肿瘤转移的分子基础及治疗选择
作者：武忠弼
单位：武忠弼 同济医科大学
关键词：
德国医学/990503 Tumormetastasierung Molekulare Grundlagen
und therapeutische Optionen
B,M.Chadimi and P.m Schlag
目前，大多数癌患者仍然是死于肿瘤的转移。对于肿瘤转移的分子机制，如今已了解得越来越多，因而有望作出新的治疗策略。原发性肿瘤形成子瘤是一个复杂的、由一个个互不相关的步骤组成的系列过程，其中的每个步骤对于转移的形成，都是有限制作用的，即若切断其中的任一步骤，肿瘤的转移就将被阻止。这是对迄今已知的肿瘤转移的各个步骤一个概括，并从而指出了今后肿瘤治疗的新途径。
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转移过程的第一步是，癌细胞通过肿瘤组织中细胞与细胞间粘附的松解而脱离出来，然后通过溶蛋白过程而侵入周围的细胞外基质，再进入血管及淋巴管。在血液(淋巴)循环中，肿瘤细胞必须逃脱机体的免疫防御机制，粘附在该转移器官血管床的血管内皮上，继而脱离其血管系统，侵入靶器官，并从此开始增殖。从其大小到1mm以上起，氧和营养物质的弥散距离就过大，因而必须有新的血管生成，以保证转移肿瘤的继续生长。由此可见，肿瘤转移是一个“多步骤过程”，必须经过上述各个步骤才能在远隔器官形成转移。
分子基础
细胞与细胞间粘附 细胞与细胞间的粘附是上皮完整性和分化的前提。这种粘附是由一些特殊化的结构，即主要由钙粘着蛋白E/连环蛋白复合物所组成的结合带。此粘接复合物的破坏可导致实体性上皮肿瘤入侵性和进展性的升高。钙粘着蛋白E是一种钙相关的透膜蛋白，负责同型细胞间的粘着。钙粘着蛋白在胞浆内与胞浆蛋白(α，β及γ连环蛋白)互相作用，从而最终与细胞骨架相结合。用上皮肿瘤细胞系的体外研究显示，钙粘着蛋白的功能障碍与肿瘤细胞的入侵相并行。与此相同，文献中也有关于不同人体上皮性肿瘤在免疫组织化学上其钙粘着蛋白E表达减少的报告。此外，也还有钙粘着蛋白E表达消失伴有细胞退分化增加和转移率升高的报告。因此，钙粘着蛋白E也被称为肿瘤入侵和转移抑制物。钙粘着蛋白E除在蛋白水平上减少外，还发现有钙粘着蛋白E的基因突变，后者可导致一种变异的、无功能活性的蛋白。结合带的功能障碍可在连环蛋白的改变时出现。在纯合子性缺如和突变基础上的连环蛋白表达减少，已在各种不同的癌肿得到证实。来自免疫球蛋白超家族的粘附分子如ICAM-1，ICAM-2(ICAM=intercellular adhesion molecules)和DCC(del ect in colon cancer)等，在细胞与细胞间粘附中起着重要作用。这类分子的调节障碍，或由于表达消失或由于等位基因丧失，也可导致同型细胞粘附的减少，并因而引起上皮细胞联接的松解。蛋白或脂类的唾液酸化也与细胞的粘附特性和转移特性有联系。因而细胞膜唾液酸化增强可促进结肠直肠癌细胞的入侵，阻抑由手术材料新鲜分离的结肠直肠癌细胞的细胞间粘附，并刺激肿瘤细胞及血小板的聚集能力。最近发表的一项研究指出，结肠直肠癌的α-2，6-唾液酸化是一种独立的预后因素。唾液酸也通过与唾液酸LeX或LeA相结合的选择蛋白，参与肿瘤细胞在内皮细胞上以及在细胞外基质上的粘附。此外，唾液酸还能通过T淋巴细胞影响对肿瘤的辨认，因而在对于恶性肿瘤细胞的免疫监视方面具有重要意义。
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细胞与基质间的互相作用肿瘤细胞之穿过基底膜及进入血管和淋巴管，乃由能消化细胞外基质的细胞外蛋白酶活性以及细胞基质受体(整联蛋白)予以调节，后者关系到肿瘤细胞在基质上的移动。整联蛋白是一个大的受体家族，可以在大多数细胞上表达。作为异二聚体，整联蛋白乃由α和β单元组成。迄今已知的有8个β和14个α单元。这些单元组成了20种不同的整联蛋白，其配体特异性乃由α链，其与胞浆蛋白的结合乃由β链加以介导。除上述功能外，这类整联蛋白还完成其他作用，如淋巴细胞归巢、白细胞与内皮粘附以及T细胞溶解等。许多整联蛋白联接在三肽序列(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸=RGD)上，后者可见于一些基质蛋白如纤连蛋白及玻连蛋白等。整联蛋白的粘着功能可由于这种联接的破坏而降低。为此，可以使用含有合成RGD的肽类，这种肽能抑制粘着、体外入侵和体内转移。例如，在体外实验中移动性增强的乳腺癌细胞，与活动表现较弱的肿瘤细胞相比，其整联蛋白α3β1的表达增强。还可看出，这种转移细胞对纤连蛋白的粘着明显升高，而给予特异的整联蛋白拮抗物则可加以阻断。在恶性黑色素瘤则相反，其肿瘤细胞则系通过整联蛋白受体αVβ3的介导而粘着于玻联蛋白上的。因而可以设想，不同类型肿瘤细胞向相同靶器官的转移，是通过整联蛋白受体的亚型结合在相应的基质蛋白上而造成的。作为肿瘤转移过程中的重要步骤之一，肿瘤细胞在内皮细胞上的结合也是通过整联蛋白进行的。对于肾癌细胞而言，文献报道认为，整联蛋白的亚型VAL-4(α4β1)结合在内皮特异性的粘附分子(VCAM-1)上，可能是其血源性转移的机制。通过增强的整联蛋白表达而粘附在Ⅰ型胶原蛋白上，则与常见的卵巢癌的腹膜转移有关。
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糖蛋白CD44，由于其在细胞-基质相互作用中的功能，对于肿瘤细胞的转移也颇具意义。除标准型CD44(CD44s)外，尚有许多CD44亚型(CD44v)，可通过不同的“剪接”而予以归类。正常的上皮细胞、癌细胞以及造血细胞可表达各种CD44类型的不同联合，但对于它们的功能和调节尚所知不多。目前主要探讨的是各种不同的CD44剪接联合的表达与肿瘤表达以及转移的关系问题。其中CD44v6的表达被认为具有特殊的意义。但关于这方面的文献资料矛盾尚多，故在得出最后的结论之前，尚需作进一步的研究。
基质蛋白溶解
只有通过细胞外基质的蛋白酶解，肿瘤细胞的迁移和入侵才有可能。蛋白溶解的活性乃由降解酶(如丝氨酸酶或金属蛋白酶，及其抑制物如纤溶酶原激活物抑制剂PAI-1或组织金属蛋白酶抑制剂TIMP)予以调节。
丝氨酸蛋白酶 对于肿瘤入侵和转移具重要意义的尿激酶型纤溶酶激活物系统(u-PA-系统)乃由丝氨酸蛋白酶-纤溶酶、其激活物t-PA和u-PA及其抑制物αL抗纤溶酶、PAI-1和PAI-2组成。纤溶酶具有广谱底物，可降解许多细胞外基质蛋白，如纤连蛋白(FN)、玻连蛋白(VN)和血纤蛋白(Fibrin)。此外，纤溶酶还可激活各种金属蛋白酶，后者又可降解细胞外基质。纤溶酶的通过u-PA激活可由抑制物PAI-1及PAI-2予以调节。因而，蛋白溶解、肿瘤细胞的入侵和转移与这些分子的平衡有关。当u-PA调高时，在动物模型中可见到肿瘤细胞的入侵和转移增强。这一现象也已由大量临床研究加以证实。因此，肿瘤组织中高水平的u-PA和PAI-1乃一个预后不良的因素。
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金属蛋白酶 基质金属蛋白酶(MMP)在参与细胞外基质蛋白(胶原蛋白、蛋白聚糖、弹性蛋白、层连粘蛋白和纤连蛋白)的降解中起着决定性作用。目前已知的MMP有17种，并可分为三个主要的组：①间质胶原酶组，②明胶酶组和③基质溶素组。与丝氨酸蛋白酶相似，金属蛋白酶对于细胞外基质的降解，以及因而对于肿瘤细胞的入侵和转移都有关。在生理状态下，这些酶由于其很高的降解潜能而受到严格的调控。除基因表达的调变以及必需的酶原活化外，对金属蛋白酶尚有许多潜在的内原性抑制物。其中除一般的蛋白酶抑制物如α2巨球蛋白外，参与抑制的还有特异性的金属蛋白酶的组织抑制物(tissue inhibitors of metalloproteinases,TIMP)存在。在生理条件下(例如创伤愈合)，这类酶的密切调节对 于程序化的细胞外基质降解是基本的。在肿瘤，这种酶的调节可发生障碍，从而导致金属蛋白酶的表达增强和TIMP的丧失。TIMP通过阻断蛋白酶而在体外和体内显示其抗入侵作用。在动物模型，也已证明TIMP具有抗转移的效应。除了这种抗入侵和抗转移的作用外，TIMP还显示明显的抗血管形成的功能，其原因是当增生的内皮细胞侵入组织间质时，金属蛋白酶对其发挥了降解作用。
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肿瘤细胞的能动性
除基质的蛋白溶解和细胞-基质的相互作用外，肿瘤细胞的积极活动性是其穿透间质以及进入和移出脉管的双向运动的前提。自分泌性和旁分泌性因子，可以刺激细胞作不定向的(化学促活作用)或依浓度差定向的活动(趋化作用)。因此可以分为自分泌性活动因子、细胞外基质成分和促活动性生长因子。
自分泌性活动因子 自分泌性活动因子(AMF)属于细胞因子，由肿瘤细胞分泌，可通过与一受体(AMF-R=gp78)结合而刺激细胞的迁移。AMF及AMF-R在体外和体内都显示增强肿瘤细胞活动性和促进肿瘤转移的效应。在临床研究中，二、三期胃癌患者AMF-R的表达与预后明显相关。在此，AMF-R为一个独立的预后因子。在结肠直肠癌，AMF-R的强表达也与疾病缓解期的缩短有关。除AMF外，不久前被定性为Neurolekin/磷已糖-异构酶-多肽的一类物质，发挥着一系列其他细胞特异性活动因子的作用，如自动素(Autaxin)、“移动刺激因子”以及“平滑肌源性移动因子”等。
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细胞外基质成分(ECM)不同的ECM成分，如玻连蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、以及Ⅰ型和Ⅳ型胶原蛋白等，也能激发肿瘤细胞的活动。一些ECM成分的移动效应也是通过与整联蛋白结合而实现的。另一作用机制看来是通过蛋白聚糖实现的。用多聚型的纤连蛋白(sFN)可以加以调变，例如在动物实验中，给予sFN可以阻断骨肉瘤、黑色素瘤以及各种癌的转移。
生长因子 许多已知的生长因子对于肿瘤具有旁分泌性移动刺激作用。除纤维母细胞生长因子(FGF)、胰岛素样生长因子(IGF)Ⅰ和Ⅱ、白介素-6、血小板源性生长因子(PDGF)等外，肝细胞生长子或称分散因子(HGF/SF)也有重要作用。HGF/SF分子乃由两个肽链(α和β)构成，并可通过不同的“剪接”，以不同的变异型出现。HGF/SF是c-met受体的配体，此受体主要表达在上皮细胞上。在许多体外实验中已经见到HGF/SF能提高肿瘤细胞的活动性。由于在各种肿瘤组织中c-met受体呈恒定的高调状态，因而它对于肿瘤细胞活动性的升高可能有意义，这在乳腺癌已得到证实。对此，HGF/SF被视为一个独立的预后因子，并与转移率有重要关系。
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肿瘤细胞-内皮相互作用
在靶器官中，肿瘤转移细胞移出脉管是一个复杂的过程，其中有粘附分子如选择蛋白、免疫球蛋白超家族的成员、整联蛋白、CD44等的参与。
选择蛋白 肿瘤细胞最初靠近靶器官脉管内皮的活动被称为“滚动”。这种初步的、尚属弱的粘附，就像白细胞移出血管一样，系由选择蛋白承担的，其中有三种不同的结合糖的透膜蛋白，并按细胞类型加以命名，首先发现的有：对于淋巴细胞的L-选择蛋白，对于内皮细胞的E-选择蛋白和对于血小板的P-选择蛋白。这些蛋白或表达于循环中的细胞，或表达于内皮。其配体为细胞表面寡糖如路易斯唾液酸X。当从路易斯唾液酸X中除去岩藻糖或唾液酸时，由E-选择蛋白所介导的粘附就降低。在内皮上的滚动可通过给予特异性选择蛋白抗体而予以阻抑。对此，早已了解的是肿瘤细胞表面含有高水平的唾液酸化及岩藻糖基化的糖蛋白，故选择蛋白在转移过程中可能起着重要的作用，这也已得到若干实验研究的支持。P-选择蛋白和免疫球蛋白嵌合体也已在不同的肿瘤如结肠肿瘤、肺肿瘤和乳腺肿瘤得到证实，而E-选择蛋白则因其更具特异性而仅与结肠癌细胞结合。
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血管生成
一旦增生组织的大小超过1～2mm3时，氧和营养物质的扩散距离就过大，因而必须有新生血管来保证该组织的继续生长。除了这种灌流效应外，肿瘤细胞对内皮生长的双向旁分泌刺激，以及增生内皮细胞对肿瘤生长的刺激也是肿瘤血管生成的重要效应。
正负调节因子间的平衡决定着内皮细胞是否保持于脉管的稳态，或进入脉管新生。最重要的脉管新生诱导因子有诸如生长因子及移动因子、基质降解酶和基质受体等(表1)。
表1 血管生成的诱导物 “脉管内皮生长因子”
VEGFA-C
“纤维母细胞生长因子”
aFDF
, 百拇医药 bFGF
int-2
K-FGF
“转化生长因子-β”
“血小板源性生长因子”
“分散因子”(“肝细胞生长因子”)
其他肽类
“粒细胞集落刺激因子”
血管生长素
“血小板激活因子，P物质
整联蛋白
金属蛋白酶
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体外及体内实验显示，这些分子的合成增强和分泌，以不同方式引起向肿瘤血管生成表型的过渡。内源性合成的物质如“基本纤维母细胞生长因子”(bFGF)或“脉管内皮生长因子”(VEGF)可通过相应的、表达在内皮细胞上的受体起着有丝分裂原的作用。系统地给予bFGF也在bFGF受体阴性的肿瘤首先引起血管密度增加，继而引起肿瘤体积增大，而给予bFGF特异性或VEGF特异性单克隆抗体则可引起血管密度的降低和相继的肿瘤体积缩小。
除这类有丝分裂原外，尚有其他脉管生长诱导因子，例如基质降解物质中的MMP或细胞表面分子如整联蛋白等，特别是整联蛋白αVβ3对于内皮细胞增生是必需的。当给予αVβ3拮抗物后可见肿瘤由于内皮的凋亡而缩小。后来还发现，αVβ3直接结合在金属蛋白酶MMP-2上，从而在功能上形成细胞表面分子与基质降解之间的联系。除基质降解和内皮细胞迁移外，内皮粘附是脉管新生的必需步骤，此时，血管生长素起着重要作用，后者可由肿瘤细胞分泌并可诱导增生内皮细胞的粘附。
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除了通过肿瘤血管新生而导致天然的肿瘤灌流效应外，还发现了一种来自内皮细胞而作用于肿瘤细胞的促生长性旁分泌效应。内皮细胞分泌促肿瘤细胞生长的生长因子，如PDGF、IGF-1、IGF-2以及细胞因子，如IL-1，IL-6，IL-8和“粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)”。在体外，肿瘤细胞主要沿着无血流的内皮小管生长，这种现象支持在内皮细胞与细胞之间有一种旁分泌性、双向性刺激存在的学说。
除了这种血管新生对原发性肿瘤及其转移的促生长效应外，还发现，肿瘤血管密度的增加也有利于转移过程。动物实验研究中曾发现，脱落的肿瘤细胞数与肿瘤血管密度以及后来出现的肺转移有关，其原因如下：①肿瘤细胞可以较容易地通过增生内皮细胞的基底膜而进入血循环，因为这种基底膜是残缺不全的，②迁移中的内皮细胞分泌出胶原蛋白酶和纤溶酶原激活物，这些酶可以通过其降解作用使肿瘤细胞易于进入血循环。许多研究也已证明人的肿瘤血管密度也与转移的形成有关。
治疗选择
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肿瘤转移过程的每一个步骤均必须得到肿瘤细胞的充分参与，才能在临床上形成转移瘤。这一认识使我们有理由去寻找可以影响转移过程各个步骤的有关物质，以阻止转移的形成。从生物学上看，扰乱转移过程中的任何一个步骤，均能阻止转移的发生。因此，如使用三苯氨胺、视黄酸、γ亚麻酸及IL-2均可恢复钙粘着蛋白E的表达。这至少在体外可导致肿瘤细胞侵入性生长的降低。通过应用单克隆抗体或RGD序列以阻断细胞-基质间的相互作用(整联蛋白)，也可在动物模型中抑制转移形成。
从临床角度看，特别是应用抗血管新生和/或抗溶蛋白治疗对于抑制转移生长是很有意义的。这两种治疗方法适用于抑制已存在的微小转移的生长，因为后者是由血管生长和由溶蛋白促成的肿瘤细胞入侵于周围组织所共同决定的。得出这一结论是由于近年来发现，早在肿瘤极早期就已可见到单个的转移细胞。因此，通常在肿瘤早期试图用有效的手术治疗来阻断转移过程是少有希望的。
抗溶蛋白和抗入侵治疗
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由于基质蛋白溶解的重要作用，故可用调控u-PA系统的方法来进行抗入侵和抗转移治疗。这一治疗措施可用直接阻抑u-PA酶活性的方法予以实现。B-428作为u-PA的选择性抑制物，在体内对前列腺癌的转移率有明显的抑制效果。在这样的治疗中，其他溶蛋白系统(例如金属蛋白酶)也会受到充分抑制，否则被阻断的u-PA系统的作用可能会得到补偿。
当然，不论是TIMP-1或TIMP-2，均由于其分子大小和抗原性而不能应用于临床。已经了解，TIMP本身的抑制结构是一氨基端结构域，由此可以在将来发展一种相应的药物结构。目前临床上已经有一些物质如Batimastat或Marimastat投入使用。这些药物具有金属蛋白酶的活性中心，可导致对金属蛋白酶溶蛋白活性的高亲和性但可逆性的抑制(见“血管生成”项)。
动物实验中可见，在对黑色素瘤、卵巢癌及结肠直肠肿瘤给予金属蛋白酶抑制物后，肿瘤的入侵性和转移都受到明显的抑制。
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抗血管生成治疗
应用血管生成抑制和阻抑血管生成诱导物以阻抑血管生成，可能有效地抑制肿瘤及转移的生长(表2)。至于很有希望的临床前结果在多大程度上可进入临床转化，必须由当前正在进行的Ⅰ期及Ⅱ期研究未加以显示。在已用于临床的首批物质中有多磷酸戊聚糖，后者能阻抑由bFGF诱发的内皮细胞增生。在对AIDS引起的卡波西肉瘤的Ⅰ期研究中，遗憾地发现这种物质并无抗肿瘤活性。类似的结果也见于对实体肿瘤的治疗。另一种抗血管生成物质，一种合成的Fumagillin类似物(TNP-470)从1992年已用于临床试验。在体外和体内实验中，TNP-470均对不同动物模型的原发肿瘤和转移瘤的生长，显示抑制作用。应用TNP-470治疗卡波西肉瘤和不同实体肿瘤的Ⅰ期研究，以及治疗中枢神经系统肿瘤的Ⅱ期研究已经开始。
表2 抗血管生成物质 内源性物质
血管抑制素
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内皮抑制素
PEX
干扰素
白介素-1
白介素-12
血小板因子4
血小板反应蛋白1
金属蛋白酶的组织抑制物(“tisue inhibitor of metalloproteinases”，TIMP)
2-甲氧雌二醇(2-Methoxyoestradiol)
视黄酸
16K催乳素断片
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外源性物质
金属蛋白酶抑制物(Batimastat,Marimastat)
TNP-470(Fumagillin类似物)
干扰素
Thalidomid
多磷酸戊聚糖
VEGF阻断抗体
整联蛋白αV-β3阻断性肽类
另一组不同的抗血管生成物质，即金属蛋白酶抑制物-Barimastat(BB94)或Marimastat(BB2516)，在体外实验中对肿瘤细胞增生并无效应，但在体内对肿瘤生长和转移于人的异种移植物以及对小鼠肿瘤均有抑制作用。用BB94所作的Ⅰ期研究正再进行；用口服BB2516治疗胃癌的Ⅱ期研究已进行了数月。
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还有一种物质，即B型链球菌的多糖毒素(CM101)，将在Ⅱ期研究中予以检验。CM101优先结合在肿瘤内皮细胞上，从而导致炎性反应、出血、血栓形成、以及细胞因子的释放。先期发表的Ⅰ期研究结果已显示出肿瘤缓解和良好的耐受性。
IL-12除具有升高T细胞和NK细胞活性的效应外，也具有很强的抗血管生成的作用。研究显示，这种作用是通过由INF-γ诱生的蛋白10(IP-10)的诱导而形成的。IP-1是体内血管生成的一种潜在的抑制物。对实体肿瘤和AIDS时卡波西肉瘤的Ⅰ期和Ⅱ期研究也已启动。
寻找新的、高效的和具有选择性的抗血管生成物，特别是内原性的，例如血管抑制素(Angiostatin)和内皮抑制素(Endostatin)，以及新近的PEX等，有望开发出新的治疗方法。用这些物质(至少就内皮抑制素而言)作抗血管生成治疗，其很大的优点在于不会形成抗药性，原因是肿瘤内皮属“正常的”而非已瘤变的细胞，因而不致选择出抗药性克隆。此外，临床前研究还显示，联合应用抗血管生成物和细胞毒性化疗可显著提高细胞毒性物质的活性。
对于肿瘤转移的理解，正如本文所述，近年来已显著加深和扩大。因而，有望在分子学知识的基础上，对仍经常发现的、处于肿瘤晚期的患者，开发出特异性、新辅佐性、辅佐性或至少是对症性的治疗。
Chirurg,1998,69∶1315-1322, 百拇医药
单位：武忠弼 同济医科大学
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德国医学/990503 Tumormetastasierung Molekulare Grundlagen
und therapeutische Optionen
B,M.Chadimi and P.m Schlag
目前，大多数癌患者仍然是死于肿瘤的转移。对于肿瘤转移的分子机制，如今已了解得越来越多，因而有望作出新的治疗策略。原发性肿瘤形成子瘤是一个复杂的、由一个个互不相关的步骤组成的系列过程，其中的每个步骤对于转移的形成，都是有限制作用的，即若切断其中的任一步骤，肿瘤的转移就将被阻止。这是对迄今已知的肿瘤转移的各个步骤一个概括，并从而指出了今后肿瘤治疗的新途径。
, http://www.100md.com
转移过程的第一步是，癌细胞通过肿瘤组织中细胞与细胞间粘附的松解而脱离出来，然后通过溶蛋白过程而侵入周围的细胞外基质，再进入血管及淋巴管。在血液(淋巴)循环中，肿瘤细胞必须逃脱机体的免疫防御机制，粘附在该转移器官血管床的血管内皮上，继而脱离其血管系统，侵入靶器官，并从此开始增殖。从其大小到1mm以上起，氧和营养物质的弥散距离就过大，因而必须有新的血管生成，以保证转移肿瘤的继续生长。由此可见，肿瘤转移是一个“多步骤过程”，必须经过上述各个步骤才能在远隔器官形成转移。
分子基础
细胞与细胞间粘附 细胞与细胞间的粘附是上皮完整性和分化的前提。这种粘附是由一些特殊化的结构，即主要由钙粘着蛋白E/连环蛋白复合物所组成的结合带。此粘接复合物的破坏可导致实体性上皮肿瘤入侵性和进展性的升高。钙粘着蛋白E是一种钙相关的透膜蛋白，负责同型细胞间的粘着。钙粘着蛋白在胞浆内与胞浆蛋白(α，β及γ连环蛋白)互相作用，从而最终与细胞骨架相结合。用上皮肿瘤细胞系的体外研究显示，钙粘着蛋白的功能障碍与肿瘤细胞的入侵相并行。与此相同，文献中也有关于不同人体上皮性肿瘤在免疫组织化学上其钙粘着蛋白E表达减少的报告。此外，也还有钙粘着蛋白E表达消失伴有细胞退分化增加和转移率升高的报告。因此，钙粘着蛋白E也被称为肿瘤入侵和转移抑制物。钙粘着蛋白E除在蛋白水平上减少外，还发现有钙粘着蛋白E的基因突变，后者可导致一种变异的、无功能活性的蛋白。结合带的功能障碍可在连环蛋白的改变时出现。在纯合子性缺如和突变基础上的连环蛋白表达减少，已在各种不同的癌肿得到证实。来自免疫球蛋白超家族的粘附分子如ICAM-1，ICAM-2(ICAM=intercellular adhesion molecules)和DCC(del ect in colon cancer)等，在细胞与细胞间粘附中起着重要作用。这类分子的调节障碍，或由于表达消失或由于等位基因丧失，也可导致同型细胞粘附的减少，并因而引起上皮细胞联接的松解。蛋白或脂类的唾液酸化也与细胞的粘附特性和转移特性有联系。因而细胞膜唾液酸化增强可促进结肠直肠癌细胞的入侵，阻抑由手术材料新鲜分离的结肠直肠癌细胞的细胞间粘附，并刺激肿瘤细胞及血小板的聚集能力。最近发表的一项研究指出，结肠直肠癌的α-2，6-唾液酸化是一种独立的预后因素。唾液酸也通过与唾液酸LeX或LeA相结合的选择蛋白，参与肿瘤细胞在内皮细胞上以及在细胞外基质上的粘附。此外，唾液酸还能通过T淋巴细胞影响对肿瘤的辨认，因而在对于恶性肿瘤细胞的免疫监视方面具有重要意义。
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细胞与基质间的互相作用肿瘤细胞之穿过基底膜及进入血管和淋巴管，乃由能消化细胞外基质的细胞外蛋白酶活性以及细胞基质受体(整联蛋白)予以调节，后者关系到肿瘤细胞在基质上的移动。整联蛋白是一个大的受体家族，可以在大多数细胞上表达。作为异二聚体，整联蛋白乃由α和β单元组成。迄今已知的有8个β和14个α单元。这些单元组成了20种不同的整联蛋白，其配体特异性乃由α链，其与胞浆蛋白的结合乃由β链加以介导。除上述功能外，这类整联蛋白还完成其他作用，如淋巴细胞归巢、白细胞与内皮粘附以及T细胞溶解等。许多整联蛋白联接在三肽序列(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸=RGD)上，后者可见于一些基质蛋白如纤连蛋白及玻连蛋白等。整联蛋白的粘着功能可由于这种联接的破坏而降低。为此，可以使用含有合成RGD的肽类，这种肽能抑制粘着、体外入侵和体内转移。例如，在体外实验中移动性增强的乳腺癌细胞，与活动表现较弱的肿瘤细胞相比，其整联蛋白α3β1的表达增强。还可看出，这种转移细胞对纤连蛋白的粘着明显升高，而给予特异的整联蛋白拮抗物则可加以阻断。在恶性黑色素瘤则相反，其肿瘤细胞则系通过整联蛋白受体αVβ3的介导而粘着于玻联蛋白上的。因而可以设想，不同类型肿瘤细胞向相同靶器官的转移，是通过整联蛋白受体的亚型结合在相应的基质蛋白上而造成的。作为肿瘤转移过程中的重要步骤之一，肿瘤细胞在内皮细胞上的结合也是通过整联蛋白进行的。对于肾癌细胞而言，文献报道认为，整联蛋白的亚型VAL-4(α4β1)结合在内皮特异性的粘附分子(VCAM-1)上，可能是其血源性转移的机制。通过增强的整联蛋白表达而粘附在Ⅰ型胶原蛋白上，则与常见的卵巢癌的腹膜转移有关。
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糖蛋白CD44，由于其在细胞-基质相互作用中的功能，对于肿瘤细胞的转移也颇具意义。除标准型CD44(CD44s)外，尚有许多CD44亚型(CD44v)，可通过不同的“剪接”而予以归类。正常的上皮细胞、癌细胞以及造血细胞可表达各种CD44类型的不同联合，但对于它们的功能和调节尚所知不多。目前主要探讨的是各种不同的CD44剪接联合的表达与肿瘤表达以及转移的关系问题。其中CD44v6的表达被认为具有特殊的意义。但关于这方面的文献资料矛盾尚多，故在得出最后的结论之前，尚需作进一步的研究。
基质蛋白溶解
只有通过细胞外基质的蛋白酶解，肿瘤细胞的迁移和入侵才有可能。蛋白溶解的活性乃由降解酶(如丝氨酸酶或金属蛋白酶，及其抑制物如纤溶酶原激活物抑制剂PAI-1或组织金属蛋白酶抑制剂TIMP)予以调节。
丝氨酸蛋白酶 对于肿瘤入侵和转移具重要意义的尿激酶型纤溶酶激活物系统(u-PA-系统)乃由丝氨酸蛋白酶-纤溶酶、其激活物t-PA和u-PA及其抑制物αL抗纤溶酶、PAI-1和PAI-2组成。纤溶酶具有广谱底物，可降解许多细胞外基质蛋白，如纤连蛋白(FN)、玻连蛋白(VN)和血纤蛋白(Fibrin)。此外，纤溶酶还可激活各种金属蛋白酶，后者又可降解细胞外基质。纤溶酶的通过u-PA激活可由抑制物PAI-1及PAI-2予以调节。因而，蛋白溶解、肿瘤细胞的入侵和转移与这些分子的平衡有关。当u-PA调高时，在动物模型中可见到肿瘤细胞的入侵和转移增强。这一现象也已由大量临床研究加以证实。因此，肿瘤组织中高水平的u-PA和PAI-1乃一个预后不良的因素。
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金属蛋白酶 基质金属蛋白酶(MMP)在参与细胞外基质蛋白(胶原蛋白、蛋白聚糖、弹性蛋白、层连粘蛋白和纤连蛋白)的降解中起着决定性作用。目前已知的MMP有17种，并可分为三个主要的组：①间质胶原酶组，②明胶酶组和③基质溶素组。与丝氨酸蛋白酶相似，金属蛋白酶对于细胞外基质的降解，以及因而对于肿瘤细胞的入侵和转移都有关。在生理状态下，这些酶由于其很高的降解潜能而受到严格的调控。除基因表达的调变以及必需的酶原活化外，对金属蛋白酶尚有许多潜在的内原性抑制物。其中除一般的蛋白酶抑制物如α2巨球蛋白外，参与抑制的还有特异性的金属蛋白酶的组织抑制物(tissue inhibitors of metalloproteinases,TIMP)存在。在生理条件下(例如创伤愈合)，这类酶的密切调节对 于程序化的细胞外基质降解是基本的。在肿瘤，这种酶的调节可发生障碍，从而导致金属蛋白酶的表达增强和TIMP的丧失。TIMP通过阻断蛋白酶而在体外和体内显示其抗入侵作用。在动物模型，也已证明TIMP具有抗转移的效应。除了这种抗入侵和抗转移的作用外，TIMP还显示明显的抗血管形成的功能，其原因是当增生的内皮细胞侵入组织间质时，金属蛋白酶对其发挥了降解作用。
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肿瘤细胞的能动性
除基质的蛋白溶解和细胞-基质的相互作用外，肿瘤细胞的积极活动性是其穿透间质以及进入和移出脉管的双向运动的前提。自分泌性和旁分泌性因子，可以刺激细胞作不定向的(化学促活作用)或依浓度差定向的活动(趋化作用)。因此可以分为自分泌性活动因子、细胞外基质成分和促活动性生长因子。
自分泌性活动因子 自分泌性活动因子(AMF)属于细胞因子，由肿瘤细胞分泌，可通过与一受体(AMF-R=gp78)结合而刺激细胞的迁移。AMF及AMF-R在体外和体内都显示增强肿瘤细胞活动性和促进肿瘤转移的效应。在临床研究中，二、三期胃癌患者AMF-R的表达与预后明显相关。在此，AMF-R为一个独立的预后因子。在结肠直肠癌，AMF-R的强表达也与疾病缓解期的缩短有关。除AMF外，不久前被定性为Neurolekin/磷已糖-异构酶-多肽的一类物质，发挥着一系列其他细胞特异性活动因子的作用，如自动素(Autaxin)、“移动刺激因子”以及“平滑肌源性移动因子”等。
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细胞外基质成分(ECM)不同的ECM成分，如玻连蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、以及Ⅰ型和Ⅳ型胶原蛋白等，也能激发肿瘤细胞的活动。一些ECM成分的移动效应也是通过与整联蛋白结合而实现的。另一作用机制看来是通过蛋白聚糖实现的。用多聚型的纤连蛋白(sFN)可以加以调变，例如在动物实验中，给予sFN可以阻断骨肉瘤、黑色素瘤以及各种癌的转移。
生长因子 许多已知的生长因子对于肿瘤具有旁分泌性移动刺激作用。除纤维母细胞生长因子(FGF)、胰岛素样生长因子(IGF)Ⅰ和Ⅱ、白介素-6、血小板源性生长因子(PDGF)等外，肝细胞生长子或称分散因子(HGF/SF)也有重要作用。HGF/SF分子乃由两个肽链(α和β)构成，并可通过不同的“剪接”，以不同的变异型出现。HGF/SF是c-met受体的配体，此受体主要表达在上皮细胞上。在许多体外实验中已经见到HGF/SF能提高肿瘤细胞的活动性。由于在各种肿瘤组织中c-met受体呈恒定的高调状态，因而它对于肿瘤细胞活动性的升高可能有意义，这在乳腺癌已得到证实。对此，HGF/SF被视为一个独立的预后因子，并与转移率有重要关系。
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肿瘤细胞-内皮相互作用
在靶器官中，肿瘤转移细胞移出脉管是一个复杂的过程，其中有粘附分子如选择蛋白、免疫球蛋白超家族的成员、整联蛋白、CD44等的参与。
选择蛋白 肿瘤细胞最初靠近靶器官脉管内皮的活动被称为“滚动”。这种初步的、尚属弱的粘附，就像白细胞移出血管一样，系由选择蛋白承担的，其中有三种不同的结合糖的透膜蛋白，并按细胞类型加以命名，首先发现的有：对于淋巴细胞的L-选择蛋白，对于内皮细胞的E-选择蛋白和对于血小板的P-选择蛋白。这些蛋白或表达于循环中的细胞，或表达于内皮。其配体为细胞表面寡糖如路易斯唾液酸X。当从路易斯唾液酸X中除去岩藻糖或唾液酸时，由E-选择蛋白所介导的粘附就降低。在内皮上的滚动可通过给予特异性选择蛋白抗体而予以阻抑。对此，早已了解的是肿瘤细胞表面含有高水平的唾液酸化及岩藻糖基化的糖蛋白，故选择蛋白在转移过程中可能起着重要的作用，这也已得到若干实验研究的支持。P-选择蛋白和免疫球蛋白嵌合体也已在不同的肿瘤如结肠肿瘤、肺肿瘤和乳腺肿瘤得到证实，而E-选择蛋白则因其更具特异性而仅与结肠癌细胞结合。
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血管生成
一旦增生组织的大小超过1～2mm3时，氧和营养物质的扩散距离就过大，因而必须有新生血管来保证该组织的继续生长。除了这种灌流效应外，肿瘤细胞对内皮生长的双向旁分泌刺激，以及增生内皮细胞对肿瘤生长的刺激也是肿瘤血管生成的重要效应。
正负调节因子间的平衡决定着内皮细胞是否保持于脉管的稳态，或进入脉管新生。最重要的脉管新生诱导因子有诸如生长因子及移动因子、基质降解酶和基质受体等(表1)。
表1 血管生成的诱导物 “脉管内皮生长因子”
VEGFA-C
“纤维母细胞生长因子”
aFDF
, 百拇医药 bFGF
int-2
K-FGF
“转化生长因子-β”
“血小板源性生长因子”
“分散因子”(“肝细胞生长因子”)
其他肽类
“粒细胞集落刺激因子”
血管生长素
“血小板激活因子，P物质
整联蛋白
金属蛋白酶
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体外及体内实验显示，这些分子的合成增强和分泌，以不同方式引起向肿瘤血管生成表型的过渡。内源性合成的物质如“基本纤维母细胞生长因子”(bFGF)或“脉管内皮生长因子”(VEGF)可通过相应的、表达在内皮细胞上的受体起着有丝分裂原的作用。系统地给予bFGF也在bFGF受体阴性的肿瘤首先引起血管密度增加，继而引起肿瘤体积增大，而给予bFGF特异性或VEGF特异性单克隆抗体则可引起血管密度的降低和相继的肿瘤体积缩小。
除这类有丝分裂原外，尚有其他脉管生长诱导因子，例如基质降解物质中的MMP或细胞表面分子如整联蛋白等，特别是整联蛋白αVβ3对于内皮细胞增生是必需的。当给予αVβ3拮抗物后可见肿瘤由于内皮的凋亡而缩小。后来还发现，αVβ3直接结合在金属蛋白酶MMP-2上，从而在功能上形成细胞表面分子与基质降解之间的联系。除基质降解和内皮细胞迁移外，内皮粘附是脉管新生的必需步骤，此时，血管生长素起着重要作用，后者可由肿瘤细胞分泌并可诱导增生内皮细胞的粘附。
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除了通过肿瘤血管新生而导致天然的肿瘤灌流效应外，还发现了一种来自内皮细胞而作用于肿瘤细胞的促生长性旁分泌效应。内皮细胞分泌促肿瘤细胞生长的生长因子，如PDGF、IGF-1、IGF-2以及细胞因子，如IL-1，IL-6，IL-8和“粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)”。在体外，肿瘤细胞主要沿着无血流的内皮小管生长，这种现象支持在内皮细胞与细胞之间有一种旁分泌性、双向性刺激存在的学说。
除了这种血管新生对原发性肿瘤及其转移的促生长效应外，还发现，肿瘤血管密度的增加也有利于转移过程。动物实验研究中曾发现，脱落的肿瘤细胞数与肿瘤血管密度以及后来出现的肺转移有关，其原因如下：①肿瘤细胞可以较容易地通过增生内皮细胞的基底膜而进入血循环，因为这种基底膜是残缺不全的，②迁移中的内皮细胞分泌出胶原蛋白酶和纤溶酶原激活物，这些酶可以通过其降解作用使肿瘤细胞易于进入血循环。许多研究也已证明人的肿瘤血管密度也与转移的形成有关。
治疗选择
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肿瘤转移过程的每一个步骤均必须得到肿瘤细胞的充分参与，才能在临床上形成转移瘤。这一认识使我们有理由去寻找可以影响转移过程各个步骤的有关物质，以阻止转移的形成。从生物学上看，扰乱转移过程中的任何一个步骤，均能阻止转移的发生。因此，如使用三苯氨胺、视黄酸、γ亚麻酸及IL-2均可恢复钙粘着蛋白E的表达。这至少在体外可导致肿瘤细胞侵入性生长的降低。通过应用单克隆抗体或RGD序列以阻断细胞-基质间的相互作用(整联蛋白)，也可在动物模型中抑制转移形成。
从临床角度看，特别是应用抗血管新生和/或抗溶蛋白治疗对于抑制转移生长是很有意义的。这两种治疗方法适用于抑制已存在的微小转移的生长，因为后者是由血管生长和由溶蛋白促成的肿瘤细胞入侵于周围组织所共同决定的。得出这一结论是由于近年来发现，早在肿瘤极早期就已可见到单个的转移细胞。因此，通常在肿瘤早期试图用有效的手术治疗来阻断转移过程是少有希望的。
抗溶蛋白和抗入侵治疗
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由于基质蛋白溶解的重要作用，故可用调控u-PA系统的方法来进行抗入侵和抗转移治疗。这一治疗措施可用直接阻抑u-PA酶活性的方法予以实现。B-428作为u-PA的选择性抑制物，在体内对前列腺癌的转移率有明显的抑制效果。在这样的治疗中，其他溶蛋白系统(例如金属蛋白酶)也会受到充分抑制，否则被阻断的u-PA系统的作用可能会得到补偿。
当然，不论是TIMP-1或TIMP-2，均由于其分子大小和抗原性而不能应用于临床。已经了解，TIMP本身的抑制结构是一氨基端结构域，由此可以在将来发展一种相应的药物结构。目前临床上已经有一些物质如Batimastat或Marimastat投入使用。这些药物具有金属蛋白酶的活性中心，可导致对金属蛋白酶溶蛋白活性的高亲和性但可逆性的抑制(见“血管生成”项)。
动物实验中可见，在对黑色素瘤、卵巢癌及结肠直肠肿瘤给予金属蛋白酶抑制物后，肿瘤的入侵性和转移都受到明显的抑制。
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抗血管生成治疗
应用血管生成抑制和阻抑血管生成诱导物以阻抑血管生成，可能有效地抑制肿瘤及转移的生长(表2)。至于很有希望的临床前结果在多大程度上可进入临床转化，必须由当前正在进行的Ⅰ期及Ⅱ期研究未加以显示。在已用于临床的首批物质中有多磷酸戊聚糖，后者能阻抑由bFGF诱发的内皮细胞增生。在对AIDS引起的卡波西肉瘤的Ⅰ期研究中，遗憾地发现这种物质并无抗肿瘤活性。类似的结果也见于对实体肿瘤的治疗。另一种抗血管生成物质，一种合成的Fumagillin类似物(TNP-470)从1992年已用于临床试验。在体外和体内实验中，TNP-470均对不同动物模型的原发肿瘤和转移瘤的生长，显示抑制作用。应用TNP-470治疗卡波西肉瘤和不同实体肿瘤的Ⅰ期研究，以及治疗中枢神经系统肿瘤的Ⅱ期研究已经开始。
表2 抗血管生成物质 内源性物质
血管抑制素
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内皮抑制素
PEX
干扰素
白介素-1
白介素-12
血小板因子4
血小板反应蛋白1
金属蛋白酶的组织抑制物(“tisue inhibitor of metalloproteinases”，TIMP)
2-甲氧雌二醇(2-Methoxyoestradiol)
视黄酸
16K催乳素断片
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外源性物质
金属蛋白酶抑制物(Batimastat,Marimastat)
TNP-470(Fumagillin类似物)
干扰素
Thalidomid
多磷酸戊聚糖
VEGF阻断抗体
整联蛋白αV-β3阻断性肽类
另一组不同的抗血管生成物质，即金属蛋白酶抑制物-Barimastat(BB94)或Marimastat(BB2516)，在体外实验中对肿瘤细胞增生并无效应，但在体内对肿瘤生长和转移于人的异种移植物以及对小鼠肿瘤均有抑制作用。用BB94所作的Ⅰ期研究正再进行；用口服BB2516治疗胃癌的Ⅱ期研究已进行了数月。
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还有一种物质，即B型链球菌的多糖毒素(CM101)，将在Ⅱ期研究中予以检验。CM101优先结合在肿瘤内皮细胞上，从而导致炎性反应、出血、血栓形成、以及细胞因子的释放。先期发表的Ⅰ期研究结果已显示出肿瘤缓解和良好的耐受性。
IL-12除具有升高T细胞和NK细胞活性的效应外，也具有很强的抗血管生成的作用。研究显示，这种作用是通过由INF-γ诱生的蛋白10(IP-10)的诱导而形成的。IP-1是体内血管生成的一种潜在的抑制物。对实体肿瘤和AIDS时卡波西肉瘤的Ⅰ期和Ⅱ期研究也已启动。
寻找新的、高效的和具有选择性的抗血管生成物，特别是内原性的，例如血管抑制素(Angiostatin)和内皮抑制素(Endostatin)，以及新近的PEX等，有望开发出新的治疗方法。用这些物质(至少就内皮抑制素而言)作抗血管生成治疗，其很大的优点在于不会形成抗药性，原因是肿瘤内皮属“正常的”而非已瘤变的细胞，因而不致选择出抗药性克隆。此外，临床前研究还显示，联合应用抗血管生成物和细胞毒性化疗可显著提高细胞毒性物质的活性。
对于肿瘤转移的理解，正如本文所述，近年来已显著加深和扩大。因而，有望在分子学知识的基础上，对仍经常发现的、处于肿瘤晚期的患者，开发出特异性、新辅佐性、辅佐性或至少是对症性的治疗。
Chirurg,1998,69∶1315-1322, 百拇医药