1、综述肺转移瘤的转移前微环境与转移微环境郑燕综述龙浩审校（中山大学肿瘤防治中心胸科 中山大学肺癌研究中心 华南肿瘤学国家重点实验室 ，广州）摘要 ：一个多世纪前 就肿瘤器官特异性转移现象提出了 “种子与土壤 ”学说 。时下研究热点集中在一些特殊因子介导的靶器官环境改造 ，肿瘤细胞归巢行为 。有动物实验证实肺转移瘤形成前 ，肺部已发生大量炎症因子聚集 。宿主靶器官的改变影响转移瘤形成的每一个步骤 。与 针对这一土壤变化过程提出转移前微环境 （ ）及转移微环境 （ ）假说 ，指出土壤的变化是转移瘤形成的保障 。该假说提出后迅速引起肿瘤研究界轰动 。研究这一系列细胞分子生物学的改变 ，有助于阐明肿瘤转
2、移这一复杂的过程 ，为转移干预带来新的思路 。关键词 ：肺转移瘤 ；转移前微环境 ；转移微环境中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编号 ：（） ， （ ， ， ； ， ； ， ，；：）： “ ” ， ： ； ； ： 转移肿瘤细胞成功定植以至生长成瘤 ，伴随一系列复杂的细胞分子生物学改变 。肿瘤细胞进入循环系统最终定植并存活于远隔器官是一个艰难而且低效的过程，。这个过程需要基因调控产生不同的侵袭因子，需要不同的信号转导通路协同作用 ，上皮间质化 ，细胞间 、细胞与间质间的对话等。早在一个世纪前 ，就提出了 “种子与土壤学说 ”，试图对这一现象作出解释 ，这个探索旅程艰辛而充满挑战 。 “种子 ”
3、、“土壤 ”与特异性器官转移转移癌细胞的遗传特性决定其转移能力 ，在学界基金项目 ：广东省科技厅资助项目 （）已经达成共识 。部分癌细胞能下调与周围细胞连接相关的钙粘蛋白 ，同时通过相关卷曲螺旋形成蛋白激酶 （ ，）家族酶类获得阿米巴样运动的能力。和等从高转移的乳腺癌细胞中鉴定出了调控乳腺癌肺转移和骨转移的一系列基因 。乳腺癌肺转移的相关基因包括分化抑制因子（ ，）、基质金属蛋白酶（ ，）、基质细胞衍 生 因 子（ ，）。型趋化因子受体（ ，）和其已知的特异配体趋化细胞因子。乳腺癌细胞高表达，而肺组织高表中国胸心血管外科临床杂志年 月第 卷第 期 ， ，达。尽管肿瘤细胞遗传 、表型等方面特征决
4、定其转移特性的结论得到越来越多的认同 ，但部分学者认为靶器官的微环境对肿瘤扩散过程同样重要 。肿瘤还没发生转移之前 ，靶组织就已经发生变化 ，我们可以观察到靶组织持续炎症反应 、骨髓干细胞聚集 、基质重塑 、氧自由基增多以及其他生物活性致癌因子富集 。指出靶组织活化先于癌细胞转移 。靶组织的微环境变化对肿瘤向该组织转移提供了有利条件，。 骨髓来源细胞与转移前微环境年 ，等首次提出转移是原发瘤的“预谋 ”行为 。原发瘤分泌各种炎症趋化因子 ，使血管内皮生长因子受体阳性的骨髓祖细胞 （ ， ）进入循环中 。这些干细胞会定植在有成纤维细胞和成纤维样细胞活化的区域 。生理状态下 ，组织受损后会发生骨髓
5、干细胞的聚集 。通过流式细胞仪与免疫荧光技术 ，等发现绿色荧光蛋白标记的骨髓来源细胞 ，先于红色荧光标记的肿瘤细胞在肺部形成簇状聚集 ，等待肿瘤细胞定植 ，并进一步辅助其成瘤 。聚集点的骨髓细胞表达血管内皮生长因子受体（ ），同时表达 一 些 造 血 祖 细 胞 的 表 面 标 记 物 ，包 括、和。 表 达 整 联 蛋 白 （ ，），可特异性粘着于新合成的纤维连接蛋白 。 进一步产生基质金属蛋白（），水解基膜使更多的 进入转移前微环境 。的渗出定植打乱了肺组织的正常生理状态 。而且在转移前微环境中高表达 ，有研究提示其参与 了 与 转 移 微 环 境 密 切 相 关 的 内 皮 祖 细 胞（
6、 ，）从骨髓到转移靶点的定植及增殖 ，并维持这些骨髓来源细胞的原始状态 。 、纤维连接蛋白 、间质细胞改变局部微环境 ，活化其它连接蛋白及炎症趋化因子 ，例如促进肿瘤黏附 、存活和生长的。单克隆 抗 体 的 应 用 可 以 证 实 这 一 转 移 过 程 ，抑 制可 以 消 除 转 移 前 微 环 境。总之 ，远隔器官发生转移癌细胞聚集前 ，发生细胞学改变 ，形成转移前微环境 ，迎接转移癌细胞到来。 转移前微环境的细胞外基质发现骨髓来源细胞的定植现象后 ，和等进一步研究了转移前各种细胞定植形成的原因 。在动物实验中 ，为肺癌小鼠注射皮肤黑色素瘤的条件培养基 ，肺癌会发生脾脏 、肠转移 ，而这些
7、位点原本是黑色素瘤的转移靶器官而非肺癌的。原发瘤与靶器官间通过循环中的各种因子进行对话 ，决定定植位点 。不同的器官上皮存在异构性，内分泌腺来源的只在特定的细胞和组织成分中发挥生物活性 ，特异性促进肾上腺皮质和性腺中内皮组织的生长和迁移 ，对大动脉 、皮肤血管内皮细胞没有作用。靶器官血管内皮选择性受到原发瘤分泌的白细胞介素（，）和肿瘤坏死因子（ ，）的作用 ，表达选择蛋白 、选择蛋白 ，促进炎症细胞与内皮细胞黏附 ，这些蛋白也能调控癌细胞与内皮细胞的粘连。血管内皮细胞表达不同的黏附分子影响了转移前微环境及转移微环境的形成。最近的研究提示原发瘤能泡吐包含大量遗传信息的微泡 ，指导转移微环境形成。
8、肿瘤细胞大多高表达，少 数 同 时 表 达和胎盘生长因子（ 的特异结合配体 ），表达的肿瘤细胞更易于在转移微环境内聚集 ，同时可以募集表达的细胞，。促进成纤维细胞增殖 ，后者产生纤维连 接 蛋 白 。靶器官新生纤连蛋白是的天然配体 。纤维连接蛋白是细胞外基质糖蛋白与众多细胞生理过程相关 ，包括胚胎细胞迁移 。常见的转移位点 终末细支气管及细支 气 管 静 脉 周 围 可 以 观 察 到 纤 维 连 接 蛋 白 增加，。骨髓细胞及活化的成纤维细胞分泌各种因子来改变细胞外基质，如。除此之外 ，非细胞因素也参与其中 ，如局部氧浓度 ，组织缺氧与恶性肿瘤进程相关。赖氨酰氧化酶 （）是一种与胶原蛋白和弹
9、性蛋白交叉连接有关 ，由缺氧的人体肿瘤细胞分泌的酶。人乳腺癌细胞系鼠类模型的研究中 ，无论体内或是体外实验都证实的分泌可以增加肿瘤的侵袭性。缺氧乳腺癌细胞分泌在转移前位点聚集 ，在这里它通过交叉连接胶原纤维修饰细胞外基质使之易于接纳骨髓细胞。阻止合成可减少骨髓细胞在人乳腺癌细胞小鼠模型转移前微环境内的聚集 ，预防肿瘤转移。原发瘤的远距离调控 、局部的表达 、骨髓细胞的募集 、新生纤维连接蛋白 、活化的炎性通路 ，可能是控制募集行为的元凶 。 肿瘤细胞的成功定植大量的肿瘤细胞进入循环中 ，极少数可以在转移 中国胸心血管外科临床杂志年 月第 卷第 期 ， ，位点成功渗出 、存活 、增殖，。有学者认
10、为 ，肿瘤细胞在第二位点的渗出是个高效事件 ，而生长成瘤是一个低效事件。这一现象可能由微环境决定 ，也可能由肿瘤细胞自身决定。等指出不同的基因预测了乳腺癌细胞的不同转移位点 。这一研究为诊断学和临床个体化治疗开辟了新的道路 。不同基因编码的蛋白质 ，影响肿瘤细胞的生物学行为以及其与靶器官微环境间的对话 ，决定了他们的定植位点。恶性细胞必须有自我更新的能力才能形成转移瘤 。这是生理干细胞与肿瘤干细胞的特性。这表明肿瘤干细胞更容易渗入转移前微环境内 。有证据提示在乳腺癌细胞侵袭早期的上皮间质化过程中 ，部分癌细胞获得了干细胞的特征。用抗原荧光分析法 ，发现它们获得及，即自我更新与分化的能力。肿瘤干
11、细胞是现今研究热点之一 ，其干性特点是否需要环境来提供保障 ，是值得研究的课题 。有研究证实 ，骨髓祖细胞中分化基因转录抑制因子 （）基因和的表达，这些基因编码的蛋白 能 在 早 期 促 进 乳 腺 癌 转 移 瘤 细 胞 的 持 续 性生长。 骨髓来源细胞与转移微环境通过转移前微环境得到了成功定植的癌细胞 ，进入了一个全新的时期 。癌细胞可以近距离和自己的邻居交流 ，开始形成转移微环境。这个时期的主要矛盾已经从黏附定植转移到增殖存活 ，这个过程需要新生血管 。在转移灶形成后期 ，细胞在转移瘤周边大量聚集。阻断，转移癌细胞将进入休眠状态 ，直到再次引入。这时骨髓来源的又一定向祖细胞粉墨登场 血
12、管内皮生长受体阳性的内皮祖细胞 （）。大量研究提示其是这一开关的主要调控者，而是肿瘤血管新生的辅助者 。在胚胎时期 ，缺陷小鼠发生过度内皮增生 ，产生大量未成熟 、畸形血管 ，于胚胎死亡 。这一现象证明在辅助血管生成上起重要作用，。阻 断 骨 折 小 鼠 的会造成血管不稳定 ，影响骨折愈合。在成熟的内皮细胞 ，通过胞外信号调节激 酶 调 整 肌 动 蛋 白 ，调节内皮细胞运动。可 以 释 放 血 管 生 成 因 子 ，如、血管生成素 、血小板源生长因子 ，这些因子可以进一步加强血管的稳定性。促进血管生成的骨髓来源的需要使新生血管稳定，。这些功能对转移细胞的定植和进一步成瘤至关重要 。靶 向 抑
13、 制 使微转移灶无新生血管生长 ，从而使转移瘤无法生长 ，定植失败。理论上及动物实验中 ，无论在原发瘤形成初期或是转移微环境形成后 ，阻断骨髓来源细胞都可以干扰肿瘤转移进程，。等曾乐观地认为在肿瘤细胞也表达的情况下 ，阻断该受体可谓一箭双雕 ，抑制转移肿瘤细胞同时干扰转移微环境，。遗憾的是等的实验证实了骨髓来源的 （），在正常小鼠的肺部同样存在 。而且在小鼠自发转移瘤模型 中 ，无 论 何 时 阻 断，都 不 能 减 少（）在小鼠肺部的簇状聚集 。因此他们认为骨髓来源细胞的作用还需要进一步研究 。 转移微环境 转移癌细胞免疫避难所肿瘤细胞成功定植后 ，开始与转移微环境内细胞及间质对话 。转移的
14、肿瘤细胞要生长 ，必须躲过相当数量的细胞致死信号 。肿瘤细胞没有与邻近细胞连接 ，会导致凋亡 ，而没有与细胞外基质的连接会导致失巢凋亡。透明质酸受体是肿瘤细胞在转移初期逃过凋亡 ，进一步建立转移微环境的功臣。封闭肿瘤细胞的，大多数细胞都发生了凋亡 ，无法形成转移灶。有假说阐述原发瘤相关骨髓细胞调节各种免疫因子 ，使原发瘤成功逃脱免疫监视 。例 如 ，的 骨 髓 细 胞 产 生 肿 瘤 生 长 因 子（ ，）直接干扰的功能 ，同时抑制自然杀伤细胞 、细胞 、成熟的树突状细胞。在转移微环境内聚集的骨髓源细胞可能产生相同作用 ，为转移瘤细胞提供免疫避难 ，使之静悄悄的存活增殖 。骨髓细胞表达骨桥蛋白
15、 ，与肿瘤细胞的黏附 、存活相关 ，调控的活性 ，同样抑制宿主免疫防御，。 肺特异性转移肺部有大量血管上皮及肺泡上皮 ，形成气血交换屏障 。毛细血管网密集 ，含氧量高 ，这些是转移癌细胞早期生存的必要条件 。肺部存在大量尘细胞 ，这些髓系来源的肺细胞防御系统的调控者 ，可以分泌大量炎症因子 ，如、，促进血管增生或肿瘤生长 。有研究提示尘细胞受原发肿瘤的调控 ，可以增加血管通透性 ，为癌细胞渗出及生长打开方便之门。与 上 皮 细 胞 和 部 分 癌 细 胞 一 样 ，尘 细 胞 可 表 达并可分泌蛋白水解酶 ，该受体激活后 ，会有中国胸心血管外科临床杂志年 月第 卷第 期 ， ，大量产生。小鼠基
16、 因 敲 除 模 型 证 实 了和，在 肺 转 移 瘤 形 成 中 举 足 轻重，。除了肺部自身的特点 ，原发肿瘤调节肺部转移微环境并决定肿瘤特异性器官转移 。对于肿瘤分泌的这些可溶性因子 ，至今尚无法完全解读 。等的实验发现 ，原发肿瘤细胞分泌的、和能够特异性地诱导肺实质 （而不是肝脏或肾脏 ）内炎性蛋白和的表达 ，而 肺 部 正 是 肿 瘤 转 移 的 靶 器 官 。炎 性 蛋 白和可以吸引（）骨髓细胞到达转移前微环境。在转移前微环境内 ，炎性蛋白和可诱导血清淀粉状蛋白（ ，）产生 ，该过程通过样 受 体（ ，）活 化信号通路。这一正反馈回路使骨髓细胞大量累积 ，化学趋化因子大量产生 ，是
17、肺转移瘤形成的保障。和抗体能够抑制的骨髓细胞浸润 ，同时能极大地减少肿瘤细胞在小鼠肺内形成病灶的比例 ，幅度高达。是恶性肿瘤患者预后较差的因素。现阶段研究认为 ，炎症反应是转移微环境形成的最大帮凶 。骨髓细胞分泌的、和促进了 肺 转 移 瘤 的 形 成，原发肿瘤释放的、和也有助于转移微环境的形成并吸引了骨髓 来 源 树 突 状 细 胞 （），。炎症因子与的变化主要发生在肺部 ，肾脏和肝脏表达量极少 。打开潘多拉盒子的是炎性蛋白和，它在肺转移瘤形成的起始阶段不可或缺，。阻断能否预防肺转移 ，值得深入研究 。 问题与展望现有的研究存在很大的局限性 ，有很多问题无法解答 。和反复强调现有的检测手段在
18、动物模型中检测靶组织中转移癌细胞的敏感性和特异性存在局限 。该过程启动了一系列复杂的细胞 、分子结构网络 ，使相关研究的体外实验成为天方夜谭，更大的挑战是如何在人体环境证实这些实验结果 ，我们已经开始了关于转移微环境 、转移前微环境的人体组织标本实验 ，并得到了较好的初步结果 。很多问题需要进一步探索 ，例如在靶器官内 ，什么因素决定了转移前微环境的形成位点 ？ 这些转移前微环境是诱导新生的 ，还是之前已经存在需要改造的位点 ？ 不同原发瘤在同一靶器官的转移微环境是否相同 ？ 转移微环境是否与生理干细胞微环境相关 ？ 转移微环境是否与时下研究热点肿瘤干细胞相关？非肿瘤细胞是否能够预测肿瘤的转移
19、部位 ？ 等等 。对于转移的一系列分子事件的研究有助于我们对转移的理解及对这一过程中最关键的事件加以阻止 。转移前微环境内基因及蛋白水平的变化 、骨髓干细胞聚集 、炎症信号激活 ，提示我们单纯研究肿瘤细胞是远远不够的 。这些发现为理解肿瘤的转移过程提供了新思路 。这一过程如果在人类身上得到证实 ，那么转移前微环境 、转移微环境即提供了一个全新的转移靶向治疗模式 ，一个不针对肿瘤细胞本身而是针对其所处环境的全新治疗战略 。在肿瘤细胞到达前 、到达后 ，干预转移前及转移微环境 。对转移前微环境 、转移微环境的解读刚刚拉开序幕 ，本篇综述的许多观点需要进一步证实 ，距离转移微环境的临床靶向治疗 ，任
20、重道远 。参 考 文 献 ， ， ， “” ： ？ ，（）： ， ， ， ： ， ，（）： ： ，（）： ， ， ，（）： ，（）： ，（）： ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， “ ： ，（）： ， 中国胸心血管外科临床杂志年 月第 卷第 期 ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ，（）： ， ， ， ，： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ，（）： ， ， ： ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， （） ，（）： ， ， ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ： ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ， ， ， ，（）： ，： ： ，（）： ， ，
