Long Long March:对肿瘤转移机制的个人理解

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三、转移第三步：到达转移位点的瘤细胞需钻出毛细血管吗？
& e" M$ I0 Y' z$ y1 {: V         虽然进入循环系统的肿瘤细胞，也可随着血流方向被首遇的毛细血管所吸附（lodged）并截留，但它们绝大多数已在循环系统中死亡，因此被毛细血管床截留的可能只是瘤细胞的残体，而即使万一有幸免，也马上被局灶位点的免疫细胞攻击而死。有研究显示，在毛细血管吸附位点的瘤细胞死亡方式主要是凋亡，而在血液中则是一般的死亡方式。细胞毒T淋巴细胞（CTL）是特异性的抗肿瘤免疫效应细胞，虽然它不能有效清除原发肿瘤部位的瘤细胞，但在清除循环系统中的单个瘤细胞或被毛细血管所吸附的瘤细胞则起决定性的作用，一个不行两个、一时不行两时，直至消灭干净；另外巨噬细胞、NK细胞和LAK等具有免疫效应的细胞也都能发挥肿瘤免疫的作用。所以通过血循环系统而单个到达第二位点的瘤细胞是无法幸免存活下来的，更不用说还有可以钻出毛细血管的力量及进行增殖的活力，这是进化过程中机体获得的重要保护机制。
! @& m0 h# I% B0 s    但同样方式被截留的瘤细胞栓则可能面对不同的命运。瘤栓由于体积较大，往往可以栓塞它所遇到的第一个毛细血管所包含的毛细血管床部位。我们认为，其实毛细血管就像一张网，具有机械网筛效应，可以有效捕获顺着血流流来的各种比自己管径大的细胞团、血凝块或是异物。虽然有人认为肿瘤细胞存在与血管内皮细胞主动发生黏附的机制，此也是目前大家看中的研究热点。但我认为这种理解牵强附会，因为可以想象在循环系统中被动转运的瘤细胞难道还具有向某种器官或某种组织的毛细血管主动游进的动力，而且这个方向性又来自哪里？我认为这是在神化肿瘤细胞，与真正的事实很难联系在一起，可以认为几乎是不可能发生的事件。1 P9 \2 [: Q# ~/ l( H
    被毛细血管床截留的瘤细胞栓同样也需面对各种新的”生死考验”。最初的威胁来自新环境下的免疫效应细胞的攻击，主要是T细胞和肿瘤相关巨噬细胞（TAM）等，他们一方面可清除肿瘤细胞，另一方面则可抑制肿瘤的生长；其次是瘤栓对新环境是否能适应，即此瘤细胞栓是否能在此新环境中存活下来并增长壮大。
( E$ E, h% C6 f0 S5 p( u4 U    而我认为可能更重要的一点是，此瘤细胞栓是否具有本身能生存下来的基本结构组成，即它有没有一个恶性巢（maligant niche）的基本特征。个人认为恶性质巢的基本构成要素包括：1、至少含有一个来自原始肿瘤的瘤细胞（或可能至少需要两个），此确保转移灶与原发瘤同质同源；2、至少含一个基质细胞，如成纤维细胞，巢的构成所需，此有利于肿瘤细胞的的增殖生长；3、ECM：胞外基质主要由蛋白多糖和纤维蛋白结构组成，就像造房子所需要的水泥和沙子；4、原发肿瘤内的血管内皮细胞是否必需，还是个未知概念。因此一个细胞的巢就象一幢房子，必须要有砖、水泥、石子等这些基本材料，此外也要有门和窗等这些构件，目的是提供阳光和空气。对细胞巢来说，门和窗就象血管及淋巴管，可提供营养和氧气。另外至关重要的一点是：就像房子需要人住才有活力，并执行生育繁殖的功能，对细胞巢来说，最重要的则是干细胞的迁移进入，及最终能适应居住和繁殖后代。
+ T( |- E8 W8 ?# V0 t    另外，具有”生命体症”特性的瘤栓同样必须面对几种可能：1、克隆化增殖；2、休眠（dormant），并不是每个存活下来的转移灶都可产生威胁，有很大一部分可能一辈子都不会增值壮大，从而对宿主产生威胁（即与宿主和谐共处）；3、被纤溶酶原系统溶解，瘤栓崩解而重新进入循环系统，另外有些肿瘤细胞会在瘤栓内死亡，主要是免疫细胞浸润进瘤栓内，杀伤内部的肿瘤细胞。
$ M7 j, ~3 \( y4 @    最终，能存活下来的瘤栓在血管内克隆化增殖，并随着体积的增大可”撑破”转移位点的毛细血管，使肿瘤细胞与血管周围的间质细胞发生联系，或也可与基质中的层粘蛋白互相粘连，并同时诱导新生血管向转移灶内生长，从而以提供充足的氧气和营养物质。至此，一个真正意义的恶性转移灶才算事实性的形成。  X5 f1 @1 n. x0 {9 z
    淋巴系统的肿瘤转移同样遵循这样一个机制上的解释。尤其是近来对淋巴结肿瘤微转移的研究显示，当淋巴结内的成族样癌肿细胞聚集时，往往呈现细胞间质反应，而如果为单一或零散肿瘤细胞则间质反应不明显。回顾性的研究分析显示，往往在有间质反应情况下，微转移灶才对病人的预后产生影响，而无间质反应的病人则5年生存率可达100%。事实上，淋巴结内淋巴窦的结构类似于毛细血管的构成，同样存在机械网筛作用。在临床上，病理医生可发现淋巴结内最早出现的转移灶一般位于淋巴液输入的外窦处。因此也推测淋巴结内呈零售分布的单个肿瘤细胞通常可被淋巴结内的免疫细胞所铺获并杀死，而并不具备增殖或存活下来的概率。另外淋巴结内由微转移灶发展成为真正具有临床意义的转移灶，同样也需要此微转移灶是否具有一恶性巢的基本结构组成。
& N" Q! Q( Y. m9 {/ `) Q    所以从最开始的瘤栓被挤进循环系统，到最终在转移位点”生根发芽”的肿瘤转移全过程是一”团体性(class action)”的行动，是一个恶性质的巢的整体性转移，而并不是单个瘤细胞的主动行为。而在最后一步也并不需要瘤栓内的瘤细胞要钻出毛细血管以寻求单独发展的能力。
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四、        对几个老问题新的诠释( E6 A0 N2 j3 U/ c
1、存在肿瘤转移基因吗？
2 b2 X; W4 Q9 V& Y  x$ w         我们知道，不同性质的肿瘤具有不同的转移能力，事实上即使同一种类的肿瘤（如胃的腺癌），有的高度转移，而有的则极少播散，所以肿瘤细胞的行为差别是如此之大，那么是否可以认为——针对恶性肿瘤，是否存在特异的肿瘤转移基因呢？4 W& Q! }. j2 K: g
        目前对这个问题也许可以这样理解，虽然到目前为止已经鉴定了多个在转移过程中可能起重要作用的基因，而最具代表性的是肿瘤抑制基因nm23。实验证明，在许多种类的肿瘤组织中，它的抑制表达可提升瘤细胞的转移潜能。但是，后来也有实验发现，在另一些癌组织中它的表达水平则是更高。对这种现象，现在推测也许nm23在正常组织中是表达的，但在细胞迁移时表达下调，而当细胞达到新的解剖位置时，则该基因又可被激活表达。因此很可能癌肿组织中观测到的nm23转录水平下降并不是恶性细胞特有的行为，而是细胞的正常行为在不同的时间、不同的地点（解剖位置）的相应反映罢了。
! P6 {7 X5 H- c/ Z. B! V        虽然也发现其它一系列与肿瘤转移相关的基因被证实存在，但实际上与nm23基因一样，这些基因都只能被称为转移相关基因，而非真正意义上的肿瘤转移基因，因为针对肿瘤转移它们中没有一个是具有共性的。9 n, h! p8 U3 ~$ D
       肿瘤的另一个特性是，在早期转移潜能很低，但到晚期则很容易发生转移。针对这种现象，目前的主流观点的是：随着肿瘤的发生发展，内部的肿瘤细胞也在发展，表现为细胞更恶、更具侵袭性，另外也观测到一个现象是肿瘤在组成上是具有异质性的，即内含的肿瘤细胞并不处于同一个发育水平，有原始的、也有分化相对好的肿瘤细胞；那么是否可以认为，在原有基因突变的基础上，肿瘤细胞因为又获得了新的具有”转移特性”的基因突变而使肿瘤在后期容易发生转移呢？但研究至今，仍只能从生物学行为上区分高低或有无转移潜能的肿瘤细胞亚型，尚无公认且肯定的特异生物学标志在单一肿物中识别，并来区分这种特异性。2 u$ u# p4 Q. a- Q! x% X
        此外也许可以问的另外一个问题是：为什么癌容易发生淋巴路转移，而肉瘤却是血路转移？回答是：癌属于上皮性肿瘤，当癌细胞呈浸润性生长突破基底膜或黏膜层而侵入下层间质时，免疫系统对此癌细胞的突破行为可产生免疫反应（因为上皮细胞浸润侵犯到了不属于它应该存在的部位，机体像对待异物一样激发免疫应答），并诱导毛细淋巴管生成，加强捕杀癌细胞效率，同时引流淋巴液（与静脉回流一样）。所以当免疫监视及免疫清除功能并不能完全消灭肿瘤细胞时，加上新生成的肿瘤内部毛细淋巴管也存在结构上的缺陷和不完整性，瘤细胞和瘤细胞团很容易被挤进破碎的淋巴管而被回流，导致淋巴路转移的发生。
) ~- A9 v# b% ]& R' _0 F5 y  C       原位癌概念定性于癌细胞没有突破基底膜，不考虑间质浸润（间质内才有毛细淋巴管和血管），所以不考虑会有淋巴路或血路的转移发生，在临床上5年以上的存活率是100%。而肉瘤则是组织发生源于间质细胞，免疫系统对此肿瘤发生的行为反应不明显，导致相应的免疫效应细胞产生也少，几乎不诱导肿瘤内部淋巴管的产生，所以不易发生淋巴途径的转移，而血路转移则不受影响，因此临床上表现为肉瘤容易发生血路的转移。% R: ~" Z6 E- I/ r5 |
        其实，评价不同的肿瘤具有不同的转移潜能，也许只要从肿瘤本身细胞分化的好还是坏、恶性程度高还是低、肿瘤生长快还是慢、病程早还是晚及宿主免疫功能是否完善这些角度来评价就行。这些才是肿瘤转移具有共性的特性。
% x. b  |" f3 I) v2 ^0 V       通常分化差、恶性程度高，生长快、肿瘤细胞增殖活跃的肿瘤因为瘤组织内部血管生长及铺垫跟不上，造成血管更加不成熟及缺陷明显，加上高酸和低氧环境，肿瘤组织坏死，导致肿瘤细胞、肿瘤组织容易进入血循环系统，所以转移是否成功是有因果关系的，”因”是肿瘤分化差及病程的早晚，”果”是转移能否形成。到目前为止，没有明确的证据支持存在所谓的肿瘤转移基因。
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2、转移前微环境需预先形成吗？
  ^* X8 V) A# y: v+ h         这是一个最近才提出来并极受关注的新假说，此假说认为原发瘤产生的某些因子可在将形成转移灶的部位、在转移灶产生前就诱导一“转移前微环境（pre-metastatic niche）”的形成，此可为继发肿瘤提供必要的适宜转移的微环境；此外也有研究认为，原发瘤产生的某些生长因子、细胞因子可募集骨髓来源的VEGFR+的骨髓祖细胞和髓细胞先于肿瘤细胞到达前就来到将形成转移灶的器官部位，并在那里营造一适宜将转移来的肿瘤细胞生存及增殖的微环境。另外还有的解释是肿瘤细胞释放的某些因子到达靶器官后，会动员靶器官的间质细胞释放一些趋化因子，从而来引导肿瘤细胞定植于转移灶处；或是这些因子直接作用于靶器官，使微环境发生适宜于肿瘤细胞生存及增殖的有利改变，随后肿瘤细胞到达，并吸附周围的血管内皮生长因子受体阳性（VEGFR+）的间质细胞，从而建立血供关系，为转移灶的形成营造条件。, \, U" V5 T! f& H
         但我认为这个假说颠倒了前后因果关系。以上这么多对这个假说的解释其实可能都是转移瘤栓被动到达转移灶位点后、及启始的微小转移灶在初始克隆化增殖过程中所触发的一系列反应性事件。而此时的微转移灶由于小于临床所能检测出的最小体积，但在蛋白或细胞因子水平已有所显示。所以以上这些解释中所含的现象可能确实是存在的，但真正背后隐含的事实是，这些现象的出现其实是肿瘤转移已经形成事实，而仅仅是因为转移灶还很小，现有临床手段还无法检测出来的原因。2 o1 h7 L. Y' A& r
        我们知道炎症是一促进肿瘤发生发展的重要因素，当瘤栓被诱捕于它所遇到的第一个毛细血管床而被动停驻时，此部位的局部免疫反应可立即被启动（有如损伤后激发的炎症反应），白细胞、淋巴细胞很快被募集（recruited），但因为此瘤栓具有肿瘤免疫原性及增值潜能，随后的全身系统性免疫反应也被启动，包括TAM、CTL、NK等特异性能杀死肿瘤细胞的免疫细胞被扩增并被吸附来围攻刚形成的微转移灶，这些杀伤细胞可渗透进入转移灶内部，一方面杀死肿瘤细胞，另一方面也可抑制肿瘤的增殖生长。而这些免疫水平的反应需要骨髓动员后产生的免疫炎症细胞参与。当机体本身的免疫功能不能完全消灭肿瘤细胞及破坏此已具肿瘤性质的微环境时，此转移灶就会克隆化增生，体积进一步扩大。VEGFR+的细胞参与转移灶内的肿瘤性血管增生，最终建立血供关系，到此时肿瘤转移事实的形成已不可扭转。1 Q; P# P8 }5 N1 H! w
        另外也有研究提示，初始转移灶的细胞来自原发肿瘤，但转移灶的进一步克隆化增生却并不由原始瘤细胞所维持。因此正如前面所说的，由瘤栓停驻后形成的转移灶就像一间已具备基本结构的房子，虽然有原始肿瘤性质的细胞在内，但要真正形成”气候”，则需要来自骨髓中的干细胞能迁移居住进此恶性质的巢中，并进行增殖和分化，此与第一个转移灶为一个细胞克隆的事实相符。本文反对肿瘤干细胞的存在，而认为是正常干细胞在恶性巢中的异常分化和增殖来维持肿瘤的继续增长。" c: ^& j4 Z2 Q# M3 G7 h  W* C
        其实我们可以想想看，肿瘤细胞释放的因子怎么可能在某器官的某部位能预先诱导并构件一转移前微环境的形成，并也能诱导骨髓来源的各种细胞的参与其中，这也太把肿瘤细胞”神化”或”智能化”了。在转移前就能决定它的下一步转移灶在哪个器官的哪个部位预先形成，我觉得对任何细胞来说“是不可能完成的任务”。而只有通过微转移灶已形成后，激发炎症免疫反应，并与肿瘤细胞本身释放的因子互相竞争才会产生这些似乎转移前微环境需预先形成的表面现象。所以微转移灶的形成在前——是因，而这些现象的产生在后——是果。8 e1 e8 N6 L" y: S: v( w" p

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* M# ?* l0 X6 t8 M4 V3、对Paget理论新的诠释
) y6 z2 ?; t3 {3 j         100多年前（1889年），Paget在解剖了近千具癌症死亡患者的尸体后，发现一个现象，即肿瘤的转移并不是随机分布的，而是具有组织或器官倾向性，如前列腺癌易转移至骨骼、胃肠道癌易至肝、乳腺癌则是肺和骨。对这种现象他提出了著名的”种子-土壤”理论，即肿瘤细胞好比种子，种子撒在土地上，只有在适宜的土壤里才能生长，肿瘤细胞也一样。（When a plant goes to seeds, its seeds are carried in all direction, but they  can only grow if they fall on congenial soil.）
& n  e/ {* i% e4 j# g         1929年，James Ewing提出肿瘤转移新的学说，即解剖-机械学说，主张癌转移纯属血管系统解剖结构的机械因素所致，实验病理学和实验肿瘤学研究显示，恶性肿瘤转移灶的形成及分布取决于继发器官毛细血管内有癌栓的停留，另外淋巴路转移也同样遵循淋巴回流的解剖结构因素。
# D2 R2 \9 M6 b+ b        我认为这两种学说在大体上都是对的，而且具有互补性。因为其实肿瘤转移虽然有随机或偶然性的因素存在，但总的来说是一高度选择的过程。从原发瘤的增殖、瘤细胞进入血管、血循环中转运及最后在第二解剖位点的存活，每一步都面临机体宿主的免疫和非免疫因素的致死性攻击，最后真正能形成转移灶事实的往往是一小概率事件，所以肿瘤转移勘比十项全能铁人比赛，只有上一项任务完成后才能继续下一个的比赛项目。
7 Z" }0 t' q# z6 _        对Paget的种子和土壤理论新的诠释是：虽然肿瘤转移表现为具有器官或组织的”优选性”，但可能更为重要的是，是因为这些器官或组织对转移来的肿瘤细胞具有更能存活并适宜生长的环境，这才是主要的。瘤细胞（瘤栓）往往诱陷于它所遇到的第一个毛细血管床，如回流于门静脉系统的胃肠道肿瘤往往首先在肝脏形成转移灶，而其它部位的肿瘤可能会在肺首先形成转移灶，因为肺的毛细血管可能是它们首先遇到的第一个机械筛网。所以，也许转移的位点不是器官或组织特异性的，但被捕获瘤栓位点的微环境对转移灶能否存活却表现出具有器官或组织倾向的特性。+ O/ ^; Z5 z  h
        因此，肿瘤转移的组织或器官偏向性，即与血液流动的解剖结构有关，即瘤细胞被诱捕于它所遇到的第一个毛细血管，毛细血管床具有机械网筛作用，也更与此毛细血管床所处器官位置的微环境相关，此最终决定原发灶来的”种子”能否真正在新的环境”土壤”中顺利”生根发芽”。
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所以细细分析肿瘤转移的全过程，从距离来说，勘比一场马拉松比赛；而参与其中的肿瘤细胞则象参加十项全能比赛的运动员，而艰难程度更是不亚于”长征”，九死一生，很难达到目的地并艰难存活下来，生根且发芽。0 L- S+ s& M- s' r9 R
      肿瘤细胞必须活着渡过循环系统的惊涛骇浪，每到一个新的环境，这些细胞移民都会面临严峻的挑战，遭遇各种不友好因素的对待；绝大多数的细胞移民经不住漫漫远征途中的“风霜雪雨”和新到恶劣环境的影响，因此它们的殖民企图只好以自取灭亡结束。只有极少数“抱成一团”集体行动的肿瘤细胞团才能通过不断努力，最终得以在远方的某个地点建立起一块新的殖民地，并不断壮大。而且迟早，这块新的殖民地会危及宿主的生命。    ?2 V) D/ e# S+ Q4 ^' k7 s
      虽然到目前为止，转移还是导致肿瘤患者死亡的主要原因，而且对此也并没有有效的临床处理方法。但肿瘤转移还是有规律可寻的，其实转移步骤中任何一步的阻断都能阻止转移进程下一步的进行。我们只要在机制上对肿瘤转移有更好的理解、对机制研究的大方向是对的，相信一定能找到大幅度降低肿瘤患者死亡率的有效手段，也许抑制了肿瘤转移意味着从根本意义上征服了肿瘤这个恶魔。7 t# P* {% k8 l5 v
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                （The end)

marrowstem

阐明肿瘤转移机制可能是人类征服肿瘤不可逾越的一道坎，目前的现状用“山重水复疑无路”来形容一点也不为过，希望“柳暗花明又一村”的一刻早日出现。

托斯卡纳教父

marrowstem 发表于 2010-1-6 20:09
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1、存在肿瘤转移基因吗？
; k, f6 r2 i9 d: m5 S% V: [; G         我们知道，不同性质的肿瘤具有不同的转移能 ...

7 [# R& v# j0 d关于nm23，我有一个问题，许多研究显示transfection of nm23进入肿瘤细胞系显著抑制该细胞系的转移潜能。如果只是在不同正常细胞的不同表达水平，应该是无法解释这种现象吧。$ R7 u; `% b7 x) X" U9 O
( f) K) F; K+ N
求点拨

marrowstem

     是否真的存在什么肿瘤转移特异基因，目前还是一个未知数，从已有的研究结果来看，  虽然已发现一系列与肿瘤转移相关的基因，但实际上他们与nm23基因一样，这些基因都只能被称为转移相关基因，而非真正意义上的肿瘤转移基因，因为针对肿瘤转移它们中没有一个是具有共性的。5 u. D$ ^) N8 a6 v. z' Z
     由于肿瘤转移研究目前还处在一个灰箱状态，我对他的理解只能到这个程度。另外你有没有发现，本文阐述的一个最主要的观点是：肿瘤转移是一个随机、被动和偶发的小概率事件，而并不是与什么基因相关和瘤细胞主动性的生物学行为。3 s, f1 c! X  l' {