前言：發(fā)生轉(zhuǎn)移的第一步是獲得局部侵襲能力,，需要原發(fā)瘤的癌細(xì)胞發(fā)生許多表型改變,。如前所述，本節(jié)主要討論的還是上皮組織來源的腫瘤,。為了獲得運(yùn)動(dòng)和侵襲能力,，癌細(xì)胞必須丟掉許多上皮細(xì)胞的表型，改變表型,、脫離上皮層,、發(fā)生一系列顯著的改變，這個(gè)過程稱為上皮間葉轉(zhuǎn)化(EMT),。今天這一小節(jié)主要先來學(xué)習(xí)兩個(gè)部分的內(nèi)容：“EMT的標(biāo)志物”和“激發(fā)EMT的基質(zhì)信號(hào)”

在胚胎發(fā)育過程中,，某些形態(tài)發(fā)生階段和組織重建需要依賴各種類型的上皮細(xì)胞發(fā)生EMT。在早期胚胎發(fā)生的原腸胚形成期,，外胚層的單個(gè)細(xì)胞脫落,，向胚胎內(nèi)部中央遷移，形成中胚層,，中胚層是間葉組織包括成纖維細(xì)胞和造血細(xì)胞（在脊索動(dòng)物中）的前身,。在此階段，上皮細(xì)胞層中排列的外胚層細(xì)胞,，通過EMT轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄信邔颖硇偷募?xì)胞,。同時(shí)，細(xì)胞通過EMT獲得從一個(gè)部位（外胚層）遷移到胚胎其他（內(nèi)部）部位的能力,。創(chuàng)傷邊緣的上皮細(xì)胞也必須經(jīng)歷暫時(shí)性的EMT,以便遷移到傷口位點(diǎn)并封閉損傷造成的上皮細(xì)胞層缺口,。

癌細(xì)胞侵襲過程中存在的、復(fù)雜的細(xì)胞重組過程,，依賴于通常在胚胎發(fā)育和成年組織損傷過程中表達(dá)程序的重激活,。

正常和病理狀態(tài)下的EMT,除了涉及細(xì)胞形態(tài)改變并獲得運(yùn)動(dòng)能力外，細(xì)胞基因表達(dá)譜也發(fā)生了改變,。上皮細(xì)胞標(biāo)志物E-鈣黏蛋白和細(xì)胞角蛋白的表達(dá)受到抑制,，而誘導(dǎo)表達(dá)一種間葉細(xì)胞骨架中間纖維的組成成分，波形蛋白(vimentin),。發(fā)生EMT的上皮細(xì)胞通常產(chǎn)生纖連蛋白,，這是一種在正常情況下只由間葉細(xì)胞，如成纖維細(xì)胞分泌的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,。同時(shí),，典型的成纖維細(xì)胞標(biāo)志物——N-鈣黏蛋白,，通常取代 E-鈣黏蛋白開始表達(dá)。

表1：與EMT現(xiàn)象相關(guān)的細(xì)胞學(xué)改變

在這所有的蛋白質(zhì)中,，跨膜的E-鈣黏蛋白在影響上皮與間葉細(xì)胞表型方面起著非常重要的作用,。在正常上皮中，E-鈣黏蛋白分子的胞外結(jié)構(gòu)域從胞膜表面伸出,，與鄰近上皮細(xì)胞同樣凸出在細(xì)胞表面的E-鈣黏蛋白分子形成復(fù)合物,。使上皮細(xì)胞層鄰近的細(xì)胞間形成同源二聚體橋，所形成的黏附連接在維持上皮細(xì)胞層的結(jié)構(gòu)完整性上起非常重要的作用,。

單個(gè)E-鈣黏蛋白分子的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域通過α-catenin和β-catenin復(fù)合物及其他輔助蛋白錨定在細(xì)胞骨架的肌動(dòng)蛋白纖維上,。肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架為細(xì)胞提供張力。因此E-鈣黏蛋白分子將鄰近細(xì)胞的肌動(dòng)蛋白骨架交織在一起,，幫助上皮細(xì)胞層抵抗撕拉機(jī)械力,。一些實(shí)驗(yàn)表明，單純抑制E-鈣黏蛋白的表達(dá),，就會(huì)使細(xì)胞獲得間葉細(xì)胞的形態(tài)并增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力,。在多種人侵襲性腫瘤中，E-鈣黏蛋白編碼基因CDH1的啟動(dòng)子發(fā)生甲基化而使其表達(dá)受到抑制,。

圖1：伴隨EMT發(fā)生的生化改變（Twist轉(zhuǎn)錄因子可以誘導(dǎo)EMT）

鈣離子對(duì)維持E-鈣黏蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)和胞外結(jié)構(gòu)域的剛性是必需的,，在下圖中用紅色小球標(biāo)示。同時(shí),，E-鈣黏蛋白的胞質(zhì)尾部通過β-catenin和許多其他分子,，連接肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架。β-catenin同時(shí)也在胞質(zhì)中作為Wnt信號(hào)通路的一個(gè)重要中間分子,。胞膜中E-鈣黏蛋白的缺失釋放了β-catenin分子,，進(jìn)而使其在胞質(zhì)中累積。在Wnt信號(hào)的作用下,，β-catenin從胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到胞核,，并與Tcf/LEF和其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而誘導(dǎo)EMT相關(guān)基因的表達(dá),。

圖2：E-鈣黏蛋白與β-catenin

在早期胚胎的原腸胚形成階段,，也可以看到EMT過程中E-鈣黏蛋白表達(dá)被N-鈣黏蛋白取代的現(xiàn)象。在培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中(來自胚胎外胚層),，肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)可促進(jìn)E-鈣黏蛋白向N-鈣黏蛋白的轉(zhuǎn)變,。由此它可以誘導(dǎo)EMT,使肌細(xì)胞和皮膚前體細(xì)胞從原始的生皮肌節(jié)遷出，而后者具有早期脊椎動(dòng)物胚胎體節(jié)中的上皮樣細(xì)胞,。

像E-鈣黏蛋白一樣,，N-鈣黏蛋白也參與細(xì)胞間的同型相互作用，它們結(jié)合在鄰近細(xì)胞表面的相同類型的其他分子上,。因此,，表達(dá)在發(fā)生了EMT的癌細(xì)胞表面的N-鈣黏蛋白分子，增強(qiáng)了腫瘤細(xì)胞與正常表達(dá)N-鈣黏蛋白的間質(zhì)細(xì)胞,、特別是與上皮細(xì)胞層下方基質(zhì)中的成纖維細(xì)胞的親和性,。這種結(jié)合有利于具有侵襲能力的癌細(xì)胞侵入基質(zhì)細(xì)胞群。這一動(dòng)態(tài)模型可以解釋黑色素瘤的發(fā)展：正常的黑色素細(xì)胞表達(dá)E-鈣黏蛋白,，使它們與周圍的角化細(xì)胞結(jié)合,。黑色素瘤細(xì)胞黑色素細(xì)胞的轉(zhuǎn)化衍生物表達(dá)N-鈣黏蛋白，使它們浸潤(rùn)皮膚真皮層基質(zhì),，并與成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞相互作用,。

圖3：鈣黏蛋白表達(dá)轉(zhuǎn)換和黑色素瘤細(xì)胞的侵襲性

雖然從原理上講，細(xì)胞間也可以形成N-鈣黏蛋白橋,，但是其表達(dá)并不會(huì)使癌細(xì)胞形成大的片層樣結(jié)構(gòu),。看起來,，N-鈣黏蛋白分子間形成的作用力要明顯弱于E-鈣黏蛋白的同源二聚體,。這可以解釋為什么細(xì)胞表面的N-鈣黏蛋白分子有助于細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，相反同家族的E-鈣黏蛋白則可以使細(xì)胞固定在上皮細(xì)胞層,。

EMT由癌細(xì)胞所處的腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞外信號(hào)所誘導(dǎo),。這一觀點(diǎn)部分來自于正常發(fā)育過程中經(jīng)歷的EMT特性：在胚胎中EMT只在特定位置上才被誘導(dǎo)。胚胎中這種行為實(shí)際上意味著兩點(diǎn)：第一,，EMT由胚胎中特定部位而非其他部位的胚胎細(xì)胞信號(hào)所誘導(dǎo),；第二，這種精確的定位可能依賴于整合了不同來源單個(gè)細(xì)胞復(fù)雜信號(hào)的綜合作用,，如不同的相鄰細(xì)胞或細(xì)胞群,。

緊密接觸周圍基質(zhì)的癌細(xì)胞激活了EMT程序，而位于癌巢內(nèi)部的細(xì)胞（無法直接接觸基質(zhì)）則不會(huì)發(fā)生EMT,。如下圖所示,，低倍鏡下觀察同株人轉(zhuǎn)化乳腺上皮細(xì)胞（MEC）形成的腫瘤，人波形蛋白（深棕色）的表達(dá)限制于直接與周圍基質(zhì)接觸的細(xì)胞中,。相反,，處于癌巢內(nèi)部的癌細(xì)胞不表達(dá)人波形蛋白，推測(cè)它們?nèi)跃S待在上皮細(xì)胞狀態(tài),。

圖4：腫瘤上皮與基質(zhì)界面處的 EMT 現(xiàn)象

在多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中,，EMT表型是完全可逆的。一旦癌細(xì)胞完成了多步驟的侵襲轉(zhuǎn)移過程,，它們通常要經(jīng)過間葉-上皮轉(zhuǎn)化過程回復(fù)到上皮樣細(xì)胞表型,。很多觀察發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移灶與其來源的原發(fā)瘤在組織病理水平上具有高度相似性, 也提示了這一可逆過程的存在,。

這種EMT表型的消失可由癌細(xì)胞從原發(fā)瘤轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移灶處后,，所處微環(huán)境的變化來解釋,。在原發(fā)性腫瘤中，原發(fā)瘤形成的漫長(zhǎng)過程中產(chǎn)生“反應(yīng)性基質(zhì)' , 并釋放誘導(dǎo)附近癌細(xì)胞發(fā)生EMT的信號(hào),。當(dāng)離開原發(fā)瘤后,，在管腔中吸附于癌細(xì)胞表面的血小板，可釋放其他的EMT誘導(dǎo)信號(hào), 以保持這些細(xì)胞的間葉狀態(tài),。然而,，當(dāng)癌細(xì)胞外滲到轉(zhuǎn)移位點(diǎn)后，最先接觸的可能是完全正常的基質(zhì),，因此無法釋放促使周圍剛到達(dá)此處的癌細(xì)胞發(fā)生EMT的信號(hào),；這將導(dǎo)致細(xì)胞通過MET過程恢復(fù)到其位于原發(fā)瘤中心的祖先細(xì)胞的上皮細(xì)胞狀態(tài)（這提示在某些癌細(xì)胞中，經(jīng)EMT產(chǎn)生的間葉細(xì)胞狀態(tài)必須由基質(zhì)信號(hào)維持,，一旦這些信號(hào)消失,，癌細(xì)胞將恢復(fù)到上皮狀態(tài)）。如果微小轉(zhuǎn)移灶成功地在遠(yuǎn)端組織形成克隆,，反應(yīng)性基質(zhì)最終也會(huì)在肉眼可見轉(zhuǎn)移灶中形成,，再次重復(fù)了先前在原發(fā)瘤中發(fā)生的改變，并在癌細(xì)胞中引發(fā) EMT 過程,。

圖5：EMT的可逆性

實(shí)際上,，傳統(tǒng)的組織病理學(xué)技術(shù)很難證明原發(fā)性腫瘤侵襲前沿的EMT現(xiàn)象，這主要是因?yàn)橐坏┌┘?xì)胞完全發(fā)生EMT,，它們將與周圍的間質(zhì)細(xì)胞難以區(qū)分,。

TGF-β是一個(gè)重要的間質(zhì)信號(hào)傳遞分子。此外,，多種其他因子,，包括Wnts、腫瘤壞死因子-α(TNF-α),、表皮生長(zhǎng)因子(EGF),、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1 (lGF-1) 和前列腺素 E2 (PGE2) 也參與這一過程,。一些研究還發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞和I型膠原之間具有直接相互作用,，I型膠原在基質(zhì)中含量豐富而在腫瘤上皮中不存在?？雌饋?，這些間質(zhì)信號(hào)以各種組合的方式激活細(xì)胞內(nèi)潛在的EMT程序。

一組頗有影響力的實(shí)驗(yàn)證明,，當(dāng)ras轉(zhuǎn)化的EpRas小鼠乳腺上皮細(xì)胞接受TGF-β刺激后,，會(huì)逐步失去上皮細(xì)胞形態(tài)，并下調(diào)上皮細(xì)胞標(biāo)志（如細(xì)胞角蛋白和E-鈣黏蛋白的表達(dá)）。與此同時(shí),，這些轉(zhuǎn)化細(xì)胞開始表達(dá)間葉細(xì)胞標(biāo)志（如波形蛋白）,，而且細(xì)胞形態(tài)也逐漸趨向于成纖維細(xì)胞。這些特征提示細(xì)胞發(fā)生了EMT的改變,。有趣的是,，一旦這些ras轉(zhuǎn)化細(xì)胞發(fā)生了EMT,它們開始自己產(chǎn)生并分泌TGF-β1,。這種TGF-β1經(jīng)自分泌反饋信號(hào)作用于細(xì)胞自身,，即使撤掉培養(yǎng)基中的TGF-β, 細(xì)胞也能長(zhǎng)期維持間葉細(xì)胞表型。上述研究表明,，TGF-β信號(hào)通路可以協(xié)同癌基因 ras, 引起上皮細(xì)胞發(fā)生EMT轉(zhuǎn)變,。腫瘤相關(guān)基質(zhì)也可產(chǎn)生大量TGF-β1。

如下圖所示,，EpRas細(xì)胞(左側(cè))通常具有鵝卵石樣的上皮細(xì)胞形態(tài),，并且在細(xì)胞-細(xì)胞連接處表達(dá)E-鈣黏蛋白(綠色)。但在TGF-β1存在的條件下培養(yǎng)7天后(右圖),，E-鈣黏蛋白表達(dá)受到抑制而表現(xiàn)為波形蛋白表達(dá)(紅色),，由上皮細(xì)胞基因表達(dá)模式轉(zhuǎn)換為間葉細(xì)胞模式。細(xì)胞核經(jīng)DAPI染為藍(lán)色,。

圖6：TGF-β調(diào)控EMT

TGF-β促進(jìn)惡性癌細(xì)胞進(jìn)展的作用與我們前面討論的其抗增殖效應(yīng)相矛盾,。大量研究支持TGF-β增強(qiáng)惡性細(xì)胞生物學(xué)行為，即腫瘤相關(guān)TGF-β(通常是TGF-β1) 的表達(dá)水平與腫瘤的侵襲性呈正相關(guān),。的確,，無論是腫瘤組織內(nèi)還是循環(huán)體液中高水平的TGF-β, 都與腫瘤患者的長(zhǎng)期生存負(fù)相關(guān)。

總之,，TGF-β至少通過4種方式促進(jìn)癌細(xì)胞侵襲,。首先，大多數(shù)腸道以外起源的人類腫瘤都保留了部分TGF-β受體信號(hào)功能,，這使得它們?cè)谀[瘤發(fā)生發(fā)展的各個(gè)時(shí)期都能對(duì)TGF-β信號(hào)做出反應(yīng),。其次，大多數(shù)人類腫瘤都有pRb信號(hào)通路的失活,，這使得細(xì)胞對(duì)TGF-β的細(xì)胞生長(zhǎng)抑制效應(yīng)失去響應(yīng),，但TGF-β受體信號(hào)通路引起的其他效應(yīng)不受影響。再次,，在失去TGF-β的細(xì)胞生長(zhǎng)抑制效應(yīng)以后,，癌細(xì)胞接受TGF-β刺激的實(shí)際效果將促進(jìn)細(xì)胞增殖。最后,，乳腺癌細(xì)胞接受TGF-β刺激后可以產(chǎn)生并釋放其他因子,，加速骨質(zhì)降解，這是形成骨轉(zhuǎn)移灶的關(guān)鍵步驟。骨質(zhì)降解還可以釋放另外的有絲分裂原,，促進(jìn)細(xì)胞增生,。

基質(zhì)信號(hào)之間可以協(xié)同作用，激活癌細(xì)胞內(nèi)的EMT程序,。例如,，TNF-α可以與TGF-β共同誘導(dǎo)EMT的發(fā)生。在腫瘤發(fā)生的早期,，TNF-α經(jīng)常由炎癥細(xì)胞產(chǎn)生,，如巨噬細(xì)胞。在多種腫瘤中,，TNF-α和TGF-β均有助于長(zhǎng)期維持活化的NF-κB信號(hào),，這一信號(hào)似乎對(duì)誘導(dǎo)和維持EMT至關(guān)重要，因?yàn)橐种芅F-κB信號(hào)將抑制EMT的發(fā)生,。

通過研究自發(fā)進(jìn)入間葉狀態(tài)的細(xì)胞所分泌的生長(zhǎng)因子,，發(fā)現(xiàn)了3種類型的信號(hào)蛋白：經(jīng)典Wnt蛋白、非經(jīng)典Wnt蛋白和TGF-β,，它們?cè)诰S持細(xì)胞處于間葉狀態(tài)方面有重要作用,。

有趣的是，上皮細(xì)胞也可以分泌TGF-β和經(jīng)典Wnt蛋白,。然而,，這些細(xì)胞激活自身EMT程序的能力（通過自分泌循環(huán)）被伴隨分泌的高水平抑制蛋白所阻斷，特別是骨形成蛋白(BMP,TGF-β信號(hào)抑制因子）,，以及SFRP和DKK1(經(jīng)典和非經(jīng)典Wnt信號(hào)抑制因子),。最初由鄰近的基質(zhì)細(xì)胞以旁分泌形式提供的信號(hào)蛋白激活EMT程序，而后需要以自分泌的形式產(chǎn)生相同的信號(hào)蛋白,，以維持細(xì)胞的間葉狀態(tài),。推測(cè)啟動(dòng)EMT的間質(zhì)信號(hào)可以中和分泌的抑制因子，這些抑制因子在正常情況下可以防止上皮細(xì)胞自身的EMT程序不被活化,。另一種與EMT誘導(dǎo)相關(guān)的自分泌和 旁分泌信號(hào)與前列腺素E2 (PGE2) 有關(guān),。PGE2可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞發(fā)生EMT, 并與 Wnt蛋白和TGF-β互補(bǔ)加強(qiáng)基質(zhì)信號(hào)。

圖7：多信號(hào)協(xié)同誘導(dǎo)并維持間葉細(xì)胞狀態(tài)

EMT誘導(dǎo)信號(hào)的多樣性促使人們注意到基質(zhì)細(xì)胞參與腫瘤的侵襲性行為,?；|(zhì)中的巨噬細(xì)胞對(duì)原發(fā)性癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移能力的影響，主要來自對(duì)集落刺激因子 (CSF-1)缺乏的遺傳缺陷小鼠的實(shí)驗(yàn)研究,。腫瘤易感轉(zhuǎn)基因小鼠發(fā)生的乳腺癌通常募集大量的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophage, TAM),。但是，當(dāng)這種小鼠的腫瘤細(xì)胞失去產(chǎn)生CSF-1的能力時(shí),，TAM則很難見到,。缺乏CSF-1 和TAM并不影響原發(fā)腫瘤的生長(zhǎng), 但是這樣的腫瘤與大量募集TAM的腫瘤相比,，表現(xiàn)出良性、非侵襲性表型,。而且,，這些巨噬細(xì)胞對(duì)轉(zhuǎn)移能力的影響是驚人的——沒有TAM, 乳腺癌細(xì)胞將不能轉(zhuǎn)移到肺。

前面提到過,，巨噬細(xì)胞源性的TNF-α可能誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生EMT,。另一個(gè)關(guān)鍵的巨噬細(xì)胞源性信號(hào)很可能是由EGF介導(dǎo)的，正如前面提到的巨噬細(xì)胞刺激血管內(nèi)滲,。

EGF是癌細(xì)胞侵襲的主要誘導(dǎo)因子,。像多數(shù)上皮細(xì)胞一樣，癌細(xì)胞也表達(dá)EGF受體,，EGF活化其受體導(dǎo)致細(xì)胞獲得運(yùn)動(dòng)侵襲能力并分泌CSF-1,而后者可以趨化并活化巨噬細(xì)胞,。巨噬細(xì)胞對(duì)CSF-1刺激的反應(yīng)是增殖并分泌EGF, EGF又可以反過來激活腫瘤細(xì)胞。這些效應(yīng)都是由旁分泌而小是自分泌信號(hào)引發(fā)的,，因?yàn)槿橄侔┘?xì)胞并不表達(dá)CSF-1受體，而巨噬細(xì)胞不表達(dá)EGF受體,。這兩種細(xì)胞互惠合作,，彼此刺激，于是產(chǎn)生了另一種類型的正反饋調(diào)節(jié)環(huán)路,。

圖8：乳腺癌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞間的互惠合作

HGF是腫瘤基質(zhì)中的另一種配體,，它同樣可以誘導(dǎo)上皮細(xì)胞發(fā)生EMT。這些細(xì)胞表面通常具有HGF的受體Met,。像EGF一樣,，HGF似乎可以誘導(dǎo)一部分但并不是全部的EMT相關(guān)表型改變。

圖9：激發(fā)MET的基質(zhì)信號(hào)通路