图说 | Circulating Tumor Cell循环肿瘤细胞

众所周知，肿瘤转移是导致肿瘤患者死亡的主要原因，恶性肿瘤细胞会通过血液传播转移到身体的其他器官，如何更早更高效地发现癌症并予以精准打击是全世界最关注的的话题之一。

此次图说，将为大家介绍一个肿瘤早筛利器：循环肿瘤细胞（CTC）。肿瘤细胞侵入到原发肿瘤细胞的周围组织中，进入血液和淋巴管系统，形成循环肿瘤细胞CTC，并转运到远端组织，再渗出，适应新的微环境，最终“播种”、“增殖”、“定植”、形成转移灶。因此早期发现血液中的CTC，对于患者预后判断、疗效评价和个体化治疗都有着重要的指导作用。

肿瘤生物学的CTC研究

循环肿瘤细胞（circulating tumor cell）简称CTC，通常把进入人体外周血的肿瘤细胞称为循环肿瘤细胞。

• 1869年，澳大利亚病理学家John Ashworth首次提出循环肿瘤细胞的概念。

• 1976年，Nowell将CTC的定义修正为：来源于原发肿瘤或转移肿瘤，获得脱离基底膜的能力并通过组织基质进入血管的肿瘤细胞。目前CTC是指存在于外周血中的各类肿瘤细胞的统称。

• 如今，细胞富集（图中CTC enrichment），分离(图中CTC isolation)，分子分析和生物信息学方面的显着发展点燃了这一领域的活力，这使得有关肿瘤细胞扩散的研究得以更加深入。

使用细胞表面标记或物理特征（例如肿瘤细胞的特征：细胞大小或可变性等）来富集CTC，但由于任何CTC富集都可能因不能富集到具有与血细胞重叠特征的稀有肿瘤细胞而导致低估CTC异质性的风险，因此目前较新的方法为了避免细胞从分析中丢失，完全跳过了富集步骤。在识别出CTC之后，复杂的单细胞挑选设备或使用介电电荷的物理隔离将提供单个CTC用于分子谱分析。患者的CTC可以在体外或免疫受损的小鼠中生长，并且其行为可以通过高分辨率显微镜进行分析。

循环肿瘤微栓塞

被称为循环肿瘤微栓塞（Circulating Tumor Microemboli，CTM）的CTC簇被认为是最有可能转移的预兆。CTM细胞的组成包括血小板，基质细胞和造血细胞，但每种细胞类型所起的作用尚不清楚。许多单个分离的CTC在循环中死亡，有研究认为是CTM中的肿瘤细胞不容易死亡，是因为相互之间受到了保护，免受凋亡。

CTC如何进入和离开血液

肿瘤细胞经过多种机制在血液中传播，例如：

• 上皮-间质转化（EMT），该途径已经在原发性和继发性肿瘤中进行了研究，最近，不依赖标记物的CTC富集揭示了一系列CTC-EMT表型，发现在间充质肿瘤转录组和“干细胞”肿瘤可塑性特征之间有着重叠。

• 不同细胞表型之间的合作（“piggyback ”模型）也支持血液学传播，例如在神经内分泌和非神经内分泌小细胞肺癌细胞之间的传播。

• 集体迁移（大量肿瘤细胞的侵袭和迁移）可能最终导致CTM到达血液中的主要方式。

• 肿瘤细胞可以利用内皮细胞来形成其自身的血管壁（血管生成模拟[VM]），最近的研究表明，经历VM的肿瘤细胞可能更易于进入到血液。

CTC的分子表征

结合目前有效的细胞富集方法和分子生物学的进展，可以生成单个CTC或CTM的DNA和RNA图谱，这些图谱阐明了肿瘤的异质性以及原发性和继发性肿瘤之间的关系。CTC-DNA的全基因组扩增现已用于确认肿瘤相关拷贝数变化和体细胞突变的存在。单CTC-RNA分析提供了一种建立每个采样细胞的整体生物学状态的方法，并且可以识别潜在的药物靶标以及疾病进展过程中重要的生物学过程（如EMT）的变化。RNA和DNA单细胞方法的整合将不可避免地有助于在潜在的遗传/表观遗传变化与RNA谱中出现的变化之间建立联系。（图中：Single-cell  molecular  profiling（单细胞分子图）；蛋白质：表型标志物，治疗靶标；DNA：肿瘤特异性基因组，拷贝数畸变，全外显子组测序，全基因组排序；RNA：途径激活，治疗靶标）

CTC的播散

在乳腺癌，小细胞肺癌（SCLC）和黑色素瘤中，从CTC衍生的外植体模型（CTC-derived explant，CDX）的患者血液样本中已经确定了CTC的致癌性。CDX允许对高级疾病生物学进行全面分析，并使用在传播过程中捕获的肿瘤细胞的子代对体内潜在的新疗法进行检测验证。同时，CTC的富集和体外培养势头强劲，具有“实时”药物检测的潜力，现在，提取在治疗之前以及疾病发展时再次获得的CDX和CTC培养物，可以用来研究耐药机制。

CTC的临床效应

从血液中分离出来的循环肿瘤DNA（ctDNA）分子分析的最新突破性进展预示着“液体活检”的黄金时代，大量具有里程碑意义的ctDNA研究证明了其临床潜力。

• 2004年，美国食品与药品监督管理局（FDA）批准首个CTC检测与分析系统运用于临床CTC检测。

• 2012年，中国食品与药品监督管理局（CFDA）批准首个CTC检测与分析系统运用于临床CTC检测

• 2017年，中国食品与药品监督管理局（CFDA）批准首个体内CTC检测产品Cellcollector用于临床检测。

• 2019年，CSCO乳腺癌诊疗指南将循环肿瘤细胞（CTC）正式写入中国指南。

  尽管CTC已被认可为许多癌症类型的预后指标，并且已被评估为近十年来肿瘤患者管理的重要标志物，但迄今为止，其临床应用一直存在困难。然而，随着包括CTC异质性和CTC在体外和体内扩展的技术的进展以及改进的单细胞分子分析方法，CTC领域正在为癌症扩散的生物学及其对治疗的反应提供方向，结合CTC / CTM和ctDNA的方法为发挥液体活检的临床效用也提供可观的前景。

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