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SXR202305019C +Nature萬字綜述腫瘤微環(huán)境隨著癌癥進展的動態(tài)演變過程
引言
“冷”腫瘤對免疫檢查點抑制劑反應不佳是行業(yè)共識，這里的“冷”指的是腫瘤微環(huán)境中富集免疫抑制細胞，如Treg、MDSC、M1等。其它一些腫瘤免疫分型，如免疫炎癥、免疫沙漠、免疫排斥，同樣是根據(jù)腫瘤微環(huán)境中不同類別免疫細胞相對占比來定義。腫瘤微環(huán)境中不僅僅關(guān)注免疫細胞富集程度，其它組成成分和功能差異對癌癥發(fā)生發(fā)展也有著重大影響。今天給大家分享一篇2023年3月13日發(fā)表在Cancer Cell（IF=38.585）雜志上的綜述性文章“The evolving tumor microenvironment: From cancer initiation to metastatic outgrowth”，本文全面且深入的闡述了腫瘤微環(huán)境基本構(gòu)成和功能調(diào)節(jié)因素，以及隨著癌癥發(fā)展腫瘤微環(huán)境的演變過程。接下來我們正式開始吧！
腫瘤微環(huán)境構(gòu)成及影響因素
腫瘤代表著復雜的生態(tài)系統(tǒng)，其中包括腫瘤細胞、免疫細胞、癌癥相關(guān)成纖維細胞（CAF）、內(nèi)皮細胞（EC）、壁細胞、附加的組織駐留細胞以及以上細胞嵌入的動態(tài)、血管化的細胞外基質(zhì)。不同腫瘤類別、腫瘤內(nèi)在特征、腫瘤分期、病人狀態(tài)相關(guān)的腫瘤微環(huán)境組成和功能狀態(tài)可能存在巨大差異，了解腫瘤細胞內(nèi)在、細胞外在和疾病進展的全身介質(zhì)之間復雜的相互作用對于合理開發(fā)有效的抗癌治療至關(guān)重要。
腫瘤微環(huán)境包括細胞和非細胞成分，如CD8+T、CD4+T、Tregs、B細胞等適應性免疫細胞，巨噬細胞、中性粒細胞、單核細胞、樹突狀細胞、肥大細胞、嗜酸性粒細胞、髓系來源骨髓抑制細胞（MDSC）、血小板等髓系免疫細胞，NK、iNKT、γδT、先天淋巴樣細胞（ILCs）等先天免疫和適應性免疫交界免疫細胞，CAF、脂肪細胞、細胞外基質(zhì)（ECM）、神經(jīng)元和神經(jīng)纖維等腫瘤間質(zhì)細胞和基質(zhì)成分，血管內(nèi)皮細胞（ECs）、淋巴管內(nèi)皮細胞（LECs）、壁細胞等血管細胞，大部分免疫細胞具有抗腫瘤和促腫瘤的雙重作用。
腫瘤微環(huán)境的復雜還體現(xiàn)在細胞之間的相互作用、病人本身狀態(tài)、癌癥類型以及腫瘤細胞內(nèi)在固有特征等內(nèi)容。細胞互作主要通過直接接觸和旁分泌的形式進行，接觸依賴的細胞互作由粘附分子介導，包括整合素、鈣粘附素、選擇素和免疫球蛋白超家族成員，也通過gap連接和隧道納米管，典型例子PD1/PDL1介導的作用機制。旁分泌通過腫瘤內(nèi)在特征和細胞壓力引發(fā)以及其他多種細胞類型釋放的細胞因子、趨化因子、生長因子和蛋白水解酶等促進TME中細胞間交流，細胞外囊泡是另一種旁分泌機制可以改變TME，甚至影響原發(fā)位置的遠端。改變的代謝需求和伴隨的代謝物分泌，在創(chuàng)造支持性TME中的重要性也越來越被認識到。蛋白水解酶對ECM重塑釋放束縛分子，產(chǎn)生局部高濃度釋放的介質(zhì)。此外，癌癥和TME細胞通過包括整合素和CD44在內(nèi)的受體直接與周圍的ECM交流，參與了癌癥中復雜的信號網(wǎng)絡功能。
同種癌癥不同病人之間TME存在差異，病人年齡、性別、生活方式、BMI、體內(nèi)微生物群等都可能影響TME的形成。不同癌癥類型中也存在不同的TME，如腦膠質(zhì)瘤起源于大腦，與起源于顱外腫瘤的腦轉(zhuǎn)移瘤具有不同的免疫景觀。不同腫瘤組織中通常具有不同類型的組織駐留免疫和基質(zhì)細胞，如駐留肺或肝臟的巨噬細胞具有不同功能。這種組織器官特異性轉(zhuǎn)錄可能在它們到達組織時由局部提示激發(fā)，或者可能已經(jīng)在組織發(fā)育過程中被表觀遺傳印記，就像長壽的成纖維細胞一樣。
腫瘤細胞的內(nèi)在特征，包括遺傳改變、表觀遺傳改變、代謝重編程和信號釋放，是腫瘤塑造其微環(huán)境的關(guān)鍵決定因素。如癌細胞中TP53突變或缺失導致富集骨髓聚集的免疫抑制微環(huán)境。癌細胞的內(nèi)在特征變化會改變分泌物質(zhì)，改變細胞表面受體或配體，影響EV的載貨量和豐度，并改變營養(yǎng)物質(zhì)的使用，從而導致腫瘤免疫環(huán)境的廣泛變化和ICB反應受損。
總之，需要從整體上理解癌癥并在治療時考慮多個層面的復雜性。包括腫瘤細胞的內(nèi)在和外在因素，以及疾病進展的系統(tǒng)介質(zhì)，如潛在的感染、炎癥和慢性病理。環(huán)境因素也正在成為癌癥進展的重要調(diào)節(jié)因素，包括污染和其他致癌物。治療干預，包括手術(shù)和化療、放射治療和免疫治療，可能會影響TME，反過來，也會受到TME和患者全身變化的影響。有效針對這眾多因素的合理組合對于發(fā)展有效的、長期的疾病控制至關(guān)重要。
圖1. 多種細胞內(nèi)源性和全身性因素影響患者和TME
癌癥發(fā)展過程中TME演變概覽
癌癥起始階段，惡性細胞生長開始失控，被天然免疫和適應性免疫系統(tǒng)識別到，各種B、T細胞、髓系免疫細胞開始富集在腫瘤細胞部位，隨著癌癥進展，T細胞出現(xiàn)功能耗竭狀態(tài)，Treg等免疫抑制細胞被招募到腫瘤部位，另外癌細胞通過重塑脈管系統(tǒng)和細胞外基質(zhì)(ECM)來協(xié)調(diào)腫瘤支持環(huán)境，新血管形成，腫瘤不斷擴大，開始侵襲周圍正常組織，脫離上皮細胞粘附，發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），穿越內(nèi)皮層，內(nèi)滲入血管和淋巴管，沿著血管腔面遷移。通過旁分泌等機制提前在遠端形成轉(zhuǎn)移前生態(tài)位，為癌細胞轉(zhuǎn)移打下環(huán)境基礎。進入循環(huán)系統(tǒng)的腫瘤細胞大部分被殺死，小部分被中性粒細胞和血小板保護的CTC，進一步外滲到繼發(fā)器官，如骨、肝臟、肺和大腦。最終播散性腫瘤細胞DTC經(jīng)歷腫瘤休眠和生長的復雜相互作用后在繼發(fā)部位定植，實現(xiàn)癌癥轉(zhuǎn)移。
圖2.癌癥發(fā)生、進展、侵襲、轉(zhuǎn)移過程中腫瘤微環(huán)境代表性細胞類型
癌癥發(fā)生：組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)被破壞
癌癥的發(fā)生是一個長期積累的過程，正常細胞發(fā)生突變轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒约毎?，而惡性細胞必須克服更多障礙才能形成腫瘤，包括逃避免疫攻擊，將周圍基質(zhì)轉(zhuǎn)化為支持腫瘤的TME，獲得足夠的氧氣和營養(yǎng)供應以滿足其高代謝需求。
免疫監(jiān)視是機體的一種保護機制，免疫系統(tǒng)借此識別并消除威脅生命的病原體、傷口愈合和清除受損細胞，先天免疫和適應性免疫是其主要的作用機制，高T細胞密度和T細胞激活特征通常與各種癌癥的生存率提高相關(guān)。利用單細胞技術(shù)和空間多組學技術(shù)研究肺癌進化表明，最初的低級別病變的特征是幼稚T細胞的涌入，表明免疫系統(tǒng)在最早的階段就感覺到了轉(zhuǎn)化。隨著病變的進展，觀察到向激活的T細胞和髓樣細胞的積累以及參與免疫抑制的基因的上調(diào)的轉(zhuǎn)變。早期腫瘤病變被適應性和先天免疫系統(tǒng)感知到，并且隨著這些病變的進展，向免疫抑制的TME過渡。
臨床前腫瘤模型的研究進一步支持腫瘤進展過程中免疫逃避的早期發(fā)生。在轉(zhuǎn)基因乳腺癌模型中，BRCA1和P53功能缺失驅(qū)動的乳腺腫瘤在發(fā)生前進行單細胞轉(zhuǎn)錄組分析，研究揭示一個潛在的免疫抑制微環(huán)境的早期建立，其特征是Treg和組織駐留巨噬細胞的積累。值得注意的是，腫瘤起始過程中免疫逃逸的時間和機制可能取決于組織環(huán)境、腫瘤起始基因改變和宿主特征。
慢性炎癥也會導致腫瘤發(fā)生，眾所周知的炎癥導致腫瘤發(fā)生的例子包括慢性炎癥性腸病，它容易導致結(jié)直腸癌；導致肝癌的慢性肝炎和非酒精性脂肪肝；以及石棉引起的炎癥，可導致間皮瘤。慢性炎癥組織通常以Th2型免疫反應和骨髓細胞向免疫抑制功能狀態(tài)極化積累為特征，分泌活性氧(ROS)、促炎細胞因子、趨化因子、生長因子和促血管生成介質(zhì)。這些可能導致組織損傷、上皮突變、內(nèi)皮功能障礙和血管生成、免疫抑制和基質(zhì)重塑，最終導致腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。
癌癥進展：炎癥催化
癌癥相關(guān)炎癥跟傷口愈合時的炎癥有所不同，傷口愈合是適應性免疫細胞和先天免疫細胞之間精心安排的動態(tài)相互作用，導致炎癥消退和組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)恢復，但對于發(fā)展中的腫瘤，炎癥的特點是破壞適應性-先天免疫細胞串擾，且這種破壞作用無法消除。在長時間的炎癥信號、低氧、低pH和代謝物水平改變的影響下，這種炎癥變得慢性和破壞性的。
隨著腫瘤的生長，TME發(fā)生顯著變化。細胞毒性CD8+ T細胞和NK細胞的逐漸減少，功能失調(diào)的CD8+ T細胞、免疫抑制性CD4+ FOXP3+ Tregs和調(diào)節(jié)性B細胞增加，而CD4+ T細胞傾向于促炎Th2表型，DC表現(xiàn)出成熟和功能缺陷，它們使自己的表型適應局部的炎癥信號。腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAMs)和中性粒細胞(TANs)通常是不同TMEs中最豐富的骨髓細胞，具有巨大的多樣性和可塑性，其豐度跟患者預后不良顯著相關(guān)。單細胞RNA測序(scRNA-seq)分析顯示，在單個腫瘤中存在多個巨噬細胞和中性粒細胞亞群，揭示TAM同時共同表達典型的M1和M2標記基因。另外，組織駐留巨噬細胞跟募集的單核細胞來源巨噬細胞功能也不同。驅(qū)動這些細胞動員和激活的關(guān)鍵腫瘤源性介質(zhì)包括巨噬細胞的CSF-1、CCL2、VEGFA、TNF-a和信號素3A，以及中性粒細胞的G-CSF、GM-CSF、IL-6、CXCL1、CXCL2、IL-1b和IL-8，它們在腫瘤中的存在通常與較差的預后和較差的治療反應相關(guān)。值得注意的是，不同的機制可能共存于同一腫瘤中，可能局限于腫瘤內(nèi)的特定空間區(qū)域，或者可能隨著癌癥的進展而順序激活。
癌癥進展過程中也伴隨有CAF組成和功能改變以及ECM重塑。CAF是某些腫瘤的主要組成部分，其異?；罨?、表型和功能多樣性也會導致癌癥發(fā)生，如肝癌、胰腺癌等。CAF起源仍有爭議，在早期腫瘤中，局部組織駐留成纖維細胞的擴張可能是一個來源，而其它一些研究表明不同組織擁有不同的成纖維細胞譜系，這可能導致不同的細胞狀態(tài)或功能不同的CAF亞群，CAFs也可能由其他細胞類型轉(zhuǎn)化而來，包括肌成纖維細胞、BM來源的間充質(zhì)干細胞(MSCs)、星狀細胞和脂肪細胞來源的CAFs。CAFs對來自TME的動態(tài)變化線索也表現(xiàn)出可塑性，最近研究表明CAFs由多種亞型組成，這些亞型在腫瘤進展過程中發(fā)生變化，并在空間層面被調(diào)節(jié)。在胰腺癌中，三種不同的CAF亞型共存：肌成纖維細胞(myCAFs)、炎性CAFs (iCAFs)和抗原呈遞CAFs (apCAFs)，它們具有不同的功能特性和轉(zhuǎn)錄組可塑性。在TME中，CAFs被多種機制激活，包括暴露于炎癥介質(zhì)、ECM硬度和組成的變化以及代謝物的改變，關(guān)鍵的可溶性激活劑包括TGFb、IL-1、IL-6和TNFa。CAFs主要負責TME內(nèi)ECM的沉積和重塑，如TME的纖維化導致組織僵硬，這與胰腺癌和乳腺癌患者的低生存率顯著相關(guān)。CAFs在TME中同樣發(fā)揮著多效性和功能相反的功能, 在不同的TMEs中存在功能相反的CAF亞群。CAFs可以通過幾種機制幫助腫瘤逃避免疫控制，如CAFs與T細胞功能障礙和排斥有關(guān)；MHC-II類表達的CAFs表現(xiàn)出與CD4+ T細胞相似的抗原呈遞能力，但缺乏共刺激分子，這可能導致T細胞活化缺陷；CAF通過分泌IL-6、IL-1β、VEGF、CSF-1、CCL2等促進Treg的富集和免疫抑制；CAFs還直接影響癌細胞，在人類乳腺和肺部腫瘤樣本中，CD10+ GPR77+ CAF亞群通過IL-6和IL-8的分泌為癌癥干細胞提供了生存生態(tài)位，從而促進了腫瘤的形成和化療耐藥?？傊?，CAF的功能是高度多樣化的，并且依賴于上下文。
新生血管對腫瘤發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要，一旦腫瘤生長達到1-2mm，它就需要建立運送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的血管系統(tǒng)。在健康組織中，血管系統(tǒng)是穩(wěn)定的，血管的主要組成部分內(nèi)皮細胞不活躍地分裂。相比之下，在腫瘤起始時血管生成的開始，也稱為血管生成開，是一個復雜的過程，涉及內(nèi)皮細胞、周細胞、壁細胞、癌細胞、腫瘤相關(guān)免疫細胞和內(nèi)皮細胞之間的廣泛串擾。腫瘤誘導的血管生成有助于免疫抑制和免疫逃避，癌細胞可以沿著宿主血管的腔面遷移，這些血管可能被納入正在發(fā)展的腫瘤。血管擬態(tài)（vascular mimicry）是進展中的腫瘤進入血液循環(huán)的另一種策略，在黑色素瘤和膠質(zhì)母細胞瘤中已有報道。缺氧，即組織中缺氧，是血管生成的主要誘因，VEGF及其下游信號通路是主要的驅(qū)動因素，高腫瘤內(nèi)和全身VEGF水平與各種癌癥類型的不良疾病結(jié)局相關(guān)。FGF2、PIGF、炎癥介質(zhì)TNF、BV8、G-CSF同樣可以促進血管生成。腫瘤相關(guān)骨髓細胞通過促血管生成介質(zhì)促進腫瘤血管生成，增加血管通透性，包括VEGF-A、FGF2、PIGF、TNF和BV8，這些細胞也產(chǎn)生蛋白酶，如MMPs和組織蛋白酶，它們分解ECM并釋放隔離的促血管生成分子。腫瘤淋巴管也具有重要的免疫調(diào)節(jié)特性，通過多種機制抑制T細胞反應，包括免疫檢查點分子的表達和缺乏共刺激分子的抗原呈遞，VEGF-C是淋巴管生成的主要驅(qū)動因子，高水平的VEGF-C與轉(zhuǎn)移增加和生存率降低有關(guān)。CAFs也是腫瘤血管生成的關(guān)鍵協(xié)調(diào)者，CAFs產(chǎn)生幾種促血管生成介質(zhì)，包括VEGF-A、FGF2和CXCL12等；在TME中招募和激活具有促血管生成能力的EC祖細胞和髓樣細胞，CAFs間接促進腫瘤血管生成；CAF介導的結(jié)締組織增生反應影響腫瘤的血管化。
癌癥轉(zhuǎn)移擴散前的準備工作
一旦腫瘤成功地在血管生成、炎癥和纖維化之間建立起相互加強的聯(lián)系，它們就可以進入疾病進展的下一個階段：局部侵襲。侵襲性生長是癌癥的關(guān)鍵標志之一，并為轉(zhuǎn)移性擴散奠定了基礎。侵襲是一個復雜的、多步驟的過程，包括癌細胞彼此分離，從原發(fā)腫瘤塊移開，并侵入周圍的基質(zhì)。癌細胞可以單細胞侵入，也可以成束或成簇侵入在侵襲過程中，癌細胞暴露于不斷變化的TME細胞和分子成分中，并且必須轉(zhuǎn)換表型來完成這一過程。為了與鄰近的癌細胞分離，上皮細胞間粘附蛋白E-鈣粘蛋白的缺失是這一過程的核心，通常伴隨著上皮到間充質(zhì)(EMT)轉(zhuǎn)化樣的過渡狀態(tài)，癌細胞失去了上皮細胞的特征，獲得了促進干細胞樣特性和遷移的間質(zhì)特征。但并非所有腫瘤在轉(zhuǎn)移傳播過程中都經(jīng)歷了EMT，有研究表明，CAFs通過其重塑特性和施加物理拉力在ECM中產(chǎn)生物理軌跡，從而使癌細胞集體侵襲。其他TME細胞也能促進癌細胞侵襲，如神經(jīng)周圍浸潤(PNI)是癌細胞沿神經(jīng)局部延伸的過程，在幾種實體癌類型中觀察到，并與不良預后相關(guān)。另一方面癌細胞要侵入正常組織，需要打破基底膜在上皮細胞和間質(zhì)細胞之間建立的物理屏障，癌細胞做到這一點的能力取決于多種因素的組合，包括它們的內(nèi)部編程、ECM的結(jié)構(gòu)和來自TME的信號提示。CAFs是重塑基底膜和ECM網(wǎng)絡的關(guān)鍵角色，通過分泌蛋白酶，也通過施加收縮力在基底膜上產(chǎn)生間隙，然后癌細胞可以利用這些間隙穿過基底膜。
轉(zhuǎn)移級聯(lián)的下一反應是癌細胞內(nèi)滲進入血液或淋巴循環(huán)，癌細胞穿越內(nèi)皮層進入循環(huán)的機制是復雜的，依賴于環(huán)境，并受到癌細胞內(nèi)在特征、ECM的物理特性和脈管系統(tǒng)類型、微環(huán)境線索和缺氧程度的影響。腫瘤中血管系統(tǒng)的完整性經(jīng)常受損。血管基底膜和內(nèi)皮屏障可能被破壞，從而增加血管滲漏，促進癌細胞的內(nèi)滲。位于血管近端分泌CXCL12的CAFs可以將TAM和伴隨的癌細胞吸引到血管周圍區(qū)域，在那里發(fā)生內(nèi)滲；TIE2+血管周圍TAM誘導的VEGF-A信號導致血管連接處的局部喪失，導致血管通透性的短暫增加，促進了癌細胞的內(nèi)滲；巨噬細胞耗竭可降低血管通透性和循環(huán)腫瘤細胞(CTCs)的數(shù)量；除了創(chuàng)建進入脈管系統(tǒng)的通道外，TAM還直接對癌細胞進行重編程，使其經(jīng)歷內(nèi)滲過程，TAM通過Notch-Jagged信號傳導促進癌細胞的癌癥干細胞編程，從而導致緩慢遷移、富含入侵的癌細胞表型，從而增強其體內(nèi)浸潤；含有表達血管內(nèi)皮生長因子VEGF的TIE2+巨噬細胞、癌細胞和內(nèi)皮細胞的三方結(jié)構(gòu)，也被稱為轉(zhuǎn)移的TME(TMEM)“門口”，以一種接觸依賴的方式促進血管內(nèi)擴散。
淋巴管內(nèi)滲是癌細胞傳播的另一途徑，目前對其潛在機制尚不完全清楚。腫瘤內(nèi)淋巴管經(jīng)常被壓縮，其結(jié)構(gòu)與血管不同，可能需要不同的內(nèi)滲方式。
總之，在腫瘤發(fā)生的最初階段，癌細胞可能成為免疫系統(tǒng)破壞的目標。成纖維細胞和巨噬細胞最初也可以幫助抑制腫瘤生長，但它們最終可能受到癌癥發(fā)展的影響而獲得促腫瘤功能。例如，腫瘤相關(guān)巨噬細胞(tam)可以通過分泌生長因子、細胞因子和蛋白酶來支持血管生成和侵襲。CAFs可以被激活分泌ECM蛋白和血管生成因子，包括VEGF-A，從而進一步促進復雜交織的原發(fā)性TME。在內(nèi)滲過程中，巨噬細胞定位于血管周圍生態(tài)位，在那里它們可以幫助癌細胞穿過血管屏障，通過轉(zhuǎn)移性腫瘤(TMEM)通道。
圖3.癌癥發(fā)生到進展及TME內(nèi)復雜的相互作用
原發(fā)腫瘤的遠距離傳播：轉(zhuǎn)移前生態(tài)位（niche）的形成
發(fā)展中的腫瘤對宿主的影響并不局限于局部TME，通過旁分泌效應，原發(fā)腫瘤觸發(fā)一系列事件，在轉(zhuǎn)移擴散發(fā)生之前，它們在遠處器官中產(chǎn)生有利于癌細胞的微環(huán)境。原發(fā)腫瘤為未來播散性癌細胞的到來提前準備的遠超腫瘤邊界的遠距離部位，稱為轉(zhuǎn)移前生態(tài)位。轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的存在最初是在使用肺和B16黑色素瘤腫瘤模型的研究中報道，這些原發(fā)腫瘤可觸發(fā)遠處肺內(nèi)皮細胞和巨噬細胞中VEGF和PIGF介導的MMP9誘導，促進肺轉(zhuǎn)移形成。觸發(fā)一系列系統(tǒng)性變化導致轉(zhuǎn)移前生態(tài)位生成的初始信號包括腫瘤來源的可溶性介質(zhì)，最顯著的是G-CSF、VEGF-A、PLGF、TGFb、S100蛋白和TNF，以及裝載腫瘤貨物的EV，這些貨物可以轉(zhuǎn)移到BM細胞和遠處器官的駐留細胞。原發(fā)性腫瘤使宿主為轉(zhuǎn)移性疾病做好準備的另一個機制是通過誘導腫瘤誘導的全身性炎癥和免疫抑制，有利于播散性癌細胞的免疫逃逸。雖然確切的旁分泌介質(zhì)、細胞參與者和轉(zhuǎn)移前生態(tài)位形成的級聯(lián)事件可能因腫瘤類型而異，但在遠處器官中產(chǎn)生的許可生態(tài)位的關(guān)鍵特征包括血管通透性增加、ECM 重塑、成纖維細胞和上皮細胞等常駐細胞改變、骨髓來源免疫細胞的調(diào)動和免疫抑制。
CTC及其在循環(huán)系統(tǒng)中的生存之戰(zhàn)
經(jīng)過一個漫長的進化和適應過程，腫瘤細胞逐漸在原發(fā)部位形成TME，一旦腫瘤細胞內(nèi)滲進入循環(huán)(血液或淋巴)，它們就會立即在這種外來微環(huán)境中受到一系列不同的損害和挑戰(zhàn)。由細胞分離引起的失巢凋亡（anoikis）、血液循環(huán)中的高剪切力（血流與血管內(nèi)皮間的摩擦所用于血管壁單位面積的力）和免疫介導的攻擊，共同導致大多數(shù)CTC死亡。根據(jù)腫瘤類型的不同，每天每克腫瘤組織中有2萬~7萬個CTC從實體瘤腫瘤組織中脫離，小鼠模型研究表明，這些內(nèi)源性、自然脫落CTC的半衰期只有幾分鐘，最近有研究表明，CTC的釋放有晝夜規(guī)律性。經(jīng)歷循環(huán)后生存下來的小部分CTC通過多種機制避免被破壞，包括CTC聚類，它通過粒細胞和血小板等特定免疫細胞誘導NANOG、SOX2和OCT42來促進干性；逃避包括NK細胞在內(nèi)的其他類型的細胞毒性免疫細胞的作用。循環(huán)中中性粒細胞與淋巴細胞的高比率與多種癌癥的不良預后相關(guān)。血小板被認為是CTC存活的關(guān)鍵促進因子，其機制包括增強CTC的粘附和聚集，導致CTCs周圍有一層“血小板保護罩”，可以保護它們免受身體壓力和免疫系統(tǒng)的監(jiān)視。抵消中性粒細胞和血小板的CTC保護作用是NK細胞、細胞毒性T細胞、DC和其他細胞免疫監(jiān)視的破壞性力量，通過液體活檢對患者CTC進行詢問可以作為一種微創(chuàng)手段來跟蹤疾病的演變，包括治療反應和適應性耐藥性的出現(xiàn)。
器官趨向性（tropism）和外滲（extravasation）
通過循環(huán)存活的小部分CTC，下一步驟是外滲到繼發(fā)器官，這在一定程度上是由每一種原發(fā)癌癥的潛在器官趨向性（organ tropism）決定的，經(jīng)典代表學說的是Paget在19世紀80年代首次提出的“種子和土壤”假說。這種轉(zhuǎn)移傾向性可以是高度典型的，如乳腺癌主要擴散到肺、肝、骨和腦，前列腺癌顯示出高度擴散到骨的傾向。這種器官傾向性受多種機制的影響，包括趨化因子、代謝物和EV等因素的信號傳導，有助于CTC定向遷移到特定器官。另外，CTC的特定循環(huán)途徑以及癌細胞為了進入特定器官而必須跨越的不同血管屏障的范圍進一步影響了它們的最終目的地。
對于外滲本身，腫瘤細胞必須首先滯留并附著在內(nèi)皮細胞的管腔（lumen）上，同時不斷受到周圍快速流動的血流的高剪切力，這一步驟是由腫瘤細胞和內(nèi)皮細胞表達的細胞粘附分子及其配體、整合素和ECM成分促進的，與血液白細胞滾動、粘附和外滲的分子機制有一些相似之處。血小板和中性粒細胞可仍與CTC一起移動，它們可以分別通過選擇素或GPCR或通過產(chǎn)生中性粒細胞胞外陷阱(NETs)進一步增強腫瘤細胞對脈管系統(tǒng)的粘附。粘附后，CTC接著穿過EC連接處，也可能穿過額外的血管細胞層(如周細胞、平滑肌細胞)和ECM，進入器官實質(zhì)部位。這通常需要活性蛋白水解和/或降解細胞粘附分子，包括連接粘附分子，鈣粘蛋白等，特別是多細胞CTC簇穿過脈管系統(tǒng)。另外，癌細胞還可以通過產(chǎn)生NETs來觸發(fā)非癌細胞(包括血小板、單核細胞和中性粒細胞)釋放這些酶，通過 “免疫模仿”產(chǎn)生通常富集于免疫細胞中的因子，包括趨化因子、蛋白酶和細胞粘附分子。如肺IVM所示，未來轉(zhuǎn)移部位的常駐免疫細胞可以進一步促進CTC通過門道外滲。CTC還可以通過非蛋白水解機制外滲，這涉及機械變形，一次擠壓一個細胞通過EC連接處，這種外滲模式在從淋巴管進入淋巴結(jié)的CTC中也更為典型。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移性定植本身并不能作為轉(zhuǎn)移性克隆隨后進化的樞紐，而是導致由免疫抑制性 Treg 介導的全身性腫瘤特異性免疫耐受。外滲后，CTC通常停留在血管附近，這是決定其命運的關(guān)鍵。
繼發(fā)部位轉(zhuǎn)移性播種以及腫瘤休眠和生長之間的復雜相互作用
在滲入繼發(fā)部位后，播散性腫瘤細胞（DTC，disseminated）面臨著來自外來組織環(huán)境的一系列新的挑戰(zhàn)，并且絕大多數(shù)腫瘤細胞再次被宿主防御機制殺死，包括免疫監(jiān)視。少數(shù)存活下來種植在新器官的播散性腫瘤細胞通常停留在血管系統(tǒng)附近，表明它們接受來自血管的調(diào)節(jié)信號。事實上，來自PVN（血管周圍生態(tài)位）的分子信號，以及組織特異性的生態(tài)位，如骨骼中的骨內(nèi)生態(tài)位，最初似乎使DTC處于休眠（dormant）狀態(tài)，這可能保護它們免受免疫系統(tǒng)的識別和殺傷。在轉(zhuǎn)移的級聯(lián)過程中，休眠代表著最不為人所知的階段，部分原因是研究這些稀有細胞的內(nèi)在挑戰(zhàn)，這些細胞停止增殖，可以在靜止狀態(tài)下存活，有時會持續(xù)幾年到幾十年。然而，最近的研究，包括那些利用活體成像的力量，開始揭示控制休眠開始的機制，它在潛伏期的維持，以及它從休眠中重新出現(xiàn)以及與微環(huán)境的關(guān)鍵相互作用等精細的器官特異性轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)。
骨是DTC生物學研究最多的器官之一，部分原因是該部位發(fā)現(xiàn)有很大比例的患者存在微轉(zhuǎn)移，尤其是乳腺癌和前列腺癌。骨微環(huán)境中存在大量不同類型的細胞，包括組織駐留的成骨細胞、破骨細胞和骨細胞，以及脂肪細胞、豐富的血管和免疫細胞，以及豐富的骨髓和ECM。在DTC定植的早期階段，這些細胞可以在骨骼中占據(jù)不同的生態(tài)位，大多數(shù)DTC位于BM，通常在診斷為明顯轉(zhuǎn)移之前很久就存在。
DTC的播散、休眠和生長也在肺部進行了研究，肺部是轉(zhuǎn)移性傳播的主要部位。事實上，考慮到肺的廣泛血管化和大表面積，這對正常肺功能至關(guān)重要，CTC有很多機會停止、外滲和定植在這個器官上。通過IVM揭示了這一過程的關(guān)鍵見解，表明腫瘤細胞已經(jīng)在原發(fā)部位獲得了由轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子NR2F1控制的增殖和休眠表型，并在巨噬細胞附近進一步富集，這種狀態(tài)最初在DTC到達肺部后維持，隨后在生長過程中消失。與其他器官類似，來自PVN的信號在決定DTC的命運中是至關(guān)重要的，包括III型膠原蛋白和tenascin C在內(nèi)的ECM分子起著重要作用。在衰老背景下的臨床前研究中，間質(zhì)調(diào)節(jié)對肺DTC休眠的重要性也很明顯。持續(xù)的炎癥，例如吸煙引起的炎癥，會誘發(fā)形成NETs，它充滿蛋白酶，包括MMP9和中性粒細胞彈性蛋白酶。這些蛋白酶的釋放重塑了肺中的層粘連蛋白，導致休眠癌細胞以整合素a3b1依賴的方式增殖。
肝臟是一個非常頻繁發(fā)生轉(zhuǎn)移的器官，部分原因是肝臟血管廣泛分布，有肝門靜脈和肝動脈的雙重血液供應，也因為肝血管高度開窗，從而促進了CTC的外滲漏。與上述器官一樣，間質(zhì)和ECM的改變在調(diào)節(jié)肝臟轉(zhuǎn)移性生長方面也很重要。另一種肝臟細胞亞群，肝星狀細胞，也在調(diào)節(jié)乳腺癌細胞在該器官中的命運中發(fā)揮重要作用。
在大腦中，組織駐留星形膠質(zhì)細胞是血腦屏障(BBB-blood-brain barrier)的關(guān)鍵組成部分，已發(fā)現(xiàn)靜止的DTC駐留在被星形細胞末端包圍的PVN中。
總的來說，獨特的組織駐留細胞類型和募集的免疫細胞組成的不同器官微環(huán)境對DTC命運調(diào)節(jié)很重要?？紤]到DTC可以休眠數(shù)年至數(shù)十年，而它們的激活是一個重大的臨床挑戰(zhàn)，充分了解潛在的機制將是必要的，因為這一關(guān)鍵階段仍然代表著癌癥領(lǐng)域的“黑箱”。同樣，與原發(fā)腫瘤相比，針對休眠DTC的治療努力本身就具有挑戰(zhàn)性，而TME的操作可能是成功的關(guān)鍵。
圖4.骨、肺、肝臟和腦等組織環(huán)境中轉(zhuǎn)移細胞DTC的生存調(diào)節(jié)
總結(jié)
TME組成和功能在癌癥發(fā)展過程中也在發(fā)生動態(tài)改變，通過本綜述我們認識到TME的巨大復雜性和相互關(guān)聯(lián)性，以及它在不同器官和患者中的多樣性。TME中的細胞、生物學過程和信號通路的靶向治療被視為一種有前途的策略，原則上可以推廣到所有癌癥類型。在 TME 中發(fā)現(xiàn)的大量協(xié)同免疫和基質(zhì)細胞在遺傳上是穩(wěn)定的，因此與基因組不穩(wěn)定的癌細胞相比更容易被靶向。例如包括化療和放療在內(nèi)的標準治療會引起TME的變化，從而以癌細胞外在的方式調(diào)節(jié)其治療效果，增強或干擾應答。值得注意的是適應性和內(nèi)在耐藥性可能是TME定向治療的障礙。盡管有這些挑戰(zhàn)，但在擴大以TME為靶點的治療策略方面也有很大的希望，其中包括耗盡或“重編程”TME中促癌宿主細胞；修改ECM、基質(zhì)成分和EVs的干預措施；基于細胞的治療和疫苗；以及免疫檢查點抑制劑。與一次研究一種癌癥類型的TME相比，整合多模型數(shù)據(jù)和先進計算分析，包括人工智能，有希望在該領(lǐng)域采用一種全面的系統(tǒng)級方法，分析和整合TME的所有復雜性，以識別和治療關(guān)鍵節(jié)點。另外生物工程方面的重大進展將為大規(guī)模測試提供平臺，例如準確概括器官特異性TMEs的離體類器官和組織切片。
附錄.TME中不同細胞和基質(zhì)成分的功能詳述
