腫瘤轉移的分子生物學機制＊

龔琳綜述 周黎明審閱

（1.四川大學華西基礎醫學與法醫學院2010級基礎醫學基地班，四川 成都 610041；2.四川大學華西基礎醫學與法醫學院藥理教研室，四川 成都 610041）

腫瘤發生和發展不僅僅是腫瘤細胞和它們的相關基因發生改變的結果，更是組織內微環境失衡的反映［1，2］。組織內微環境包括內皮細胞、纖維細胞、免疫細胞，以及細胞外基質（Extral Cellear Memberma，ECM）。因此，腫瘤細胞的浸潤轉移涉及到腫瘤細胞及上述細胞和基質間的多個步驟和分子反應。這些步驟主要有：腫瘤細胞黏附特性改變，腫瘤細胞周圍基質蛋白分子水解，腫瘤細胞增殖和生存能力增強，腫瘤細胞遷移，淋巴血管生成，免疫打擊逃避，轉移靶器官的趨化和生長。表1大致總結了這些過程所涉及到的分子改變［3］。

下面我們就以上過程所涉及到的分子改變來闡述腫瘤轉移的分子生物學機制。

1 腫瘤細胞黏附特性改變

細胞黏附包括癌細胞與癌細胞之間的同質型黏附和癌細胞與基質細胞之間的異質型黏附。細胞黏附在惡性腫瘤轉移過程中發揮重要作用。侵襲發生時，一方面腫瘤細胞間的附著減弱，使腫瘤細胞脫落，另一方面，腫瘤細胞與基底膜的黏附增加，從而進入血循環造成轉移。

腫瘤細胞轉移的黏附分子（Cell Adhesion Molecules，CAM）是細胞膜上的一類跨膜糖蛋白，根據化學結構和功能特征可以分為以下幾個基因家族：鈣黏蛋白家族、整聯素家族、免疫球蛋白超家族、選擇素家族和透明質酸受體家族。

表1 腫瘤轉移過程中涉及到的分子改變

1.1 鈣黏蛋白家族（Cadherin，CAD）

鈣黏蛋白家族是一類鈣依賴性蛋白分子，屬Ⅰ型跨膜糖蛋白，主要參與同質型細胞之間的黏附。根據CAD 所在組織的不同，主要分為內皮鈣黏蛋白（E-CAD）、胎盤鈣黏蛋白（PCAD）、神經鈣黏蛋白（N-CAD），最近發現一些新成員如：V-、M-、R-、及T-CAD。其 中 內 皮 細 胞 鈣 黏 蛋 白（E-cadherin，ECAD）是研究較多的鈣黏蛋白［4］。E-CAD 主要分布于上皮組織，因為同質型細胞間的黏附使瘤細胞之間保持密切的接觸，難以脫離原發瘤侵入周圍的組織和血管，故E-CAD 表達減少，有助于腫瘤侵襲轉移。而如將編碼E-CAD 的DNA 插到瘤細胞基因組中，則可見其喪失轉移和浸潤能力［5］。對癌組織細胞中E-CAD 的表達水平及表達部位的檢測有助于提高惡性腫瘤的檢出率，并適當的給予一定的措施加以保護，恢復E-cadherin介導的黏附功能可能成為臨床治療或預防癌轉移的有力手段［6］。

1.2 整合素家族（Integrins）

整合素由α、β兩個非共價結合糖蛋白亞基組成，是一類異二聚體膜表面蛋白粘附分子，屬Ⅰ型跨膜糖蛋白。在許多腫瘤中，整合素的表達水平與腫瘤細胞的侵襲轉移呈正相關。整合素介導癌細胞與細胞外基質的粘附，是由于整合素能識別層粘連蛋白等成分含有的精—甘—天冬（RGD）序列，將含有RGD序列的合成肽與黑色素瘤細胞混合后，能明顯降低該腫瘤在肺組織中轉移灶的形成，這為探索腫瘤轉移的治療提供了一條新線索［7］。整合素的另一重要功能是信號轉導。它通過兩種機制傳遞信號：外向信號傳遞和內向信號傳遞。外向信號傳遞是，通過細胞本身功能狀態的改變，將細胞內的信號事件通過其胞內區傳遞到胞外，調節整合素與配體的結合、整合素的聚集以及隨后形成的粘著斑-細胞骨架蛋白與信號分子的復合物，進而影響整合素分子的親和性、親和力及細胞外基質的變化等［8］。內向信號傳遞是，整合素與其配體結合后向細胞內傳遞信號，主要包括FAK-Ras-MAPK，FAK-PI3K，FAK-STAT1等通路傳遞到細胞內，最后影響基因的表達，進而影響細胞的增殖、基因轉導、凋亡等生物學行為［9，10］。

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

IgSF因其分子結構中含有與免疫球蛋白結構類似的片段而得名，其結構特點為細胞外區包含有一個或數個Ig樣功能區。包括ICAM-1、ICAM-2、ICAM-3，血管細胞黏附分子（Vascular cell adhesion molecule，VCAM-1）、CD31等。研 究 表 明IgSF的許多黏附因子與腫瘤轉移有關，通過配體、受體結合介導非Ca2+依賴性同質或異質細胞黏附。如ICAM-1其主要介導兩個重要功能，一是介導細胞黏附促進腫瘤轉移，二是可以提高宿主防御機制如淋巴細胞介導的腫瘤細胞毒性［11］。

1.4 選擇素家族（Selectin family）

選擇素是一類以糖基為其識別配體的黏附分子，包括白細胞（L-Selectin）、血小板（P-Selectin）和內皮選擇素（E-Selectin）。鈣依賴的凝集素功能區位于選擇素分子細胞外區的遠端，與表達在中性粒細胞和單核細胞上的路易士酸結合（Sialyl-Lex）。在炎癥過程中，選擇素誘導表達，啟動白細胞滾動（Rolling），繼而由整合素和免疫球蛋白超家族的相互作用介導捕捉（Arrest）、穿越血管（Extravasation）［12］。Roselli等［13］研究發現，肺鱗癌患者血液中sP-選擇素與sE-選擇素明顯高于正常人，且sP-選擇素和sE-選擇素表達水平均與肺鱗癌的發展階段有關。研究還發現，sE-選擇素與肺鱗癌的遠處轉移有關。

1.5 透明質酸受體（Hyaluronic acid receptor）

透明質酸受體是一種多功能細胞表面跨膜糖蛋白，主要與ECM 中的透明質酸結合，也能與層黏連蛋白、膠原蛋白、纖維黏連蛋白等分子結合，參與細胞和基質的黏附，進而促進腫瘤轉移。CD44就是與腫瘤轉移有關的該類受體之一，它是種跨膜糖蛋白，根據緊鄰跨膜區的胞外是否存在可變區，分為標準型（CD44s）和變異型（CD44v），研究發現，CD44v的高表達與腫瘤的進展和轉移密切相關［14］。

2 腫瘤細胞周圍基質蛋白分子水解

ECM 是腫瘤周圍微環境的一部分，腫瘤細胞降解基質蛋白是局部侵襲和轉移的必需步驟，而降解的基質蛋白對腫瘤細胞的生長增殖有幫助［15］。

2.1 基質金屬蛋白酶家族（MMPs）

MMPs是一類能降解細胞外基質的高度保守蛋白水解酶［16］。它在腫瘤侵襲轉移中起到重要作用。

2.1.1 MMPs促進生長因子分泌，加速腫瘤的生長、侵襲、轉移

腫瘤及其微環境形成過程中，基質細胞與腫瘤細胞都能分泌MMPs，MMPs又能促進腫瘤細胞分泌各類生長因子，從而使腫瘤生長加快。

2.1.2 MMPs誘導腫瘤細胞凋亡耐受

腫瘤細胞能夠逃避凋亡是腫瘤發生的重要環節。MMPs能誘導腫瘤細胞產生凋亡耐受而長期存活導致腫瘤發生。

2.1.3 MMPs促進腫瘤血管生成

多項研究顯示，MMPs表達增加，VEGF／VEGF 受體也相應增加，從而促進血管形成。

2.1.4 MMPs降解ECM 促進腫瘤轉移

腫瘤轉移是一個復雜的過程，其中ECM 的降解起著重要作用，ECM 是阻止腫瘤轉移的第一道屏障。目前發現MMPs能降解幾乎所有的ECM 成分，使基底膜產生局部的缺損，腫瘤細胞由此方式穿過血管的基底膜缺損處進入血管，形成轉移［17］。

2.2 尿激酶纖溶酶激活物

它是以無活性的尿激酶纖溶酶激活物前體通過自分泌和旁分泌的方式分泌的，并與糖基磷脂酰肌醇（Glycosyl-phosphatidylinositol，GPI）相連的尿激酶纖溶酶激活物受體（uPAR）結合［18］。一旦結合，膜結合的纖溶酶將尿激酶纖溶酶激活物前體剪切成雙鏈酶。纖溶酶繼而可降解循環或組織蛋白酶原，主要是基質金屬蛋白酶家族，或生長因子。總之，uPA／uPAR 系統在局部緊密接觸部位具有引起蛋白溶解功能，在腫瘤遷移過程中起關鍵作用［19］。

3 腫瘤細胞增殖和生存能力增強

在腫瘤侵襲轉移時，由于MMPs分泌增加，促進腫瘤細胞分泌各類生長因子：表皮生長因子（EGF），胰島素樣生長因子（IGFs），成纖維細胞生長因子（FGF），這些因子都具有促進腫瘤細胞有絲分裂的能力，生長因子的增加大大加快的腫瘤細胞的增殖［20］。

4 腫瘤細胞的遷移

腫瘤細胞運動能力的強弱受多種運動因子的影響，分裂素就是運動因子中的一種，它能多方面刺激細胞的運動如遷移、趨化、吞噬等。根據功能分裂素又分為三種主要類型：①刺激癌細胞的運動和浸潤的因子，包括運動刺激因子、單核細胞系的分散因子、神經膠質細胞來源的運動因子和自分泌運動因子（Autocrine motility factors，AMF）等；②刺激生長和運動的因子，包括肝細胞生長因子（Hepatocyte growth factor，HGF）或稱擴散因子、表皮生長因子（Epidermal growth factor，EGF）、白細胞介素1，3和6等；③促進運動而抑制生長的因子，如轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）和干擾素等［21］。

4.1 Met-SF／HGF信號

肝細胞生長因子／分散因子（Hepatocyte growth factor／scatter factor，SF／HGF）是一種局部誘導因子。它能與Met受體（c-Met）結合，該受體是一種酪氨酸激酶受體。SF／HGF 與c-Met結合后刺激黏著斑激酶FAK 的酪氨酸磷酸化，并且與Ras信號通路關聯，可以促進腫瘤生長；c-Met還可以發生自身磷酸化，影響腫瘤細胞的生存和運動［22］。

5 淋巴血管生成

惡性腫瘤的生長和轉移依賴于豐富的營養供給，所以需建立自己的血管網絡，從而打破宿主內在微環境的平衡，而且在腫瘤轉移過程中，微血管的生成貫穿了始終。因此，微血管的形成是腫瘤侵襲和轉移的關鍵。血管生成主要依靠從宿主和腫瘤細胞分泌的血管生成分子，如：血管內皮生長因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）、堿性成纖維細胞生長因子（Basic fibroblast growth factor，bFGF）、腫 瘤 壞 死 因 子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）、轉 生 長 因 子-α（Transforming growthfactor，TGF-α）等，從而誘導新生血管形成。

5.1 血管內皮生長因子

血管內皮生長因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）是一類多功能的細胞因子家族，包括：VEGF-A、VEGFB、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E 和 胎 盤 生 長 因 子（Placenta growth factor，PGF）等多個成員，其在血管生成和淋巴管生成中具有直接和間接的調控作用，可以促進內皮細胞增殖、促進血管生成及增加血管的通透性。在腫瘤浸潤生長和轉移中，VEGF是介導新生血管生成的重要因素，可強烈促使血管內皮細胞進行有絲分裂，進而形成新的血管，已被認為是促進腫瘤血管生成最強的細胞因子，對于新生血管是必要的［23］。

5.2 成纖維細胞生長因子

包括酸性及堿性成纖維細胞生長因子等，其中以堿性成纖維細胞生長因子介導血管生成的作用最強，且其可由許多腫瘤和正常組織產生。既是內皮細胞的絲裂原，又是內皮細胞運動的趨化因子［24］。

6 免疫打擊逃避

當脫落進入血循環的腫瘤細胞在轉移過程中要逃過機體的免疫監視才能存活下來，最后轉移到靶器官生長。迄今已經明了的免疫逃逸機制包括腫瘤誘導的抗原呈遞的減弱，免疫抑制因子的上調，增加或補充調節細胞的數量參與到免疫抑制網絡，這些細胞包括調節性T 細胞，骨髓的抑制性細胞，特殊的成熟和不成熟的調節性樹突狀細胞的亞群，另外，負向共刺激信號的激活和Fas系統的反擊策略也是腫瘤逃避免疫殺傷的基本手段［25］。

對腫瘤免疫逃逸機理的研究有助于人們尋找和設計新的腫瘤免疫治療方法和途徑。但由于免疫逃逸機制的多樣性，又給研究臨床治療帶來難題。

7 轉移靶器官的趨化和生長

腫瘤向遠端器官的轉移是有選擇性而并非隨機的。目前有三種理論來解釋這種歸巢現象：①選擇性生長，即腫瘤細胞從血液循環或者淋巴循環向組織內的滲透是廣泛存在的，但只在具有適合的生長因子和細胞外基質的環境中生存；②腫瘤細胞只選擇性地在歸巢器官的內皮表面附著生長；③腫瘤細胞只向產生特異的水溶性的吸附因子的器官趨化。Muller等［26］證實趨化因子及其受體在決定腫瘤轉移部位上起著非常重要的作用。

以上所列舉到的黏附分子、蛋白溶酶、細胞因子及生長因子等并不僅僅局限于某個步驟之內，而是在腫瘤發生和發展的不同階段有不同的表達，但共同作用于腫瘤轉移。通過對腫瘤侵襲轉移級聯反應中的分子生物學機制研究，從而發現關鍵環節或分子，為我們臨床治療腫瘤奠定科學基礎。

1 1 Wiseman BS，Werb Z.Stromal effects on mammary gland development and breast cancer［J］.Science，2002，296（5570）：1046-1049.

2 Bissell MJ，Radisky D.Putting tumors in context［J］.Nat Rev Cancer，2001，1（1）：46-54.

3 黃海力，王孟薇.腫瘤浸潤轉移分子機制的研究進展［J］.生物技術通訊，2006，17（1）：84-87.

4 高金花，王琦，胡溢博.腫瘤轉移的分子生物學機制［J］.大連醫科大學學報，2006，28（4）：305-308.

5 梁靜.惡性腫瘤轉移機制及分子基礎［J］.武警醫學院報，2004，13（1）：53-55.

6 史洪淼，周政，王蕓，等.上皮鈣黏附素與腫瘤轉移的研究進展［J］.大連醫科大學學報，2005，27（4）：280-282.

7 肖恩華.腫瘤浸潤轉移的分子生物學機制［J］.國外醫學臨床放射學分冊，2000，23（6）：335-340.

8 唐雪蓮，李靜，耿美玉.整合素與腫瘤轉移［J］.中國藥理學通報，2005，21（10）：1164-1166.

9 Damsky CH，Ilic D.Integrin signaling：it's where the action is［J］.Curr Opin Cell Biol，2002，14（5）：594-602.

10 張惠靜，盧曉，蔡紹皙.整合素與腫瘤［J］.腫瘤防治研究，2002，29（5）：425-427.

11 Tanabo K，Campbell SC，Alexander JP，et al.Molecular regulation of intercell ular adhesion molecule 1（ICAM-1）expression in renal cell carcinoma［J］.Urol Res，1997，25（4）：231-338.

12 冷啟新，劉執玉，李瑞祥.黏附分子在淋巴細胞穿越血管內皮過程中的作用的研究進展［J］.微循環學雜志，1999，9（2）：37-40.

13 Roselli M，Mineo TC，Martini F，et al.Soluble selectin levels in patients with lung cancer［J］.Int J Biol Markers，2002，17（1）：56-62.

14 鄭敏娜，陸融.細胞黏附分子與肺癌侵襲轉移的關系［J］.國際腫瘤學雜志，2006，33（7）：523-526.

15 Chang C，Werb Z.The many faces of metalloproteases：cell growth，invasion，angiogenesis and metastasis［J］.Trends Cell Biol，2001，11（11）：S37-43.

16 Brinckerhoff CE，Matrisian LM.Matrixmetallop roteinases：a tail of afrog that became a prince［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2002，3（3）：207-214.

17 熊松柏，楊康.基質金屬蛋白酶（MMPs）與腫瘤轉移相關性研究進展［J］.臨床和實驗醫學雜志，2006，5（11）：1850-1851.

18 Blasi F.Urokinase and urokinase receptor：aparacrine／autocrine system regulating cell migration and invasiceness［J］.Bio Essays，1993，15（2）：105-111.

19 冷啟新，李瑞祥，劉執玉.腫瘤轉移機制的研究進展［J］.解剖科學進展，2000，6（2）：116-120.

20 McCawley LJ，Matrisian LM.Matrix metalloproteinases：they're not just for matrix anymore?。跩］.Curr Opin Cell Biol，2001，13（5）：534-540.

21 孫青，江培洲，沈新明.腫瘤轉移的分子機制及其調控因素研究進展［J］.國外醫學腫瘤學分冊，2000，27（4）：216-218.

22 Zhang YW，Vande Woude GF.HGF／SF-met signaling in the control of branching morphogenesis and invasion［J］.J Cell Biochem，2003，88（2）：408-417.

23 Fan X，Krieg S，Kuo CJ，et al.VEGF blockade inhibits angiogenesis and reepithelialization of endometrium［J］.FASEB J，2008，22（10）：3571-3580.

24 佟玲，王文萍，邢玉慶.腫瘤轉移的分子機制研究進展［J］.腫瘤學雜志，2004，10（3）：185-187.

25 侯清玉，楊秀萍.腫瘤免疫逃逸的研究進展［J］.中華腫瘤防治雜志，2010，17（3）：228-232.

26 Muller A，Homey B，Soto H，et al.Involvement of chemokine receptors in breast cancer metastasis［J］.Nature，2001，410（6824）：50-56.