肿瘤细胞侵袭转移机制的研究现状(1)
[摘要]肿瘤细胞侵袭转移是恶性肿瘤的主要特征，是引起恶性肿瘤患者死亡的首要因素。肿瘤侵袭转移是一个复杂的、多因素调控的动态过程，它的发生涉及到肿瘤细胞及其所处的微环境中复杂的信号通路，这些信号通路的激活及相互作用介导了肿瘤的转移侵袭、存活、以及生长过程。对于肿瘤侵袭转移机制的研究将有助于深入了解转移过程，并可以识别到有意义的治疗靶标，为临床诊断和治疗奠定基础。
[关键词]肿瘤侵袭转移；肿瘤干细胞；上皮间质转化；microRNA
肿瘤侵袭转移是恶性肿瘤的重要生物学特征。大多数癌症患者并非死于原发性癌而是死于转移性癌[1]，肿瘤的转移是多因素、多基因相互协调作用的多阶段过程。
每个组织、器官都有自身的结构，肿瘤细胞侵入这种器官就必须应对环境的压力，包括：氧气和营养的缺乏，低pH，活性氧自由基和炎症反应调节因子，经过环境的选择后，肿瘤细胞获得恶性的表型。另外，肿瘤细胞内源性的基因组不稳定性增加了其获得转移能力的可能性，基因组不稳定及异质性的肿瘤细胞具有染色体缺失、易位、重排等与癌症相关的特征。原发灶肿瘤中只有很少一部分细胞具有转移能力。在动物模型中，只有1%甚至更少的细胞可以进入循环系统进行转移[2]。
, 百拇医药
近年来，针对肿瘤侵袭转移的研究，在基础和临床的各个领域均有不同程度的进展和突破。现仅从以下几个方面介绍：
1、肿瘤干细胞与侵袭转移
肿瘤干细胞(cancer stem cells， CSC)是肿瘤群体中具有自我更新(self-renewal)、分化(differentiation)和稳态控制(homeostatic control)能力的细胞亚群.只有这部分细胞在移植到免疫缺陷动物体内后才具有成瘤的能力。除了白血病以外，目前已从乳腺癌、脑肿瘤、肝癌、大肠癌、前列腺癌、胃癌、肺腺癌、结肠癌、胰腺癌等[3]实体瘤中根据各自不同的表面标记分离出具有干细胞特征的细胞亚群。
由于肿瘤群体中只有干细胞具有很强的迁徙运动能力，很强的自我更新、增殖能力，以及在陌生环境中生存的能力，所以只有肿瘤干细胞才有能力长期维持肿瘤的生长。因此，人们推断至少在部分肿瘤中转移瘤的形成应当由肿瘤干细胞来完成[4]。
, 百拇医药
关于肿瘤干细胞是否存在，以及其是否参与了肿瘤的形成和转移，目前尚未得到实验证据，而且肿瘤干细胞与癌症转移的关系也并不清楚。“肿瘤干细胞假说”认为，癌症起源于一些具有同正常组织干细胞类似性质的细胞，称为“肿瘤干细胞或肿瘤起始细胞”。然而这个假说却引起很大的争论，这个争论不仅仅限于乳腺癌，在其他器官的癌症中也存在[5-11]。Polyak等研究表明，“肿瘤干细胞假说”仅仅关注于研究特定类型细胞形成新的肿瘤的能力，忽视了肿瘤细胞及其微环境之间相互作用的复杂性。在研究肿瘤干细胞的过程中，通过细胞表面标志物鉴定细胞亚群的方法是无可否的.研究人员观察到小鼠体内具有特定表面标志物的细胞更易起始新的肿瘤，但是他们并不能断定这种表面标志物是形成肿瘤细胞所特有的[12]。因此，不同的癌症中，肿瘤的形成有着不同的模式，并不遵循单一的模式或者规律。
最近，Hermann 等[13]利用人胰腺癌作为模型，证实了肿瘤干细胞与转移的关系.利用原代人类肿瘤和永生化细胞系识别出了一小群类似于干细胞的肿瘤细胞，这些细胞可以自我更新。将CD133 做上标记，发现这些细胞也会对常规的化疗产生抗性，这为此种疾病导致生存希望渺茫的原因提出了一种可能的解释。还发现了CD133+ 细胞的一个亚组，这些细胞在肿瘤与健康组织分界处也会表达趋化因子受体4(chemokinereceptor 4，CXCR4)，当研究人员将这些细胞注射入小鼠中时，小鼠会形成原代肿瘤，发生肿瘤转移，但是当利用CXCR4 抗体进行预培养或者消耗CXCR4+ 细胞的时候，小鼠会保持致瘤性，却丧失了肿瘤转移的能力。这说明这组CD133+CXCR4+ 的癌症干细胞是肿瘤转移所必需的。由于干细胞对常规治疗不敏感，可以产生抗性，因此也是肿瘤复发转移的主要原因。认识肿瘤干细胞在侵袭转移中的作用，可提供新的抗转移思路，为临床上治疗肿瘤提供依据[14]。
, 百拇医药
另外，特异的microRNAs 参与维持肿瘤干细胞表型以及肿瘤细胞的侵袭和转移。miRNA 介导的通路是细胞干细胞化(stemness)的基础[15]。胚胎干细胞含有大量特异的miRNAs，其一方面参与基因调节，另一方面受到自我更新和多潜能性转录因子的控制[16]。胚胎干细胞中大多数重要的miRNAs也参与了细胞周期调控以及肿瘤发生。Yu 等提出let-7 在肿瘤干细胞扩增及运动方面的作用.在乳腺癌肿瘤干细胞中，let-7 表达量显著下降，把细胞移植入裸鼠体内时，将促进体内肿瘤的形成和转移能力[17]。另外一个参与干细胞化的miRNA 是miR-206，研究表明其与乳腺癌的转移复发呈负相关[18]。miR-101 具有双重的作用：促进细胞干细胞化和转移，通过抑制EZH2 的表达，miR-101 不仅可以控制肿瘤细胞的增殖，还可控制其转移和侵袭能力。miR-101 在胰腺癌、乳腺癌、卵巢癌、肺癌和结肠癌中是显著低表达的，在胰腺癌的转移灶中是不表达的。因此，miR-101 表达量的下降是与肿瘤生长和转移相关的分子标志[19]。
, 百拇医药 2、上皮间质转化在肿瘤侵袭转移中的作用
上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transitions，EMT)是一种基本的生理病理现象，是胚胎发育中形态发生过程的重要部分。20 世纪80 年代最早认为EMT 是胚胎发育的重要特征。在EMT 过程中，上皮细胞获得成纤维样细胞的特征：细胞间粘附减弱、运动性增强，且细胞间紧密连接及细胞极性均被破坏。胚胎发育过程中参与EMT 过程的基因被证实参与控制转移过程。越来越多的证据表明，EMT 是许多肿瘤侵袭和转移早期的一个重要的过程[20]。EMT 概念的提出使人们对肿瘤侵袭转移机制有了更深刻的理解。EMT 的一个重要标志是E- 钙粘素(E-cadherin)表达的下调，在发育和癌症发生过程中，EMT 部位E- 钙粘素持续性表达下调。E- 钙粘素的表达水平与肿瘤发生的阶段相关[21，22]。许多转录因子抑制E- 钙粘素的表达，如：Snail/Slug 家族蛋白、Twist、δEF1/ZEB1、SIP1 和E12/E47.其中Snail 通过抑制E- 钙粘素的表达在EMT 和乳腺癌的转移中发挥了重要的作用[23，24]。另外，Snail 在起始原发瘤转移表型过程中发挥着重要的作用，因此Snail可作为EMT 发生早期的标志物。
, 百拇医药
EMT 是一个动态的过程，来自微环境的刺激可以引发EMT，这些刺激包括：胞外基质，如胶原和透明质酸，和许多分泌的可溶性因子，如Wnt、转化生长因子β (transforming growth factor-β，TGF-β)、Hedgehog、表皮生长因子( epidermalgrowth factor，EGF)、肝细胞生长因子( hepatocytegrowth factor，HGF )和细胞因子[25]。这些微环境的刺激通过调节信号通路来起始和控制EMT 以及癌症转移.其中Wnt、TGF-β、Hedgehog、Notch 和nuclear factor-κB(NF-κB)通路在EMT 过程中发挥了重要的作用。在Wnt 信号通路中，Wnt 通过抑制糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3，GSK-3β)的活性，稳定Snail 的蛋白质水平来诱导EMT 和癌症转移[26]。Hedgehog 信号通路中，抑制剂环杷明(cyclopamine)可以阻断信号通路并抑制前列腺癌的侵袭和迁移，这是通过抑制前列腺癌细胞的EMT 过程实现的[27]。在乳腺癌模型中，NF-κB 被认为是EMT 过程的重要调节因子。在这个模型中，NF-κB 信号通路关系到EMT过程的各个方面，同样在肿瘤转移中也有重要作用[28]。, 百拇医药(赵文芳 贾永峰(通讯作者))
[关键词]肿瘤侵袭转移；肿瘤干细胞；上皮间质转化；microRNA
肿瘤侵袭转移是恶性肿瘤的重要生物学特征。大多数癌症患者并非死于原发性癌而是死于转移性癌[1]，肿瘤的转移是多因素、多基因相互协调作用的多阶段过程。
每个组织、器官都有自身的结构，肿瘤细胞侵入这种器官就必须应对环境的压力，包括：氧气和营养的缺乏，低pH，活性氧自由基和炎症反应调节因子，经过环境的选择后，肿瘤细胞获得恶性的表型。另外，肿瘤细胞内源性的基因组不稳定性增加了其获得转移能力的可能性，基因组不稳定及异质性的肿瘤细胞具有染色体缺失、易位、重排等与癌症相关的特征。原发灶肿瘤中只有很少一部分细胞具有转移能力。在动物模型中，只有1%甚至更少的细胞可以进入循环系统进行转移[2]。
, 百拇医药
近年来，针对肿瘤侵袭转移的研究，在基础和临床的各个领域均有不同程度的进展和突破。现仅从以下几个方面介绍：
1、肿瘤干细胞与侵袭转移
肿瘤干细胞(cancer stem cells， CSC)是肿瘤群体中具有自我更新(self-renewal)、分化(differentiation)和稳态控制(homeostatic control)能力的细胞亚群.只有这部分细胞在移植到免疫缺陷动物体内后才具有成瘤的能力。除了白血病以外，目前已从乳腺癌、脑肿瘤、肝癌、大肠癌、前列腺癌、胃癌、肺腺癌、结肠癌、胰腺癌等[3]实体瘤中根据各自不同的表面标记分离出具有干细胞特征的细胞亚群。
由于肿瘤群体中只有干细胞具有很强的迁徙运动能力，很强的自我更新、增殖能力，以及在陌生环境中生存的能力，所以只有肿瘤干细胞才有能力长期维持肿瘤的生长。因此，人们推断至少在部分肿瘤中转移瘤的形成应当由肿瘤干细胞来完成[4]。
, 百拇医药
关于肿瘤干细胞是否存在，以及其是否参与了肿瘤的形成和转移，目前尚未得到实验证据，而且肿瘤干细胞与癌症转移的关系也并不清楚。“肿瘤干细胞假说”认为，癌症起源于一些具有同正常组织干细胞类似性质的细胞，称为“肿瘤干细胞或肿瘤起始细胞”。然而这个假说却引起很大的争论，这个争论不仅仅限于乳腺癌，在其他器官的癌症中也存在[5-11]。Polyak等研究表明，“肿瘤干细胞假说”仅仅关注于研究特定类型细胞形成新的肿瘤的能力，忽视了肿瘤细胞及其微环境之间相互作用的复杂性。在研究肿瘤干细胞的过程中，通过细胞表面标志物鉴定细胞亚群的方法是无可否的.研究人员观察到小鼠体内具有特定表面标志物的细胞更易起始新的肿瘤，但是他们并不能断定这种表面标志物是形成肿瘤细胞所特有的[12]。因此，不同的癌症中，肿瘤的形成有着不同的模式，并不遵循单一的模式或者规律。
最近，Hermann 等[13]利用人胰腺癌作为模型，证实了肿瘤干细胞与转移的关系.利用原代人类肿瘤和永生化细胞系识别出了一小群类似于干细胞的肿瘤细胞，这些细胞可以自我更新。将CD133 做上标记，发现这些细胞也会对常规的化疗产生抗性，这为此种疾病导致生存希望渺茫的原因提出了一种可能的解释。还发现了CD133+ 细胞的一个亚组，这些细胞在肿瘤与健康组织分界处也会表达趋化因子受体4(chemokinereceptor 4，CXCR4)，当研究人员将这些细胞注射入小鼠中时，小鼠会形成原代肿瘤，发生肿瘤转移，但是当利用CXCR4 抗体进行预培养或者消耗CXCR4+ 细胞的时候，小鼠会保持致瘤性，却丧失了肿瘤转移的能力。这说明这组CD133+CXCR4+ 的癌症干细胞是肿瘤转移所必需的。由于干细胞对常规治疗不敏感，可以产生抗性，因此也是肿瘤复发转移的主要原因。认识肿瘤干细胞在侵袭转移中的作用，可提供新的抗转移思路，为临床上治疗肿瘤提供依据[14]。
, 百拇医药
另外，特异的microRNAs 参与维持肿瘤干细胞表型以及肿瘤细胞的侵袭和转移。miRNA 介导的通路是细胞干细胞化(stemness)的基础[15]。胚胎干细胞含有大量特异的miRNAs，其一方面参与基因调节，另一方面受到自我更新和多潜能性转录因子的控制[16]。胚胎干细胞中大多数重要的miRNAs也参与了细胞周期调控以及肿瘤发生。Yu 等提出let-7 在肿瘤干细胞扩增及运动方面的作用.在乳腺癌肿瘤干细胞中，let-7 表达量显著下降，把细胞移植入裸鼠体内时，将促进体内肿瘤的形成和转移能力[17]。另外一个参与干细胞化的miRNA 是miR-206，研究表明其与乳腺癌的转移复发呈负相关[18]。miR-101 具有双重的作用：促进细胞干细胞化和转移，通过抑制EZH2 的表达，miR-101 不仅可以控制肿瘤细胞的增殖，还可控制其转移和侵袭能力。miR-101 在胰腺癌、乳腺癌、卵巢癌、肺癌和结肠癌中是显著低表达的，在胰腺癌的转移灶中是不表达的。因此，miR-101 表达量的下降是与肿瘤生长和转移相关的分子标志[19]。
, 百拇医药 2、上皮间质转化在肿瘤侵袭转移中的作用
上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transitions，EMT)是一种基本的生理病理现象，是胚胎发育中形态发生过程的重要部分。20 世纪80 年代最早认为EMT 是胚胎发育的重要特征。在EMT 过程中，上皮细胞获得成纤维样细胞的特征：细胞间粘附减弱、运动性增强，且细胞间紧密连接及细胞极性均被破坏。胚胎发育过程中参与EMT 过程的基因被证实参与控制转移过程。越来越多的证据表明，EMT 是许多肿瘤侵袭和转移早期的一个重要的过程[20]。EMT 概念的提出使人们对肿瘤侵袭转移机制有了更深刻的理解。EMT 的一个重要标志是E- 钙粘素(E-cadherin)表达的下调，在发育和癌症发生过程中，EMT 部位E- 钙粘素持续性表达下调。E- 钙粘素的表达水平与肿瘤发生的阶段相关[21，22]。许多转录因子抑制E- 钙粘素的表达，如：Snail/Slug 家族蛋白、Twist、δEF1/ZEB1、SIP1 和E12/E47.其中Snail 通过抑制E- 钙粘素的表达在EMT 和乳腺癌的转移中发挥了重要的作用[23，24]。另外，Snail 在起始原发瘤转移表型过程中发挥着重要的作用，因此Snail可作为EMT 发生早期的标志物。
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EMT 是一个动态的过程，来自微环境的刺激可以引发EMT，这些刺激包括：胞外基质，如胶原和透明质酸，和许多分泌的可溶性因子，如Wnt、转化生长因子β (transforming growth factor-β，TGF-β)、Hedgehog、表皮生长因子( epidermalgrowth factor，EGF)、肝细胞生长因子( hepatocytegrowth factor，HGF )和细胞因子[25]。这些微环境的刺激通过调节信号通路来起始和控制EMT 以及癌症转移.其中Wnt、TGF-β、Hedgehog、Notch 和nuclear factor-κB(NF-κB)通路在EMT 过程中发挥了重要的作用。在Wnt 信号通路中，Wnt 通过抑制糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3，GSK-3β)的活性，稳定Snail 的蛋白质水平来诱导EMT 和癌症转移[26]。Hedgehog 信号通路中，抑制剂环杷明(cyclopamine)可以阻断信号通路并抑制前列腺癌的侵袭和迁移，这是通过抑制前列腺癌细胞的EMT 过程实现的[27]。在乳腺癌模型中，NF-κB 被认为是EMT 过程的重要调节因子。在这个模型中，NF-κB 信号通路关系到EMT过程的各个方面，同样在肿瘤转移中也有重要作用[28]。, 百拇医药(赵文芳 贾永峰(通讯作者))