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【关键词】 癌症 转移 治疗 对策
癌症转移是指癌细胞从原来的部位转移到其他部位并形成新的病灶的过程，这种转移既是恶性肿瘤的重要特征，又是癌症治疗困难、失败和癌症病人高死亡率的主要原因。所以，人们把癌症的浸润和转移看作为一个令人不安的、病情恶化、更难治疗的转折点。如果没有转移一说，人们可能根本不把癌症当会事，因为癌症致死的原因90%以上是由于癌细胞在肺、肝、脑和骨等部位转移的结果，而只有不到10%的死亡是由于原发瘤所致。近年来，随着对癌症转移过程、步骤及其转移机制的深入研究，癌细胞转移之谜逐渐被揭开，人们有理由期待在不久将来出现防治癌症转移的新疗法。
1 癌症转移过程
癌症转移虽然普遍存在，但是癌细胞要在身体其他部位生存下来是一个多基因、多因素参与的十分复杂的过程，其复杂程度曾经使一些研究者望而却步。美国学者发现：在转移前，癌细胞必须经过数十次的基因突变，而原发癌的出现仅需要几次突变；更为复杂的是每一种癌症转移，如乳腺癌的肺转移或是前列腺癌的骨转移等等，都有它特定的基因和分子层面上变化，即不同癌症具有不同倾向的转移过程和规律。值得庆幸的是癌症转移的几率并不高（否则更为致命），有科学家估计一个直径为1cm的癌瘤，每天约有100万个癌细胞与瘤体分离，而1年分离下来的所有癌细胞可能只有1个获得存活（几亿分之一）。这是因为癌细胞要想转移，首先需要打破细胞之间的黏附作用，然后要穿过致密的结缔组织，即使其终于通过微血管进入血液，它可能被血液循环所撕碎，也可能受到白细胞的攻击或吞噬。就算癌细胞在血液循环中存活下来，并且能从微血管出来，到达一个新的器官或组织，等待它的是完全陌生而且是并不友好的环境。在这样环境中，一些癌细胞当即死亡，有些经过数次分裂后也死亡，还有一些保持休眠状态。最终在组织中存活下来的癌细胞能够定植和再生，完成了癌症转移，并且挤压正常的细胞，影响、破坏正常组织和器官的功能，最后足以致命。
2 癌症转移步骤
癌症转移是个多步骤极其复杂的过程，并且大致相同，其中主要包括：（1）癌细胞从原发灶分离脱落；（2）浸润、侵犯周围组织；（3）进入循环系统（心血管或淋巴系统）；（4）逃避免疫系统的监视与攻击；（5）附着于远处的管腔床；（6）外渗入靶器官组织；（7）定植、再生，形成继发性转移癌［1］。然后，不同的原发癌总是向其特定的组织器官转移，或者说特定的组织器官更容易（或更愿意）接纳原发灶来的癌细胞。例如乳腺癌容易转移到脑、肝、骨和肺；前列腺癌常转移到骨；而结癌肠往往转移到肝等。其中提示了癌细胞转移的靶器官组织，即被侵入的组织的微环境在癌转移过程中可能起着非同一般的关键作用，是否可以大胆设想接受转移的靶器官组织的微环境在某种程度上愿意接纳癌细胞，或者说对可能转移来的癌细胞设置障碍最少，使癌细胞较容易存活。研究结果证明了微环境的某些改变帮助了刚抵达的癌细胞植入，这些改变既包括组织内的正常细胞，也涉及在体内巡逻的免疫细胞。例如，这些组织内的正常细胞会产生一些酶，使靶器官的细胞结构变得松散，有利于癌细胞的转移和扩散；聚集在改变了的微环境中的巨噬细胞不仅不能吞噬癌细胞，而且会帮助癌细胞定植，有利于癌细胞的转移和扩散。乳腺癌的骨转移是个极好的例子，乳腺癌细胞可激活正常的破骨细胞，使其在分解骨骼的同时释放大量的生长因子，而这恰好助长癌细胞转移和扩散。最近美国科学家大胆提出转移前的癌组织会先派出“特使”为要植入的新址做准备或者说提前为癌转移打开“那扇门”。例如，癌细胞可动员正常的骨髓细胞，让它们迁延到特定区域改变微环境，以便吸引和支持酝酿中的癌转移。
3 癌症转移机制和防治对策
癌转移是个很复杂、多因素的病理生理过程，其不仅涉及到癌细胞和宿主细胞，癌细胞和癌细胞之间的相互作用，而且还有许多生物活性分子参与及相互调控。
3.1 细胞粘附能力的改变 细胞粘附包括癌细胞与癌细胞之间的同质性粘附和癌细胞与基质细胞之间的异质性粘附。癌细胞之间的同质性粘附减弱，使癌细胞脱离是癌转移的前提，而异质性粘附是癌细胞侵袭转移的必要途径。另一方面，癌细胞只有粘附于基质和血管内皮细胞，方能进入血液循环造成血行转移。正常细胞表面存在多种介导细胞之间，细胞与细胞外基质之间的粘附分子（CAM），与癌转移有关的CAM大致有以下几类：E-钙依赖的粘附素（E-cadherin），整合素，选择素和CD44分子等。
3.1.1 E-钙依赖的粘附素（E-cadherin，E-CD） E-CD是维持正常上皮完整性和极性的跨膜糖蛋白，当E-CD表达减少或 其他因素损害其功能时，癌细胞就容易脱离原发灶而发生侵袭转移。E-CD属于钙依赖性的具有细胞和细胞粘附特性的一种蛋白质，主要介导同质性细胞粘附，如癌细胞和癌细胞之间的粘附，故其存在使原发癌难以脱落及侵入周围的组织和血管，所以E-CD表达减少，有利于癌细胞的侵袭转移；如将编码E-CD的DNA插入到癌细胞的基因组，则可使癌细胞丧失侵袭和转移能力；相反将E-CD反义RNA导入高表达E-CD的癌细胞株中，可显著提高其转移能力，提示E-CD有抑制肿瘤转移功能。Shibanuma 等对81例小细胞癌检测时发现E-CD的表达和肺癌的淋巴结转移、浸润和分期有显著的相关性［2］。
3.1.2 整合素 整合素是一种镶嵌在膜上的糖蛋白，由两个亚单位组成的二聚体复合物，其亚单位的变异可使它或者参与不同细胞之间的粘附连接，或者协助细胞和细胞外基质的结合。癌转移过程必然要发生癌细胞和胞外基质的相互作用，而整合素在此过程中发挥着重要作用。Buerkle等研究发现整合素的表达水平和肿瘤细胞侵袭转移呈正相关，因此用整合素的拮抗剂可显著减少体内肿瘤生长和转移［3］。
3.1.3 E-选择素（E-selectin） 脱落的癌细胞与血管内皮的粘附是癌症血道转移时不可缺少的一步，Matsuura等［4］在对乳腺癌的转移研究中发现，血管内皮细胞上表达的E-selectin受体和在癌细胞表达的E-selectin配体介导了该粘附过程。E-选择素不但在体外有促进内皮细胞迁延作用，而且在体内有诱导新生血管形成的能力，其与肝癌、肠癌、膀胱癌的转移关系密切。抑制E-选择素在内皮细胞上表达以及阻断其激活与信号转导通路，从而抑制癌细胞与内皮细胞的粘附，可防治癌症转移。一些癌细胞可表达sialyl-Lewisx，而sialyl-Lewisx带有唾液酸，增加癌细胞表面负电荷和掩盖其表面抗原而逃避免疫细胞的杀伤。
3.1.4 其他 CD44也是介导异质性细胞粘附分子，有CD44s和CD44v两种类型，而具有转移能力的癌细胞主要表达CD44v。具有侵袭和转移能力的肝癌细胞呈现高水平的CD44表达，而且CD44v异构体与恶性肿瘤的相关性更强［5］。CD44促进癌细胞向基质侵袭主要是通过其与基质中的透明质酸等分子的结合粘附； 有CD44v的参与，使得肿瘤细胞获得包括粘附、迁延、外渗和浸润等生物学特性。细胞间粘附分子-Ⅰ也能介导细胞粘附，促进癌细胞转移。
3.2 肿瘤血管的生成 肿瘤组织内微血管的生成是肿瘤侵袭和转移的关键，因为直径大于2mm的肿瘤其进一步的生长需要微血管来输送营养物质和氧气，而且肿瘤的侵袭和转移全过程中，微血管的形成贯穿始终。大量实验研究证明体内有许多因子与微血管形成有关，其中主要有血管内皮生长因子（VEGF），成纤维细胞生长因子（bFGF），白介素-8等。同样，临床和病理研究观察到淋巴道的转移是实体瘤肿瘤细胞播散的主要途径之一［6］。
3.2.1 血管内皮生长因子（VEGF） VEGF是最主要的肿瘤微血管生成的刺激因子，其可以来自肿瘤细胞、肿瘤相关的内皮细胞，也可来自巨噬细胞及间质细胞。VEGF不仅可以通过血管内皮上的flk、flt1和flt4受体来促进微血管的血管内皮细胞增殖迁延，而且能够促进微血管的管腔形成和通透性增加。研究证明肿瘤组织内VEGF高度表达，单位体积肿瘤血管表面积是对照组的6倍，而VEGF的表达减少可显著降低恶性实体瘤的体积以及血管密度和通透性，使肿瘤转移能力大大降低［7］，如将野生型的p53基因导入可抑制VEGF分泌，阻碍肿瘤组织内的血管新生。VEGF-C是目前发现惟一的特异性促淋巴管内皮生长因子，其在许多肿瘤内都有表达。VEGF-C的表达水平和肿瘤血管生成、淋巴转移呈正相关。凡是表达VEGF-C的肿瘤细胞，都具有较高的局部淋巴结的转移率［8］。VEGF-C的表达促进癌细胞转移机制是通过促进淋巴管内皮的增生、淋巴管数目的增多、脉管通透性的增加、改变淋巴管内皮粘附特性或表面趋化因子的表达来实现的［9］。
3.2.2 成纤维细胞生长因子（bFGF） bFGF是首个被发现的促微血管生成因子，有酸性和碱性两种，其中碱性的bFGF介导的血管生成作用最强。临床上出现转移的肿瘤外周边缘细胞中bFGF的表达比转移前有明显的升高。bFGF既是内皮细胞的丝裂原，又是内皮细胞运动的趋化因子。
3.2.3 其他 在血管生成的早期，内皮细胞降解内皮下的基底膜，然后有内皮细胞的植入、增殖形成血管。乙酰肝素酶可在内皮细胞植入过程中起降解基底膜的作用。另外，乙酰肝素酶也可直接作用于血管内皮细胞以出芽的方式促进血管的生成。Kelly等的研究发现乙酰肝素酶的活性与血管密度呈正相关［10］。临床资料显示癌转移病人血清中乙酰肝素酶的含量和活性均有明显升高。因此，乙酰肝素酶抑制剂的研究是抗肿瘤转移治疗药物研究中的一个重要领域。IL-8是一种多功能的趋化因子，其可刺激癌细胞的生长及诱导癌细胞的迁延，因此和癌细胞的生长转移有关。
3.3 癌细胞的运动 癌细胞运动是其进入或移出血管活动的前提。研究发现癌细胞衍生的细胞激肽如自分泌移动因子（AMF）能够介导癌细胞的运动，而某些基质成分与其降解产物以及一些生长因子对癌细胞的运动具有趋化作用。癌细胞运动能力的增强可以促进癌的转移，而影响癌细胞运动能力的因素有很多，其中比较明确的是nm23和metastin 基因，它们可通过抑制癌细胞运动能力来抑制癌细胞的转移。研究发现在将nm23-1基因导入黑色素瘤细胞后，nm23高度表达使黑色素瘤转移能力下降了90%；metastin 的类似作用也在黑色素瘤和乳腺癌中得到证明。埃兹蛋白（Enrin）是膜-细胞骨架的连接蛋白，也是肿瘤粘附、侵袭行为的潜在调节剂，其通过调节肌动蛋白的微丝来改变细胞的形态和运动［11］。一般情况下，Enrin表达水平降低，癌细胞运动及侵袭行为就增强。Enrin和骨癌［12］、乳腺癌及前列腺癌等的转移都有密切的关系。
3.4 细胞外基质的降解 细胞外基质降解是肿瘤转移过程中的关键步骤。癌细胞在侵袭转移过程中必须破坏细胞之间的基质和基底膜组成的细胞外基质（ECM），其主要是通过癌细胞分泌一些蛋白溶解酶来溶解基底膜，导致基底膜产生局部缺损，癌细胞借助阿米巴运动由此游出。癌细胞也能诱导宿主细胞产生蛋白酶来溶解ECM，这样癌细胞就可通过缺损的ECM进入血液循环，实现血行转移。在参与细胞外基质降解的酶中，最重要的一类酶是基质金属蛋白酶类（MMPs）。MMPs能降解几乎所有ECM中的各种成分，其活性可被体内存在的金属蛋白酶抑制因子（TIMP）所拮抗。Gianluigi 等发现在恶性肿瘤转移过程中存在MMP-2和TIMP之间的平衡失调，即既有MMP-2水平的上调，又有TIMP-2水平的下调，而这两者失衡的结果是加速ECM的降解［13］。纤溶酶原激活因子（PA）使纤溶酶原变成纤溶酶，后者不仅可以直接降解细胞外基质的成分，而且能激活金属蛋白酶，使ECM和基膜降解，为肿瘤转移扫清道路。丹麦科学家发现小鼠如缺乏尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA），癌细胞就不能扩散，因此，研究开发选择性的小分子uPA来防治癌转移不失为一个有意义的切入点。
3.5 癌细胞的定植 定植是癌症转移过程中最艰难的一步，成功率很低，有学者认为癌细胞难以在遥远的某种组织中定植是因为组织的微环境的“不友好”或组织的排斥；有的认为是因为体内正常的癌症转移抑制基因缺陷或功能障碍。迄今为止，已经发现不少于10种癌转移抑制基因，包括NM23，Kissl，MKK4和RhoGDI2等，它们都有阻止癌微转移定植功能。实验研究显示在发生癌转移时，它们要么存在缺陷，要么处于失活状态。在数项对老鼠的研究中，观察到在修复了有缺陷的癌转移抑制基因后，癌细胞虽然能够扩散，但是不会定植了。流行病学调查也发现这些基因能够预示癌症患者的存活或转移发生率。设计、试验能够激活或修正这些药物对于癌症转移的防治有重大意义。
3.6 其他 癌细胞在血行迁延时可激活血液中的血小板，使血小板凝集并将癌细胞包裹形成癌细胞-血小板聚合体这样的“保护层”，以避免人体防御系统的攻击。癌细胞还可使血小板释放生物活性分子，导致血管壁通透性增加，有利于癌细胞由管腔向外移行。另外，癌细胞可借助血小板与正常组织的粘附有利于植入。血小板还能分泌生长因子来促进癌细胞的增殖，最终完成癌的转移。截获、消除“特使”或用药物阻断之，可能有助于阻止癌转移，甚至可治疗已经发生的转移和扩散。应用抗凝及抗血小板凝集的药物，切断血小板和癌细胞之间的依存关系，对于阻断癌症血行转移有重要意义。癌细胞也能分泌一种骨桥蛋白（OPN），能促进癌细胞的趋化、粘附和迁延，其主要机制是以OPN 的N端与整合素受体结合，来启动Ras途径，再激活丝裂原激活蛋白激酶（MAPK），引发细胞骨架蛋白和信号蛋白的磷酸化，导致细胞迁延［14］。OPN还可结合CD44与埃兹蛋白作用，改变细胞骨架，引发癌细胞的运动。另外，OPN与整合素结合除了能引起癌细胞的迁延外，还可引起血管内皮迁延和血管腔的形成，从而诱导肿瘤血管生成，促进癌细胞的生长和转移［15］。设计针对OPN及其受体的干预是防治癌转移的潜在靶点。NO是一种重要的气体信使分子，其与肿瘤的侵袭和转移过程有关［16］，宿主血管内皮细胞释放的NO起着防止肿瘤转移的天然屏障作用［17］，因为NO可诱导癌细胞的凋亡而抑制肝脏转移，而用NO合酶抑制剂L-NAME则可阻断NO释放，使肝转移升高。NO抑制癌细胞转移主要通过NO的扩张血管并干扰癌细胞与血小板的聚集作用，防止癌栓在毛细血管中定植，影响癌细胞在血管腔内的存活和穿透血管壁的能力［18］。NO还可抑制血管细胞粘附分子（VCAM）和细胞间粘附分子（ICAM）的表达，降低癌细胞的粘附能力。NO可削弱癌细胞的变形能力，使其难以穿越毛细血管。此外，NO还可选择性地抑制 MMP-2表达，并且抑制血管内皮和平滑肌的增殖和迁延来阻止癌细胞的生长和转移。因此，调控iNOS 表达和NO的产生有望成为抑制肿瘤转移的理想对策，如直接将iNOS基因导入癌细胞或宿主浸润来增加NO的产生等。
4 小结
癌细胞为何如此“能干”，完成癌症转移过程中复杂而又艰难的众多步骤，在这整套转移过程中，有无启动此行动的所谓“主调控基因”一直是摆在科学家面前的一个重大而又困难的问题。美国的Robert 大胆提出有争议的观点：癌细胞能够启动胚胎发育时期的某个转化过程，从而使癌细胞得以转移。众所周知，在胚胎细胞时期，上皮-间质转化过程启动，使胚胎细胞转移到身体的不同部位，发育形成不同种类的组织。但是在胚胎发育期后，这种转化过程就被关闭，只有在创伤需要愈合时，这种转化过程会被短暂启动，使创伤得到修复。癌细胞如何乘机抓住机会启动了这个过程并且阻止此过程的关闭是癌症转移的防治研究的关键靶点。最近10几年里，癌干细胞（CSCs）与其生物学特性在血液肿瘤细胞及其他实体瘤中得到确认［19］。各国癌症研究人员认为，正是由于在癌细胞中只占很少比例的癌干细胞不断再生，才使恶性肿瘤不断生长扩大，因此，产生了一种新的观点：只有根除癌干细胞才能从根本上防止癌症转移，最终达到治愈癌症的目的。
【参考文献】
［1］ Nakayama H，Yasui W，Yokozaki H，et al. Reduced expression of nm23 is associated with metastasis of human gastric carcinomas［J］. Jpn J cancer Res，1993，84（2）：184～190.
［2］ Shibanuma H，Hirano T，Tsuji K，et al. Influnce of E-cadherin dysfunction upon local invasion and metastasis in non-small cell lung cancer［J］. Lung Cancer，1998，22（2）：85～95.
［3］ Buerkle MA，Pahernik SA，Sutter A，et al. Inhibition of the alpha-nu integerins with a cyclie RGD peptide impairs angiogenesis，growth and metastasis of solid tumor in vivo［J］. Br J Cancer，2002，86（5）：788～95.
［4］ Matsuura N，Narita T，Mitsuoka C，et al. Increased level of circulating adhesion molecules in the sera of breast cancer patients with distant metastases［J］. Jpn J Clin Oncol，1997,27（3）：135～39.
［5］ Enrique LP，Juna S，Maria M，et al. The hepatitis B virus X protein （HBx）induced a migratory phenotype in a CD44-dependent manner：Possible role of HBx in invasion and metastasis［J］. Hepatology，2001，33（5）：1270～1281.
［6］ He Y，Karpanen T，Alitalo K，et al. Role of lymphangiogenic factors in tumor metastasis［J］. Biochem Biophys Acta，2004，1654（1）：3～12.
［7］ Grunstein J，Roberts WG，Mathieu-Costello O，et al. Tumor-derived expression of vascular endothelial growth factor is a critical factor in tumor expansion and vascular function［J］. Cancer Res，1999，59 （7）：1592～1598.
［8］ Ishikawa M，Kitayama J，Kazama S，et al. Expression of vascular endothelial growth factor C and D （VEGF-C and –D）is an important risk factor for lymphatic metastasis in undifferentiated early gastric carcinoma［J］. Jpn J Clin Oncol，2003，33（1）：21～27.
［9］ Nathanson SD. Insights into the mechanisms of lymph node metastasis［J］. Cancer，2003，98（2）：413～423.
［10］ Kelly T，Miao HQ，Yang Y，et al. High heparannase activity in multiple myeloma is associated with elevated microvessel densith［J］. Cancer Res，2003，63（24）：8749～8756.
［11］ Fais A. A role for ezrin in a neglected metastatic tumor function［J］. Trends Mol Med，2004，10（6）：249～250.
［12］ Khanna C，Wan X，Bose S，et al. The membrane-cytoskeleton linker ezrin is necessary for osteosarcoma metastasis［J］. Nat Med，2004，10（2）：182～186.
［13］ Giannelli G，Bergamini C，Marinosci F，et al. Clinical role of MMP-2/TIMP-2 imbalance in hepatocellular carcinoma［J］. Int J Cancer，2002，97（4）：425～431.
［14］ Tuck AB，Hota C，Wilson SM，et al. Osteopontin-induced migration of human mammary epithelial cells involves activation of EGF receptor and multiple signal transduction pathways［J］. Oncogene，2003，22：1198～1205.
［15］ Castellone MD，Celetti A，Guarino V，et al. Autocrine stimulation by osteopontin plays a pivotal role in the expression of the mitogenic and invasive phenotype of RET/PTC-transformed throid cells［J］. Oncogene，2004，23：2188～2189.
［16］ Domenico R. Pharmacology of notric oxide：molecular mechanisms and therapeutic strategies［J］. Curr Pharm Res，2004，10（14）：1667～1676.
［17］ Wang HH，McIntosh AR，Hasinoff BB，et al. Regulation of B16F1melanoma cell metastasis by inducible function of the hepatic microvasculature［J］. Eur J Cancer，2002，38（9）：1261～1270.
［18］ Seirom S，Raharjo WH，Chotivanich K，et al. Anti-adhesive effect of nitric oxide on plasmodium falciparum cytoadherence under flow［J］. Am J Phathol，2003，162（5）：1651～1660.
［19］ Bonnet D. Cancer stem cells：preface to the third issue of stem cell reviews［J］. Stem Cell Reviews，2005，1（3）：179～180.
作者单位：海南医学院生理学教研室,海南 海口 571101.