循环肿瘤细胞在恶性肿瘤转移中的研究进展

文/孙利君，许庆文

随着研究深入，目前认为肿瘤发生发展的关键因素可能与外周血微转移灶及肿瘤发生血行转移相关[1]，肿瘤血行转移是一个高度复杂的过程，包括癌细胞从原发部位分离、迁移到血流中并沿血流运输，以及肿瘤细胞在远处组织内的停滞和增殖。约90%的肿瘤相关死亡是肿瘤转移所致，并且是由血液中循环的肿瘤细胞驱动的[2]，且目前临床上依赖传统的血清学肿瘤指标、影像学检查等手段存在特异性不足、滞后性等缺点[3]，难以早期检测微转移灶的存在，因此，了解循环肿瘤细胞与肿瘤转移的联系对于抗癌至关重要。

1 循环肿瘤细胞

循环肿瘤细胞（cierculating tumor cells,CTCs）指的是实体肿瘤细胞在各种细胞因子及微环境的作用下进入血液，经过自身凋亡、机体的免疫攻击等一系列过程，仅有极少数可以存活，但具有高度侵袭及转移潜能，参与肿瘤转移过程,此概念早在1896年首先由澳大利亚学者Ashworth提出[4]。恶性肿瘤患者外周血系统中的循环肿瘤细胞主要有三种形式：循环肿瘤微栓子、单个细胞、血小板包裹的细胞。在形态学上， CTCs 较正常人细胞不易变形，但体积较大，核浆较高，核不规则。而且CTCs可通过以下两种方式加速肿瘤的生长，一种是通过血液循环从而扩散到其他组织器官形成转移灶；另一种是在肿瘤趋化因子的作用下归巢至原发灶定植。但并非是每一个进入到血液循环当中的 CTC 均会发生远处转移，CTCs 转移形成病灶需要一个比较复杂的过程。CTCs可以通过简单的外周抽血来检测，并可能全面显示肿瘤整体特征。近一半的癌症患者可以检测到CTC，一毫升血液中有100亿个血细胞，其中有1～10个肿瘤细胞。随着血液流动，CTCs可以滞留在毛细血管中，最终接近远处的器官。它们可以冬眠一段时间，等待致癌因子重新激活，最终导致癌症的远距离扩散[5]。为了高效识别和捕获CTCs，利用免疫亲和生物物理特性开发了多种CTC检测平台。CTCs的检测已被CellSearch系统[6]用于临床诊断和预后评估。

2 CTCs与肿瘤转移的联系

2.1 CTCs与上皮间质转化( epithelial mesenchymal transition，EMT)

EMT的概念是由Greenberg[7]在1982年首次提出的。EMT是指上皮细胞在形态学上发生成纤维细胞或间充质细胞表型的转变，细胞极性消失，细胞骨架重新排列，并且迁移和流动能力增强的现象。目前CTCs 产生的具体机制仍不明确，可能与EMT相关。肿瘤细胞可在进入血液循环时发生EMT，进而增强肿瘤细胞的侵袭能力。在 EMT 过程中，上皮细胞摆脱了细胞间黏附等分化特征，通过上皮相关基因的上调和下调而获得间充质特性，进入血液循环[8]。血液循环中的CTCs，既能为游离的单个细胞存在，亦可聚集形成CTCs细胞簇。尽管每天都有大量的肿瘤细胞从原位脱落进入血液形成CTCs,但只有少数CTCs能存活并且发展成为新的转移灶，大多在外周血循环过程中被免疫系统杀死或者凋亡，而EMT促进循环系统中CTCs的存活，且CTCs是上皮-间充质转变后从原发肿瘤脱落到血管系统的细胞，这是上皮细胞的表型转换，以获得更多的间质特征，使它们能够在血流中循环，并有可能转移到身体的各个器官[9]。

2.2 血小板与CTCs的相互作用

血小板的主要功能是与受损血管的部位结合以止血。然而，在肿瘤患者中，活化的血小板黏附在循环的肿瘤细胞上，加剧了转移扩散。关于血小板与肿瘤细胞的相互作用，已经提出了一些假设，但这些相互作用的潜在机制尚未完全了解。早在10余年前，人们就认为肿瘤细胞与血液中血小板的相互作用在转移的早期阶段起着重要作用[10,11]。有研究表明[10]血液中存在的血小板主动向肿瘤细胞发出信号，以促进其在原始微环境之外的转移潜能。在转移的过程中，当原发肿瘤释放肿瘤细胞时，它们在循环系统中变成CTCS[12]。在CTCS逮捕和血管中产生后，它们必须与血小板（PLT），纤维蛋白原（FIB）等凝血因子等凝结因子一起工作以形成微血栓，以帮助它们黏附和转移在远处的器官[13]。Sina Anva[14]等研究表明：当CTC在微血管壁附近滚动时，血管壁附近形成一个局部涡旋。使CTC附近血浆流动的速度达到涡旋形成前最大流速的两倍；局部涡旋可导致CTC周围更高的剪切力，它可以激活周围血小板30上的黏附分子，并触发CTC和附着血小板之间的相互作用。一个血小板的激活可能导致更多血小板的激活，类似于血凝块形成过程。活化血小板附着在CTC上可以增强CTC的阻滞和血管壁外渗，并加重转移结果。

2.3 凝血系统与CTCs的相互作用

大量的研究表明，肿瘤和凝血系统存在双向效应。现在人们普遍认为癌症和异常止血之间存在着密切的相关性。患有各种癌症（包括胰腺癌、结直肠癌和胃癌）的患者经常会发生血栓形成，相反，凝血级联反应的成分也会影响癌症的进展。凝血的主要始作俑者，跨膜受体组织因子（TF），作为肿瘤进展的决定因素，已引起广泛关注[15]。纤维蛋白原（FBI）是纤维蛋白的重要来源，在CTCs外掺和远处转移过程中起着重要的作用[16]。有研究表明，FBI可能通过促进肿瘤细胞血管生成和形成保护性纤维蛋白屏障，从而促进肿瘤生长和导致肿瘤侵袭和转移的过程，使肿瘤细胞对内源性防御机制产生抵抗[11]。癌细胞与内皮细胞之间的直接相互作用可产生高凝状态，再通过激活血细胞（如单核细胞、巨噬细胞和血小板）或通过从癌细胞中分泌组织因子、癌促凝剂和细胞因子，凝血过程会加剧。D-二聚体是纤维蛋白的最终稳定产物，在增强凝血和纤溶系统激活后升高，广泛用于检测和排除深静脉血栓形成及相关的血栓性疾病。一些研究提示血浆D-二聚体在恶性肿瘤中升高，其表达水平与晚期肿瘤分期、总生存期和治疗反应呈正相关。恶性肿瘤D -二聚体升高的潜在机制可能是与CTCS相关：一开始，CTCs在毛细血管或者器官较大的血管中停滞后，很容易与血小板、血浆等成分易凝结，并通过血栓的形成与肿瘤细胞稳定黏附，保护肿瘤细胞不受血管系统的增殖、黏附和扩散。血栓通过以下几种机制参与转移过程：保护癌细胞免受免疫系统破坏、血流应激、促进肿瘤细胞附着到血管壁、促进血管外渗或者血管生成或促进内皮细胞回缩。

3 CTCs在临床中的应用

早在10余年前美国临床肿瘤协会（American society of clinical oncology,ASCO）已将CTCs纳入肿瘤标志物。目前，CTCs已被FDA批准作为监测乳腺癌、前列腺癌和结直肠癌患者预后生物标志物。与传统的影像学检查和肿瘤标志物的检测相比，检测CTCs可以更早地发现肿瘤的转移和复发。由于CTCs是一种无创采集方法，在治疗过程中很容易做到连续监测，为疗效评价提供了可靠的依据。目前的治疗恶性肿瘤的主要手段仍是手术治疗，CTCs有可能作为液体活检更好地指导恶性肿瘤患者的治疗并评估预后。因此关注CTCs特殊的生物学特征有助于早期发现原发肿瘤及转移灶，有可能被用作未来转移形成的预测指标。此外,CTCs具有原发肿瘤的某些特性和独特的分子特征,可以为治疗恶性肿瘤的可能机制提供有价值的见解。

4 挑战

尽管使用CTC作为一种液体活检用于早期诊断和预后的前景很好，但将其转化为临床实践仍存在显著挑战。值得注意的是，CTC阳性的截止值存在争议，因为各种研究都使用了广泛的CTC水平。其中的关键原因包括从取样、储存条件和CTC分子标记等技术方法缺乏共识，以及缺乏相关的富集和检测技术。因此，由于科学研究进展有限，是否CTCs可成为临床独立判断疗效的因素仍未可知。