肿瘤的侵袭

肿瘤的侵袭过程是指新生肿瘤细胞穿过细胞外基质屏障的转位过程。该过程涉及脉管基底膜的降解和穿透以及肿瘤细胞穿过脉管后在结缔组织中的移动。局部脉管基底膜的损伤通常伴随肿瘤转移，而良性病变则无此改变。当肿瘤细胞与脉管内皮黏附后，可诱导内皮细胞回缩，从而露出细胞外基质。肿瘤细胞可与细胞外基质的有机成分结合，这些有机成分包括纤维结合素、层黏素和血小板反应素，它们可以促进肿瘤转移定位在特定的器官。而细胞外基质中的多肽系列可阻止血行性转移的形成。侵袭的发生需要局部细胞外基质的水解、伪足的延伸和细胞的迁移等。肿瘤细胞恶性表型的出现不仅仅是由一个基因或蛋白引起的。肿瘤细胞的侵袭过程包含肿瘤细胞的遗传调控失常导致对细胞生理学事件的刺激和抑制失衡。这一调控失常只在一小部分细胞中发生，仅有0.05%的游离肿瘤细胞形成转移。

参与肿瘤侵袭过程的主要成分是在细胞正常生理学事件中发挥功能的分子。肿瘤细胞的侵袭过程与生理条件下正常细胞穿过组织屏障的过程相似。血管生成、胚胎发生、形态发生、神经生长锥的延伸和归巢，以及滋养层细胞植入等过程都是一种生理上的侵袭过程。与肿瘤的恶性侵袭相比较，生理上的侵袭过程在刺激因子撤除之后是受到严密调控的。在研究肿瘤转移过程中一个基本问题是，转移瘤细胞是怎样激活侵袭过程中的生物化学反应的。

一个三维基质环境中的侵袭过程，在整个细胞体发生转位之前分为三种情况。①圆柱体形的伪足发生伸展。有证据表明伪足是细胞运动和侵袭的成分之一。缺少细胞核的细胞伪足组分仍然保留感觉和定向运动的能力，说明它们拥有爬行所必需的感觉和运动能力。②细胞表面水解酶和黏附分子受体聚集在伪足周围。③在细胞表面配体的刺激作用下，伪足开始伸展并引起细胞迁移，而细胞骨架对于伪足的伸展十分重要，其中肌动蛋白的结构为伪足的伸展提供了机械基础并最终导致细胞迁移。另外，伪足的伸展还伴随其他一些侵袭过程中的细胞生物学事件的发生。侵入细胞的前缘必须表达活化的蛋白酶，之后当细胞运动到水解区域时，细胞前缘必须黏附到细胞外基质上，从而拉动细胞向前。而此时的细胞后缘则需要离开之前的黏附部位使细胞向前运动。

细胞基底膜和组织间质在肿瘤细胞侵袭调控过程中发挥整合的作用。基底膜形成的屏障，是肿瘤细胞在侵袭过程必须要跨越的。而细胞外基质中可能还贮存有潜在的蛋白水解酶和细胞因子，它们可以被侵袭细胞的伪足所激活。基质金属蛋白酶是一类锌指结合酶家族。科学家已经重点研究了基质金属蛋白酶在肿瘤侵袭过程中的重要作用，基质金属蛋白酶的表达水平与侵袭力密切相关。基质金属蛋白酶也许可以成为恶性肿瘤治疗的一个有效靶点。

基质金属蛋白酶以酶原形式分泌，并且需要细胞外的刺激使之被激活。基质金属蛋白酶通常被分为三类：①间质胶原酶；②间质溶解素；③明胶酶（Ⅳ型胶原酶）。间质胶原酶能够降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ和Ⅹ型纤维胶原的螺旋区为1/4的氨基端和3/4的羧基端。而间质溶解素包括间质溶解素-1、间质溶解素-2、间质溶解素-3三种类型和基质溶解因子等，这些酶类可以解离纤连蛋白、蛋白聚糖和Ⅳ型胶原的非螺旋区。明胶酶除了能够水解纤连蛋白、弹力蛋白外，还可以降解明胶和Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ型天然胶原等。所以这些基质金属蛋白酶的表达水平与肿瘤的侵袭性呈正相关。它们都能够被体内抑制剂——基质金属蛋白酶组织抑制剂（TIMPs）抑制活性。目前基质金属蛋白酶组织抑制剂主要分为三种，即TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3。TIMP-1能够特异性结合活化的间质胶原酶、间质溶解素-1和活化的与非活化的明胶酶B，并抑制其活性。TIMP-2则是相对分子质量为72 000的Ⅳ型胶原酶的抑制剂，并且既可以与激活的酶结合，又可以与非活化的酶相互作用。TIMP-3与TIMP-1和TIMP-2不同，它能够与细胞外基质发生相互作用。这些抑制剂除了在生理水平上具有一定作用外，还能够在调控肿瘤转移过程中发挥功能。例如，乳腺癌细胞中TIMP-2的过表达与溶骨病变的数目减少密切相关。

到目前为止，已经有一些利用基质金属蛋白酶抑制基底膜降解的方法。由于基质金属蛋白酶需要激活酶原来发挥其功能，因此通过阻断其酶原激活可以为预防肿瘤转移提供一种新的临床治疗方法。而酶原的激活需要其氨基端80个残基水解，酶原的这种非活化状态则是通过金属阳离子与半胱氨酸残基中的巯基之间的相互作用来维持的。这些半胱氨酸残基能够阻止纤维肉瘤、乳腺癌和黑色素瘤中80%由于细胞外基质重建引起的肿瘤侵袭。

肿瘤细胞的运动性也是决定肿瘤侵袭性的一个主要因素。在侵袭过程中，在多种溶解酶如尿激酶型纤溶酶、组织型纤溶酶、组织蛋白酶、透明质酸酶、胶原酶、基质溶解素、肝素酶等破坏细胞外基质的同时，肿瘤细胞必须移动进入基质，组织特异性趋化因子和结合趋化因子能增强肿瘤细胞的运动性，但肿瘤细胞自身的运动性也是必不可少的。Mohler实验证实肿瘤细胞的运动能力与转移倾向成正比。一些因子通过刺激细胞运动来促进肿瘤转移的发生。而这些因子一般被分为三大类。

第一类是由肿瘤细胞自身分泌的因子或自分泌运动因子。目前有11种自分泌运动因子被鉴定出来，其中三种被克隆和纯化，分别是肝细胞生长因子（HGF）、胰岛素样生长因子Ⅱ（IGF-Ⅱ）和自分泌运动因子（ATX）。通常情况下，HGF只作为旁分泌生长因子，但是在肿瘤细胞中它却可以作为自分泌运动因子。而HGF的受体已经被鉴定为是由c-Met癌基因编码的蛋白。当HGF与其受体c-Met结合后，则引起一系列蛋白的磷酸化改变。ATX是一个潜在的运动激活因子。ATX具有磷酸二酯酶活性，但是其酶活性介导细胞运动的机制人们还不是很清楚。ATX的受体也不是很明确。然而这种运动反应是百日咳毒素敏感的，提示G蛋白可能在这一信号转导通路中发挥作用。

第二类是细胞外基质蛋白。可以诱导细胞运动的基质蛋白包括玻璃粘连蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白Ⅰ型胶原和层粘连蛋白Ⅳ型胶原以及血小板反应素等。这些蛋白可以激活细胞趋化作用和趋触作用。许多这类基质蛋白通过整合素受体促进细胞运动性。而基质蛋白刺激的细胞运动也是肿瘤细胞转移的一个重要因素。当这些基质蛋白被肿瘤细胞分泌的降解酶水解后，可溶性的基质蛋白能够促进肿瘤细胞的迁移过程。肿瘤细胞中基质蛋白刺激趋触作用的能力提示完整的细胞外基质蛋白可以为肿瘤细胞的迁移提供捷径。

第三类是宿主细胞分泌的生长因子，如胰岛素样生长因子Ⅰ（IGF-Ⅰ）、白介素-8（IL-8）和组织胺等。这些因子是旁分泌运动因子，并且可以作为归巢因子，即使肿瘤细胞运动到产生它们的器官。通过一系列机制，运动因子可以导致以下运动过程的出现：细胞形态的改变，细胞骨架重新组合，细胞黏附过程及膜流动性的改变等。