肿瘤发生转移是一个复杂多步骤的过程，首先肿瘤细胞需要从原发肿瘤上分离脱落，而后穿过邻近的组织，再进入血管进行循环，最后存活的肿瘤细胞在远隔器官增殖。肿瘤的起源来自成熟上皮细胞，它们通常是极化的、不动的。在此条件下，肿瘤发生转移也是有难度的。 这和成熟上皮细胞本身维持的稳态是相冲突的。但在发育和组织修复过程中，上皮组织处在高度动态移动状态，在发育和疾病状态时，上皮组织细胞可以获得间质细胞的分子特征。
目前还没有有效治疗肿瘤转移的药物出现，所以弄清楚肿瘤转移的细胞和癌细胞分子机制特征是非常重要和关键的，因为这些细胞在远隔器官能发展成新的肿瘤。本文中，作者讨论了近期的相关研究，支持肿瘤细胞团在肿瘤发生转移时发挥重要作用，而不是之前认为的是单个肿瘤细胞的作用。
肿瘤细胞团和转移的多克隆种子
肿瘤细胞团在肿瘤细胞转移中发挥作用的观点的提出可以追溯到20世纪50年代。当时报道癌症患者的血样中发现了单个肿瘤细胞和肿瘤细胞团，在动物试验中发现，肿瘤细胞团可以快速穿过肺部组织。后续的研究发现，将肿瘤细胞团注射入小鼠的静脉后，较注射单个细胞更易发生肿瘤细胞的转移。这些早期的研究提示两种不同的可能性：一个是转移可以通过一个较低效的播种过程发生，即通过大量充足的单个肿瘤细胞发生；另一个是较高效的通过稀少的肿瘤细胞团发生转移。随着近期技术的发展，人们已经可以定量循环肿瘤细胞（circulating tumor cells, CTCs）和循环肿瘤细胞团的数量，从而确定多种多样的肿瘤细胞或细胞团的分子特征。有两项研究表明，和单个循环肿瘤细胞相比，循环肿瘤细胞团与临床预后显著恶化相关。此结果和上述提出的认为肿瘤细胞团在肿瘤转移中发挥重要作用的假设相一致。
如果肿瘤转移的种子是单个肿瘤细胞的话，那转移灶的肿瘤将会是克隆的。相反的，如果转移的种子是循环肿瘤细胞团的话，转移灶从一开始就是多克隆的。通过对肿瘤的深度测序分析，可以重建肿瘤发生转移过程中的肿瘤细胞克隆的进化史。这些进化史可以用于推断转移种子是单克隆还是多克隆的。一项近期对前列腺癌患者的研究表明，通常是多克隆的种子从原发性肿瘤转移到另一个位点，已存在的多克隆的转移灶再传播扩散到机体其他位点。研究表明原发性肿瘤细胞具有表型和基因型的差别，肿瘤细胞团中不同细胞组合的多样性，对治疗方案也不同。
多克隆转移的发生可能通过两条不同的途径：一条是直接来自多克隆的肿瘤细胞团，另一条可能通过一系列的多样的单个细胞在同一位点的累积而成。研究人员通过小鼠模型研究证明了上述两种机制。这些实验的关键特点是将原位肿瘤所包含的不同细胞标记上不同颜色的荧光蛋白。如果转移来自单个细胞或由一种细胞组成的细胞团，那么转移瘤应该只有一种颜色的荧光蛋白，如果转移来自有不同细胞组成的细胞团，那么转移瘤将会发出不同的荧光。
根据上述原理，三个独立的研究团队运用不同的小鼠模型进行了研究，研究结果均发现转移瘤表现出多颜色的荧光，从而支持了肿瘤转移来自多克隆细胞团的观点。第一个团队在小鼠体内建立了多颜色荧光蛋白的乳腺癌模型，并观察到了多颜色的转移瘤。而当他们在小鼠体内一侧建立单颜色的乳腺癌，另一侧建立另一种颜色的乳腺癌后，发现转移瘤主要还是单颜色的。这个结果表明，肿瘤细胞在血液中或在远隔器官中的聚集是非常低效的，所以多颜色的转移瘤应该来自多克隆的肿瘤细胞团。第二个团队研究的是胰腺癌小鼠，发现转移瘤的种子是细胞团，并观察到肿瘤细胞团转移至不同器官的程度是不同的。第三个团队研究了自发的乳腺癌小鼠模型，研究推测超过97%的转移均起源于细胞团。上述三个研究团队还证明在体外和体内中，细胞团均表现出更好的存活优势和集落形成潜能。上述三个团队的研究结果均表明多克隆的肿瘤转移灶种子是来自原位肿瘤的多细胞团。
上皮细胞的转移性特性
上述的讨论中引申出一些有趣的问题，例如：肿瘤细胞团是如何脱离原位肿瘤的？当它们转移到远隔器官时的分子特征是如何的？后续将通过乳腺癌的研究，来理解肿瘤细胞在入侵、扩散和远隔转移时的特性。肿瘤细胞可以通过群体的行为入侵邻近的组织，这些群体的细胞保持了一些上皮细胞间粘连的特性。一项近期的对人源乳腺癌基质的三维分析显示，常常会检测到群体细胞的入侵，单个肿瘤细胞入侵的情况几乎没有。这些集体入侵的细胞串会释放出小的细胞团进行肿瘤转移。验证上述模型的一个简单的出发点是检测集体入侵细胞串的细胞和后期转移传播的肿瘤细胞的分子相似性。小鼠和人类乳腺癌的研究结果表明，上述两类细胞之间拥有共同的分子特征。检测的分子包括细胞角蛋白14(K14)、K5、胎盘钙粘素和p63。其中K14阳性的细胞在所有的传播转移瘤中均存在，包括集体入侵、局部扩散、循环肿瘤细胞团和微转移。但是在原位肿瘤和大体转移中仅存在少量K14阳性细胞。这些研究结果表明上皮细胞分子驱动程序促进肿瘤细胞生长和传播扩散。这些集体入侵的先驱细胞的基因表达和乳腺干细胞的基本表型相似。研究结果揭示上皮细胞分化状态的变化伴随着肿瘤细胞转移扩散的发生。
上皮细胞是细胞间的粘附复合物，这些连接可以阻止细胞间运动的发生。所以可以从概念上推测肿瘤细胞转移的发生包括短暂或永久的上皮细胞的消失是合理的。该过程可以通过上皮和间充质细胞间的转换（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）来实现。然而，近期的研究提出了另一种观点，上皮细胞间的粘连复合物在肿瘤细胞转移中起到了重要作用。研究发现，转移的乳腺癌细胞保持了上皮细胞支架和粘连基因的表达，例如K5、K8、K14、上皮钙粘素和胎盘钙粘素基因。研究人员在循环的肿瘤细胞团中观察到了盘状球蛋白（plakoglobin），还发现在多种乳腺癌转移模型中需要plakoglobin、上皮钙粘素和K14的存在。敲除plakoglobin基因后，肿瘤细胞团发生了解聚，从而降低了形成转移灶的效率；当缺失K14之后，引起了广泛的转移相关程序的缺失，例如血管性血友病因子裂解酶（AdamTS1）、CARD10和肌腱蛋白C（tenascin C）。进一步研究发现，在具有高度入侵性的K14阳性乳腺癌细胞中具有非常多的上皮细胞间粘连复合物桥粒蛋白基因和主要的上皮细胞-基质粘连复合物半桥粒蛋白基因。由此可以得出，在具有扩散性的细胞团中保留了上皮细胞粘连机器，从而有助于细胞转移的发生。
上皮细胞基因在转移中的作用先前在发育系统中进行过研究，上皮细胞的转移细胞团通过上皮钙粘素的机械信号来协调配合细胞方向的传感和群体迁移。后续进一步的研究需要弄清楚肿瘤细胞团拥有相似的迁移优势是发生在转移过程还是只单独地有助于提高转移细胞的存活率。近期有研究表明乳腺癌细胞发生转移并不需要EMT过程，该结果和乳腺癌细胞团保留上皮细胞特性的观点是一致的。
虽然目前已经清楚证实拥有上皮细胞表型的细胞团可以使多克隆转移发生，但是这未必是细胞转移的唯一机制。患者体内也存在间质细胞特性的循环肿瘤细胞CTCs和细胞团，而且在疾病进展或治疗阶段，间质细胞特性的CTCs和上皮细胞特性的CTCs之间会相互发生转变。今后的研究中需要回答的一个重要的问题是在转移发生时，间充质细胞特性的CTCs和上皮细胞特性的CTCs的相对转换频率。
研究展望
许多临床前试验和患者的肿瘤样本的研究都支持了一个观点，即肿瘤可以以细胞团的形式集体发生转移。这些肿瘤细胞团保留了上皮细胞基因的表达能力，还可以在上皮细胞样的分化增殖状态和转移状态之间转换。
在快速发展的肿瘤转移研究领域，至少需要回答三个问题：一、肿瘤细胞团作为转移种子的生物学基础是什么？回答这个问题需要更深地理解肿瘤细胞团转移效率高于单个肿瘤细胞的机理，细胞团是如何在多步骤的转移过程中协调完成迁移和分化的分子基础的，细胞团是如何与原位肿瘤、循环系统和远隔器官的基质细胞产生连接的。二、不同的肿瘤类型和不同的转移位点的肿瘤转移种子的细胞和分子特征是否相同，是否有变化？回答这个问题需要谱系分析技术来定量单细胞和多细胞团的数量，还需要对大量的循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）和细胞团进行分析，从而得到它们的分子特征。单细胞测序和蛋白质组学技术在识别循环肿瘤细胞团和不同转移器官的细胞团的基因型和表型差异时也是必需的。三、肿瘤细胞团对于肿瘤的治疗有何意义？细胞团的存在提出了一个肿瘤治疗的潜在的挑战，因为这些细胞团可能由拥有不同耐药特征的肿瘤细胞组成。细胞团本身可能也会对肿瘤治疗应答产生影响。积极的一面是，肿瘤细胞团的存在也提示一个潜在的新的肿瘤靶向治疗策略，可以靶向整个细胞团，或者改变细胞的上皮细胞样分化特征，从而影响肿瘤细胞在机体的全身传播。
(作者：包丽霞)
参考文献：Science 2016;352:167-169