做市场调研，来学习肿瘤十大生物学特征（二）
编译 / @林博 西安万隆制药股份有限公司 市场总监
编辑 / 同写意 @annie
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二、永不停止的复制能力；引发血管新生的能力；侵袭与转移的能力
三、肿瘤细胞获得性的的生物学特性与新兴的肿瘤的生物学特征
自给自足的生长信号；抗生长信号的不敏感；抵抗细胞死亡；潜力无限的复制能力；持续的血管生成；组织浸润和转移；避免免疫摧毁；促进肿瘤的炎症；细胞能量异常；基因组不稳定和突变。
02 永不停止的复制能力、引发血管新生的能力、侵袭与转移的能力
1、赋予无限复制不死的能力
到2000年我们认为，癌细胞是为了长成可见的大肿瘤才获得无限复制的能力的。这种能力与体内大多数正常谱系的细胞形成了鲜明的反差。通过细胞生长-分化周期后，正常的细胞都应该是数量有限的。
这种限制是与两种肿瘤发展屏障密切关联的：一种是衰老，典型的非复制但是可以生存的状态，还有一种是危机状态，它包含了细胞的死亡。
相应的，当细胞复制传播时，这一进程会被重复：过度的复制引发了衰老，如果能规避衰老这一屏障，前面还有危机状态在等着它，决大多数的细胞都挺不过危机状态这一关。
极小的几率下，细胞挺过来了，并且呈现出无限复制的潜力。这种转变我们把它叫做永生化，这种特征建立在复制细胞呈现出增值能力而没有出现衰老和危机的迹象。
多重证据表明，端粒保护着染色体的末端，在无限复制的过程中处于核心位置。端粒是由六位碱基串联而成的多重复制体。
在正常非永生细胞的复制过程中，端粒长度随着复制是不断缩短的，最终失去了保护染色体末端从DNA端-端融合过程中逃离出来的能力。这最终会导致染色体双着丝核型的紊乱，这样就威胁到细胞的生存。相应的，端粒DNA的长度就预示了在某一细胞中可以复制多少代，而不至于端粒受到大规模的破坏失去其功能（引发危机状态的功能）。
端粒酶是一种可以增加DNA端粒末端复制片段长度的特殊的DNA聚合酶，在正常非永生化细胞中几乎不表达，在超过90%的永生化的细胞（包括人类的肿瘤细胞）中都有显著地表达。依靠扩增端粒DNA，端粒酶使它避免了多次复制过程中这种程序性的破坏，当然端粒酶缺乏时这种破坏就会出现。
这展现了端粒酶的激活作用，既可以使细胞多代复制而不死，又可以使其抵抗衰老和危机状态/凋亡；相反，压制端粒酶的活性就会引发端粒缩短，从而诱发这些肿瘤形成过程中的障碍。
增殖的两大障碍——衰老和危机状态/凋亡—被认为是我们细胞内关键的抗肿瘤防御手段。它们被利用来阻断癌前及癌变细胞的生长。出于这种障碍，大部分肿瘤竭尽全力拼命复制，以逃脱衰老和危机状态/凋亡的阻碍作用。
最终，极少数变异的细胞发生了永生化，这写细胞构建了肿瘤。这主要归功于它们能够维持端粒DNA具有足够的长度，从而不去触发危机状态/凋亡的阻碍作用。这主要是上调端粒酶表达实现的，另外在极少的情况下是通过端粒重组实现的。
因而端粒缩短被认为是一种正常细胞经有限次数的复制就停止复制的“闹钟提醒”机制，这是肿瘤细胞在形成过程中必须克服的障碍。
2、重新评估增值衰老
鉴于端粒维持目前被认为是肿瘤化过程中必不可少的一个关键条件，复制诱发的衰老是肿瘤生成的障碍要被改进和改写了。
近些年的研究揭示，端粒酶承担着一些跟复制相关而与端粒维持无关的功能。这些端粒酶的额外功能对肿瘤形成的影响还需要进一步的研究。
3、诱导新生血管形成
与正常组织一样，肿瘤需要氧气和养分，并且需要排出二氧化碳和代谢废物。
与肿瘤相关的新生血管的构成，是由血管新生的程序启动的，这样就强调了这些需求（这与厌氧环境造成的诱导信号密切相关）。
在胚胎形成阶段，血管结构的形成与上皮细胞的形成及组装（血管制造）成管密切相关，还与已有血管新生萌芽（血管新生）有关。在这些形态上的变化发生后，正常的血管就大体成型了。
在成人中，作为正常生理进程的一部分，在伤口愈合和女性生育循环中，血管新生的功能也会短暂地出现。相反，在肿瘤的生成过程中，新生血管开关几乎总是激活并开启的，这样就引发了静息状态下的正常血管结构产生并延伸出新的血管网线，从而支撑肿瘤不停的生长扩张。
新生血管开关被补贴-抵消因子通过诱导或对抗新生血管的生成的手段控制。一些新生血管调控因子是信号蛋白，他们通过与血管上皮细胞表面表达的受体相结合来刺激或者拮抗新生血管。最著名的新生血管诱导因子和拮抗因子就是VEGF-A和TSP-1。
肿瘤内血管的生成有赖于长期激活血管新生及不平衡的混合类血管新生因子刺激，肿瘤内血管出现了典型的异常：这些异常包括毛细血管萌芽早熟，复杂且过度生长的血管分支，扭曲且扩大的血管，血流量不稳定，少量出血，泄漏，异常水平的内皮细胞增殖和凋亡。
血管新生，无论是在浸润性肿瘤动物模型还是在人类肿瘤中，发生之早令人吃惊。对癌前病变组织分析表明，非浸润性病变，包括各种器官发育不良和原位癌的发生，都揭示了早期血管新生开关就已经产生了问题。
历史上，我们曾认为只有在肉眼可见的肿瘤处于快速生长期时，肿瘤新生血管才是非常重要的。但是最近的数据表明，血管新生对于出于癌前病变阶段的微小肿瘤的生长就已经起到了作用，这样就巩固了其作为肿瘤生物学标志性特征的地位。
过去的十年，我们在肿瘤新生血管方面的探索取得了惊人的成绩。在这些进展中，特别值得我们注意的是肿瘤生理学方面的一些进展。
4、新生血管调控的层次
一旦新生血管被激活，肿瘤就会展现出多种新生血管的模式。一些肿瘤，包括高侵袭性的肿瘤例如胰腺导管腺癌，它们是非血管依赖性的，他们有大片的基质构成的“沙漠”，它们是缺血性肿瘤甚至有可能会抵抗血管的生成。
但是绝大多数人类的其他肿瘤，包括肾和胰腺的神经内分泌性癌症都是血管依赖性的，因此其癌组织内血管排列非常密集。
5、内源性的血管新生抑制剂是肿瘤血管新生的自然屏障
90年代的研发揭示，TSP-1与纤溶酶片段（血管抑素）、胶原蛋白-18（血管内皮抑素），可以作为内源性的血管新生抑制剂起到抑制作用。
在过去的十年里，我们发现了其他的成打的这种组分。大部分是蛋白质，它们中的许多都是受结构蛋白的蛋白水解所驱动，其本身并不能调控血管新生。它们之中的相当一部分可以在正常的人类和小鼠的循环系统中被发现。
某些特定的基因编码了这些内源性的血管新生抑制剂，如果在没有不良生理影响的前提下，将含有这些基因的特定品系细胞删除，那么在这一部位和植入肿瘤的部位，肿瘤就会迅速的生长起来。
相反，如果在循环系统中这些物质的表达水平提高了（例如在转基因小鼠或种植肿瘤的小鼠中，这种水平高表达），肿瘤的生长就会受到损害。有趣的是，当这些基因被提升或者消除时，伤口愈合和脂肪沉积就相应的被损害和加速。
有数据显示，这种内源性的血管新生抑制剂在正常情况下作为生理调节因子，在组织再生和伤口愈合期间暂时性的允许血管生成，它们也可以作为早期肿瘤诱导或持续产生血管新生的内源性的屏障而存在。
6、血管周细胞是肿瘤血管构建的重要基础元件
血管周细胞作为一种支撑细胞我们很早就认知了，在正常的血管组织中周细胞紧紧粘附在内皮细胞管的外表面，它们对内皮细胞起到机械性和生理性的支撑作用。
相反，与肿瘤相关的血管结构中，却缺乏这种辅助细胞明显的覆盖层。然而，近年来对周细胞仔细的研究发现，虽然松散，周细胞即使不是与所有的肿瘤也与绝大部分肿瘤的血管结构相关。
更重要的是，下面我们对有关机制的探讨中会揭示，周细胞覆盖层对于维持肿瘤血管结构的功能具有非常重要的作用。
7、多种髓源性细胞对肿瘤新生血管有重要的作用
现已清楚，在病理性的血管新生中，骨髓源性的细胞扮演了一个重要的角色。
这包括了先天免疫系统——这主要包括了巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞、髓系祖细胞，它们渗透了癌前病变部位和进展期肿瘤并且在这些病变部位的边缘聚集。
肿瘤周边炎症细胞帮助触发原本在组织中处于静息状态的新生血管开关，维持了与肿瘤相关的持续的血管新生，另外还促进了局部侵袭，下面会谈到这一点。我们现在可以利用药物以内皮细胞信号为靶向的来保护血管结构不受侵害。
另外，在特定的病例里我们发现几种骨髓源性的“血管内皮祖细胞”迁移到了癌变部位，并且作为周细胞和内皮细胞插到了肿瘤新生血管里面去。
8、激活侵袭转移
现在我们已经清楚，从最初的上皮组织产生癌变到病理学上的高度恶变，这反映出与局部侵袭和明显的转移相关的癌细胞会变化它们的形状，并且改变它们与其他细胞及胞外基质（ECM）的联系。
最大的个性化改变就是丢失了癌细胞的E-钙粘蛋白，这是细胞与细胞之间的关键粘连分子。通过与相邻的上皮细胞形成交叉粘着，E-钙粘蛋白帮助上皮细胞层紧密聚集并且帮助其维持静息状态。
E-钙粘蛋白表达升高将很好的建立起对肿瘤侵袭和转移的抵抗机制，而降低了它的表达可以使侵袭和转移实现。我们经常可以在人类肿瘤中观察到E-钙粘蛋白的下调和少数的突变失活，这对于“E-钙粘蛋白是侵袭转移——这一肿瘤生物学特征的关键抑制因子”的观点，是一种很好的证明。
此外，在生长抑制下调的情况下，基因编码的细胞对细胞以及细胞对胞外基质的粘附分子在高侵袭性肿瘤中明显的改变了（下调）。
相反，与细胞迁移相关的粘附分子在胚胎形成及炎症期间会显著的上调。除了得到或失去这些细胞对细胞或细胞对间质的联系蛋白之外，对侵袭和转移的主要调控因子我们还基本不知道，有时候我们有所怀疑，但是还不能做出功能性的验证。
侵袭与转移的多步进程，目前认为是系统化的一些列连续的步骤，通常被称作侵袭-转移级联反应。
我们可以认为，这是细胞生物学上的一种成功改变，刚开始是局部侵袭，紧接着就是肿瘤细胞进入相邻的血管和淋巴管，癌细胞通过淋巴和血液系统中转，接下来这些肿瘤细胞会从管腔中逃脱进入离原发部位较远的组织实质中（外渗），肿瘤细胞的小结节构造（微小转移），最终会从一个小的转移病变部位成长为一个肉眼可见的肿瘤，最后一步被称为“定植”。
9、上皮间质转化程序（EMT）拓宽了我们对侵袭和转移的调控方面的认知
一个正在发展的调控程序，叫做上皮间质转化程序，已经成为一种形成侵袭能力的主要手段，被转化的上皮细胞正是依靠这一手段获得了侵袭、抵抗凋亡、扩散的能力。
通过与胚胎形成和伤口愈合的各种步骤共用的一个程序，肿瘤细胞可以获得多种特性从而赋予其侵袭和转移的能力。
EMT这种多功能的程序可以在不同程度上被癌细胞在侵袭和转移的时候短暂或稳定的激活。
一套多种活性的转录因子大部分都是发育基因完成启动的。这些转录调控因子在恶性肿瘤或能引发重要程序性入侵的动物肿瘤实验模型中，被以各种各样的组合形式表达；我们发现，其中一些因子当异位过度表达时就会发生转移。
这些转录因子引发了一系列的细胞生物学特性，这其中包含失去了与其他细胞的交叉粘连并且发生了多边形/上皮细胞向细长/成纤维细胞的转化，表达了基质降解酶，增强了运动能力，提高了对凋亡的抵抗力——所有这些特点都与侵袭和转移密切相关。其中一些转化因子可以直接的压制E-钙粘蛋白的基因表达，从而剥夺了抑制癌化上皮细胞活力和侵袭能力的关键抑制因子。
越来越多的证据表明，癌细胞与相邻的肿瘤基质细胞的相互影响可以诱导出恶性肿瘤细胞表型的表达，我们知道这是由这些转录因子中的一个或多个所决定的。
更进一步，在特定的肿瘤侵袭边缘的肿瘤细胞，已经经历过EMT了，这表明这些肿瘤细胞容易受到微环境的刺激，明显与居于肿瘤核心区域的肿瘤细胞受到的刺激不同。
尽管现在证据依然不充分，但是很明显，EMT诱导的转录因子可以决定侵袭-转移过程中的绝大多数步骤，除了最后一步定植以外。我们对由EMT产生的间质的表现、作用和长久稳定性仍然知之甚少。
尽管我们观察到由EMT诱导的转录因子在非上皮细胞癌症中也有表达，例如肉瘤和神经外胚层肿瘤，但是它们在这些肿瘤恶化进程中所起到的作用我们现在还不知道。
另外，我们现在还不知道，侵袭性肿瘤的细胞是否必需通过激活部分EMT程序来获得其侵袭能力，亦或是其他调控程序也可以达到这一目的。
10、基质细胞对侵袭和转移的贡献
越来越明显的证据表明，肿瘤细胞与肿瘤基质细胞的相互作用参与了侵袭-转移能力的获得。像上面说的一样，这些信号侵袭了肿瘤细胞并且促使它们获得了肿瘤的生物学特征。
肿瘤周边的巨噬细胞可以通过提供基质降解酶例如金属蛋白酶、半胱氨酸组织蛋白酶。高度恶变并不出现在严格细胞自动运行方式里，而且它们的表现并不能仅仅通过对肿瘤细胞的基因组分析认知。
一个未经检验的重要的观点认为，一部分特定的肿瘤细胞可以获得诱发大部分侵袭-转移级联反应步骤的能力，而并不需要这些肿瘤细胞除了肿瘤形成的初始期必需的突变外，额外产生其他突变。
11、浸润性生长的弹性进程
上下游信号诱导浸润的能力（通常经由EMT）关乎转换的可能性，只有这样，当肿瘤细胞从原发灶散播到较远的组织中的时候，不可能再像处于原发灶那样从激活的间质细胞和侵袭/EMT诱导的信号中受益了；不能继续暴露在这些信号下，那么肿瘤细胞在它的新家就会退回到原来的非浸润状态。
然而肿瘤细胞已经在启动浸润和侵袭转移的时候已经经历过EMT了，所以会经历一个倒过来的程序我们叫做MET。这种弹性原因在于构建肿瘤定植地，这些细胞在组织病理学上与原发癌部位没有经历过EMT的细胞是一致的。
更进一步，有的时候我们说肿瘤细胞规矩的经历整个EMT程序未免简单了；相反，在很多案例里，我们都发现肿瘤细胞进入了EMT程序但是仅仅经历其中一部分，随后当他们能继续表达残余的上皮细胞特点时，就已经具备了间质的特征。
12、侵袭的不同形式可能跟肿瘤的不同表型相关
肿瘤调控着一种特殊的侵袭类型叫做“间质化”，同时目前也已经区分了另外两种截然不同的侵袭类型。
集体入侵具备的特点涉及肿瘤细胞结节集体进入相邻组织，例如鳞状细胞癌；有趣的是这类肿瘤很少转移，这表明这种侵袭缺少某种促进转移的功能属性。我们对这种类似阿米巴原虫（变形虫）的入侵形式知之甚少。
在这种侵袭形式中，个体的肿瘤细胞呈现出形态可变性，这就使它们可以通过滑行穿过细胞外基质的空隙，而不必费事的清理道路，这在间质侵袭和集体侵袭中都发现了。
现在仍然不明了的是，当肿瘤细胞参与集结并以阿米巴变形虫的形式发生侵袭时，是否启动了部分的EMT程序，或者在编排另一种侵袭方式（集结并以阿米巴变形虫的形式发生侵袭），是否整个细胞生物学机制都有所不同。
另一个新出现的概念，上文我们提到了，炎症细胞对癌细胞的促进作用，这些细胞集结在肿瘤的边缘，产生了胞外基质降解酶和其他促侵袭的因)；这就不需要肿瘤细胞通过EMT程序来制造这些因子。
这样肿瘤细胞就通过分泌趋化因子来招募促侵袭炎症细胞，而不是亲自制造基质降解酶。
13、转移性定植过程艰巨复杂
转移可以被分为两个阶段：肿瘤细胞从原发部位向远处组织散播，肿瘤细胞适应了新的外部微环境并且成功定植，也就是从微转移灶成长为肉眼可见的肿瘤。多步骤的散播看起来是在EMT范围内进行的并且参加了转移的程序。
定植，并不一定总是转移的必然结果，现有证据显示：许多病人发生了多处微转移，成功的完成了散播但是却不能成长为肉眼可见的肿瘤。
在某些类型的肿瘤中，原发癌释放出系统性的抑制因子，使这些微转移灶处于休眠状态，在对原发肿瘤实施切除之后，这些微转移灶会发生爆炸性的增长。
然而，在其他的情况下，例如乳腺癌和黑色素瘤，在原发肿瘤被切除或化疗清除后数十年，微转移灶才会爆发性成长。这些转移瘤的生长反映出：休眠的微转移灶经过许多次试验和失败，终于解决了复杂的组织定植问题。
我们从这些实验历史数据中能得出的推论是，这些微转移灶缺乏某种对于爆发性增长必不可少的肿瘤生物学特征能力，例如激活新生血管的能力；的确，特定的实验产生的微转移灶无法发展成肉眼可见的肿瘤这被认为恰恰是无法激活血管新生所导致的。
此外，近来实验表明，营养缺乏会引发强烈的自噬，癌细胞会收缩并且转入一个可逆的休眠状态；当组织微环境发生改变的时候，例如营养充足，已经休眠的癌细胞就会退出休眠状态，重新生长并增殖。其他的微转移休眠机制包含嵌入正常组织细胞外基质的抗生长信号和免疫系统的肿瘤抑制作用。
大部分散播出去的肿瘤细胞对它们到达的肿瘤微环境的适应性看起来都不太好，至少在最初阶段是这样的。相应的，每一种肿瘤细胞都需要发展出一套自己在新环境想要快速增值起来的解决方案。
这种适应性的产生需要上百种不同的定植方案，每一种定植办法都受定植的肿瘤细胞的类型和定植发生地的组织微环境的影响。就像我们下面要讨论的一样，然而，有些特定的组织微环境对扩散过来的肿瘤细胞来说，注定是比较友好的。
很长时间以来，转移扩散一直以来被认为是原发瘤肿瘤进程中的最后一步，实际上对许多肿瘤来讲确实是这样的。
另一方面，最近出现的证据显示肿瘤细胞扩散发生的非常早，无论是在鼠模型还是在人类细胞里，从非侵袭的恶变前表皮就已经开始扩散了。此外，微转移也可以从已经具备新生血管管腔结构却没有管腔的完整性的原发癌处扩散。
尽管现在知道肿瘤细胞很明确的可以从癌前病变处扩散，播种到骨髓和其他组织中，但是它们是否有能力定植到那里并且可以发展成很明显的肉眼可见的较大转移瘤仍未得到证实。
除了扩散发生的时间以外，现在仍不清楚肿瘤细胞是在什么时候、什么地方发展出来定植到新组织、发展成较大肿瘤的能力的。
这种能力在肿瘤形成初期，就作为肿瘤的特殊发展途径形成了，甚至比散播还要早；这样原发瘤的细胞偶然进入血液循坏，并被赋予了定植到远处特定组织的能力。
另一种可能是，这种定植于特定组织的能力，仅仅用来回应那些作用于扩散的癌细胞的选择性压力，这些压力是针对肿瘤细胞对新组织微环境的成长适应性的。
发展了这些特殊组织的定植能力，这些转移克隆体内的肿瘤细胞就可以散播得更远，不仅到达体内的新组织，而且还可以回到原发瘤上。相应的，原发瘤内细胞的特异组织定植程序并非起源于原发瘤本身，而是起源于这些归巢的细胞。这些“再定植”与对人类胰腺癌的研究结果是一致的。
换句话说，在原发瘤里，癌细胞群体的表型和基因表达程序（包括下面要讨论到的肿瘤干细胞）明显的被从远处转移灶归巢的癌细胞修饰过。隐藏在癌细胞自我再播种进程中的是另外一种概念：支持性基质在原发癌部位生长起来，并且为了原发瘤能得到恶变的特性，给转移灶生长起来的归巢癌细胞提供了一个友好的再生长和定植的环境。
澄清了赋予转移灶定植能力调控程序为未来的研究指明了方向。现在正在进行相关基础研究，例如，现在正在确定：出现并在特定组织内协助建立起大到可视程度的转移灶的基因集（转移特征基因集）。
现在我们面临的挑战还是很艰巨的，上文我们提出了许多种明显不同的定植方案。更进一步，定植不像是一种细胞自动、自发的进程。相反，它几乎肯定需要建立起由关键基质细胞构成的、允许肿瘤顺利生长的肿瘤支持微环境。
因为上述原因，定植过程包含了大量的细胞生物学程序，总的来讲，比转移中的散播步骤更加复杂化和多样化。
14、胞内信号通道对肿瘤生物学特征能力的程序化调控
在2000年，我们提出了一个比喻，在这个比喻中，无数的信号分子影响着肿瘤细胞的运行，就像节点和分支都被精心整合过的信号回路，这是一种重新编程过的正常细胞中信号回路的衍生物。
随后的十年中的科学发现，不但巩固了我们最初描述的这些信号回路，而且还拓展了这些回路中所包含的信号及信号通道之间的交互影响。如果不是不可能，那么也很难用图画的形式全面而连贯的表现出这些信号通路，就像我们2000年所做的那样。
现在我们根据癌症的各个独立的生物学特征绘制了一幅信号回路的草图。
因此我们将细胞内的信号回路分割成不同的子回路，每个子回路都用于支持一种在正常细胞中独立的细胞生物学特征并且为了支持描述肿瘤相应的生物学特征而被重新编排、归纳了。
在这个图形中仅仅表述了对应每种标志性特征的信号回路子集，这是因为我们对相关控制回路知之甚少，另一方面也是因为它们之间广泛重叠。
从另一方面来看，这种复杂性还包含信号独立子回路之间的广泛交联和相互作用。
举个例子：
某一种特定癌基因活动可以影响多种肿瘤细胞生物学特征能力，就像突出的癌基因多种不同功能所展现的那样，例如突变的Ras基因和上调的MYC基因，都具备多重肿瘤细胞生物学特征能力我们预计，未来这个整合回路的样式将会包含我们现在还不知道的子回路和相关肿瘤生物学特征能力。
（未完待续……）
个人简介
林博
西安万隆制药股份有限公司 市场总监
先后在杭州九源基因、北京悦康药业、西安万隆制药股份有限公司就职，历任总经理助理、省区经理、产品经理、市场部经理、市场总监等职务。
在各公司任职期间，从事销售工作期间曾从零起步，开拓过山东、陕西市场；在市场部工作期间曾主导超过一百个通用名产品的市场调查工作，先后完成研发项目立项二十余项，目前已取得生产批件、上市销售的项目共六项，其中五项业已盈利；对各公司已有的多个产品实施了再定位，各产品再定位后均取得了突破性增长。