体能以潜伏状 态隔离在细胞内基质中，易因胞内基质降解酢释放和活化 (e.g.z MMP-9; Kessenbrocket al.z 2010)a另外.其他前血管原信号如成纤维细胞生氏因子(FGF)家族的成员. 当它们的表达长期慢性上调时.就牵涉到促进肿瘤血管生成(Baeriswyl and Christofori, 2009). TSP-1是个血管 生成开关的关铤平衡因素.也结合到内皮细胞表达的跨膜受体上.并诱导能中和前血管生成剌激的抑制信号 (Kazerounianetal.,200

48、8).由慢性活化的血管生成和不平衡前血管生成信号混合物诱导产生的肿瘤内血管是典型 的不正常：肿瘤新生血管的标志是早熟的毛细胞Iftl管萌芽，卷曲而过度的血管分支.扭曲而扩张的血管.不稳定 的血流，微血拴，泄漏和不正常水平的内皮细胞増悄和凋亡(Nagyet al.z2010; Baluketal.,2005).动物模型和人 类侵袭性癌症的多步骤发展过程中.血管生成的诱导出现得令人惊讶的早。对不同器官包括发育不良和原位癌等 癌前病变、非侵袭性病变的组织学分析显示血管生成开关的早期足迹(Raica et al,2009; Hanahan and Folkman,1996).历史上.血管生成被认为是肉

49、眼町见的肿痕形成后快速生氏时才显得垂要.但最近的数拥显示 在肿瘤发展过程中的微观癌前病变期血管生成也有贡献。过去的十年来在血管生成方面的数据产量惊人.枳累了 新知识财富.我们关注多个与肿瘤生理特别相关的进展。血管生成开关的级别一口血管生成活化.肿瘤显示出各种新生血铮生成的模式。某些肿瘤包括胰导管腺部之类的高度侵袭性类型有 高度Iftl管形成的伴有大片无血管的间质荒浇并可能实际上甚至是活化了抗Iftl管生成(Olive et al.,2009)o其它很 多肿瘤.包扌舌人类肾和胰腺神经内分泌癌.是高度血管生成的结果血管化密度很高(Zee et al.OlOjTurner et al.,2003).

50、总之.这此观察结果表明肿瘤发展过程中的血管开关的触发将跟随看备种强度的新生血管化的进程.后 者由一个复杂的生物调节器所控制.调节器包括了癌细胞和相关间质的微坏境(Baeriswyl and Christofori, 2009; Bergers and Benjamin,2003)。众所周知的开关机制的形式是町变的.虽然最终结果是一个公共的诱导信号(e.g, VEGF)在某些肿瘤中.癌细胞中启动的优势癌基因.如Ras和Myc.以上调血管生成因子的表达.然而在其它 肿瘤中.这些诱导信号是免疫炎症细胞间接诱导的.这在卜文中将讨论。由癌基因直接诱导的血管生成同时驱动 增殖信号作为不同特征能力可以由同一

51、种转化剂协同这一車要原理的例证。内源性血管生成抑制剂是肿瘤血管生成的天然屏障20世纪90年代的研究表明TSP1和纤溶酹(血管生成抑制因了)以及18型胶原(内皮抑素的片段一样能作 为内源性血管生成抑制剂(Ribatti, 2009; Kazerounian,et al.,2008; Folkman, 2006z 2002; Nyberg et al,2005) 最 近十年来已经成打地报导了另一些药物(Ribatti, 2009; Folkman, 2006; Nyberg et al.z2005).大部份是蛋白质.而 多数是结构蛋白的蛋白水解衍生物。大虽的这些血管生成内源性抑制剂能任正常小亂和人

52、类的術坏中检测出来。 基因编码的多个内源性血管生成抑制剂能从亂的种系中删除而不会引起不利的生理效应：在自身生长的或植入肿 瘤的生K结果是増強的(Ribatti, 2009; Nyberg et al.f 2005).相比而岂 如果一个内索抑素的循环水平在遗传学 上是升高的(如通过转基因鼠而过表达或异体移植肿瘤肿瘤的生氏是受损的(Ribatti,2009; Nyberg et al.,2005); 有趣的是提高或去除这个基因的农达对以使伤口修复和脂肪沉枳相应地出现损伤或加速(Cao, 2010; Seppinen et al.z2008)数抵表明这个内源性血管生成抑制剂在组织垂构和伤口修复时作为

53、调节短暂血管生成的生理调节剂： 在初始肿瘤形成时作为诱导和维持血管生成的内源性屏障。周细胞是肿瘤新空血管系统的重要组成周细胞K期以来认为是在紧贴在正常组织脉管内皮管外表面的支持细胞.在那个位世上它们为内皮细胞捉供了垂 要的机械的和生理的支持。相反肿瘤相关血管被描述成缺乏这些辅助细胞的表而覆盖。然而.近年来进行的仔 细微观研究显示，周细胞虽然疏松但如果不是与所有肿瘤也会和大部分肿瘤新生血管有关(Raza et al.z2010;Bergers and Song, 2005)。更車要的是.卜而将讨论的机制研究显示周细胞的覆盖対肿瘤的功能性新生血管的维 持很垂要。多种骨的衍生细胞对肿瘤血管生成有贡献

54、目前已经明确-种骨詢来源的细胞类型成分在病理性血管生 成中起朮要作用(Qian and Pollard, 2010; Zumsteg and Christofori, 2009; Murdoch et al.,2008; DePalma et 叽2007)这些包括了先天性免疫系统的细胞值得注懋的巨噬细胞.中性粒细胞肥大细胞和骨制祖细胞-它们浸 润癌前病变和进展的肿瘤或聚集在这此病变的边缘：这些肿瘤周围的炎症细胞有助干触发以前静止的组织中的Ifll 管生成.支持与肿瘤生长相关的血管生成的进展.还有卜文将提到的使局部浸润更容易。此外它们还有助干脉 管系统抵御来自针对内皮细胞信号的靶向药物的作用(F

55、errara,2010)。另外.爹种类型骨简衍生的“脉管祖细胞 在待定病例中町以观察到侵入肿瘤病变并以周细胞或内皮细胞的形式插入新生脉(Patenaude et al.,2010; Kovacic and Boehm,2009;Lamagna and Bergers, 2006).浸润和转移的活化在2000年侵袭和转移的根本机制很大程度上仍是个迷。现在已经明确珥癌从匕皮组织进展到 高病理分级的恶性肿瘤.反应在局部侵润和远处转移相关的癌细胞典型的改变在干形状的修饰以及改变和其它 细胞和细胞外基质(ECM)的附轧故特征性的改变包括肿瘤细胞E-cadherin的缺失，这是一个关键的细胞与细胞 之间的

56、粘附分子。通过与粘附表皮细胞形成粘附连接.有助于聚集表皮细胞层以及维持这些层内的细胞静止。表 达的增加确定町以对抗侵袭和转移，然而.表达的诚少使这些表现型成为可能。任人类肿瘤中频繁观察到下调而 偶然有变异失活強力支持它抑制这个标志性能力的关徒作用(Berx and vanRoy, 2009; Cavallaro and Christofori, 2004).另外，在某些高度侵裟性的肿瘤中编码其它细胞与细胞何以及细胞与细胞基质间的粘附分子明确发生改 变.有利于细胞聚集的类型被卜调。相反地正常与胚胎发育和炎症过程继续迁移有关的粘附分子通常是上调的。 例如.Ncadherin,这个在组织生成过程中正

57、常表达于迁移神经元和何充质细胞的.在很多侵袭性肿瘤细胞中是上 调的。除了获得和缺失这个细胞与细胞/基质附着蛋白外.侵袭和转移的主要调节因子大部分仍不明确.或只是 个猜想缺乏功能性证拥(Cavallaro and Christofori, 2004).侵袭和转移的多步骤过程被分成-系列不连续的步骤. 通常称为侵袭-转移级(Talmadge and Fidlerz2010; Fidler, 2003).它描述了 一个连续的细胞生物学改变构想.从 局部侵袭开始.接看癌细胞侵入周国血管和淋巴管.癌细胞通过淋巴或血液系统运输.再者癌细胞从这些管道的 网眼中逃逸出远处组织的实质中(溢出)，癌细胞小结节的形

58、成(微转移八 最后微转移病变生氏成巨块肿瘤， 这个城后一步称为拓殖colonization由于有力的新研究工具相粘确的实验模型的出现，和决定性的调节基因的 确认.在叔近十年来，关于侵袭和转移的研究发生了戏剧性的进展。由干这是一个新出现的充满没有答案的问题 的领域.明显的进展已经出现在关于这个圮杂特征性能力的重要文献中。对这些进展明显不完整的描述将在下文 上皮间质样转变(EMT)程序广泛地调节侵袭和转移-种发育的调节程序，捋的是上皮间质样转变(EMT)成为广泛牵涉的方法.通过这种方法转换的上皮细胞能 获得侵袭、抵抗凋亡和播散的能力(Klymkowsky and Savagner, 2009; Polyak and Weinberg, 2009; Thiery et al.z 2009; Yilmaz and Christofori, 2009; Barrallo-Gimeno and Nieto, 2005).通过增加一种包括胚胎形成和伤口修复 徐种步骤的进程，癌细胞能同时获得侵袭和转移的能力。在癌细胞侵袭和转移的过程中.这个EMT的多面程序 能短暂或稳定地活化它的程度也有所不