肿瘤新十大特征

肿瘤新十大特征 CELL综述: 肿瘤新十大特征 Hallmarks of Cancer: The Next Generation 2011年3月4号，Douglas Hanahan和Robert A. Weinberg在《Cell》发表综述，题目为:Hallmarks of Cancer: The Next Generation。整个综述29页，简述了最近10年肿瘤学中的热点和进展(例如细胞自噬、肿瘤干细胞、肿瘤微环境等)，并且将过去的6个特征扩增到10个特征，新增加的4个特征为: 避免免疫摧毁(Avoiding Immune Destruction); 促进肿瘤的炎症(Tumor Promotion Inflammation); 细胞能量异常(Deregulating Cellular Energetics); 基因组不稳定和突变(Genome Instability and Mutation)。 并且将过去的回避凋亡(Evading Apoptosis)，调整为抵抗细胞死亡(Resisting Cell Death)。 背景介绍 我们已经提出了总共6种肿瘤标志，组成了一个基本原理，它提供了一个理解肿瘤性疾病显著差异的逻辑网络(Hanahan and Weinberg, 2000)。我们的讨论中包含了这样的概念，肿瘤细胞逐渐进展成新生物，它们获得一系列标志性能力，而人类肿瘤形成的多的过程可以用初始癌细胞获得使它们成为肿瘤并最终表现出恶性肿瘤的特征。 我们注意到由于附属结构的存在，肿瘤不只是癌细胞组成的岛状物。它们是由多种不同类型的细胞组成的复合物，这些细胞之间存在异质的相互作用。我们是这样描述招募来的正常细胞，它们以主要参与者的身份形成肿瘤相关基质，而不是作为旁观者;这样的话，这些间质细胞对于特定能力标志的发展和表达是有贡献的。在接下来的十 年中，这个概念已经得到确认和发展，就是肿瘤生物学不能只是通过对这些癌细胞特性描述来进行简单的理解，而是应该包括―肿瘤微环境‖对肿瘤形成的贡献。 直到本文出版为止，癌症研究的非凡进程中，新的研究致力于阐明和订正标志能力的初始形式。另外也有部份研究提出了我们在初始标志特征中未完整的问题和突出性概念。受这些进展的鞭策，我们重新回顾了初始标志，考虑到新的概念应该包含到这个名单中，并对招募来的基质细胞的功能及其对肿瘤生物学的贡献进一步阐述。 标志能力—概念上的进展 癌症的6个标志-这些特征性而且互补的能力使肿瘤可以生长并向远处转移，持续地为理解癌症生物学提供坚实的基础。(图1; 见当前图片的可下载补充信息)。在这篇综述的第一部份，我们简要地回顾了2000年初始描述的各个标志的本质，并附上选择性的概念性进展的插图(用副标题的斜位字区别)，这些是过去10年来的概念进展，可以用于理解它们的基本机制。接下来的部份，我们阐述了拓宽概念深度的新进展，按顺序描述了导致获得这6种标志性能力决定性特征，两种新发现的标志性能力，肿瘤微环境的结构和信号相互作用，这两种能力决定了癌症的表型，最后我们讨论这些概念在治疗应用方面的新领域。 维持增殖的信号 癌细胞最值得争论的基本特征之一是它们持续慢性增殖的能力。正常组织小心地控制着生长启动信号的产生和释放，这些信号指导进入细胞增殖和分化周期并在这个周期运行，从而维持细胞数量的稳态，从而维持正常组织结构结构和功能。癌细胞通过下调这些信号而变成它们自已命运的主宰。这些启动信号大多数是由结合在细胞表面受体上的生长因子来传输的，典型特征是包含了细胞内酪氨酸激酶区域。这个区域通过胞内信号途径发送信号，从而调节细胞通过细胞周期，表现为细胞增殖(也就是细胞数量的增加);通常这些信号也影响细胞生物学性质，如细胞生存和能量代谢。 值得注意的是，精确地鉴定和寻找在正常组织中开启的增殖信号源头在上一个十年中是很难理解的，而现在仍然如此。而且我们对于这个控制丝裂原信号释放的机制仍然知之甚少。对于这个机制的部份理解是与以下事实并存的，细胞因子的信号控制细胞的数量和在组织中的位置，是通过一个短暂的而且是空间调节的方式从一个细胞向它的周围细胞传递;这种旁分泌信号在实验中难以评价。另外生长因子的生物利用度的调节通过以下方式进行:隔离细胞周围空间和细胞基质，活化蛋白酶、硫酸酯酶以及其它对这些酶类的释放和活化有关的网络，显然这是一个高度特异性和局限性的方式。 相对来说，癌细胞中的丝裂原信号是比较好理解的(Lemmon and Schlessinger, 2010; Witsch et al., 2010; Hynes and MacDonald, 2009; Perona, 2006)。癌细胞可以通过多种代替途径获得持续增殖的信号:它们可能自已产生生长因子配体，从而通过表达同源受体作出反应，结果导致自分泌增殖剌激。另一种替化方法是，癌细胞可能发送信号到肿瘤相关支持间质中的细胞，作为后者的反应提供了各种生长因子给癌细胞(Cheng et al., 2008; Bhowmick et al., 2004).受体信号也可以通过上升表达于癌细胞表面的受体蛋白水平而下调，对数量有限的配体生长信号产生高度的反应性表现。同样的结果出现在受体分子结构改变中，使配体依赖的启动更为方便。生长因子依赖可能是从这些受体下游信号启动途径复合物结构活化衍生而来，避免了剌激这些配体介导的受体活途径的需求。由于许多下游信号途径是由配体剌激的受体发出的，如来自Ras信号传感器的反应，可能只是一个由活化受体传导亚类的代表。 体细胞突变活化依赖的下游途径 癌细胞基因组的高通量DNA测序显示了在某些人类肿瘤中存在体细胞突变，这预示着通常由活化的生长因子受体激活的信号回路的基本激活。我们目前已经明确的是40%人类恶性黑色素瘤包含了活化的变异，可以影响B-Raf蛋白，从而通过Raf到丝裂原活化蛋白(MAP)激酶途径(Davies and Samuels 2010)。相似地，在大量的肿瘤类型中检测出PI3-K催化亚单位的亚型，它们服务于高度活化的PI3-K回路，包括关键性的Akt/PKB信号转导蛋 白(Jiang and Liu,2009; Yuan and Cantley, 2008)。在生长因子受体发出的多种途径相互作用的功能影响方面，活化上游(受体)与下游(转导蛋白)信号对肿瘤的作用仍不明确。 破坏减弱增殖信号机制的负反馈 最近的研究结果突出了负反馈链的重要作用，正常情况下它的启动是用于减缓各种类型的信号，从而通过细胞内回路的信号流得到稳定的调节。(Wertz and Dixit, 2010; Cabrita and Christofori, 2008; Amit et al.,2007; Mosesson et al.,2008). 这些负反馈机制的缺点在于具有增强增殖信号的功能。这一类型调节的原型包括Ras癌蛋白:Ras的致癌效应并不是它本身信号活性高度活化的结果;而是致癌变异影响了ras基因而减弱了GTP酶活性，它作为一个本质上是负反馈的机制启动，这个机制平时是用于确保活化的信号传递是短暂的。 相似的负反馈机制在增殖信号回路中的多个节点中启动。一个重要的例子是PTEN磷酸化酶，它通过降解PIP3而抵消PI3K的功能。PTEN的无功能变异放大了PI3K的信号并启动多种癌症实验模型的肿瘤生成;在人类肿瘤中，PTEN的表达通常是通过启动子甲基化完成的(Jiang and Liu,2009; Yuan and Cantley, 2008). 另一个例子是mTOR激酶，一个细胞生长和代谢的协调子同时位于PI3K途径的上下游。在某些癌细胞内的回路中，mTOR的活化通过负反馈导致PI3K信号的抑制。这样的话，当癌细胞内的mTOR在药理学水平上(如雷帕霉素)被抑制，相关负反馈的丢失导致PI3K和它的效应子Akt/PKB活性的增加，进而减弱mTOR的抗增殖抑制效应(Sudarsanam and Johnson,2010; O’Reilly et al.,2006).人类癌细胞中可能将证明广泛存在一种或另一种的信号途径减弱负反馈环，作为一种使细胞达到非依赖性增殖的方式。此外，干扰这种减弱信号可能有利于对有丝分裂信号靶向治疗药物的适应性抵抗的进展。 过度的增殖信号能触发细胞衰老 早期研究癌基因的作用确定了这样一个概念，这些基因的不断表达以及已经证明的这个信号所致的蛋白产物导致相应的癌细胞增殖速度增加从而肿瘤生长。最近的研究破坏了这个概念，由RAS，MYC和RAF等癌蛋白剌激的信号过度表达可以引起来自细胞的抵抗反应，特别是诱导细胞衰老或/和死亡(Collado and Serrano,2010; Evan and d’Addadi Fagagna,2009; Lowe et al.,2004)。例如，培养的细胞表达高水平的Ras癌蛋白可能进入非增殖但能存活的状态，称为衰老;相反的，如果细胞表达低水平Ras可能避免衰老而进入增殖。衰老细胞具备的特征，包括增大的细胞质，缺乏增殖标志，以及表达衰老诱导的β-半乳糖酶，这些特征在经的过度表达特定癌基因的小鼠组织中大量出现。(Collado and Serrano, 2010; Evan and d’Addadi Fagagna, 2009)并且在一些人类黑色素瘤病例中普遍存在(Mooi and Peeper,2006)。这些相互矛盾的表现反应了不同的细胞防御机制，以减弱细胞经历过高水平的特定类型信号。相应地，癌细胞内的致癌信号可能表现为在最大剌激有丝分裂和避免这些抗增殖防御之间的妥协。作为代替，一些癌细胞可能通过使这些衰老或凋亡诱导回路失去功能而适应高水平的致癌信号。 负性调节细胞增殖 逃避生长抑制除了诱导和持续的正性剌激生长信号的标志性能力外，癌细胞应该也具备有力的方案以负性调节细胞增殖;这些方案中的大部分依赖于抑癌基因。成打的肿瘤抑制子可以在不同途径上限制细胞的生长和增殖，这些是通过这种或那种方式对动物或人类癌症进行特征性抑制发现的;很多这些基因已经通过小鼠实验以获得或失去功能来确实真正是肿瘤抑制子。两种典型的肿瘤抑制子编码RB(视网膜母细胞相关)和TP53蛋白;它们在两个关键的细胞调节互补回路中起着中央控制节点的作用，控制着决定细胞增殖或代替以活化衰老和凋亡程序。RB蛋白整合来自胞内和胞外的不同信号，并相应地，决定细胞是否通过细胞生长和分裂周期(Burkhart and Sage, 2008; Deshpande et al.,2005; Sherr and McCormick, 2002). RB途径存在功能性缺陷的癌细胞缺乏了细胞周期进程的关键性守门员的功能，它的缺席允许细胞持续增殖。由于RB转导来自细胞外的大部份生长抑制信号，TP53接受来自功能区在胞内的操作系统的压力和不正常感受器的输入信号:如果基因组损伤的级别过度，或如果核苷 酸库水平，生长启动信号，乳糖，或氧合水平不在最佳状态，TP53将使细胞周期进程停止直至这个状态正常化。另一种代替方法，当这个细胞亚系统的警戒信号到了无可挽回或损伤无法弥补时，TP53将触发凋亡。值得注意的是，活化的TP53的效应是复杂的而且是环境依赖性的，依细胞类型以及细胞压力严重性和压力抵抗情况，还有基因组损伤而变。虽然两种经典的增殖抑制-TP53和RB-具有重要的调节细胞增殖的功能，多个系列的证据表明它们各自作为一个更大的网络的部份，这些网络作为一个功能冗余。例如，嵌合体小鼠全身普遍都具有Rb基因缺乏的细胞，但令人惊讶的是没有出现细胞增殖异常，除了本来期望Rb功能的缺失将允许这些细胞以及它们传代细胞的分化周期持续进行;一些Rb缺乏细胞株将令人满意地进展成肿瘤。同时，在这些嵌合体小鼠体内的缺乏Rb细胞参与了相对正常组织形态;唯一成为肿瘤的是晚期垂体中(Lipinski and Jacks,1999)。相似地，TP53缺乏的小鼠发育正常，表现为大量的正常细胞和组织稳态，而在生命的晚期再次发展成不正常，表现成白血病和肉瘤(Ghebranious and Donehower,1998)。以上两个例子应该可以说明导致缺乏这些关键性增殖抑制子细胞持续不正常复制的启动和冗途机制。 接触抑制机制和肿瘤的逃避 40年来的研究证明二维培养中密集的正常细胞群体形成细胞与细胞之间的接触，产生汇合的细胞单层。重要的是，这种―接触抑制‖在各种培养的癌细胞中被废除了，这表明接触抑制是体内启动的用于确保正常组织稳态机制在体外的替代，这是在致癌过程中被废除的。直到最近，生长控制的机制基础仍不明确。然而，接触抑制的机制开始出现。机制之一包含了NF2基因的产物，一直作为肿瘤抑制基因，因为它的缺失触发了人类成纤维瘤病的一种形式。Merlin蛋白，NF2的胞质产物，通过成对的细胞表面粘附分子(如E-cadherin)到跨膜酪氨酸激酶(如EGF受体)形成接触抑制。以这种方式，Merlin蛋白加强了钙粘蛋白介导的细胞与细胞间的粘附性。另外，通过分离生长因子受体，Merlin蛋白限制它们有效地发射丝裂原信号的能力(Curto et al.,2007; Okadaetal., 2005)。第二种接触抑制的机制包括LKB1表皮极性蛋白，它们可以组织表皮结构并帮助维持组织完整性。例如，当组织中Myc癌基因上调时，LKB1能管理强大的Myc癌基因的促有丝分裂效应使表皮结构处于静息状态;相反，当LKB1的表达受抑制时，表皮完整性变得不稳定，而表皮细胞对Myc诱导的转化变得更敏感(Partanen et al.,2009; Hezel and Bardeesy, 2008)。LKB1同时已经确定是一个抑癌基因，在某些人类肿瘤中缺失(Shaw,2009)，这可能反应它的正常功能是作为不正当增殖的抑制子。人类癌症中这两种接触介导的生长抑制缺失的频率仍需要继续研究;毫无疑问的是其它由接触介导的可以阻止增殖的机制仍需经进一步研究确认。这些清楚的机制使细胞可以构建和维持组织结构的复杂性，成为对不正常增殖信号的抑制和平衡的重要方式。 TGF-b最出名的是它的抗增殖效应，而目前人们更仔细研究癌细胞如何逃避这些效应而较少研究简单地关闭这些信号回路(Ikush- ima and Miyazono, 2010; Massague, 2008; Bierie and Moses, 2006)。在很多晚期肿瘤，TGF-β信号已经偏离细胞增殖抑制，而是用于激活一种细胞程序，称为表皮到间质的转换(EMT)，这使细胞的特征与高度恶性相关，相关细节将在下文阐述。 抵抗细胞死亡 在最近的20年，细胞凋亡这一概念，通过程序性细胞死亡充当癌症发展的自然屏障，已经建立了进行令人信服的功能性研究，(Adamsand Cory,2007; Loweetal.,2004: Evanand Littlewood,1998). 对控制着凋亡程序信号回路的阐释揭示了凋亡在不同的生理压力下是如何被触发的，这些压力是癌细胞在肿瘤形成过程中遇到或者是抗癌治疗的结果。 在凋亡诱导的压力中值得注意的是由于癌基因信号的提高导致的信号不平衡，就像早先所提及的那样，并且DNA损伤与高增殖相关。同时其他研究显示在成功进展到高度恶性和对治疗抵抗的肿瘤中凋亡是减弱的。(Adams and Cory,2007; Lowe et al.,2004)。凋亡机制是由上游调节子和下游效应子共同构成的(Adams and Cory,2007)。 按顺序，调节子分成两个主要的回路，一个是接受和传递胞外死亡诱导信号式(外部的凋亡程序，包括例如Fas配体/Fas受体)，另外一个感知和综合一系列胞内起源的信号(内在程序)。它们每个最终都激活一个正常的潜在 蛋白酶(分别是半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶8和9)，从而开始一个级联的蛋白水解，包括凋亡执行阶段效应蛋白酶，这个阶段细胞渐渐分解后消失，这个效应由它的邻近细胞和专门的吞噬细胞完成。目前，内在凋亡程序更广泛地作为癌症致病的屏障。在调节子和效应子之间传递信号的―凋亡扳机‖是通过平衡促进和抵抗凋亡的Bcl-2家族成员的调节蛋白来完成的(Adams and Cory, 2007)。原型是Bcl-2，连同它最近的家族成员(Bcl-xL, Bcl-w, Mcl-1, A1)都是凋亡抑制子，通过与两个前凋亡触发蛋白(Bax and Bak)结合并起抑制作用在多数场合起作用;后者嵌在线粒体外膜中。当受到它们抗凋亡家族成员抑制减弱时，Bax和Bak破坏线粒体外膜的完整性，从而导致前凋亡信号蛋白的释放，它们中最主要的是细胞色素C。细胞色素C依次激活蛋白酶级联，通过它们的蛋白水解酶活性产生与凋亡程序相关的多种细胞改变。Bax和 Bak与抗凋亡的Bcl-2样蛋白共用蛋白-蛋白相互作用区，称为BH3基序，从而介导它们的各种物理相互作用。相关蛋白(每个蛋白包含单个像BH3的基序)的亚家族与各种细胞感受器配对而异常活化;这些―只有BH-3‖的蛋白通过干扰抗凋亡Bcl-2蛋白或通过直接剌激这个家族的凋亡前成员而活化(Adams and Cory, 2007; Willis and Adams, 2005).虽然触发凋亡的细胞状态仍没有完成列举，但是多个在肿瘤进展中起关键作用的异常感受器已经明确(Adams and Cory, 2007; Lowe et al., 2004)。最值得注意的是通过抑癌基因TP53起作用的DNA损伤感受器(Junttila and Evan,2009);TP53通过上调Noxa和Puma这两个只有单个BH3基序蛋白的表达诱导凋亡，从而相应地导致大量的DNA断裂和其它染色体的不正常。另一种替代方式是，不充分的生长因子信号(如淋巴细胞上的白细胞介素-3或上皮细胞上胰岛素样的生长因子1/2数量的不充足)能通过称为Bim的单个BH3基序蛋白诱导凋亡。 导致细胞死亡的另一个情况也包括某些癌蛋白的过度活化，如Myc，它除了被抗凋亡信号平衡的情况外可以触发凋亡(部分通过Bim和其它单个BH3基序蛋白)(Junttila and Evan,2009; Lowe et al.,2004).肿瘤细胞发展出一系列可以限制或防止凋亡的类型。最普遍的是抑癌基因TP53功能的缺失，这个类型缺失了来自诱导凋亡回路的重要感受器。存在的一些代替的方式如下，肿瘤可能获得相似的结果，这是通过增加抗凋亡调节子(Bcl-2,Bcl-xL)或生存信号(Igf1/2)，或下调凋亡前因子(Bax, Bim, Puma)或缩短胞外配体诱导的死亡途径。避免凋亡的机制的多样性反应了癌细胞株在发展成恶性状态过程中遇到的凋亡诱导信号的多样性。在最近的十年，凋亡机制和程序结构以及癌细胞逃避凋亡作用的分类得到广泛关注。从那以后，值得关注的概念进展就包括了其他方式的细胞死亡，这就拓宽了―程序化细胞死亡‖的领域成为一种阻碍细胞癌变的屏障。 自吞噬介导了癌细胞生存和死亡 自吞噬与凋亡一样成为一种重要的细胞生理反应，正常细胞中的启动处于低的基础的水平，但在特定的细胞压力状态下能被强烈地诱导，最明显的压力状态是营养缺乏(Levine and Kroemer, 2008; Mizushima, 2007). 自吞噬程序使细胞内的细胞器(如核 糖体和线粒体)被破坏，使分解代谢产物用于生物合成和能量代谢从而得到循环。当降解发生时，作为这个程序的一部份，胞内囊泡称为自吞噬体包裹胞内细胞器并把它们和溶酶体混和。以这种方式，低分子量的代谢的产物支持了多数癌细胞在压力和营养受限的环境中生存。 与凋亡相似，自吞噬机制也有调节子和效应子复合物 (Levine and Kroemer, 2008; Mizushima, 2007)。后者是一种介导自吞噬体的形成并把它传送到溶酶体的蛋白质。令人关注的是，最近的研究显示控制自吞噬，凋亡和细胞稳态三个回路之间的存在交叉。例如，包括PI3- kinase, AKT,和mTOR 激酶的信号途径由生存信号剌激以阻止凋亡，同时也抑制自吞噬;当生存信号不足时，PI3K信号途径会被 下调，从而导致自吞噬和/或凋亡的减少(Levine and Kroemer, 2008; Sinha and Levine,2008; Mathew et al., 2007)。 另一个这两种程序的联系存在于Beclin-1蛋白，这个蛋白已经通过遗传学研究证实是诱导自吞噬所必需的 (Levine and Kroemer, 2008; Sinha and Levine, 2008; Mizushima, 2007)。Beclin-1是凋亡调节蛋白BH3-only亚家族成员之一，它的BH3区域允许它与Bcl-2/Bcl-xL蛋白结合。 压力感受器和BH3蛋白配对后能从Bcl-2/Bcl-xL替换下Beclin-1，释放的Beclin-1能触发自吞噬，就像它们释放 Bax和Bak触发凋亡一样。因而压力转导的BH3蛋白(如，Bid 、Bad、Puma等 )可以减少依赖于细胞生理状态的凋亡和/或自吞噬。 带有失活的Beclin-1等位基因或特定的其它自吞噬机制复合物的小鼠的癌症易感性增加(White and DiPaola, 2009: Levine and Kroemer, 2008)。这个结果提示诱导自吞噬可以作为一个致癌的屏障，它的启动不依赖于凋亡甚至可以说与凋亡不一致。相应地，自吞噬明显地也可以是另一个屏障，这是肿瘤进展时必需绕过的(White and DiPaola, 2009)。 可能矛盾的是，对癌细胞的营养缺乏、放射治疗和特定的细胞毒药物能引起自吞噬水平的增高，这对癌细胞明显是一种细胞保护，只是损伤而不是这些压力诱导条件所致的杀伤(White and DiPaola, 2009; Apel et al., 2009; Amaravadi and Thompson, 2007; Mathew et al., 2007)。此外，处理严重压力条件下的癌细胞可以通过自吞噬而缩小并进入一个可逆的休眠状态(White and DiPaola, 2009; Lu et al., 2008)。这种生存反应可能使一些晚期肿瘤在有效的抗肿瘤药物治疗后能残留并最终再长出来。因此，与TGF- β信号相似，在肿瘤形成的早期阶段起抑制作用而在晚期起促进作用，自吞噬像是对肿瘤细胞有着相反的作用，从而肿瘤能得到进展(Apel et al., 2009; White and DiPaola, 2009)。将来研究中的重要日程必需包括澄清遗传学和细胞生理状态，这些能展示自吞噬在什么时间以及如何使癌细胞生存或导致它们死亡。 坏死具有促进炎症和肿瘤的潜能 与凋亡相反，凋亡中死亡的细胞变成一个几乎看不见的尸体并立即被周围细胞消耗光，而坏死细胞会肿胀破裂，并释放出它们的内容物进入其周围微环境。以往认为坏死更像是有机死亡，是一种系统广泛地耗尽和崩溃，这个概念的全貌已经发生了改变:细胞的坏死在某些情况下明确是在基因控制之下，而不是随机的无序的进程(Galluzzi and Kroemer, 2008; Zong and Thompson, 2006)。 或者更重要的是，坏死细胞死亡后释放促炎症信号进入周围组织微环境，这与没有这种现象的凋亡和自吞噬相反。结果，坏死细胞能招募免疫系统的炎症细胞。 (Grivennikov et al., 2010; White et al.,2010; Galluzzi and Kroemer, 2008)，炎症细胞的作用是专门监督组织损伤的程度并移除相关的坏死残骸。然而在肿瘤背景下，多方面的证据显示免疫炎症细胞可能是活跃的肿瘤促进因素，因于这个原因，这些细胞具有促进血管生成、癌细胞增殖和侵袭功能(如下)。 另外，坏死细胞能释放生物活性调节因子，如IL-1α，它能直接剌激周围有活力的细胞增殖，once again,具备这种潜能可能使肿瘤更容易进展(Grivennikov et al., 2010)。结果，细胞坏死看起来对癌症相关增殖平衡有益，最终可能损伤大于有益。相应地，初始肿瘤和潜在侵袭和转移肿瘤可能通过容忍一定程度上的坏死而获得机会，通过以上做法以招募肿瘤促进炎症细胞，它们可以把生长剌激因子带给生长过程中残存的细胞 启动不停复制 于2000年，人们已经广泛认同了癌细胞要形成肉眼可见肿瘤必需有无限制的复制潜能。这个标志是与体内大多数正常细胞系的行为有显著差异的，体细胞只能够通过有限数量的连续的细胞生长和分化周期。 这个限制与两个不同的增殖屏障有关:衰老，典型的不可逆的进入非增殖但有活力的状态，还有危机状态，这包括了细胞死亡。相应地，当细胞经培养后繁殖，重复细胞分化周期将首先导致衰老，如果这些细胞成功地绕过这个屏障，接着将进入危机状态，这个状态中细胞群体将大多数死亡。在极少的机会中，细胞群体摆脱危机而显示出无限制的复制潜能。这个转换被称为永生化，它们的特片是多数细胞株因为在培养中的增殖能力而没有衰老和危机的表现。 多方面的证据显示端粒保护淋色体的末端集中参与了无限制复制能力(Blasco, 2005; Shay and Wright, 2000)由多个串联的六肽重复序列组成的端粒，在培养增殖的非永生化细胞中渐渐缩短，最后失去了防止染色体DNA端端 融合的能力。 这种融合生成了不稳定的双着丝粒染色体，导致混乱的核型从而威胁到细胞生存。相应地，细胞中端粒DNA的长度显示了在端粒大很大程度上被削弱前能有多少个连续的细胞后代，并最终失去它们的保护功能，从而触发危机。 端粒末端转移酶是一种特异的DNA多聚酶可以把端粒重复节段加到端粒DNA末端，它在非永生化的细胞中基本上是看不到的，但在大部分(90%)自然永生化的细胞中(包括癌细胞)能表达到功能显著水平。通过伸展端粒DNA，端粒酶能计算端粒破坏的进程，这在无端粒酶的情况下也可以发生。自然状态下的永生化细胞和设计表达酶背景的细胞中端粒酶的活性与诱导衰老和危机/凋亡抵抗有关;相反地，抑制端粒酶活性导致端粒缩短，从而活化一个或一个以上的增殖屏障。增殖的两个屏障-衰老和危机/凋亡-在理论上已经成为重要的抗癌防御体系，已经根深蒂固地进入我们的细胞中，用于阻止癌前和新生物细胞克隆的过度生长。按这个想法，大部份的初始肿瘤开始倍增，但在被这些屏障阻断后停止。最后获得永生化的那部份极少的细胞能形成肿瘤归功于它们具有充分长度的端粒DNA以避免触发衰老或凋亡，大部份是通过上调端粒的表达或少部分通过端粒重组为基础的代替机制维持端粒。因而，端粒缩短成为一个定时装置，决定了正常细胞复制潜能的限度，也是癌细胞必需克服的问题。 细胞复制性衰老的再评估 然而端粒维持渐渐被证实是新生物状态的关键条件，复制诱导的凋亡的概念作为普遍存在的屏障被要求细化和重新形成。(鼠和人在端粒结构和功能上的差异以及端粒和端粒酶中复制衰老方面同时进行了研究。)最近的实验表明在特定的培养细胞中通过提高 细胞培养条件，诱导衰老可以推迟甚至可能消除，这提示了最近培养的原代细胞可能可以无限制地增殖培养直到危机状态，而相关的凋亡的诱导是由严重的端粒缩短触发的(Ince et al.,2007; Passos et al.,2007; Zhang et al.,2004; Sherr and DePinho, 2000)。相反地，设计成缺乏端粒酶的小鼠实验表明缩短端粒的结果导致恶化前的细胞可以分流到衰老状态，这有利于(与凋亡一样)注定发展成为部份形式的癌症的小鼠肿瘤生成放缓(Artandi and DePinho,2010).这种端粒高度破坏的无端粒酶小鼠表达了多器官无功能和异常，包括衰老和凋亡的证据，或许类似于细胞培养状态下的衰老和凋亡(Artandi and DePinho, 2010; Feldser and Greider, 2007).众所周知，并在以前讨论过了，由过度地或不平衡的癌基因信号诱导的与细胞衰老形态学上相似的形态，现在作为对抗新生物的保护机制;这种形式的衰老与端粒酶和端粒之间可能的相互作用将会确定。这样细胞衰老作为一种新生物扩展的屏障的新概念，它可以被各种增殖相关的异常(包括高水平的癌基因信号，显然还包括亚临界的端粒缩短)所触发。 端粒酶活化的延迟可以既限制又培育了肿瘤进展 目前的证据表明由于初始癌细胞克隆无法表达显著水平的端粒酶，在肿瘤形成的多步骤过程中，它们通常会经历了端粒缺失的相关危。 这样，通过原位荧光杂交(FISH)的应用在癌前生长中可以检测到广泛的端粒破坏，同时显示了染色体的端端融合这个端粒失败和危机的信号(Kawai et al.,2007; Hansel et al., 2006). 这个结果同样表明了在从完全正常的原始细胞进化过程中，这些细胞已经经过了大量连续的端粒缩短的细胞分化。相应地，某些人类肿瘤可能在它们形成肉眼可见的肿瘤之前很久就因为端粒诱导的危机而消失。 相反地，TP53介导的基因组完整性的缺失可能会允许其他初始肿瘤在端粒破坏初期和染色体断裂融合桥(BFB)周期存在的情况下存活。由于 断裂融合桥(BFB)周期导致基因组修饰，包括染色体节段的删失和扩增，显著地提高基因组的不稳定性，从而加速获得变异癌基因和抑癌基因。对损伤的端粒功能实际上可以培育肿瘤进展的认识是来自对同时缺乏P53和端粒功能的变异小鼠的研究得来的 (Artandi and DePinho, 2010, 2000)。这两个缺陷能协作以增强人类肿瘤生成的命题还没有被直接证明 对暂时缺乏端粒有利于恶性进展的重要性的间接支持，来自人类乳腺恶性病变和癌前病变的对比 (Raynaud et al., 2010; Chin et al., 2004)。癌前病变不能表达显著水平的端粒酶和以端粒缩短和非克隆性染色体异常症为特征。相反地，明显的肿瘤抑制端粒酶表达与长端粒再造以及异常核型的固定(通过克隆产物)是同步进行的，它们可能是在端粒失败之后而在端粒酶获得之前发生的。当以这种方式描述时，端粒酶功能的延迟获得对 生成肿瘤启动变异有益，然而此后的活化稳定了变异基因组和赋予无限制的复制能力，这是癌细胞生成临床可见肿瘤所必需的。 端粒酶的新功能 研究端粒酶的目的在于它有能力延长和维持端粒DNA，而且几乎所有端粒酶的研究都建立在这个假定的概念上，它的功能仅局限于这个功能。但是，近年来的研究表明端粒酶所起的作用与细胞增殖有关但与端粒维持无关。端粒的非肿瘤作用，尤其是它的蛋白亚单位TERT，已经在鼠和培养细胞的研究中明确;在某些情况下，端粒酶的酶活性被移除以证明它的新功能(Cong and Shay, 2008). 其中越来越多端粒独立的TERT/端粒功能是TERT通过Wnt途径放大信号的能力，它在β- catenin/LEF 转录复合物中充当辅因子的作用(Park et al., 2009). 其它归于端粒独立性效应包括可证明的增强细胞增殖和/或抵抗凋亡(Kang et al., 2004), 包括DNA损伤修复(Masutomi et al., 2005), 还有RNA依赖的RNA多聚酶功能(Maida et al., 2009)。与这些复杂的功能相适应的，可以发现TERT与染色质沿在染色体在多个位点上存在相关，而不只是在端粒上(Park et al., 2009; Masutomi et al., 2005)。所以可以证实端粒维持只是TERT起作用的的一系列功能中最显著一个。端粒酶在肿瘤形成中的这些功能贡献仍需进一步阐明。 诱导血管生成 和正常组织一样，肿瘤需要营养和氧形式的供给，以及排除代谢废物的能力。在血管生成过程中产生的肿瘤相关新生血管输送这些供给。在胚胎形成过程中，脉管的生长包括新生的上皮细胞装配成血管(血管发生)以及已有的血管萌芽出新的血管。接着正常脉管的形态大部分变成是静止的。成年人中，在部份生理进程如伤口修复和发性生殖周期，血管生成启动，但只是暂时的。相反地，在肿瘤进展过程中，―血管生成开关‖几乎是总是激活的并持续开启的，导致正常静止的血管持续萌芽新的血管以支持不断扩大的肿瘤生长(Hanahanand Folkman, 1996). 引人注意的证据显示血管生成开关由平衡开关控制，这个开关既诱导又对抗血管生成(Baeriswyl and Christofori, 2009; Bergers and Benjamin, 2003).某些血管调节子是与血管上皮细胞表达的细胞表面受体结合起剌激或抑制作用的。最常见的血管生成诱导和抑制因子分别是血管内皮生长因子A(VEGF-A)和凝血酶敏感蛋白1。VEGF-A基因编码新生血管中的配体，这些新生血管生长出现在胚胎和出生后的发育，以及内皮细胞的自身稳定生存，还有成年人的病理和生理状态。VEGF信号通过3种受体酪氨酸激酶(VEGFR1-3)受到不同水平的调节，反应了这个复杂的目的。这样，VEGF基因的表达可以因缺氧和癌基因信号而上调(Ferrara, 2009; MacGabhann and Popel, 2008; Carmeliet, 2005)。另外VEGF配体能以潜伏状 态隔离在细胞内基质中，易因胞内基质降解酶释放和活化(e.g., MMP-9; Kessenbrock et al., 2010)。另外，其他前血管原信号，如成纤维细胞生长因子(FGF)家族的成员，当它们的表达长期慢性上调时，就牵涉到促进肿瘤血管生成(Baeriswyl and Christofori, 2009)。TSP-1是一个血管生成开关的关键平衡因素，也结合到内皮细胞表达的跨膜受体上，并诱导能中和前血管生成剌激的抑制信号(Kazerounian et al.,2008)。由慢性活化的血管生成和不平衡前血管生成信号混合物诱导产生的肿瘤内血管是典型的不正常:肿瘤新生血管的标志是早熟的毛细胞血管萌芽，卷曲而过度的血管分支，扭曲而扩张的血管，不稳定的血流，微血栓，泄漏和不正常水平的内皮细胞增殖和凋亡(Nagyet al.,2010; Baluketal.,2005).在动物模型和人类侵袭性癌症的多步骤发展过程中，血管生成的诱导出现得令人惊讶的早。对不同器官包括发育不良和原位癌等癌前病变、非侵袭性病变的组织学分析显示血管生成开关的早期足迹 (Raica et al.,2009; Hanahan and Folkman,1996). 历史上，血管生成被认为是肉眼可见的肿瘤形成后快速生长时才显得重要，但最近的数据显示在肿瘤发展过程中的微观癌前病变期血管生成也有贡献。过去的十年来在血管生成方面的数据产量惊人。积累了新知识财富，我们关注多个与肿瘤生理特别相关的进展。 血管生成开关的级别 一旦血管生成活化，肿瘤显示出各种新生血管生成的模式。某些肿瘤包括胰导管腺部之类的高度侵袭性类型，有高度血管形成的伴有大片无血管的间质―荒漠‖并可能实际上甚至是活化了抗血管生成(Olive et al.,2009)。其它很 多肿瘤，包括人类肾和胰腺神经内分泌癌，是高度血管生成的结果血管化密度很高(Zee et al.,2010;Turner et al.,2003).总之，这此观察结果表明肿瘤发展过程中的血管开关的触发将跟随着各种强度的新生血管化的进程，后者由一个复杂的生物调节器所控制，调节器包括了癌细胞和相关间质的微环境(Baeriswyl and Christofori, 2009; Bergers and Benjamin,2003)。众所周知的，开关机制的形式是可变的，虽然最终结果是一个公共的诱导信号(e.g., VEGF)。在某些肿瘤中，癌细胞中启动的优势癌基因，如Ras和Myc，以上调血管生成因子的表达，然而在其它肿瘤中，这些诱导信号是免疫炎症细胞间接诱导的，这在下文中将讨论。由癌基因直接诱导的血管生成同时驱动增殖信号作为不同特征能力可以由同一种转化剂协同这一重要原理的例证。 内源性血管生成抑制剂是肿瘤血管生成的天然屏障 20世纪90年代的研究表明TSP-1和纤溶酶(血管生成抑制因子)以及18型胶原(内皮抑素)的片段一样能作为内源性血管生成抑制剂(Ribatti, 2009; Kazerounian,et al.,2008; Folkman, 2006, 2002; Nyberg et al.,2005)。最近十年来已经成打地报导了另一些药物(Ribatti, 2009; Folkman, 2006; Nyberg et al.,2005).大部份是蛋白质，而多数是结构蛋白的蛋白水解衍生物。大量的这些血管生成内源性抑制剂能在正常小鼠和人类的循环中检测出来。基因编码的多个内源性血管生成抑制剂能从鼠的种系中删除而不会引起不利的生理效应;在自身生长的或植入肿瘤的生长结果是增强的(Ribatti, 2009; Nyberg et al., 2005)。相比而言，如果一个内素抑素的循环水平在遗传学上是升高的(如通过转基因鼠而过表达或异体移植肿瘤)，肿瘤的生长是受损的(Ribatti,2009; Nyberg et al.,2005);有趣的是提高或去除这个基因的表达可以使伤口修复和脂肪沉积相应地出现损伤或加速(Cao, 2010; Seppinen et al.,2008). 数据表明这个内源性血管生成抑制剂在组织重构和伤口修复时作为调节短暂血管生成的生理调节剂;在初始肿瘤形成时作为诱导和维持血管生成的内源性屏障。 周细胞是肿瘤新生血管系统的重要组成 周细胞长期以来认为是在紧贴在正常组织脉管内皮管外表面的支持细胞，在那个位置上它们为内皮细胞提供了重要的机械的和生理的支持。相反，肿瘤相关血管被描述成缺乏这些辅助细胞的表面覆盖。然而，近年来进行的仔细微观研究显示，周细胞虽然疏松但如果不是与所有肿瘤也会和大部分肿瘤新生血管有关(Raza et al.,2010; Bergers and Song, 2005)。更重要的是，下面将讨论的机制研究显示周细胞的覆盖对肿瘤的功能性新生血管的维持很重要。多种骨髓衍生细胞对肿瘤血管生成有贡献目前已经明确一种骨髓来源的细胞类型成分在病理性血管生成中起重要作用(Qian and Pollard, 2010; Zumsteg and Christofori, 2009; Murdoch et al.,2008; DePalma et al.,2007).这些包括了先天性免疫系统的细胞-值得注意的巨噬细胞，中性粒细胞，肥大细胞和骨髓祖细胞-它们浸润癌前病变和进展的肿瘤或聚集在这此病变的边缘;这些肿瘤周围的炎症细胞有助于触发以前静止的组织中的血管生成，支持与肿瘤生长相关的血管生成的进展，还有下文将提到的使局部浸润更容易。此外，它们还有助于脉管系统抵御来自针对内皮细胞信号的靶向药物的作用(Ferrara,2010)。 另外，多种类型骨髓衍生的―脉管祖细胞‖在特定病例中可以观察到侵入肿瘤病变并以周细胞或内皮细胞的形式插入新生脉管(Patenaude et al.,2010; Kovacic and Boehm,2009;Lamagna and Bergers, 2006). 浸润和转移的活化在2000年侵袭和转移的根本机制很大程度上仍是个迷。现在已经明确当癌从上皮组织进展到高病理分级的恶性肿瘤，反应在局部侵润和远处转移，相关的癌细胞典型的改变在于形状的修饰以及改变和其它细胞和细胞外基质(ECM)的附着。最特征性的改变包括肿瘤细胞E-cadherin的缺失，这是一个关键的细胞与细胞之间的粘附分子。通过与粘附表皮细胞形成粘附连接，有助于聚集表皮细胞层以及维持这些层内的细胞静止。表达的增加确定可以对抗侵袭和转移，然而，表达的减少使这些表现型成为可能。在人类肿瘤中频繁观察到下调而偶然有变异失活强力支持它抑制这个标志性能力的关键作用(Berx and vanRoy, 2009; Cavallaro and Christofori, 2004)。另外，在某些高度侵袭性的肿瘤中编码其它细胞与细胞间以及细胞与细胞基质间的粘附分子明确发生改变，有利于细胞聚集的类型被下调。相反地，正常与胚胎发育和炎症过程继续迁移有关的粘附分子通常是上调的。例如，N-cadherin,这个在组织生成过程中正常表达于迁移神经元和间充质细胞的，在很多侵袭性肿瘤细胞中是上调的。除了获得和缺失这个细胞与细胞/基质附着蛋白外，侵袭和转移的主要调节因子大部分仍不明确，或只是个猜想，缺乏功能性证据(Cavallaro and Christofori, 2004).侵袭和转移的多步骤过程被分成一系列不连续的步骤，通常称为侵袭-转移级联(Talmadge and Fidler,2010; Fidler, 2003). 它描述了一个连续的细胞生物学改变构想，从 局部侵袭开始，接着癌细胞侵入周围血管和淋巴管，癌细胞通过淋巴或血液系统运输，再者癌细胞从这些管道的网眼中逃逸出远处组织的实质中(溢出)，癌细胞小结节的形成(微转移)，最后微转移病变生长成巨块肿瘤，这个最后一步称为―拓殖colonization‖。由于有力的新研究工具和精确的实验模型的出现，和决定性的调节基因的确认，在最近十年来，关于侵袭和转移的研究发生了戏剧性的进展。由于这是一个新出现的充满没有答案的问题的领域，明显的进展已经出现在关于这个复杂特征性能力的重要文献中。对这些进展明显不完整的描述将在下文阐述。 上皮间质样转变(EMT)程序广泛地调节侵袭和转移 一种发育的调节程序，指的是―上皮间质样转变(EMT)‖成为广泛牵涉的方法，通过这种方法转换的上皮细胞能获得侵袭、抵抗凋亡和播散的能力(Klymkowsky and Savagner, 2009; Polyak and Weinberg, 2009; Thiery et al., 2009; Yilmaz and Christofori, 2009; Barrallo-Gimeno and Nieto, 2005). 通过增加一种包括胚胎形成和伤口修复各种步骤的进程，癌细胞能同时获得侵袭和转移的能力。在癌细胞侵袭和转移的过程中，这个EMT的多面程序能短暂或稳定地活化，它的程度也有所不同。一套多向活性的转录因子，包括Snail,Slug,Twist,and Zeb1/2,安排胚胎形成过程中的EMT和相关迁移过程;大部分起初被定义为发育遗传学。这些转录调节剂在一些恶性肿瘤类型中以各种组合表达，在恶性肿瘤形式的实验模型中显示出对侵袭设计的重要性;当异位表达时会导致转移(Micalizzi et al., 2010; Taube et al.,2010; Schmalhofer et al.,2009; Yang and Weinberg,2008)。由这些转录因子所致的细胞生物学特征包括粘附连接的缺失和相关的由多边形的上皮转变成梭形的纤维细胞形态，基质降解酶的表达，运动性增加，抗凋亡能力提高—这个特征都与侵袭和转移进程有关。多个这种转录因子能直接抑制E-cadherin 基因表达，因而剥夺新生上皮肿瘤运动和侵袭的关键抑制子(Peinado et al.,2004)。已有的证据表明这些转录因子互相调节，就像是一套重叠的靶基因。还没有明确的可以描述它们之间相互作用的规律以及控制它们表达的条件。来自发育遗传学的证据表明来自胚胎邻近细胞的上下游信号是关于触发这些转录因子的表达使这些细胞注定通过EMT(Micalizzi et al.,2010); 类似的形式，越来越多的证据表明癌细胞与邻近肿瘤相关间质细胞的异型相互作用能诱导恶性肿瘤细胞表型的表达，这是已经明确的由一个或多个这些转录调节剂来编排(Karnoub and Weinberg, 2006–2007; Brabletzetal.,2001)。进而，在某些肿瘤中位于侵袭边缘的癌细胞能看到EMT，这表明这些癌细胞易受到微环境的剌激，这与位于病变中心的癌细胞不同(Hlubek et al.,2007).虽然这个证据仍然不充分，它显示EMT诱导转录因子能编排大部分侵袭转移级联中的步骤，这有助于最后一步定植。我们对由EMT引起的各种现象和间质短暂稳定状态仍然知之甚少。虽然EMT诱导的转移因子的表达已经在特定的非上皮肿瘤类型中发现，如肉瘤和神经内胚窦瘤，它们在设计这些肿瘤的恶性特征中的作用仍然很少记载。另外，是否侵袭性癌细胞需要部份活化EMT程序获得它们的能力，或改变调节程序导致这些能力和获得。 侵袭性生长程序的可塑性 诱导侵袭性生长能力(通常经过EMT)的上下游信号的作用意味着可能性可逆的，那些从原发肿瘤播散到更远组织的癌细胞可能不再能从活化的间质和侵袭/EMT诱导信号中受益，而位于原发肿瘤部位能受益，缺乏这些信号的暴露，癌细胞可能在它们的新家中恢复到非侵袭性状态。因而，初始侵袭和转移经历过EMT的癌细胞可能会经过相反的过程，称为间质上皮样变(MET)。这种可塑性可能导致新的肿瘤细胞集落，它们具有与那些未经历EMT的原发肿瘤相似的组织病理学特征(Hugo et al., 2007)。此外，癌细胞常规经过一个完整的EMT程序的观念可能是过于简单的;取而代之的是癌细胞可能只进入一部份的EMT程序，因而获得新的间质特征而持续表达残存的上皮特征。 不同形式的侵袭可能是以不同癌类型为基础的 EMT程序调节一个特别的侵袭类型，称为―间质化‖。此外，还有两种其他不同类型的侵袭已经确认和牵涉到癌细胞侵袭 (Friedl and Wolf, 2008, 2010). ―Collective invasion‖包括癌细胞小瘤增大进入周围组织并例如以鳞状细胞癌为特征; 有趣的是，这种癌罕见转移，提示这种形式的侵袭缺乏使转移变容易的功能贡献。更不明确的是普遍的―变形虫样‖形式的侵袭 (Madsen and Sahai, 2010; Sabeh et al., 2009),在这个形式中，癌细胞个体表现出形态学上的可塑性，使它们可以滑过本来已存在的胞外间质中的间隙，而不是为自已清理出一条道路, 就像在间 质化和聚集形式的侵袭中发生的那样。目前仍不清楚的是参加聚集和变形形式侵袭的癌细胞启用EMT程序的组分还是一个完全不同的细胞生物学程序来编排这些替代侵袭程序。 复杂得令人退缩的转移 定植转移可以分解成两个主要的阶段:癌细胞从原发肿瘤物理性播散到远处组织，以及这些细胞对外部组织微环境的适应并导致定植的成功,也就是微转移生长成肉眼可见的肿瘤。播散的多个步骤看起来是在EMT的范畴，同样也活化迁移程序。然而，定植严格意义上并不等于物理播散，目前的证据在于，大量病例多数成功揪散的微转移并不进展成肉眼可见的转移瘤(Talmadge and Fidler, 2010; McGowan et al.,2009; Aguirre-Ghiso, 2007;Townson and Chambers, 2006; Fidler, 2003)。在某些类型的癌症，原发肿瘤可能会释放全身的抑制因子使微转移休眠，临床上可见的是在原发肿瘤术后立即出现转移灶的暴发性生长(Demicheli et al., 2008; Folkman, 2002)。然而，另一种可能是，如乳腺癌和黑色素瘤，微转移的爆发可能会在手术切除或药物摧毁原发肿瘤后数十年才出现;这些转移瘤生长的证据反应了，经过很多尝试和失败，休眠的转移已经解决了组织定植的复杂问题(Barkan, et al.,2010; Aguirre-Ghiso, 2007; Townson and Chambers, 2006)。 可以从这个自然现象得到的推论是微转移可能缺乏其他突然生长所需的特征性能力，如活化血管生成的能力;确实特定实验使休眠的微转移失能而形成肉眼可见的肿瘤，已经描述了它们的无法活化肿瘤血管生成(Naumov et al., 2008; Aguirre-Ghiso, 2007)。另外，最近的实验表明营养不足所致饥饿能诱导强烈的自吞噬，这能导致癌细胞缩小并适应可逆的休眠;这些细胞可能存在于这种状态或者当组织微环境的改变允许如获得更多的营养时活化生长和增殖(Kenific et al., 2010; Lu et al., 2008)。其他的微转移休眠机制可能包括抗生长信号嵌入正常组织胞外基质(Barkanetal.,2010)以及免疫系统的肿瘤抑制活性(Teng et al., 2008; Aguirre-Ghiso, 2007).大多数播散的癌细胞似乎难于适应它们登陆时的组织微环境，至少是最初状态。相应地，播散的每个类型的癌细胞可能需要发展它们的系统，尤其是解决在这些外来组织微环境兴旺发展的问题(Gupta et al.,2005)。 这些适应可能要求数百种不同的定植程序，每个取决于播散癌细胞的类型和定植进行的组织微环境的本质。然而，如下文将进一步讨论的，特定的组织微环境可能本质上注定对播散癌细胞是好客的(Peinado et al., 2011; Talmadge and Fidler, 2010)。转移播散长期以来一直描述成原发肿瘤多步骤进程的最后一步，确实对多数肿瘤来说是正确的，就如最近的基因组序列研究图谱所描述的那样，研究了胰导管腺癌转移的克隆演变为此提供了遗传学证据(Campbell et al., 2010; Luebeck, 2010; Yachida et al.,2010). 另一方面，最近出现的证据表明细胞在很早期就可以从人类或鼠的非侵袭性癌前病变的表面播散出来(Coghlin and Murray, 2010; Klein,2009)。另外，微转移可以从无明显侵袭性但具有缺乏管腔完整性的新生血管的原发肿瘤中萌发(Gerhardt and Semb,2008)。虽然癌细胞能从这种癌前病变播散并种植于骨髓和其它组织，它们定植到这些位置并发展成病理学上有意义的巨块转移的能力仍未证实。目前，我们认为这些早期转移播散在鼠和人类中是确实存在的现象，它们的临床意义仍需进一步确定。除了对它们播散计时外，癌细胞何时何地会具有成为巨块肿瘤定植于外源组织的能力仍然不清楚。这种能力可能是在原发肿瘤形成期间出现的，作为肿瘤在播散期间的特殊进展途径结果，这样原发肿瘤细胞偶然地进入循环中，同明具备定植到特定远处组织部位的能力(Talmadge and Fidler,2010)。 另外，定植到特定组织的能力可能只是已经播散癌细胞发展以适应选择性压力，以适应在异质微环境中生长。发展出这个组织特异性定植能力后，转移集落里的细胞可能继续向更远处转移，不只是向体内的新部位转移也可以转移回原发肿瘤的部位。因而，原发肿瘤细胞中明确存在的组织特异性定植程序可能不是起源于经典的原发病变内的致瘤进程中，而是来自归巢的―移民‖(Kim et al., 2009)。这种再播种与上文所述的人类胰腺癌细胞转移研究是符合的(Campbell et al.,2010; Luebeck, 2010; Yachida et al.,2010)。要说不同的话，在原发肿瘤中的癌细胞集落的表现型和本质的基因表达程序可能被它们远处转移后代可逆性迁移而明显修饰了。在这种自我播种过程中隐含的另一个概念: 在原发肿瘤中起支持作用并为其获得恶性特征作过贡献的间质可能在本质上为来自转移 病变的循环癌细胞的再播种和定植提供宜居环境。 明确使转移定植的调节程序为将来的研究提供了一个重要的议程。已经取得了实质性的进展，例如，明确了多套关于并使特定组织中建立巨块转移变容易的基因(―转移标签‖)(Coghlinand Murray, 2010; Bos et al., 2009; Olsonetal.,2009;Nguyen etal.,2009;Gupta etal.,2005)。由于上述不同定植程序明显的多样性，这个挑战是相当大的。此外，定植不像只是依赖于细胞自治的进程。另外，几乎必需的条件是具有关键的含间质支持细胞的允许肿瘤存在的微环境。由于这些原因，定植的进程可能包含大量的细胞生物学进程，它们比之前的转移播散步骤要复杂和多变得多。