第三章 肿瘤转移和浸润

1、第三章 肿瘤转移和浸润一、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12mm3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。 （三）肿瘤细胞脱落并进入基质恶性肿瘤细胞E-钙粘连素

2、(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）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

3、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。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

4、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

5、。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

6、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。 92例结直肠癌的nm2

7、3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。 （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

8、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,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

9、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 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

10、、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。 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，

11、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

12、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。 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

13、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12mm 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

14、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

15、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

16、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。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

17、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。 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Cas

18、pase。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。 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

19、）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 （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.

20、2005 Dec 8;438(7069):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

21、母细胞瘤 肝、肾上腺（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

22、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 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 检测微转移的

23、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 基因转移方法 ：病毒法：逆转录病毒（

24、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