肿瘤多细胞起源研究进展

张百红，岳红云

人类癌症研究的困惑之一是肿瘤的细胞起源问题。传统的细胞理论认为肿瘤起源于一个单细胞遗传和表观遗传变化的累积。一旦最初的变化发生，肿瘤启动并经过一系列累积变化最终发展为侵袭性表型［1］。然而，更多的研究似乎倾向于肿瘤起源于多细胞。多细胞即一组细胞，这些细胞相互影响加速细胞转化并最终形成肿瘤。本文理论探讨肿瘤的多细胞起源，为人类最终攻克癌症提供新的治疗策略。

1 肿瘤起源于多细胞

一个细胞的特性和行为可能影响到另一个细胞。一个正常细胞在转化为肿瘤细胞的过程中，这个细胞可能引起其他细胞也转化为肿瘤细胞。

1.1 单细胞之间相互影响 研究发现，细胞之间通过多种方式发生影响。著名的“接触抑制”现象在1954年被发现，成为正常细胞与恶性细胞的重要行为区别，也是细胞之间相互影响的最直接证据。旁观者效应(bystander effect)指未接受刺激的周围邻近细胞发生与接受刺激细胞同样的变化［2］。这一现象首先在自杀基因治疗中发现。在转导了自杀基因的肿瘤细胞死亡后，还可引起邻近肿瘤细胞的死亡。旁观者细胞可能是邻近细胞，也可能是远处器官。新近提出的“细胞挤出”(cell extrusion)概念更是细胞间相互影响的结果。如果一个上皮细胞层要保持其结构并为机体提供一个屏障，它就需要在正在分裂的细胞数量与正在死亡的细胞数量之间维持平衡［3］。有学者研究了上皮细胞单层，发现上皮在高度拥挤的区域会将活细胞而不是正在死亡的细胞挤出去，而被挤出去的细胞会因为存活因子的失活而死亡。因此，“细胞挤出”可能用来消除过剩的细胞而抑制肿瘤生长，但在肿瘤细胞中，“挤出”的细胞也可能会促进肿瘤细胞转移［4］。活细胞挤出可限制细胞密度和控制上皮细胞数量［5］。

1.2 细胞间相互影响的机制 接触抑制在调节细胞增殖和细胞稳态方面发挥重要作用。转录因子FOXM1通过下调细胞周期素A和Polo样激酶来调控接触抑制［6］。研究发现，接触抑制是机体内相互作用和限制的结果，而非单独的表面接触［7］。细胞内信号通路联系着细胞之间的活动。细胞间黏附分子和细胞内信号通路也可调节接触抑制［8］。邻近细胞接受到死亡细胞的信号，如释放入细胞外微环境的可溶性因子或通过缝隙连接(gap junction)进行细胞间信息传递的调节因子，间接诱导旁观者效应［9］。连接蛋白43和凋亡蛋白Bax相互作用通过缝隙连接通路调节肿瘤细胞凋亡［10］。全身因素如炎症［11］、免疫［2］、代谢［12］均能影响细胞之间的相互作用。新近发现，小GTP酶Rab11可以控制一组细胞的Rac水平，导致黏附的多细胞移动结构中单细胞的有序组织［13］。

2 多细胞具有异质性

2.1 肿瘤中存在遗传和表观遗传不同的多细胞越来越多的证据显示，同一细胞内可能有不同基因组改变的细胞存在［14］。肿瘤异质性来源于细胞遗传和表观遗传的差异［15］。如果肿瘤来源于单细胞，那么形成的细胞亚群(subpopulation)可能是遗传和表观遗传相同的单克隆，其后裔细胞不会出现明显的异质性。

与肿瘤异质性在肿瘤生长到一定时间后才出现的理论相反，另一学说认为肿瘤的异质性在肿瘤刚形成时即已发生，即肿瘤干细胞学说(cancer stem cell，CSCs)。肿瘤中亚克隆(subclones)的维持可能来源于不同CSCs(即CSCs的异质性)的自我更新和复制［16］。肿瘤内细胞异质性是克隆选择的基础［17］，也是形成细胞亚群的源泉。

2.2 肿瘤内有不同表型的细胞亚群 肿瘤内部出现具有不同表型的亚群，有的亚群有较快的生长速度，有的具有更强的侵袭性，有的具有更高的转移潜力，有的具有更好的免疫原性以逃避人体的免疫抑制。这些不同的生物学特性可能是突变累积所获得，也可能是肿瘤多细胞起源的结果。肿瘤异质性是肿瘤治疗失败的关键。Sottoriva等［18］发现脑胶质瘤中存在多细胞系。在同一瘤体内，可以见到不同的细胞亚群。在肿瘤早期的亚群细胞中有EGFR和CDKN2A/B/p14ARF拷贝数异常，而当肿瘤进展的后期则有PDGFRA和PTEN的突变。

3 多细胞之间“相互对话”，形成独立的组织或器官

在单细胞水平，细胞与细胞之间的黏连和交流由细胞间多种复杂的连接来调节，包括桥粒、缝隙连接等［19］。这使不同的单细胞具有共同或相似的生物学特性和行为。研究发现，一组细胞移动通过细胞接触显示相同的细胞行为并依赖相同的信号传导通路，就像单个细胞一样。这种接触依赖于E-钙黏素、Wnt-PCP 通路和 Rac1［20］。

肿瘤已不单是突变的癌细胞，更像一个多种细胞类型和成分组成的新器官，与其所处的微环境构成了一个复杂的“社会”。在“肿瘤社会”里，肿瘤细胞与其周围“正常”细胞保持着相互斗争、相互利用、相互改造的关系。人们正尝试理解肿瘤细胞与其微环境间相互作用的“语言密码”，最终阻断其相互作用的“对话”［21］。多细胞之间的相互“对话”，使肿瘤成为一个具有遗传、代谢、繁殖、进化和意识特征的生命整体，或许还具有感知、认知、学习、情感等自由意志［22］。

4 肿瘤转移可能是不同部位细胞影响的结果

4.1 转移的克隆起源 不同部位的转移瘤起源于不同单个细胞的增殖。最近研究发现，宿主遗传背景可能影响转移潜能，也即宿主本身的遗传特质是转移发生的重要决定因素。在多细胞克隆肿瘤中，具有转移潜能的细胞克隆与局部器官微环境相互作用，决定了转移靶向性选择和转移瘤生长。另外，肿瘤中不同的细胞亚群总是可以不断变异，建立在特定环境中生存的能力，或转移到其他的器官获得更多生存空间。新近研究发现，连接蛋白43和26可调节肿瘤细胞的转移［23］。

4.2 不同部位细胞相互影响导致肿瘤转移 研究者推测，肿瘤遗传特质中包含有两个或多个相互纠缠的细胞，即一个细胞状态变化，生物系统中有相同来源或遗传特质的另一细胞即刻发生相应的状态变化。这与经典的肿瘤转移克隆选择理论不同。当一个组织或器官的局部细胞发生癌变时，其他部位的细胞也同时转化为癌细胞并失控复制，形成“转移瘤”。

Tamulis等［24］发现了由两个原细胞(protocell)组成的系统中量子纠缠(quantum entanglement)现象。一个原细胞发生量子纠缠光合转换时，邻近的细胞也出现光合转换。有丝分裂异常引起的基因组不稳定是肿瘤发生的主要原因而非结果。Hameroff等［25］认为正常镜像样的有丝分裂通过由微管为基础的中心粒和有丝分裂纺锤体中的量子纠缠和量子黏附来组织。量子黏附和(或)量子纠缠损伤可能引起染色体分配异常、异常分化和失控复制，最终形成肿瘤。多细胞中量子纠缠现象的存在提示可能有细胞纠缠(cell entanglement)，如果真是这样，将彻底颠覆传统的转移理论。

综上所述，单细胞的高度相关性是维持单细胞存在的必要条件［26］。虽然单细胞测序方法可以为肿瘤进化机制研究提供新的方法［27］，但并不能真正揭开肿瘤起源之谜，因为肿瘤起源于多细胞。细胞之间通过“细胞挤出”等方式相互影响，相互影响的结果是一组细胞可能同时转移为癌细胞，形成多细胞亚群构成的异质性肿瘤，并通过多细胞之间的相互“对话”形成独立的组织或器官。笔者推测，肿瘤遗传特质中包含有两个或多个相互纠缠的细胞，细胞纠缠可能是肿瘤转移的根源，也间接提示肿瘤的多细胞起源。

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