腫瘤多細胞起源研究進展

張百紅，岳紅云

人類癌癥研究的困惑之一是腫瘤的細胞起源問題。傳統的細胞理論認為腫瘤起源于一個單細胞遺傳和表觀遺傳變化的累積。一旦最初的變化發生，腫瘤啟動并經過一系列累積變化最終發展為侵襲性表型［1］。然而，更多的研究似乎傾向于腫瘤起源于多細胞。多細胞即一組細胞，這些細胞相互影響加速細胞轉化并最終形成腫瘤。本文理論探討腫瘤的多細胞起源，為人類最終攻克癌癥提供新的治療策略。

1 腫瘤起源于多細胞

一個細胞的特性和行為可能影響到另一個細胞。一個正常細胞在轉化為腫瘤細胞的過程中，這個細胞可能引起其他細胞也轉化為腫瘤細胞。

1.1 單細胞之間相互影響 研究發現，細胞之間通過多種方式發生影響。著名的“接觸抑制”現象在1954年被發現，成為正常細胞與惡性細胞的重要行為區別，也是細胞之間相互影響的最直接證據。旁觀者效應(bystander effect)指未接受刺激的周圍鄰近細胞發生與接受刺激細胞同樣的變化［2］。這一現象首先在自殺基因治療中發現。在轉導了自殺基因的腫瘤細胞死亡后，還可引起鄰近腫瘤細胞的死亡。旁觀者細胞可能是鄰近細胞，也可能是遠處器官。新近提出的“細胞擠出”(cell extrusion)概念更是細胞間相互影響的結果。如果一個上皮細胞層要保持其結構并為機體提供一個屏障，它就需要在正在分裂的細胞數量與正在死亡的細胞數量之間維持平衡［3］。有學者研究了上皮細胞單層，發現上皮在高度擁擠的區域會將活細胞而不是正在死亡的細胞擠出去，而被擠出去的細胞會因為存活因子的失活而死亡。因此，“細胞擠出”可能用來消除過剩的細胞而抑制腫瘤生長，但在腫瘤細胞中，“擠出”的細胞也可能會促進腫瘤細胞轉移［4］。活細胞擠出可限制細胞密度和控制上皮細胞數量［5］。

1.2 細胞間相互影響的機制 接觸抑制在調節細胞增殖和細胞穩態方面發揮重要作用。轉錄因子FOXM1通過下調細胞周期素A和Polo樣激酶來調控接觸抑制［6］。研究發現，接觸抑制是機體內相互作用和限制的結果，而非單獨的表面接觸［7］。細胞內信號通路聯系著細胞之間的活動。細胞間黏附分子和細胞內信號通路也可調節接觸抑制［8］。鄰近細胞接受到死亡細胞的信號，如釋放入細胞外微環境的可溶性因子或通過縫隙連接(gap junction)進行細胞間信息傳遞的調節因子，間接誘導旁觀者效應［9］。連接蛋白43和凋亡蛋白Bax相互作用通過縫隙連接通路調節腫瘤細胞凋亡［10］。全身因素如炎癥［11］、免疫［2］、代謝［12］均能影響細胞之間的相互作用。新近發現，小GTP酶Rab11可以控制一組細胞的Rac水平，導致黏附的多細胞移動結構中單細胞的有序組織［13］。

2 多細胞具有異質性

2.1 腫瘤中存在遺傳和表觀遺傳不同的多細胞越來越多的證據顯示，同一細胞內可能有不同基因組改變的細胞存在［14］。腫瘤異質性來源于細胞遺傳和表觀遺傳的差異［15］。如果腫瘤來源于單細胞，那么形成的細胞亞群(subpopulation)可能是遺傳和表觀遺傳相同的單克隆，其后裔細胞不會出現明顯的異質性。

與腫瘤異質性在腫瘤生長到一定時間后才出現的理論相反，另一學說認為腫瘤的異質性在腫瘤剛形成時即已發生，即腫瘤干細胞學說(cancer stem cell，CSCs)。腫瘤中亞克隆(subclones)的維持可能來源于不同CSCs(即CSCs的異質性)的自我更新和復制［16］。腫瘤內細胞異質性是克隆選擇的基礎［17］，也是形成細胞亞群的源泉。

2.2 腫瘤內有不同表型的細胞亞群 腫瘤內部出現具有不同表型的亞群，有的亞群有較快的生長速度，有的具有更強的侵襲性，有的具有更高的轉移潛力，有的具有更好的免疫原性以逃避人體的免疫抑制。這些不同的生物學特性可能是突變累積所獲得，也可能是腫瘤多細胞起源的結果。腫瘤異質性是腫瘤治療失敗的關鍵。Sottoriva等［18］發現腦膠質瘤中存在多細胞系。在同一瘤體內，可以見到不同的細胞亞群。在腫瘤早期的亞群細胞中有EGFR和CDKN2A/B/p14ARF拷貝數異常，而當腫瘤進展的后期則有PDGFRA和PTEN的突變。

3 多細胞之間“相互對話”，形成獨立的組織或器官

在單細胞水平，細胞與細胞之間的黏連和交流由細胞間多種復雜的連接來調節，包括橋粒、縫隙連接等［19］。這使不同的單細胞具有共同或相似的生物學特性和行為。研究發現，一組細胞移動通過細胞接觸顯示相同的細胞行為并依賴相同的信號傳導通路，就像單個細胞一樣。這種接觸依賴于E-鈣黏素、Wnt-PCP 通路和 Rac1［20］。

腫瘤已不單是突變的癌細胞，更像一個多種細胞類型和成分組成的新器官，與其所處的微環境構成了一個復雜的“社會”。在“腫瘤社會”里，腫瘤細胞與其周圍“正常”細胞保持著相互斗爭、相互利用、相互改造的關系。人們正嘗試理解腫瘤細胞與其微環境間相互作用的“語言密碼”，最終阻斷其相互作用的“對話”［21］。多細胞之間的相互“對話”，使腫瘤成為一個具有遺傳、代謝、繁殖、進化和意識特征的生命整體，或許還具有感知、認知、學習、情感等自由意志［22］。

4 腫瘤轉移可能是不同部位細胞影響的結果

4.1 轉移的克隆起源 不同部位的轉移瘤起源于不同單個細胞的增殖。最近研究發現，宿主遺傳背景可能影響轉移潛能，也即宿主本身的遺傳特質是轉移發生的重要決定因素。在多細胞克隆腫瘤中，具有轉移潛能的細胞克隆與局部器官微環境相互作用，決定了轉移靶向性選擇和轉移瘤生長。另外，腫瘤中不同的細胞亞群總是可以不斷變異，建立在特定環境中生存的能力，或轉移到其他的器官獲得更多生存空間。新近研究發現，連接蛋白43和26可調節腫瘤細胞的轉移［23］。

4.2 不同部位細胞相互影響導致腫瘤轉移 研究者推測，腫瘤遺傳特質中包含有兩個或多個相互糾纏的細胞，即一個細胞狀態變化，生物系統中有相同來源或遺傳特質的另一細胞即刻發生相應的狀態變化。這與經典的腫瘤轉移克隆選擇理論不同。當一個組織或器官的局部細胞發生癌變時，其他部位的細胞也同時轉化為癌細胞并失控復制，形成“轉移瘤”。

Tamulis等［24］發現了由兩個原細胞(protocell)組成的系統中量子糾纏(quantum entanglement)現象。一個原細胞發生量子糾纏光合轉換時，鄰近的細胞也出現光合轉換。有絲分裂異常引起的基因組不穩定是腫瘤發生的主要原因而非結果。Hameroff等［25］認為正常鏡像樣的有絲分裂通過由微管為基礎的中心粒和有絲分裂紡錘體中的量子糾纏和量子黏附來組織。量子黏附和(或)量子糾纏損傷可能引起染色體分配異常、異常分化和失控復制，最終形成腫瘤。多細胞中量子糾纏現象的存在提示可能有細胞糾纏(cell entanglement)，如果真是這樣，將徹底顛覆傳統的轉移理論。

綜上所述，單細胞的高度相關性是維持單細胞存在的必要條件［26］。雖然單細胞測序方法可以為腫瘤進化機制研究提供新的方法［27］，但并不能真正揭開腫瘤起源之謎，因為腫瘤起源于多細胞。細胞之間通過“細胞擠出”等方式相互影響，相互影響的結果是一組細胞可能同時轉移為癌細胞，形成多細胞亞群構成的異質性腫瘤，并通過多細胞之間的相互“對話”形成獨立的組織或器官。筆者推測，腫瘤遺傳特質中包含有兩個或多個相互糾纏的細胞，細胞糾纏可能是腫瘤轉移的根源，也間接提示腫瘤的多細胞起源。

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