循環腫瘤細胞在惡性腫瘤轉移中的研究進展

文/孫利君，許慶文

隨著研究深入，目前認為腫瘤發生發展的關鍵因素可能與外周血微轉移灶及腫瘤發生血行轉移相關[1]，腫瘤血行轉移是一個高度復雜的過程，包括癌細胞從原發部位分離、遷移到血流中并沿血流運輸，以及腫瘤細胞在遠處組織內的停滯和增殖。約90%的腫瘤相關死亡是腫瘤轉移所致，并且是由血液中循環的腫瘤細胞驅動的[2]，且目前臨床上依賴傳統的血清學腫瘤指標、影像學檢查等手段存在特異性不足、滯后性等缺點[3]，難以早期檢測微轉移灶的存在，因此，了解循環腫瘤細胞與腫瘤轉移的聯系對于抗癌至關重要。

1 循環腫瘤細胞

循環腫瘤細胞（cierculating tumor cells,CTCs）指的是實體腫瘤細胞在各種細胞因子及微環境的作用下進入血液，經過自身凋亡、機體的免疫攻擊等一系列過程，僅有極少數可以存活，但具有高度侵襲及轉移潛能，參與腫瘤轉移過程,此概念早在1896年首先由澳大利亞學者Ashworth提出[4]。惡性腫瘤患者外周血系統中的循環腫瘤細胞主要有三種形式：循環腫瘤微栓子、單個細胞、血小板包裹的細胞。在形態學上， CTCs 較正常人細胞不易變形，但體積較大，核漿較高，核不規則。而且CTCs可通過以下兩種方式加速腫瘤的生長，一種是通過血液循環從而擴散到其他組織器官形成轉移灶；另一種是在腫瘤趨化因子的作用下歸巢至原發灶定植。但并非是每一個進入到血液循環當中的 CTC 均會發生遠處轉移，CTCs 轉移形成病灶需要一個比較復雜的過程。CTCs可以通過簡單的外周抽血來檢測，并可能全面顯示腫瘤整體特征。近一半的癌癥患者可以檢測到CTC，一毫升血液中有100億個血細胞，其中有1～10個腫瘤細胞。隨著血液流動，CTCs可以滯留在毛細血管中，最終接近遠處的器官。它們可以冬眠一段時間，等待致癌因子重新激活，最終導致癌癥的遠距離擴散[5]。為了高效識別和捕獲CTCs，利用免疫親和生物物理特性開發了多種CTC檢測平臺。CTCs的檢測已被CellSearch系統[6]用于臨床診斷和預后評估。

2 CTCs與腫瘤轉移的聯系

2.1 CTCs與上皮間質轉化( epithelial mesenchymal transition，EMT)

EMT的概念是由Greenberg[7]在1982年首次提出的。EMT是指上皮細胞在形態學上發生成纖維細胞或間充質細胞表型的轉變，細胞極性消失，細胞骨架重新排列，并且遷移和流動能力增強的現象。目前CTCs 產生的具體機制仍不明確，可能與EMT相關。腫瘤細胞可在進入血液循環時發生EMT，進而增強腫瘤細胞的侵襲能力。在 EMT 過程中，上皮細胞擺脫了細胞間黏附等分化特征，通過上皮相關基因的上調和下調而獲得間充質特性，進入血液循環[8]。血液循環中的CTCs，既能為游離的單個細胞存在，亦可聚集形成CTCs細胞簇。盡管每天都有大量的腫瘤細胞從原位脫落進入血液形成CTCs,但只有少數CTCs能存活并且發展成為新的轉移灶，大多在外周血循環過程中被免疫系統殺死或者凋亡，而EMT促進循環系統中CTCs的存活，且CTCs是上皮-間充質轉變后從原發腫瘤脫落到血管系統的細胞，這是上皮細胞的表型轉換，以獲得更多的間質特征，使它們能夠在血流中循環，并有可能轉移到身體的各個器官[9]。

2.2 血小板與CTCs的相互作用

血小板的主要功能是與受損血管的部位結合以止血。然而，在腫瘤患者中，活化的血小板黏附在循環的腫瘤細胞上，加劇了轉移擴散。關于血小板與腫瘤細胞的相互作用，已經提出了一些假設，但這些相互作用的潛在機制尚未完全了解。早在10余年前，人們就認為腫瘤細胞與血液中血小板的相互作用在轉移的早期階段起著重要作用[10,11]。有研究表明[10]血液中存在的血小板主動向腫瘤細胞發出信號，以促進其在原始微環境之外的轉移潛能。在轉移的過程中，當原發腫瘤釋放腫瘤細胞時，它們在循環系統中變成CTCS[12]。在CTCS逮捕和血管中產生后，它們必須與血小板（PLT），纖維蛋白原（FIB）等凝血因子等凝結因子一起工作以形成微血栓，以幫助它們黏附和轉移在遠處的器官[13]。Sina Anva[14]等研究表明：當CTC在微血管壁附近滾動時，血管壁附近形成一個局部渦旋。使CTC附近血漿流動的速度達到渦旋形成前最大流速的兩倍；局部渦旋可導致CTC周圍更高的剪切力，它可以激活周圍血小板30上的黏附分子，并觸發CTC和附著血小板之間的相互作用。一個血小板的激活可能導致更多血小板的激活，類似于血凝塊形成過程。活化血小板附著在CTC上可以增強CTC的阻滯和血管壁外滲，并加重轉移結果。

2.3 凝血系統與CTCs的相互作用

大量的研究表明，腫瘤和凝血系統存在雙向效應。現在人們普遍認為癌癥和異常止血之間存在著密切的相關性。患有各種癌癥（包括胰腺癌、結直腸癌和胃癌）的患者經常會發生血栓形成，相反，凝血級聯反應的成分也會影響癌癥的進展。凝血的主要始作俑者，跨膜受體組織因子（TF），作為腫瘤進展的決定因素，已引起廣泛關注[15]。纖維蛋白原（FBI）是纖維蛋白的重要來源，在CTCs外摻和遠處轉移過程中起著重要的作用[16]。有研究表明，FBI可能通過促進腫瘤細胞血管生成和形成保護性纖維蛋白屏障，從而促進腫瘤生長和導致腫瘤侵襲和轉移的過程，使腫瘤細胞對內源性防御機制產生抵抗[11]。癌細胞與內皮細胞之間的直接相互作用可產生高凝狀態，再通過激活血細胞（如單核細胞、巨噬細胞和血小板）或通過從癌細胞中分泌組織因子、癌促凝劑和細胞因子，凝血過程會加劇。D-二聚體是纖維蛋白的最終穩定產物，在增強凝血和纖溶系統激活后升高，廣泛用于檢測和排除深靜脈血栓形成及相關的血栓性疾病。一些研究提示血漿D-二聚體在惡性腫瘤中升高，其表達水平與晚期腫瘤分期、總生存期和治療反應呈正相關。惡性腫瘤D -二聚體升高的潛在機制可能是與CTCS相關：一開始，CTCs在毛細血管或者器官較大的血管中停滯后，很容易與血小板、血漿等成分易凝結，并通過血栓的形成與腫瘤細胞穩定黏附，保護腫瘤細胞不受血管系統的增殖、黏附和擴散。血栓通過以下幾種機制參與轉移過程：保護癌細胞免受免疫系統破壞、血流應激、促進腫瘤細胞附著到血管壁、促進血管外滲或者血管生成或促進內皮細胞回縮。

3 CTCs在臨床中的應用

早在10余年前美國臨床腫瘤協會（American society of clinical oncology,ASCO）已將CTCs納入腫瘤標志物。目前，CTCs已被FDA批準作為監測乳腺癌、前列腺癌和結直腸癌患者預后生物標志物。與傳統的影像學檢查和腫瘤標志物的檢測相比，檢測CTCs可以更早地發現腫瘤的轉移和復發。由于CTCs是一種無創采集方法，在治療過程中很容易做到連續監測，為療效評價提供了可靠的依據。目前的治療惡性腫瘤的主要手段仍是手術治療，CTCs有可能作為液體活檢更好地指導惡性腫瘤患者的治療并評估預后。因此關注CTCs特殊的生物學特征有助于早期發現原發腫瘤及轉移灶，有可能被用作未來轉移形成的預測指標。此外,CTCs具有原發腫瘤的某些特性和獨特的分子特征,可以為治療惡性腫瘤的可能機制提供有價值的見解。

4 挑戰

盡管使用CTC作為一種液體活檢用于早期診斷和預后的前景很好，但將其轉化為臨床實踐仍存在顯著挑戰。值得注意的是，CTC陽性的截止值存在爭議，因為各種研究都使用了廣泛的CTC水平。其中的關鍵原因包括從取樣、儲存條件和CTC分子標記等技術方法缺乏共識，以及缺乏相關的富集和檢測技術。因此，由于科學研究進展有限，是否CTCs可成為臨床獨立判斷療效的因素仍未可知。