肿瘤转移

肿瘤转移,大医二院 孙秀华,获得性环境因素 化学致癌 物理致癌 病毒致癌,体细胞基因组突变,遗传基因突变 遗传因素,激活促进 生长的癌基因,恶性肿瘤发生,改变后的基因产物的表达 和调节性基因产物的丧失,转化和演进过程 多克隆增生 单克隆增生 异质性,灭活 肿瘤抑制基因,肿瘤从本质上说是基因病,参考书： 肿 瘤 学 第2版 人民卫生出版社发行 曾益新主编。 现代肿瘤学 第二版 上海医科大学出版社 汤钊猷主编,讲 课 内 容,第一节：肿瘤转移的基本过程 第二节：肿瘤转移的分子生物学基础 第三节：阻止肿瘤转移存在的问题和发展方向。,教 学 目 的 与 要 求,掌握： 1. 肿瘤转移的定义。 2.肿瘤多步骤转移机制。 3.肿瘤转移的分子生物学基础。,教 学 目 的 与 要 求,熟悉： 1. 肿瘤侵袭的定义和过程。 2. 肿瘤转移的过程。 3. 血管生成和肿瘤转移。,教 学 目 的 与 要 求,了解： 1. 肿瘤转移的器官选择性。 2. 研究肿瘤转移的动物模型。 3. 阻止肿瘤转移存在的问题与发展方向。,教 学 难 点,肿瘤转移的分子生物学基础,教 学 重 点,肿瘤多步骤转移机制,授 课 的 基 本 内 容,肿瘤转移的概念,肿瘤转移是指恶性肿瘤细胞脱离其原发肿瘤，通过各种转移方式，到达继发组织或器官得以继续增殖生长，形成与原发肿瘤相同性质的继发肿瘤的全过程。,第一节 肿瘤转移的基本过程,一、肿瘤多步骤转移机制,1.早期原发癌生长 2.肿瘤血管形成 3.肿瘤细胞脱落并侵入基质 4.进入脉管系统 5.癌栓形成 6.继发组织器官定位生长 7.转移癌继续扩散,早期原发癌生长,在原发肿瘤生长早期，肿瘤细胞生长所需的养料是通过临近组织器官微环境渗透提供，这足以使微小原发肿瘤生长和扩展。,肿瘤血管形成,当肿瘤直径达到或超过12mm时，经微环境渗透提供的营养物质已不能保证肿瘤细胞的生长。此时，向肿瘤提供养料的血管逐步形成。这种由宿主组织血循环形成的毛细血管网最终进入肿瘤组织，整个形成过程是在各种血管形成因子和相应的抑制因子相互作用共同调控进行的，其中包括各类血管生长因子加速合成分泌和血管形成抑制因子分泌减少。,肿瘤细胞脱落并侵入基质,部分肿瘤细胞能分泌一种物质，使黏附因子的表达受到抑制，从而增加肿瘤细胞运动能力，使其从原发肿瘤病灶上脱离形成游离细胞。这些脱落细胞通过分泌各种蛋白溶解酶，可以破坏细胞外基质，从而导致肿瘤细胞突破结缔组织构成的屏障。,进入脉管系统,肿瘤诱导形成的毛细血管网不仅与原发肿瘤生长有关，而且也为侵入基质的游离肿瘤细胞进入循环系统提供了基本条件。,癌栓形成,进入血循环的肿瘤细胞再运送过程中大多数都被杀死破坏，只有极少数转移倾向极高的细胞相互聚集形成微小癌栓并在循环系统中存活下来。,继发组织器官定位生长,在循环中幸存的癌细胞到达特定的继发组织或器官时，通过黏附作用特异性地锚定在毛细血管壁上，并穿透管壁逸出血管进入周围组织。这些肿瘤细胞逃避宿主的局部非特异免疫杀伤作用，在各类生长因子的作用下增值生长，最终形成转移瘤灶。,转移癌继续扩散,当转移灶直径超过12mm时，新生毛细血管形成并与肿瘤连通。肿瘤细胞通过上述相同机制，可以形成新的转移癌灶。,二、肿瘤侵袭肿瘤细胞从原发癌进入循环系统,（一）肿瘤细胞的增殖与扩散 （二）肿瘤细胞的分离脱落 （三）恶性肿瘤细胞的运动性与趋化性 （四）血管形成与肿瘤侵袭,（一）肿瘤细胞的增殖和扩展,增殖活性是肿瘤侵袭转移的基础和前提，但侵袭与转移的实现还取决于肿瘤细胞对正常组织的破坏能力，肿瘤细胞的运动能力以及对侵袭转移中所遭遇环境的适应性等因素。,（二） 肿瘤细胞的分离脱落,肿瘤细胞表面存在多数微绒毛和足突。 糖蛋白发生糖基化，特别是唾液酸化。 肿瘤细胞间存在德E-钙粘连素基因发生突变。 肿瘤细胞表面电荷增多以及细胞间隙压力增加。 肿瘤细胞本身可以产生多种分解酶，可分解细 胞外基质和基底膜。肿瘤细胞的一些代谢产物如多肽、乳酸等也可进而溶解小血管基底膜，有助于肿瘤细胞侵入循环系统。,（三） 恶性肿瘤细胞的运动性和趋化性,组织特异性趋化因子和结合趋化因子能增强肿瘤细胞的运动性，但肿瘤细胞自身的运动也是必不可少的。伪足样运动、膜流动性 及向量转化等。 刺激肿瘤细胞运动和侵袭的因子：AMF ；刺激肿瘤细胞生长和运动的因子：EGF，类胰岛素生长因子，IL-1,IL-3,IL-6等；刺激肿瘤细胞运动但抑制其生长的因子，TGF，干扰素等。另外，恶性细胞定向移动取决于其内部功能性微管复合体的完整性，定向移动在恶性肿瘤侵袭过程中可能起主要作用。,（四）血管形成与肿瘤侵袭,肿瘤细胞和宿主的内皮、上皮、间皮细胞均可分泌多种活性因子，诱导肿瘤血管形成。包括FGF，VEGF，PD-ECGF, 血管生成素，血管营养素，TNF，IL-8等。PD-ECGF对绝大多数细胞有极强的促分裂作用，而VEGF仅对内皮细胞有特异性靶效应。因此，通过抑制肿瘤血管形成，可望称为阻断肿瘤侵袭转移的重要手段之一。,三 肿瘤的转移肿瘤细胞从循环系统进入继发器官,肿瘤细胞锚定黏附 肿瘤细胞逸出循环系统 肿瘤细胞定位生长 转移的休眠,肿瘤细胞锚定黏附,当到达继发脏器时，肿瘤必须牢固地黏附在脉管内皮层，这是为为以后逸出血管进入继发脏器基质增殖生长的先期准备和必要条件。内皮损伤和基底膜的暴露为肿瘤细胞的成功黏附提供了基础。肿瘤细胞与血小板相互作用并绞结成簇，这是肿瘤细胞在继发器官定位附着的关键环节。另一种肿瘤细胞锚定附着的方式可能是一些较大的癌栓被微小脉管截获。锚定黏附的过程受多因素调节：选择素，透明质酸裂解酶受体CD44v和相应的变异片断。,肿瘤细胞逸出循环系统,逸出循环系统涉及到脉管基底膜的降解和穿透以及肿瘤细胞穿过脉管后在结缔组织中的移动。当肿瘤细胞与脉管内皮黏附后，可诱导内皮细胞回缩，从而暴露细胞外基质。肿瘤细胞可以与细胞外基质的有机成分结合，它们可促进肿瘤转移定位在特异的脏器。而细胞外基质中的多肽系列则可阻止血行性转移的形成。不同组织器官基质的有形成分不同，使它们对不同的蛋白溶解酶反应不同，从而决定了各种脏器发生转移瘤灶有不同的易感性。,肿瘤细胞定位生长,当肿瘤转移细胞与继发脏器细胞接触时，可反应性通过自分泌、旁分泌或内分泌方式产生多种信号因子，这些因子可以单独或联合调控肿瘤细胞的增殖生长。此类因子包含有正调节信号和负调节信号并处于一种动态平衡状态。通过宿主自分泌和旁分泌机制产生的生长因子可调控脏器组织的修复或更新，也促进肿瘤细胞的增殖和生长。,转移的休眠,处于G0期，逃避了机体的杀伤作用。也有可能细胞分裂和死亡处于一种动态平衡，使肿瘤细胞数目和体积保持稳定不变。 目前认为肿瘤血管形成缺如和正常的机体免疫功能状态是促使转移瘤细胞长期保持休眠状态的两大主要因素。,四 肿瘤的转移的器官选择性,（一）肿瘤转移的器官选择性规律 （二）肿瘤细胞表型差异性 （三）组织器官微环境差异 （四）参与肿瘤转移器官选择性的相关因素,肿瘤转移的途径,1.淋巴道转移（常见）: 肿瘤细胞侵入淋巴管后,随淋巴液转移到淋巴结,在淋巴结内生长形成转移瘤。 2.血道转移: 瘤细胞侵入血管后,随血流转移到全身各处称血道转移。侵入人体静脉系统的瘤细胞,先转移到肺,再经心脏扩散到全身各脏器。消化道的恶性肿瘤常入侵门静脉系统转移到肝脏。,肿瘤转移的途径,3.直接蔓延: 随着肿瘤的不断增大,癌细胞常常连续不断地沿着组织间隙,淋巴管,血管或神经束衣侵入并破坏邻近的正常器官或组织,并继续生长。 4.种植性转移: 是指胸腔及腹腔肿瘤累及浆膜时,瘤细胞可脱落入浆膜腔,种植于临近或远处浆膜面继续生长,并可引起血性积液及粘连。,肿瘤转移的常见特点,肿瘤转移的倾向性（亲和性器官）,肿瘤转移的器官选择性规律,不能单纯通过解剖学或血液流体学来解释。,肿瘤细胞表型差异性,不同种类的肿瘤转移潜能不同，可能由于不同的遗传编码、细胞表面结构、抗原特性、代谢特性、受体种类和分布、侵袭力、与血管内皮细胞等的黏附力、产生局部凝血因子或肿瘤血管形成因子的能力以及对免疫反应的应答力等因素所决定的。,组织器官微环境差异,组织器官微环境差异有两个方面，一是原发肿瘤脏器，二是继发转移脏器。不同部位的移植瘤其转移特性不同。继发脏器的微环境对转移肿瘤细胞具有特殊亲和力也是肿瘤转移的重要基础。组织器官毛细血管外基质使肿瘤细胞逸出脉管最先接触的环境，基质的特异结构也决定了继发器官的微环境和对肿瘤细胞的亲和力。,参与肿瘤转移器官选择性的相关因素,1.影响肿瘤细胞与继发脏器脉管内皮细胞胞外基质结合的因素 ：如细胞介素。 2.化学趋化因子； 3.脏器相关免疫状态； 4.其他因素：LDGF-1，FGF，MGF，EGFR等。,五 研究肿瘤转移的动物模型,随着分子生物学及基因工程技术的进步，人类为建立理想的动物新模型进行了探讨。通过基因定位转导技术可将肿瘤的基因转入小鼠特定组织细胞内，诱发特定类型的肿瘤，并可持续传代。这就是转基因肿瘤转移动物模型。,第二节,肿瘤转移的分子生物学基础,肿瘤转移的分子生物学基础,基因调控下的肿瘤转移 黏附因子与肿瘤转移 血管生成和肿瘤转移 纤维蛋白溶解酶及其调节因子 基质金属蛋白酶与组织抑制剂 机体免疫状态与肿瘤转移,一 基因调控下的肿瘤转移,癌基因及抑癌基因之间的表达失衡 癌基因：BCL-2、Myc、ras、mos、raf、fes、fms、ser、fos、p53、erB-2、CD44v等。 抑癌基因：nm23，nm23的基因产物为核苷酸二磷酸激酶（NDPK）。NDPK通过信号转导影响肿瘤细胞微管的组合从而影响细胞微管、微丝等细胞骨架蛋白的活动，通过调节细胞内微管系统的状态而抑制癌的转移。 NDPK影响G-蛋白的信号传递，控制细胞增殖和蛋白结合GDP的磷酸化过程。,近年来发现了一类金属蛋白酶组织抑制剂，即TIMP，对肿瘤的转移的抑制作用主要表现在侵袭阶段。TIMP可能有抑制肿瘤血管形成的作用。 另一种新发现的肿瘤转移抑制基因kiSS-1，基因产物是G蛋白结合受体的内源性配体，在它的作用下细胞内钙的浓度增加。KiSS-1多肽抑制肿瘤细胞的化学趋向性和侵袭性，并限制肿瘤细胞的迁移蠕动功能。,二 粘附分子与肿瘤转移,肿瘤细胞的粘附性在肿瘤侵袭和转移中起着极为重要的作用。肿瘤转移过程无不包含粘附和分离两方面。 肿瘤侵袭的第一步肿瘤细胞从原发肿瘤脱落 游离，本质是肿瘤细胞间黏附因子的损失所致。 循环肿瘤细胞与脉管内皮细胞及细胞外基质细胞的黏附。,（一）细胞与细胞间的粘附,同源细胞间粘附：取决于同类邻近细胞间相同粘连因子的存在，钙连接素系列是此类细胞内粘附的基本物质。 异源细胞间粘附：是肿瘤细胞表面的粘附分子与其它类细胞表面不同粘附分子之间的连接，涉及到不同MHC来源细胞间配子与受体之间识别和结合，这种结合的存在使不同细胞间的相互效应得以实现。,（二）细胞与细胞外基质的粘附,细胞外基质与细胞的结合因不同组织来源而有所不同。有的是紧密包埋接触，有的是部分粘附。 细胞与细胞外基质的粘附是通过受体来达到的。其中以整合素受体占主要比例。,（三）粘附分子的种类和作用,整合素：有的参与不同细胞间的黏附连接，有的协助细胞与细胞外基质的结合。 钙连接素：是一种跨膜糖蛋白，主要参与同原细胞间连接。 免疫球蛋白类黏附分子：主要参与细胞与细胞间连接。 选择素：通过炭氢键连接，在肿瘤转移器官选择性倾向中发挥重要作用。,三 血管生成和肿瘤转移,1.血管形成过程 肿瘤新生毛细血管是在周边组织原有的血管基础上延伸扩展形成的，肿瘤在生长过程中也分泌多种物质来促进新生毛细血管的进一步形成。与此同时，这些丰富的毛细血管也为肿瘤细胞侵袭进入循环系统提供了良好的机会。 肿瘤本身能诱导血管的形成，肿瘤细胞可释放血管生成因子刺激血管内皮细胞的生长和移行。,2.肿瘤血管生成的调节 这是一个复杂的过程，一般包括以下步骤： 血管内皮基质膜溶解 内皮细胞向肿瘤组织迁移 内皮细胞在迁移前沿增殖 内皮细胞管道化，分支形成血管环 形成新的基底膜,四 纤维蛋白溶解酶及其调节因子,纤维蛋白溶解酶激活因子（PA）在肿瘤转移过程中如肿瘤血管形成、肿瘤细胞脱落、基质浸润、侵入和逸出循环系统、继发脏器移行和环境改造等重要步骤中起重要的正调节作用。PAI起负调节作用。,五 基质金属蛋白酶与组织抑制剂,溶解酶系统由一个庞大蛋白溶解酶家族组成，也称基质金属蛋白酶MMPs 一、基质金属蛋白酶的种类和结构 目前已知19种，根据其结构功能分为四大类：胶原酶，明胶酶，基质溶解酶和膜类蛋白酶。基质金属蛋白酶由几个特征性的结构区域组成，其中主要包括氨基末端多肽，催化区域片段和羟基末端血凝乳酶样结构。,（二）、金属酶组织抑制剂的种类和结构 金属酶抑制剂主要是金属酶组织抑制剂，金属酶组织抑制剂是一种分泌蛋白，它们在MMPS的活化和功能活性调节中起至关重要的作用。目前已认定四种1. TIMP-1，能抑制所有活化的胶原酶。2. TIMP-2，它能明显抑制MMP-2的活性并在纤维母细胞中以MMP-2 的前体复合物的形式与其结合。3. TIMP-3结构分析表明TIMP-3仅25%氨基酸系列与前两者同源。4.TIMP-4是最近从心脏组织CDNA文库中鉴定出来的，表现出明显抑制肿瘤侵袭和转移作用。,（三） 基质金属蛋白酶的功能及其调节 MMPS对基底膜和细胞外基质的降解作用，促使肿瘤细胞侵袭，穿过结缔组织进入脉管系统，最终达到继发组织器官扩展性生长。对原发性肿瘤和继发性肿瘤的生长有促进调节作用，并制造出适应肿瘤生长扩散的微环境。有明显促进肿瘤血管生长的作用。,六 机体免疫状态与肿瘤转移,肿瘤细胞从发生到转移需要具备的条件： 1.生长增殖 2.转移潜能 3.免疫脱逸 参与控制转移的免疫细胞主要有： NK细胞 巨噬细胞 T细胞,第三节,阻止肿瘤转移存在的问题和发展方向,一 肿瘤转移的基因治疗,基因治疗是将功能基因通过分子生物工程手段转染插入异常细胞，纠正治病基因的表达，使其功能蛋白或酶等基因表达产物，从而达到治疗目的。从基因治疗的策略有分：1.增强宿主抗癌免疫；2.恢复或增强肿瘤抑制基因的功能；3.阻断癌基因；4.优化增强化疗及放射敏感性。5.细胞基因杀伤效应。,二 血管形成抑制剂与抗肿瘤转移,目前有关抗血管形成的研究很多，不但集中研究对抗原发肿瘤，也针对肿瘤扩散转移。,三 细胞黏附因子抑制剂与抗肿瘤转移,据研究蛋白络氨酸激酶PTK作为信号传到活化因子参与了肿瘤细胞与细胞外基质结合以及肿瘤细胞在基质的移动等关键步骤。,四 基质金属蛋白酶抑制剂与抗肿瘤转移,MMPS在肿瘤侵袭和转移过程中单人了重要角色，通过抑制阻断MMPS的生物活性可以达到阻碍肿瘤转移的目的。目前将药物MMPS抑制剂按结构分为以下三类 1.较远肽类似物和非胶原肽类似物 2.四环素衍生物 3.二磷酸盐类物,DNA,Mode of action of EGFR inhibitors,Membrane,Extracellular,Intracellular,R,K,R,K,EGFR-TKI,EGFR-TKI,Signalling,Proliferation,Cell survival (anti-apoptosis),Growth factors,Chemotherapy/ radiotherapy sensitivity,Angiogenesis,Metastasis,EGF/TGF,Antibody,谢谢！,肿瘤抗血管生成策略,内皮抑素作用机理,Endostatin能阻止生长因子与受体结合,干扰其信号传导通路1。 Endostatin能抑制金属蛋白酶活性，阻断其降解细胞外基质2 。 Endostatin能诱导内皮细胞停滞在G1期，阻止内皮细胞分裂3 。 Endostatin能诱导内皮细胞凋亡，发挥抗血管生成作用4 。 Endostatin能阻止内皮细胞的粘附移行，阻断血管生成5 。,1. Kim YM, et al. JBC, 2002, 277(31):27872. 2. Lee SJ, et al. FEBS letters, 2002:147. 3. Hanai JI, et al. JCB, 2002, 158(3):529. 4. MacDonald NJ, et al. JBC, 2001, 276(27): 25190. 5. Furumatsu T, et al. J Biochem (Tokyo), 2002, 131(4): 619.,