肿瘤的侵袭与转移

肿瘤防治：早发现！早诊断！早治疗！肿瘤侵袭与转移病理学与病理生理学教研室22020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology一、肿瘤生长的生物学（一）肿瘤生长的动力学（二）肿瘤的血管形成（三）肿瘤的演进与异质化二、恶性肿瘤浸润和转移的机制（一）局部浸润的过程（二）转移的步骤（三）肿瘤侵袭与转移的机制肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室32020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology肿瘤的侵袭与转移肿瘤是常见病、多发病，其中恶性肿瘤是威胁人类健康最严重的疾病之一。具有局部浸润和远处转移的能力是恶性肿瘤最主要的生物学特性，并且是导致患者死亡的主要原因。什么是肿瘤？肿瘤的生物学特征有哪些？恶性肿瘤是为何发生浸润和转移？恶性肿瘤的浸润与转移能否及时发现和预防？恶性肿瘤的浸润过程中是否有特异性标记物？……病理学与病理生理学教研室42020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology一、肿瘤生长的生物学1.肿瘤是转化细胞单克隆增生的结果。2.恶性肿瘤的自然史：特定靶细胞的转化→转化细胞的生长→局部浸润→远处转移3.问题解答最终将是从肿瘤转移的分子机制中寻找。瘤细胞侵袭转移的过程是瘤细胞与宿主细胞之间相互作用的动态连续过程，这个过程是复杂的、多步骤的。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室52020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology肿瘤的侵袭与转移（一）肿瘤生长的动力学1.肿瘤细胞倍增时间（doublingtime)：与正常细胞相似或更长。2.生长分数（growthfraction):指肿瘤细胞群体中处于增殖阶段的细胞比例。3.肿瘤细胞的生成与丢失：决定肿瘤能否不断生长及其长大速度。4.肿瘤干细胞（tumorstemcell):占肿瘤细胞总数的很少部分。如乳腺癌少于2%，急性粒细胞性白血病在0.1%~1%之间。病理学与病理生理学教研室62020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（二）肿瘤的血管形成诱导肿瘤血管生产的能力是恶性肿瘤能生长、浸润与转移的前提之一。新生血管对肿瘤生长具有双重意义：一是获得营养和氧的供应，二是新生血管内皮细胞分泌多肽生长因子（如胰岛素样生长因子和PDGF等），刺激肿瘤细胞生长。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室72020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（三）肿瘤的演进与异质化1.肿瘤的演进（progression)：恶性肿瘤在生长过程中变得越来越富有侵袭性和获得更大恶性潜能的现象，包括生长加快、浸润周围组织和远处转移等。2.肿瘤的异质化(heterogeneity)：指由一个克隆来源的肿瘤细胞群在生长过程中形成在侵袭力、生长速度、对激素的反应、对抗癌药物的敏感性等方面有所不同的亚克隆的过程。肿瘤异质化是演进的基础！肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室82020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology二、恶性肿瘤浸润和转移的机制（一）局部浸润的过程第一步：肿瘤细胞之间的粘附力减弱:cadherin↓、Fn↓→细胞间连接↓；第二步：肿瘤细胞与基底膜和细胞外基质粘附力增强：Ln受体↑,Fn受体↑；第三步：肿瘤细胞降解基底膜与细胞外基质，Cathepsin-D,u-PA溶解Ln、Fn；第四步：肿瘤细胞的移出：阿米巴运动→游出。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室92020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology局部浸润的机制示意图病理学与病理生理学教研室102020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（二）转移的步骤①肿瘤细胞同质型粘附降低，从原发灶脱离；②肿瘤细胞与细胞外基质（ECM）发生异质型粘附增加；③ECM降解；肿瘤细胞与ECM中大分子作用，分泌蛋白降解酶类降解ECM成分，形成肿瘤细胞移动的通道，并以此为诱导血管生成的基础；④肿瘤细胞运动性增强在粘附降解的过程中移动，穿透ECM，并穿透血管壁的基底膜进入循环；⑤在循环中运行逃避免疫系统识别与破坏；⑥到达继发部位后，在有新生血管形成的前提下增殖，形成转移灶。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室112020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology转移的机制示意图病理学与病理生理学教研室122020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（三）肿瘤侵袭与转移的机制1.瘤细胞同质型粘附下降同质型（homotypic）粘附：是指同种细胞间的粘附，主要由存在于细胞表面的粘附分子（celladhesionmoleculeCAM）所介导。同质型粘附下降，促进肿瘤细胞从瘤体上脱落，所以CAM在肿瘤浸润和转移中起重要作用。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室132020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（1）钙粘蛋白（Cadherin）钙粘蛋白是钙依赖性跨膜糖蛋白，是一组依赖细胞外Ca2+的CAM，介导Ca2+依赖性细胞间粘附，通过同类或同分子亲和反应相结合。钙粘蛋白参与建立和维持细胞间连接，可能是最重要的形成细胞间联系的细胞粘附因子之一。已克隆了4种钙粘蛋白，一级结构相似，由723-748个氨基酸组成，每个钙粘蛋白分子包含一个信号肽，一个含三个重复结构的细胞外区，一个跨膜锚定作用的高疏水区，还有一个较长的胞内尾部。不同组织不同种族之间钙粘蛋白的同源性为50%-60%。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室142020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology根据基因克隆免疫学特征及分布组织不同，将钙粘蛋白家族分为三个亚类:①E-Cad：见于成熟上皮细胞;②N-Cad：成熟神经组织及肌肉组织;③P-Cad：起初在胎盘及上皮基底层发现，后来发现发育过程中在其它组织也有短暂表达。近来又发现新的亚类，如内皮细胞钙粘蛋白和桥连粘附蛋白（desmoglein），以及V-Cad，M-Cad，B-Cad，R-Cad，T-Cad等。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室152020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology钙粘蛋白选择性地与同种分子亲和性结合，这种粘附反应是利用其细胞外结构中“组-丙-颉”（HAV）序列来识别和介导的，钙粘蛋白的功能依赖于胞浆内结构与细胞骨架元件之间的作用。但这种作用是间接的与三种胞浆连锁蛋白（catenin）α、β、γ结合，这些分子与钙粘蛋白一起位于细胞的粘附小带(zonuleadherin)上，参与连接的形成与稳定。钙粘蛋白也是重要的形态分子，E-Cad作用于形成完整的上皮层，P-Cad则在基底层起作用，这些钙粘蛋白的存在对于保持上皮和内皮结构很重要，其表达改变将导致细胞-细胞间正常连接完整性的丧失。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室162020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology目前认为与肿瘤浸润、转移关系最密切的是E-Cad。许多研究证实E-Cad与肿瘤浸润、转移呈负相关，可能由于E-Cad能促进瘤细胞的同质型粘附不易使瘤细胞从瘤体上脱落。体外试验表明，有E-Cad表达的肿瘤细胞株无浸润性，而浸润型表型的肿瘤细胞株则无E-Cad表达。E-Cad表达与肿瘤细胞分化之间有密切关系，分化好的细胞E-Cad正常，分化差的细胞E-Cad不表达。编码E-Cad的基因是肿瘤抑制基因，此基因突变或缺失导致细胞过度增生，细胞形态及分化异常。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室172020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology转染E-CadcDNA可抑制肿瘤细胞的浸润转移。Vleminchix等给高浸润性细胞株转染E-CadcDNA，使其浸润性降低，体内形成肿瘤后分化亦较未转染的细胞好。转染E-Cad反义RNA到E-Cad高表达的细胞株中，使E-Cad表达下调，并促使浸润。Biawy报道67%舌鳞癌E-Cad表达下降。E-Cad（-）者淋巴结转移发生率远高于E-Cad（+）者。以携带E-CadmRNA的质粒转染高侵袭性的癌细胞，可使其侵袭性消失。因此认为E-Cad是一种抑制侵袭转移的因子。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室182020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（2）瘤细胞表面电荷增加瘤细胞表面电荷增加时瘤细胞间的排斥力增大，促使瘤细胞从瘤体上脱落。瘤细胞表面电荷大小可以通过电泳速度表现出来。细胞电泳率的大小与转移呈负相关。所以细胞电泳速度被认为是筛选不同浸润和转移潜能瘤细胞的初筛标记。此外溶解性酶的释放，细胞间隙压力的增加，也有利于瘤细胞从瘤体上脱落下来。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室192020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology2.瘤细胞异质型粘附的增加异质型（heterotypic）粘附是指瘤细胞与宿主细胞、或宿主基质的粘附。瘤细胞脱离瘤体，浸润到基底膜或穿过基底膜遭遇宿主基质和宿主细胞，这一过程就是异质型粘附的过程。这一过程有利于瘤细胞穿过基质、血管壁的基底膜，有利于瘤细胞在血管内聚积。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室202020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（1）整合素（Integrin）是一组介导异质粘附的细胞粘附分子。整合素：由α/β亚单位通过非共价键相连的异二聚体，是一类细胞表面糖蛋白，现已发现18种α亚单位和11种β亚单位，可形成20多种整合素。整合素配体：Ⅰ型、Ⅳ型胶原、LN、FN、Vitronectin、endotoxin、ICAM-1、VCAM-1。整合素与相邻细胞上或ECM中相应配体相结合，参与细胞信号传导及细胞骨架改变。在细胞生长、分化、形成连接和维持极性等方面起重要作用。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室212020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology根据作用方式分三类：①介导细胞与ECM的粘附反应：②介导细胞-细胞间粘附反应：③既介导细胞-细胞又介导细胞-ECM的粘附反应：在整合素配体中多含有RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）序列，这一序列是整合素的结合位点。含有RGD序列的多肽具有抑制细胞-细胞外蛋白（如FN、LN）的粘附反应，并具有抑制肿瘤细胞转移的作用。整合素分子结构或表达水平的改变与肿瘤细胞浸润转移行为密切相关。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室222020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（2）LN受体（LN-R）瘤细胞只有通过基底膜才能产生浸润与转移。LN是基底膜的重要组成部分，瘤细胞通过其表面的LN-R与基底膜中的LN结合而穿过基底膜。80年代初就发现了LN的67KD受体能识别LN分子的β2链，研究证实了LN-R能促进瘤细胞的粘连性和移动性，其高表达与乳癌，肺癌，结肠癌等许多肿瘤的浸润转移能力呈正相关。肿瘤的侵袭与转移病理学与病理生理学教研室232020/3/4HenanUniversityofScienceandTechnology（3）CD44及其变体也称为Hermes抗原，H-CAM、Pag-1抗原，细胞外基质受体Ⅲ（ECM-Ⅲ）。CD44V1-10，分子量约85-160KD，目前研究较多的是CD44v6。CD44是一种淋巴细胞表面的归巢（homing）受体，在多种高转移性癌中高表达。CD44原为淋巴细胞和小