肿瘤转移的分子生物学机制＊

龚琳综述 周黎明审阅

（1.四川大学华西基础医学与法医学院2010级基础医学基地班，四川 成都 610041；2.四川大学华西基础医学与法医学院药理教研室，四川 成都 610041）

肿瘤发生和发展不仅仅是肿瘤细胞和它们的相关基因发生改变的结果，更是组织内微环境失衡的反映［1，2］。组织内微环境包括内皮细胞、纤维细胞、免疫细胞，以及细胞外基质（Extral Cellear Memberma，ECM）。因此，肿瘤细胞的浸润转移涉及到肿瘤细胞及上述细胞和基质间的多个步骤和分子反应。这些步骤主要有：肿瘤细胞黏附特性改变，肿瘤细胞周围基质蛋白分子水解，肿瘤细胞增殖和生存能力增强，肿瘤细胞迁移，淋巴血管生成，免疫打击逃避，转移靶器官的趋化和生长。表1大致总结了这些过程所涉及到的分子改变［3］。

下面我们就以上过程所涉及到的分子改变来阐述肿瘤转移的分子生物学机制。

1 肿瘤细胞黏附特性改变

细胞黏附包括癌细胞与癌细胞之间的同质型黏附和癌细胞与基质细胞之间的异质型黏附。细胞黏附在恶性肿瘤转移过程中发挥重要作用。侵袭发生时，一方面肿瘤细胞间的附着减弱，使肿瘤细胞脱落，另一方面，肿瘤细胞与基底膜的黏附增加，从而进入血循环造成转移。

肿瘤细胞转移的黏附分子（Cell Adhesion Molecules，CAM）是细胞膜上的一类跨膜糖蛋白，根据化学结构和功能特征可以分为以下几个基因家族：钙黏蛋白家族、整联素家族、免疫球蛋白超家族、选择素家族和透明质酸受体家族。

表1 肿瘤转移过程中涉及到的分子改变

1.1 钙黏蛋白家族（Cadherin，CAD）

钙黏蛋白家族是一类钙依赖性蛋白分子，属Ⅰ型跨膜糖蛋白，主要参与同质型细胞之间的黏附。根据CAD 所在组织的不同，主要分为内皮钙黏蛋白（E-CAD）、胎盘钙黏蛋白（PCAD）、神经钙黏蛋白（N-CAD），最近发现一些新成员如：V-、M-、R-、及T-CAD。其 中 内 皮 细 胞 钙 黏 蛋 白（E-cadherin，ECAD）是研究较多的钙黏蛋白［4］。E-CAD 主要分布于上皮组织，因为同质型细胞间的黏附使瘤细胞之间保持密切的接触，难以脱离原发瘤侵入周围的组织和血管，故E-CAD 表达减少，有助于肿瘤侵袭转移。而如将编码E-CAD 的DNA 插到瘤细胞基因组中，则可见其丧失转移和浸润能力［5］。对癌组织细胞中E-CAD 的表达水平及表达部位的检测有助于提高恶性肿瘤的检出率，并适当的给予一定的措施加以保护，恢复E-cadherin介导的黏附功能可能成为临床治疗或预防癌转移的有力手段［6］。

1.2 整合素家族（Integrins）

整合素由α、β两个非共价结合糖蛋白亚基组成，是一类异二聚体膜表面蛋白粘附分子，属Ⅰ型跨膜糖蛋白。在许多肿瘤中，整合素的表达水平与肿瘤细胞的侵袭转移呈正相关。整合素介导癌细胞与细胞外基质的粘附，是由于整合素能识别层粘连蛋白等成分含有的精—甘—天冬（RGD）序列，将含有RGD序列的合成肽与黑色素瘤细胞混合后，能明显降低该肿瘤在肺组织中转移灶的形成，这为探索肿瘤转移的治疗提供了一条新线索［7］。整合素的另一重要功能是信号转导。它通过两种机制传递信号：外向信号传递和内向信号传递。外向信号传递是，通过细胞本身功能状态的改变，将细胞内的信号事件通过其胞内区传递到胞外，调节整合素与配体的结合、整合素的聚集以及随后形成的粘着斑-细胞骨架蛋白与信号分子的复合物，进而影响整合素分子的亲和性、亲和力及细胞外基质的变化等［8］。内向信号传递是，整合素与其配体结合后向细胞内传递信号，主要包括FAK-Ras-MAPK，FAK-PI3K，FAK-STAT1等通路传递到细胞内，最后影响基因的表达，进而影响细胞的增殖、基因转导、凋亡等生物学行为［9，10］。

1.3 免疫球蛋白超家族（Immunoglobulin superfamily，IgSF）

IgSF因其分子结构中含有与免疫球蛋白结构类似的片段而得名，其结构特点为细胞外区包含有一个或数个Ig样功能区。包括ICAM-1、ICAM-2、ICAM-3，血管细胞黏附分子（Vascular cell adhesion molecule，VCAM-1）、CD31等。研 究 表 明IgSF的许多黏附因子与肿瘤转移有关，通过配体、受体结合介导非Ca2+依赖性同质或异质细胞黏附。如ICAM-1其主要介导两个重要功能，一是介导细胞黏附促进肿瘤转移，二是可以提高宿主防御机制如淋巴细胞介导的肿瘤细胞毒性［11］。

1.4 选择素家族（Selectin family）

选择素是一类以糖基为其识别配体的黏附分子，包括白细胞（L-Selectin）、血小板（P-Selectin）和内皮选择素（E-Selectin）。钙依赖的凝集素功能区位于选择素分子细胞外区的远端，与表达在中性粒细胞和单核细胞上的路易士酸结合（Sialyl-Lex）。在炎症过程中，选择素诱导表达，启动白细胞滚动（Rolling），继而由整合素和免疫球蛋白超家族的相互作用介导捕捉（Arrest）、穿越血管（Extravasation）［12］。Roselli等［13］研究发现，肺鳞癌患者血液中sP-选择素与sE-选择素明显高于正常人，且sP-选择素和sE-选择素表达水平均与肺鳞癌的发展阶段有关。研究还发现，sE-选择素与肺鳞癌的远处转移有关。

1.5 透明质酸受体（Hyaluronic acid receptor）

透明质酸受体是一种多功能细胞表面跨膜糖蛋白，主要与ECM 中的透明质酸结合，也能与层黏连蛋白、胶原蛋白、纤维黏连蛋白等分子结合，参与细胞和基质的黏附，进而促进肿瘤转移。CD44就是与肿瘤转移有关的该类受体之一，它是种跨膜糖蛋白，根据紧邻跨膜区的胞外是否存在可变区，分为标准型（CD44s）和变异型（CD44v），研究发现，CD44v的高表达与肿瘤的进展和转移密切相关［14］。

2 肿瘤细胞周围基质蛋白分子水解

ECM 是肿瘤周围微环境的一部分，肿瘤细胞降解基质蛋白是局部侵袭和转移的必需步骤，而降解的基质蛋白对肿瘤细胞的生长增殖有帮助［15］。

2.1 基质金属蛋白酶家族（MMPs）

MMPs是一类能降解细胞外基质的高度保守蛋白水解酶［16］。它在肿瘤侵袭转移中起到重要作用。

2.1.1 MMPs促进生长因子分泌，加速肿瘤的生长、侵袭、转移

肿瘤及其微环境形成过程中，基质细胞与肿瘤细胞都能分泌MMPs，MMPs又能促进肿瘤细胞分泌各类生长因子，从而使肿瘤生长加快。

2.1.2 MMPs诱导肿瘤细胞凋亡耐受

肿瘤细胞能够逃避凋亡是肿瘤发生的重要环节。MMPs能诱导肿瘤细胞产生凋亡耐受而长期存活导致肿瘤发生。

2.1.3 MMPs促进肿瘤血管生成

多项研究显示，MMPs表达增加，VEGF／VEGF 受体也相应增加，从而促进血管形成。

2.1.4 MMPs降解ECM 促进肿瘤转移

肿瘤转移是一个复杂的过程，其中ECM 的降解起着重要作用，ECM 是阻止肿瘤转移的第一道屏障。目前发现MMPs能降解几乎所有的ECM 成分，使基底膜产生局部的缺损，肿瘤细胞由此方式穿过血管的基底膜缺损处进入血管，形成转移［17］。

2.2 尿激酶纤溶酶激活物

它是以无活性的尿激酶纤溶酶激活物前体通过自分泌和旁分泌的方式分泌的，并与糖基磷脂酰肌醇（Glycosyl-phosphatidylinositol，GPI）相连的尿激酶纤溶酶激活物受体（uPAR）结合［18］。一旦结合，膜结合的纤溶酶将尿激酶纤溶酶激活物前体剪切成双链酶。纤溶酶继而可降解循环或组织蛋白酶原，主要是基质金属蛋白酶家族，或生长因子。总之，uPA／uPAR 系统在局部紧密接触部位具有引起蛋白溶解功能，在肿瘤迁移过程中起关键作用［19］。

3 肿瘤细胞增殖和生存能力增强

在肿瘤侵袭转移时，由于MMPs分泌增加，促进肿瘤细胞分泌各类生长因子：表皮生长因子（EGF），胰岛素样生长因子（IGFs），成纤维细胞生长因子（FGF），这些因子都具有促进肿瘤细胞有丝分裂的能力，生长因子的增加大大加快的肿瘤细胞的增殖［20］。

4 肿瘤细胞的迁移

肿瘤细胞运动能力的强弱受多种运动因子的影响，分裂素就是运动因子中的一种，它能多方面刺激细胞的运动如迁移、趋化、吞噬等。根据功能分裂素又分为三种主要类型：①刺激癌细胞的运动和浸润的因子，包括运动刺激因子、单核细胞系的分散因子、神经胶质细胞来源的运动因子和自分泌运动因子（Autocrine motility factors，AMF）等；②刺激生长和运动的因子，包括肝细胞生长因子（Hepatocyte growth factor，HGF）或称扩散因子、表皮生长因子（Epidermal growth factor，EGF）、白细胞介素1，3和6等；③促进运动而抑制生长的因子，如转化生长因子（transforming growth factor，TGF）和干扰素等［21］。

4.1 Met-SF／HGF信号

肝细胞生长因子／分散因子（Hepatocyte growth factor／scatter factor，SF／HGF）是一种局部诱导因子。它能与Met受体（c-Met）结合，该受体是一种酪氨酸激酶受体。SF／HGF 与c-Met结合后刺激黏着斑激酶FAK 的酪氨酸磷酸化，并且与Ras信号通路关联，可以促进肿瘤生长；c-Met还可以发生自身磷酸化，影响肿瘤细胞的生存和运动［22］。

5 淋巴血管生成

恶性肿瘤的生长和转移依赖于丰富的营养供给，所以需建立自己的血管网络，从而打破宿主内在微环境的平衡，而且在肿瘤转移过程中，微血管的生成贯穿了始终。因此，微血管的形成是肿瘤侵袭和转移的关键。血管生成主要依靠从宿主和肿瘤细胞分泌的血管生成分子，如：血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）、碱性成纤维细胞生长因子（Basic fibroblast growth factor，bFGF）、肿 瘤 坏 死 因 子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、转 生 长 因 子-α（Transforming growthfactor，TGF-α）等，从而诱导新生血管形成。

5.1 血管内皮生长因子

血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）是一类多功能的细胞因子家族，包括：VEGF-A、VEGFB、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E 和 胎 盘 生 长 因 子（Placenta growth factor，PGF）等多个成员，其在血管生成和淋巴管生成中具有直接和间接的调控作用，可以促进内皮细胞增殖、促进血管生成及增加血管的通透性。在肿瘤浸润生长和转移中，VEGF是介导新生血管生成的重要因素，可强烈促使血管内皮细胞进行有丝分裂，进而形成新的血管，已被认为是促进肿瘤血管生成最强的细胞因子，对于新生血管是必要的［23］。

5.2 成纤维细胞生长因子

包括酸性及碱性成纤维细胞生长因子等，其中以碱性成纤维细胞生长因子介导血管生成的作用最强，且其可由许多肿瘤和正常组织产生。既是内皮细胞的丝裂原，又是内皮细胞运动的趋化因子［24］。

6 免疫打击逃避

当脱落进入血循环的肿瘤细胞在转移过程中要逃过机体的免疫监视才能存活下来，最后转移到靶器官生长。迄今已经明了的免疫逃逸机制包括肿瘤诱导的抗原呈递的减弱，免疫抑制因子的上调，增加或补充调节细胞的数量参与到免疫抑制网络，这些细胞包括调节性T 细胞，骨髓的抑制性细胞，特殊的成熟和不成熟的调节性树突状细胞的亚群，另外，负向共刺激信号的激活和Fas系统的反击策略也是肿瘤逃避免疫杀伤的基本手段［25］。

对肿瘤免疫逃逸机理的研究有助于人们寻找和设计新的肿瘤免疫治疗方法和途径。但由于免疫逃逸机制的多样性，又给研究临床治疗带来难题。

7 转移靶器官的趋化和生长

肿瘤向远端器官的转移是有选择性而并非随机的。目前有三种理论来解释这种归巢现象：①选择性生长，即肿瘤细胞从血液循环或者淋巴循环向组织内的渗透是广泛存在的，但只在具有适合的生长因子和细胞外基质的环境中生存；②肿瘤细胞只选择性地在归巢器官的内皮表面附着生长；③肿瘤细胞只向产生特异的水溶性的吸附因子的器官趋化。Muller等［26］证实趋化因子及其受体在决定肿瘤转移部位上起着非常重要的作用。

以上所列举到的黏附分子、蛋白溶酶、细胞因子及生长因子等并不仅仅局限于某个步骤之内，而是在肿瘤发生和发展的不同阶段有不同的表达，但共同作用于肿瘤转移。通过对肿瘤侵袭转移级联反应中的分子生物学机制研究，从而发现关键环节或分子，为我们临床治疗肿瘤奠定科学基础。

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