【文献翻译】Hallmarks-of-Cancer：The-Next-Generation／肿瘤的新十大特征

HallmarksofCancer:TheNextGeneration1/21HallmarksofCancer:TheNextGeneration摘要肿瘤的标志包括在人类肿瘤多步发展过程中所获得的6种生物学功能。这些标志构成了一种系统化的规律，使得肿瘤疾病的复杂性变得合理化，它们包括：1.持续增殖的信号2.逃避生长抑制因子3.抵抗细胞死亡4.使其能够无限复制5.诱导血管生成6.激活肿瘤侵袭性和转移性。在这些标志下隐藏着的是基因的不稳定性，基因的不稳定性造成了基因多样性并加快了它们的习得性和炎症表现，这种不稳定性也培养出多种标志功能。在过去的十年里，概念上的进步在于：在这个名单里增加了两种新兴的的具有潜在普遍性的特征——能量代谢的重新编程和逃避免疫破坏。除了癌细胞以外，肿瘤还表现出另一种复杂的维度：他们控制一群被招募的、表面看上去正常的细胞，通过建立一个“肿瘤微环境”来有利于这些标志特性的获得。认识这些概念上的广泛适用性会日益影响人类肿瘤治疗新 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的发展过程。简介为了了解肿瘤疾病的显著差异性，我们提出了6种癌症的标志，并将它们组织在一起形成系统性的规律，从而提供了一种符合逻辑的框架结构。在我们的讨论中隐含着这样的一个信息：随着正常细胞逐渐发展为癌症状态，它们会逐渐获得这一系列标志功能。初期的癌症细胞会需要获得这些特征，从而使其致癌甚至最终恶性，人类肿瘤病例特征的多级发展正是通过这一需求而表现地合理化。我们注意到，作为一个辅助命 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，肿瘤不仅仅是大量孤立增殖的癌细胞，正相反，他们是彼此之间相互参与异型性作用的由多个不同类型细胞所构成的复合组织。我们描述出这些被招募的正常细胞（它们形成了肿瘤相关基因）在肿瘤发生过程中是积极的参与者而不只是消极的旁观者；如此一来，这些间质细胞有助于某些标志功能的发展和表现。在随后的十年里，这一概念被固化并延伸，揭示出：肿瘤的生物学不再可以被仅仅理解为“列举肿瘤细胞的特征”，相反，必须通盘考虑“肿瘤微环境”为肿瘤的发生所做出的贡献。在此后发表的癌症研究显著进展的过程中，新的观察研究被提供出来，得以阐明和修正这些标志功能的原始构想。此外，还有一些观察研究提出了一些问题，并且强调了机械性的概念，这些一开始都没有被整合到我们对标志特征的详细阐述之中去。由于这些新进展的启发，我们重新审视原有的特点，并考虑新的、可以被列入到这个名册里的特点，并且详细叙述了在肿瘤生物学中，“被招募的”间质细胞的功能作用以及其贡献。1.标志功能——概念性的进展癌症的6个标志——独特而互补的6个功能可以使肿瘤生长并广泛性地传播——为继续了解癌症生物学继续提供了坚实的基础（图1；见可下载版本的演示图片中的补充信息）。在回顾的第一部分，我们总结了在2000年原始文稿中所描述的每个标志的实质，后附有关的图表（小标题用斜体印出以示区别）内容为在过去十年中在理解机械性基础方面的概念性进展。在接下来的部分中，我们提出了新的进展以扩大概念的范围，1.轮流描述了两个“对获得6种标志功能起到决定性作用”的特点2.两个新兴的标志功能3.对癌症表型起决定性作用的肿瘤微环境的构成和信号内部相互作用4.并在最后我们讨论这些概念治疗应用的新领域。2.持续增殖信号可以说癌细胞最根本的特征包括其维持慢性增殖的能力。正常组织小心控制着促生长信号的产生与释放，这些信号通过细胞生长-分裂周期来指导细胞进入到演进过程中去，从而保持细胞数量的动态平衡，进而维持正常组织的结构和功能。癌细胞，通过解除对这些信号的控制，变成了自己命运的主人，这些被授权的信号通过生长因子与细胞表面受体的结合而被大量表达出来，其特点是含有胞内酪氨酸激酶结构域，后者通过支链的细胞内传导途径来持续释放信号，以通过细胞周期和细胞生长来调节其演进过程（细胞生长，即细胞大小的增加）；通常这些信号也影响其它细胞生物学的特征，如细胞存活和能量代谢。值得注意的是，10年前，在正常组织里工作的增殖信号的准确身份和来源都知之甚少，目前也同样一知半解。此外，我们对控制这些促有丝分裂信号的释放机制也知之甚少。从某种程度上，对于这些机制的了解实在是太复杂了。事实上，生长因子信号在调控组织中细胞数量和位置采用的是时间和空间共有的方式，且在不同细胞中各不相同；这种旁分泌的信号转导在试验中很难被正确评估。此外，生长因子的生物利用度是通过对细胞周围空间和细胞外部基质物质的隔离来调控（即肿瘤细胞周围的基质细胞和正常细胞可以募集生长因子，从而完成辅助肿瘤生长的作用），同样，也通过一个含有蛋白酶、硫酸酯酶和其它可能酶类的复杂网络来调控，这些酶可以释放、激活生长因子。显然，这是以一种具有高度特异性和针对性的方式来进行的。与此相反，我们理解了肿瘤细胞中的有肿瘤细胞可以通过不同的途径来获得持续增殖信号的能力1.它们自身能够产生生长因子配体，以这种方式以通过同源受体的表达做出反应，导致自分泌实现；2.要不然，肿瘤细胞会释放一些信号去刺激支持周围相关间质的正常细胞，这些周围的间质胞各种生长因子；3.肿瘤细胞表面受体蛋白水平的升高会解除对受体信号的控制，致使这样的细胞对极少量的生长因子配体都会变得超敏感，这样一来，受体信号的控制就被解除了同样的结果也可以源于受体分子结构的改变赖性的增长（生长因子受体结构改变后，信号转导，无需配体作用，使肿瘤无限增殖化生长因子的自主性也可能源于运作于这些受体下游的信号通路组件的形成性激活，这就避免了必须要由配体介导的受体激活来刺激这些通路。因为多个分别的下游信号通路从一个配体刺激的受体发出，所以这些下游通路的一个又一个的激活（例如对Ras信号转导蛋白的应答）过一个被活化的受体所传输出的调整指令的一小部分2.1体细胞突变激活其它下游信号传导通路肿瘤细胞染色体组的高通量DNA测序分析某些人类肿瘤中的体细胞突变预告了由活化的生长因子受体所启发的信号回路的系统性激活。因此，的人类黑色素瘤包含了一些突变基因，这些基因影响了蛋白的结构，从而导致从Raf蛋白到促分裂原活化蛋白激酶（MAP激酶）途径的基本信号转导过程。3-激酶（PI3-激酶）同型体的催化亚基突变在一系列类型的肿瘤中均有发现，这一突变有助于超激活PI3路，包括其中关键的Akt/PKB信号转导。对肿瘤细胞而言活上游信号（受体蛋白）和激活下游信号劣还不是很清楚，从一个生长因子受体发出的多条通路之间的彼此功能影响同样也不清楚。2.2负反馈减弱增生信号机制的紊乱HallmarksofCancer:TheNextGeneration2/21肿瘤细胞中的有促丝分裂信号。肿瘤细胞可以通过不同的途径来获得持续增殖信号的能力：以这种方式，肿瘤细胞可导致自分泌增殖性刺激的肿瘤细胞会释放一些信号去刺激支持着肿瘤间质会回报给肿瘤细受体蛋白水平的升高会解除致使这样的细胞对极少量的生长因子配受体信号的控制就被解除了；也可以源于受体分子结构的改变，促进配体非依，可自行激活后续的无限增殖化）。生长因子的自主性也可能源于运作于这些受体下游的信这就避免了必须要由配体介导的因为多个分别的下游信号通路从所以这些下游通路的一个又一个）可能仅仅概括了通过一个被活化的受体所传输出的调整指令的一小部分。其它下游信号传导通路测序分析已经发现，在某些人类肿瘤中的体细胞突变预告了由活化的生长因子受体，我们目前知道40%这些基因影响了β-Raf蛋白到促分裂原活化蛋白激酶。同样地，磷酸肌醇同型体的催化亚基突变在一系列类型的肿PI3-激酶的信号转导回对肿瘤细胞而言，激和激活下游信号（转导蛋白）的优从一个生长因子受体发出的多条通路之间负反馈减弱增生信号机制的紊乱因减弱了Ras蛋白GTP酶的活性机制运作，在正常情况下确保激活的信号传输的短暂性类似的负反馈机制在增殖信号途径一个典型的例子涉及到PTEN磷酸酶产物，即三磷酸磷脂酰肌醇（3，的作用。PTEN的失功能突变会导致在很多癌症的实验模型中，该突变都有致癌作用瘤中，PTEN的表达通常是以失甲基化而体现的于抑癌基因，中文名为同源性磷酸酶张力基因蛋白另一个例子涉及到mTOR激酶都很重要，协同生长和新陈代谢导过程中，，通过负反馈调节mTOR路的抑制（PI3K是促瘤的）。因此被药理性地抑制（比如被药物雷帕霉素馈机制就会减弱，导致PI3K和它的效应器以至于钝化了mTOR抑制的抗增生作用些其它的信号通路上，减弱的负反馈环路被证明有广泛作用，特别是对于获得了独立些细胞来说，更是有重要的意义的瓦解可能有助于促有丝分裂信号研究进展2.3过度的增生信号会触发细胞衰老对致瘤基因的早期研究支持续不断增长的表达以及其蛋白质产物所显示的信号会导致相应的癌细胞增殖，从而促进肿瘤的生长却否定了这一概念，类似于Ras，过多提高的信号表达会引起细胞的衰老和/或细胞凋亡的诱导。例如培养细胞可能会进入到一个被称为态中；与之相反，那些低表达Ras蛋白的细胞却可以避免衰老从而增生。负反馈机制在正常运作时会抑制多种多样的信号，从而保证细胞内部通路信号流的稳定状态，近来的发现凸显了这一机制的重要性。这些负反馈机制的损害会导致整个增生信号的增强。这种调控机制的原型涉及到Ras原癌蛋白：Ras的致癌效应并不源自于对信号效能的过度激活。相反，致癌突变所影响的基酶的活性，该酶以一个固有的负反馈在正常情况下确保激活的信号传输的短暂性。信号途径的多个节点上运行，磷酸酶，它通过降解PI3-激酶的，4，5-PIP3）来拮抗PI3-激酶的失功能突变会导致PI3-激酶信号通路的增强，该突变都有致癌作用；在人类肿的表达通常是以失甲基化而体现的（PTEN，属中文名为同源性磷酸酶张力基因蛋白）。激酶，它在PI3K途径的上下游协同生长和新陈代谢。在一些肿瘤细胞的细胞传mTOR的激活导致了PI3K信号通因此，当这类癌细胞中的mTOR比如被药物雷帕霉素）之后，相关的负反和它的效应器Akt/PKB的增强，抑制的抗增生作用。很有可能在这种和一减弱的负反馈环路在人类癌细胞中会特别是对于获得了独立无限增殖化的那更是有重要的意义。此外，这种自我衰减信号信号靶向药物的适应性耐药的过度的增生信号会触发细胞衰老对致瘤基因的早期研究支持了这样的概念：这类基因持续不断增长的表达以及其蛋白质产物所显示的信号会导致相肿瘤的生长。然而，近来的研究，MYC和RAF这样的致癌蛋白过多提高的信号表达会引起细胞的抵抗性反应，特别是细胞例如，高度表达Ras致癌蛋白的被称为“衰老”非增殖的稳定状蛋白的细胞却可以避免衰老，HallmarksofCancer:TheNextGeneration3/21那些具有形态学上衰老特质的细胞（包括胞浆扩大、增生标记缺失、表达诱导衰老的β-半乳糖苷酶）在基因工程制造的过度表达某些致癌细胞的老鼠身上非常常见，并且在某些人类黑色素瘤的例子中也很常见。这种表面上自相矛盾的现象似乎反映了细胞的一种固有的保护机制，旨在消除那些过度表达某些信号的细胞。相应地，癌细胞的致瘤信号相关强度表达会介于最大促有丝分裂刺激和逃避抗恶性肿瘤增生防御之间。或者，一些癌症细胞会通过对它们衰老或凋亡诱导通路的失活来适应高水平的致癌信号。3.躲避生长抑制因子除了诱导和持续积极地作用于生长刺激信号的标志功能以外，肿瘤细胞还必须应对抑制性调节细胞增殖的强大程序；很多这种程序依赖于肿瘤抑制基因的作用。许多肿瘤抑制因子利用多种方式来限制肿瘤的生长和增生；通过它们在一个又一个动物或人类肿瘤中的典型失活作用，这些肿瘤抑制因子得以被发现。通过在老鼠身上的增加或减少功能实验，很多这种基因被证实为是善意的肿瘤抑制因子。两个典型的肿瘤抑制基因编码为RB蛋白（视网膜母细胞瘤相关）和TP53蛋白；它们利用两种关键的互补的细胞调节途径，在中央控制节点起作用，决定细胞是进入到增殖途径，还是相反地，激活衰老、凋亡程序。RB蛋白可以把分别源于细胞内和细胞外的信号整合在一起，作为回应决定一个细胞是否应当进入生长-分裂周期。缺少了RB信号途径作用的癌细胞就如同缺少了一个严格监管细胞生长周期的守门员，他的缺席得以允许持续的细胞增生。不同于大量转化源于细胞外部信号来产生抑制信息的RB蛋白，TP53接受细胞内部应激以及感受器收到的异常信号，这一机制通过细胞内部运作系统实现。如果染色体组的损伤程度过大，亦或核苷酸池的水平促进生长信号、葡萄糖、氧化作用不是很好，PT53会叫停进一步的细胞生长周期，直到这些状况复原为止。或者，当面对指示细胞子系统内发生了压倒性或不可修复的损伤的警报信号时，TP53会启动细胞凋亡。很显然，TP53的各种活性效应非常复杂，并且对环境依赖性很强，由于细胞类型的不同和细胞应激和基因损伤的严重性以及持续状况不同，它的表现也不同。虽然这两种重要的增殖抑制因子——TP53和RB——在调控细胞增殖方面有着无比伦比的重要性，不同的证据证明，它们的作用只是冗繁的抑癌机制中的一小部分。例如，植入大量缺少Rb基因的嵌合体小鼠神奇地摆脱了异常增生的情况，尽管在预期情况下，缺少RB基因作用会导致在这些细胞和他们的直系细胞在细胞分类周期中会出现持续不断的增长；一些缺少Rb的细胞，无论怎样，都会形成肿瘤。相反，在这些嵌合体小鼠中，缺少Rb基因的细胞被发现在体内参与有关正常组织的胚胎发生作用；瘤形成的情况只在年龄较大患者的垂体瘤的发展过程中被观测到。同样的，缺少TP53基因的老鼠正常地生长，表现为大量的细胞和组织稳态性，也同样到了晚期的时候才以白血病和肉瘤的形式表达出异常。这两个例子都说明了冗余作用机制可作用于限制那些缺少关键性增殖抑制因子的细胞的不恰当复制。3.1接触抑制的机制和它逃避的机制四十年的研究发现：在二维培养基中的密集细胞群增殖而形成的细胞-细胞连接会对进一步的细胞增殖起抑制作用，最终只能融合为单细胞层。重要的是，在培养基中，这种“接触性抑制”在各种各样的肿瘤细胞中却不存在。这暗示着，接触性抑制是体外的一种代替机制，在体内表现为正常组织的稳态维持，在肿瘤形成的过程中，它被废除了。直到最近，这种生长控制模式的机械化基础仍不清楚。但是，如今，这种接触性抑制的机制正在慢慢浮现。其中一种机制牵扯到NF2基因的产物，它被看作与肿瘤抑制因子有着长远的联系，因为它的丢失会触发一种人类多发性神经纤维瘤。Merlin，这种胞质NF2基因的产物，通过连接细胞表面黏附分子（如钙粘蛋白）到酪氨酸激酶跨膜受体（如EGF受体）上，来编排细胞接触抑制过程。如此一来，Merlin增强了钙粘蛋白调节的细胞-细胞接触的附着强度。另外，通过隔绝生长因子受体，Merlin限制住了其有效地发出促有丝分裂信号的能力。第二个接触抑制的机制涉及到LBK1上皮单极蛋白，它可以协调组织上皮结构并帮助维持组织完整性。LBK1可以做到，例如，在有组织的、静止的上皮结构中，当强大的Myc原癌基因的功能被上调时，否决其促有丝分裂的效应；相反，当LBK1的表达受到抑制时，上皮的完整性就会失衡，上皮细胞会变得易受Myc诱导转化的影响。LBK1已经被确定为肿瘤抑制基因，它在某些人类肿瘤中的丢失，也许反映出它正常功能，即异常增殖抑制因子。在人类肿瘤疾病中，这两种接触性调节的生长抑制妥协的频率仍需要进一步研究。毫无疑问，接触性诱导的增殖性障碍尚未被发现。很明显，像这样能够让细胞构建起来并保持成为体系结构复杂组织的机制为抑制和平衡异常的增生信号提供了巨大意义。3.2TGF-β信号通路的腐化促进恶性肿瘤生成TGF-β因为它的抗增殖效应被广泛知晓，相对于简单地阻断其信号通路，肿瘤细胞对它抗增生的逃避机制已经被详细叙述。在很多晚期肿瘤中，TGF-β信号被重新定向，由抑制肿瘤增生作用变成了激活一个名称为“上皮-间质转化”（EMT）的细胞程序，这一程序赋予了肿瘤细胞相关高度恶性的特征，将在下面的内容进一步讨论。4.抵抗细胞死亡HallmarksofCancer:TheNextGeneration4/21通过过去20年的引人注目的功能性实验的带领，凋亡诱导的程序化死亡是癌症发展的天然阻断物，这一概念已经被确立。在肿瘤形成的过程中，肿瘤会经历各种各样的生理性应激，会引起细胞凋亡；或者抗肿瘤治疗过程中也会引起细胞凋亡；对于控制凋亡程序的信号通路的阐明已经揭示出这种凋亡是如何触发的。凋亡诱导应激中最为明显的是信号的不平衡性，这种不平衡来自于之前提到的原癌信号水平增高，和细胞过度增生相关的DNA损伤。然而很多其它研究已经证实了，在肿瘤成功地进入逐渐形成高度恶性状态的过程中，以及抗治疗的过程中，凋亡是如何被削弱的。凋亡机制是由上游调控因子和下游效应因子共同组成的。调控因子轮流被分为两个主要的途径：一个是接受和实施细胞外的死亡诱导信号（细胞外凋亡程序，涉及到Fas受体/Fas配体的例子），另一个是感知并整合各种各样的细胞内源性信号（内源性凋亡程序）。两种凋亡程序都会各激活一个正常潜在的蛋白酶（分别是蛋白酶8和蛋白酶9），它们会开始引发蛋白水解的连锁反应，这一反应涉及了效应因子蛋白负责的凋亡实施过程，在这一过程中，细胞被周围细胞和专门的巨噬细胞逐步水解、吸收。通常说来，内源性凋亡程序更能阻碍癌症的发展机理。在调控因子和效应因子之间传递信号的“凋亡启动器”由抵消性的和抗凋亡的Bcl-2蛋白家族中的成员所操控。Bcl-2蛋白家族属于调控蛋白。该蛋白家族的原型Bcl-2和其它的家族成员（bcl-XL，Bcl-w，Mcl-1，A1）一起均为凋亡的抑制因子，通过结合而抑制两种促凋亡启动蛋白（Bax和Bak），它们在其中发挥了巨大作用；Bax和Bak常定植于线粒体外膜上（Bax和Bak促凋亡）。当通过它们的抗凋亡相关作用，使得抑制作用被解除之后，Bax和Bak会破坏线粒体外膜的完整性，导致促凋亡信号蛋白的释放，这其中最重要的就是细胞色素C。被释放的细胞色素C反过来会激活一系列的半胱天冬酶，该酶通过其蛋白水解的活动的作用来诱导有关凋亡程序的多重细胞改变。Bax和Bak共享一些蛋白质的内部结构域，被称为BH3模体，他们和抗凋亡的Bcl-2样蛋白一起，调节Bax和Bak的各种相互物理作用。相关蛋白的亚家族都包含了一个类似于BH3的结构域，它们的激活和各种细胞异常感受器有一定关系。这些“含BH3”的细胞不光通过干扰抗凋亡的Bcl-2蛋白还可以直接刺激该家族中的促凋亡成员起作用。虽然触发凋亡细胞的细胞状态需要被进一步列举，但是在肿瘤发展过程中发挥重要作用的异常因子已经被证实，最著名的就是通过在TP53肿瘤抑制因子上起作用的DNA损伤信号；TP53诱导由上调Noxa和含BH3的Puma蛋白而起的凋亡作用，这样来应对DNA损伤和其它染色体异常的实质水平。另外，不足量的生长因子信号（例如水平不足的淋巴细胞中的白介素-3或水平不足的内皮细胞中的胰岛素样生长因子1/2）能够通过含有BH3结构域的蛋白Bim来引发凋亡。还有一些其它能够引发细胞死亡的情况，包括由某些致癌蛋白（例如Myc）引发的极度活跃的信号通路，除非被抗细胞凋亡因子所抗衡，它就会触发凋亡（部分通过Bim和其它含有BH3的蛋白的作用）。肿瘤细胞会进化出多种策略来限制或者规避凋亡，最常见的是TP53肿瘤抑制功能的缺失，这种缺失会消除掉源于凋亡诱导通路的关键性损伤感受蛋白。换句话讲，肿瘤细胞可通过4种方式来完成抑制凋亡的作用：1.增加凋亡蛋白（Bcl-2、bcl-XL）的表达2.增加生存信号（lgf1/2）的表达3.下调促凋亡信号（Bax、Bim、Puma）的表达4.阻断外源性配体诱导的死亡途径。避免凋亡机制的多样性大略反应出了凋亡诱导的信号多样性，这些信号在肿瘤细胞群演变为恶性状态的过程中会持续不断地遇到。在过去的10年里，凋亡机制、程序的结构以及肿瘤逃避这一机制的策略被广泛研究，自从发现了其它类型细胞的死亡后，最让人瞩目的概念性进展就是加深了对——“程序化细胞死亡”对肿瘤来说是一种障碍——这一概念的拓宽。4.1自我吞噬调节肿瘤细胞的生与死同细胞凋亡一样，细胞自我吞噬是一种重要的细胞生理功能，通常指作用于较低的、基础的水平，但可以强烈诱导细胞应激的某些状态，营养不良就是一个典型的例子。吞噬机制能够让细胞分解细胞器，例如核糖体、线粒体，从而让分解产物重新被利用来进行生物合成和新陈代谢。作为这个机制的一部分，当降解过程发生时，细胞内部包绕在细胞器周围的一种名为吞噬体的小囊泡会与溶酶体相融合。用这种方式，低分子量的代谢物被生成出来，用来维持由肿瘤细胞所引起的应激性营养缺乏环境中的细胞生存。同细胞凋亡一样，自我吞噬功能也有调控因子和效应元件。效应元件是一种蛋白质，能够调节自噬体的构型，并把它转运到溶酶体之中。值得注意的是，在掌控细胞吞噬、细胞凋亡和细胞内稳态的通路中，它们三者的交集已经在最新的研究中被揭示出来。例如，涉及到PI3激酶、AKT和mTOR激酶的信号通路可以被生存信号所激活，从而限制细胞凋亡。通过类似的方式，也抑制细胞自噬；当生存信号不足的时候，PI3K信号通路就会下调，从而诱导凋亡和/或自噬作用。这两种生理功能之间的另一个交集就是Beclin-1蛋白，该蛋白在诱导自我吞噬方面的必要性已经由基因学所证实。Beclin-1是凋亡调节蛋白中含BH3亚家族的一员，其BH3结构域可以让它结合Bcl-2/bcl-XL蛋白。与BH3结合的应激感受器蛋白能够取代替换与Bcl-2/bcl-XL相连的Beclin-1，确保被释放出的Beclin-1能够启动自我吞噬，尽管这一反应能够释放出促凋亡的Bax和Bak来启动凋亡。因此，应激转换的BH3蛋白（例如Bid，Bad，Puma等）能够诱导建立在细胞生理状态下HallmarksofCancer:TheNextGeneration5/21的细胞凋亡和/或细胞自噬。携带被敲除掉Beclin-1的等位基因或者某些其它自噬机制组成基因的小鼠表现出对癌症易感性的增高。这一结果表明了，自我吞噬的诱导功能可以被视作是肿瘤发生的阻碍，其运行机制可能与凋亡无关，或者两者相互协调。因此，自我吞噬似乎表现为在癌症形成发展过程中，肿瘤细胞必须逾越的又一障碍。或许矛盾的是，营养缺乏、放疗和某些的细胞毒药物，这些能够诱导自噬水平升高的机制在表面上看来对癌细胞是起到保护作用的，它们削弱了、而不是增强这些由应激情况诱导的杀灭机制。更多的研究表明，严重受到应激作用的癌细胞可以通过自噬机制而收缩，进入到一个可逆的冬眠期中去。这一生存机制或许可以使一些晚期癌细胞在强力抗癌剂的作用下坚持下来，最后再生长。TGF-β信号在肿瘤初期发生阶段抗肿瘤，但在晚期却促进肿瘤发生。因此，相较于TGF-β一样，自我吞噬作用似乎对肿瘤细胞以及肿瘤的演进也有着自相矛盾的效果。未来研究的一个重要议程就是阐明细胞的遗传学和生理学状况，并且弄清楚这一状况是何事控制、怎样控制自噬作用，从而决定癌细胞的生死。4.2坏死有促炎症效果，也有潜在的致癌性在凋亡过程中，一个将要死亡的细胞会变成一具几乎无形的尸骸，并很快被周围的细胞所吸收。与凋亡相反，坏死的细胞则表现出膨胀和爆炸样，把它自己的内容物释放到附近组织的微环境中。虽然多年来坏死一直被看作是一种有机体的死亡，是一种耗尽全力也没能保住细胞而引起细胞崩解的方式，但概念性的蓝图正在改变：由凋亡引起的细胞死亡在某些情况下，无疑是由基因所操控的，而不是一个随机而未受到引导的过程。或许重要的是，坏死细胞的死亡会向周围组织微环境中释放促炎因子。相比之下，细胞凋亡和自我吞噬则不会这样，其结果就是坏死的细胞可以招募免疫细胞系中的炎性细胞，炎性细胞专用功能就是调查组织受损的强度，并移除掉相关的坏死的碎片残骸。在肿瘤形成的背景下，却是另一回事，很多证据表明，免疫炎性细胞可以激活肿瘤促进作用，作用于这些细胞后可以获得培养血管生成、肿瘤细胞增殖、以及侵袭性的能力（见后述）。另外，坏死的细胞还可以释放生物活性调节因子，比如IL-1α，IL-1α可以直接刺激其周围的活性细胞增殖，在这样的潜力下，也可以促进肿瘤的演进。结果就是，坏死性细胞的死亡，表面上看起来对削弱肿瘤相关过度增殖有利，可能最后其实是弊大于利。这样一来，早期肿瘤、潜在的侵袭性肿瘤以及转移性肿瘤可能会通过容忍某些程度的坏死性细胞死亡，来招募帮助肿瘤促进的炎性细胞来获利，这些炎性细胞会带来生长刺激因子，并在这样的生长中保证肿瘤细胞存活。5.使其能够无限复制到2000年，为了形成肉眼可见的肿瘤，癌细胞需要获得无限增殖的潜能，这一观点被广泛赞同。这一能力与大多数体内正常谱系的细胞的行为产生了鲜明对比，这类正常细胞只能通过一个有限的连续性生长-分裂周期。这一限制与对增殖的两个独特障碍有关：衰老，一个典型的不可逆的进入到非增生的机制，但在这个状态下依然存活；危象，包括了细胞死亡。相应地，当细胞在培养基中繁殖时，细胞分裂的不断重复首先会诱导衰老，然后当这些细胞成功被这一障碍困住了之后，再进入到细胞危象中，在这一阶段，大部分的细胞会死亡。在极其罕见的情况下，细胞会从进入危象的群体中摆脱出来并表现出无限繁殖的潜力。这一转变被称为无限增殖化。这个特征是指大多数确定细胞株通过其能力表现出在培养基中可以增殖，而丝毫没有衰老或危象的迹象。多项证据表明保护染色体末端的端粒与无限增殖的能力密切相关。端粒酶，由多个核苷酸六聚体串联的重复序列组成，在培养基中繁殖的非无限增殖化细胞里会逐渐变短，最终以端-端融合的方式失去保护染色体DNA末端的能力；这样的融合会产生不稳定的具有双着丝点的染色体，它的消退会导致染色体组型的不规则从而威胁到细胞活性，当端粒被大量侵蚀并进一步失去其保护功能时，就会触发进入危象。相应地，在细胞中端粒的DNA长度决定了在端粒被侵蚀之前，能够延续传递多少代。端粒酶，是一种特殊的DNA聚合酶，可以在端粒DNA的末端给端粒加入重复的片段。它几乎在非无限增殖化细胞中不存在，而在大多数（90%）天然无限制增殖细胞中却起着显著作用，包括人类癌细胞。通过延长端粒DNA，端粒酶可以逆转逐渐进展的端粒侵蚀作用，这在它不存在时绝对不会发生。有了端粒酶活性的出现，无论是天然无限制增殖细胞还是表达生物酶的工程细胞，都会与衰老和危象/自我吞噬的诱导抵御密切相关；相反地，端粒酶活性的抑制会导致端粒缩短并激活各种些增殖性障碍。细胞增生的两个重要障碍——衰老和危象/自我吞噬——已经被认为是与细胞内部密切相关的重要抗癌防御力量，它们被部署于阻碍肿瘤出现前的细胞和明显的肿瘤细胞的克隆体（肿瘤是一个多阶段的过程，早期的恶性程度可能并不高，但因为后来某些机制的运行会逐渐参与其中，它的恶性能力会逐渐凸显出来）。按照这一思路，大多数早期的肿瘤会消耗掉其加倍复制的能力，并被这种或那种障碍所阻碍。最终，极少数可变化的细胞的无限增殖化能力会继续下去直至肿瘤形成，这一能力被归结为是因为端粒的DNA可以保持足够的长度来避免启动衰老或者凋亡。这一能力的达成在大多数情况下是借助端粒酶表达的上调，或者，在少数情况下，借助HallmarksofCancer:TheNextGeneration6/21一种可变的端粒重组维护机制。因此端粒的缩短已经被认为是限制正常细胞复制潜能的计时性策略，故而也是肿瘤细胞所必须要跨越的一个障碍。5.1重新评估复制性衰老虽然端粒的维护已被越来越证实为对致瘤状态起决定性的条件，但作为一个普遍性的致瘤障碍，复制诱导衰老的概念亦需要精炼、重新定义（在老鼠和人类的细胞里，端粒有着不同的结构和作用，其端粒及端粒酶在复制性衰老时所扮演的角色也很复杂）。最近的实验发现在某些培养中的细胞，其对衰老的诱导作用可以被延迟，而且很有可能通过改良的细胞培养基状况而被移除。也就意味着，最近在培养皿中移植的体细胞可以畅通无阻地增殖，而无须担心由缩短的端粒而引起的致命性的危象和相关的诱导。相反，在基因工程打造的缺少端粒酶的老鼠身上的实验指出，最终缩短的端粒会将癌前病变细胞转化为衰老状态从而（和凋亡一起）有利于减弱肿瘤发生，这些老鼠本来是用来培养特殊类型的癌症的。这一类的缺乏端粒酶的老鼠有着高度被损坏了的端粒，表现出多器官功能障碍以及畸形（这类畸形包括衰老和凋亡的证据）。或许它们与在培养皿中细胞身上所观察到的衰老和凋亡类似（端粒的缺乏对肿瘤是否有作用？有什么作用？还有待于进一步研究）。值得注意的是，正如之前所探讨的，当过多或不平衡的致瘤基因信号被表达出来时，一个类似于细胞衰老的形态学特征会以一种抗瘤形成的保护机制被表达出来；这种衰老形态学特征同端粒酶、端粒酶之间可能的相互关系仍有待于确定。因此细胞衰老或成为新兴概念上的对肿瘤扩张的阻碍，细胞衰老可以由多种和畸形有关的增殖所启动，包括高水平的致瘤信号，显然也包括亚临界水平的端粒缩短。5.2延迟的端粒酶激活可能对肿瘤的演进起到限制和培养的双向作用现在已经有证据表明，因为它们不能表达足量水平的端粒酶，早期癌细胞的克隆体在多级肿瘤演进过程中的相当早期会经历端粒损失所诱导的危象（可见，在早期发现并治疗肿瘤是有意义的）。因此，使用荧光原位杂交法（FISH）已证实，在癌变前的生长过程中会出现严重受侵蚀的端粒，这也揭示出染色体的端-端融合标志着端粒失效以及细胞危象。这一结果也同样意味着这类细胞在从其正常来源的细胞演变的过程中经历了一个质的大量连续性的端粒缩短性细胞分裂。相应地，在成功转变为肉眼可见的肿瘤之前，一些人类肿瘤的发展可能会被端粒诱导的危象所终止。相反，缺少了TP53中介的基因完整性的监督后，可能会导致早期肿瘤从最初端粒侵蚀到后来的染色体断裂-融合桥（BFB）循环之中幸存下来。由BFB循环所导致的基因组改变（包括染色体片段的删除与放大），显然有助于增加基因的不稳定性，从而加速突变性原癌基因的获得和突变性抑癌基因的获得（当染色体出现紊乱后，很容易引发肿瘤）。在缺少P53以及端粒酶作用的基因突变小鼠的试验中证实，受损的端粒的确有助于肿瘤发展。这两个缺点会相互协同导致人类的肿瘤发生这一命题还没有被即刻证实。端粒的一过性缺乏会加速恶性演进的重要性已经有详细的资料作为支持，另外，对比人类乳腺癌前病变和晚期乳腺癌的损害也得到这样的结果。癌前病变并没有表达出显著水平的端粒酶，但有端粒缩短和非克隆性染色体病变。相反，明显的肿瘤会表现出与“较长端粒的重组和畸变的染色体组型的固定（通过克隆获得）”所一致的端粒酶表达，这种表达看上去获得于端粒失败之后，但在端粒活性获得之前。通过这种方式表达，随后端粒酶功能的获得有助于产生促肿瘤突变，然而，随后的激活作用会稳定住突变的基因并授予其无限制的复制能力，癌细胞通过获得这一能力来形成临床表现上的肿瘤。5.3端粒酶的新功能端粒酶由于其可以延长并维持端粒DNA的能力而被发现，并且几乎所有有关端粒酶的研究都着力于这一概念，并也受限于这一重要作用。但近些年来逐渐发现端粒酶所表现的作用与细胞增殖相关而同端粒维持无关。端粒酶的这个非经典功能和特别是它的蛋白质亚基TERT的功能，已经通过小鼠和培养基细胞的功能性研究而证实；在某些情况下，当端粒酶活性被消除的时候，其新功能仍然可以运作。在不断增长的TERT/端粒酶的非端粒依赖性功能清单中，其中有一种TERT的功能是通过Wnt途径来放大信号，这一功能需要以β-连环蛋白/LEF转录因子复合体作为辅因子而实现。其它属于非端粒依赖性的作用包括：促进细胞增生、避免细胞凋亡、参与DNA损伤的修复、以及RNA依赖的RNA聚合酶功能。与这种更广泛性的应用一致，不仅仅在端粒上，在染色体的多个位点上均可发现TERT与染色质相关。因此，在TERT所起的一连串不同的作用中，端粒的维持被证实为最为显著的一个，端粒酶的更多作用对肿瘤形成所做的贡献还有待于被阐明。6.诱导血管生成同正常组织一样，肿瘤需要以营养和氧气为形式的食物的维持，也需要排泄代谢废物和二氧化碳的能力，由血管生成过程而产生的肿瘤相关新血管系统满足了这一要求。在胚胎形成期间，除了从已有的血管中萌生出新的血管（血管生成）以外，脉管系统的发展还包括了新的内皮细胞的产生，以及将它们装配成管道（血管形成）。伴随着这一形态发育过程，正常的脉管系统变得静止、休眠。在成人，在类似于伤口愈合以及女性月经周期的生理过程中，血管生成过程会被开启，但这只是一过性的。相反，在肿瘤的演进期间，“血管HallmarksofCancer:TheNextGeneration7/21生成开关”几乎总被激活并维持着这种状态，造成了原本正常、休眠的脉管系统持续萌发出新的血管来帮助肿瘤生长的扩增。一大堆实验证实了，血管生成开关被抵销性的调节因子所操控，既可以诱导也可以对抗血管生成。一些血管生成的调节因子是信号蛋白，它们与血管内皮细胞表达的细胞表面刺激受体或细胞表面抑制受体相结合。最著名的血管生成诱导因子和抑制因子的原型分别是内皮细胞生长因子A（VEGF-A）和血小板反应蛋白1（TSP-1）。VEGF-A基因能够编码一些配体，这些配体在胚胎时期及产后发育中的新血管生长的编排、内皮细胞自我平衡生存、成人的病理、生理状态都起着作用。VEGF信号通过三种酪氨酸激酶受体（VEGFR-1~3）在多种水平上受到调节，并表现出复杂的作用。因此，VEGF基因的表达可以通过缺氧和原癌基因信号而上调。另外，VEGF配体在细胞外基质中以一种潜在的形式而被隔离，它的释放和激活受制于细胞外基质降解蛋白酶（例如MMP-9）。另外，还有其它的促血管生成因子，例如成纤维细胞生长因子（FGF）家族成员，当其表达过程被慢性地上调时，它们会参与支持肿瘤血管发生过程。TSP-1，在生成血管开关中的一种重要抵销性物质，也与内皮细胞所表达的跨膜受体所结合，从而引发抗促血管生成刺激物的一类抑制因子。通过肿瘤中慢性激活的血管生成和促血管生成信号的不平衡混合而生成的血管往往是畸形的：肿瘤的新血管系统有这样的特征：毛细血管萌发过早、缠绕且过多在一起的分支、扭曲且扩大的管道、不稳定的血流、微出血、渗漏、以及异常水平的内皮细胞增殖、凋亡。在动物模型和人类中，血管生成在侵略性肿瘤多级发展的极早期就被诱导出来了。通过癌前病变和非侵袭病变的组织学分析，包括各种器官中出现的发育不良和原位癌，已经揭示出血管生成开关的早期开启过程。从前以为，只在已经形成的肉眼可见的肿瘤的发展的快速生长过程中，血管生成才起到重要作用，但最近的数据表明，在肿瘤演进过程中的微观癌前阶段也起作用，进一步地将这种状态归入了肿瘤完整标志之中。在过去的10年里，关于血管生成的研究中已经获得了令人惊叹的研究成果，在这些大量的新知识中，我们重点关注与肿瘤生理特点相关的进展。6.1血管生成开关的分级一旦血管生成被激活，肿瘤就会表现出各种新血管生成模式。一些肿瘤，包括例如胰腺导管腺癌的高侵袭性肿瘤，是缺血管的，并且充满了间质的“沙漠”，即大量缺血管甚至激活了抗血管生成作用。许多其它肿瘤，包括人类肾肿瘤和胰腺神经内分泌癌是高度血管生成化的，而且，其血管化非常浓密。综上所述，这些研究表明在肿瘤发展过程中，一开始血管生成开关的启动会被各种强度的不间断的新血管生成所取代，这种新血管生成由复杂的生物学机制所掌控，涉及到包括癌细胞和相关的间质微环境。值得注意的是，虽然其最终净结果均为诱导性的信号（例如VEGF），这一转换机制却可以改变其形态。在一些肿瘤中，显性的致瘤基因（例如Ras和Myc）通过作用于肿瘤细胞，可以上调血管生成因子的表达，然而在其它肿瘤中，这类的诱导性信号由免疫炎性细胞直接产生，会在下文中讨论。由原癌基因对血管生成所形成的直接诱导作用也会驱动增殖信号，这一过程说明了一个重要结论：不同的标志功能可通过同样的转录因子相互协调。6.2内生性的血管生成抑制物是对肿瘤血管生成的天然障碍20世纪90年代的研究证实TSP-1和胞浆素（血管抑素）的片段、18型胶原（内皮抑素）的片段可以被当作是血管生成的内生性抑制物。过去的10年里又发现了很多类似物质，它们大多数是蛋白质。很多都来源于结构蛋白质的溶解性裂解，而这些结构蛋白质本不是血管生成调节因子。这些血管生成的内生性抑制剂中有相当一部分可以在正常小鼠和人类的循环系统中被发现。在没有这些难对付的生理功能的小鼠种系身上，删除了编码这些内生性血管抑制剂的基因，结果发现，在它们身上，原发性或植入的肿瘤在它们身上的成长会增强。相反，如果内生性抑制因子在循环系统中的水平从遗传学角度增加了（例如通过转基因小鼠的过度表达表达，或者在异种器官移植肿瘤中），肿瘤的生长会受到损害；有趣的是，伤口愈合与脂肪沉积也会随着这类基因表达的提高或降低而出现相应的受损或加速。这一资料表明，在组织重塑和伤口愈合过程中，在正常机体环境下，这一类内生性血管生成抑制剂起到了生理性调节因子的作用，用以调节短暂的血管生成。它们也可以被看作是一种固有性障碍，用以抵御早期肿瘤在生成时引起的血管生成的诱导和/或维持。6.3周细胞是肿瘤新血管系统的重要组成部分周细胞在正常的脉管系统组织中紧贴于内皮细胞管道的外表面，一直以来都被认为是支持细胞，在其所处的位置为内皮细胞提供重要的力学支撑和生理学支持。相反，肿瘤脉管系统则缺少这些辅助细胞的可观的覆盖范围。然而，近些年来谨慎的微观研究分析揭示：周细胞——尽管这种相关度很松散——仍然与大部分（而不是所有）的肿瘤新血管系统相关。更重要的是，随后将被讨论的机械学方面的研究揭示出：周细胞的覆盖为功能性肿瘤新血管系统的维持起到了重要作用。6.4各种各样的骨髓源细胞为肿瘤血管发生做出了贡献HallmarksofCancer:TheNextGeneration8/21目前已经清楚，很多源于骨髓的细胞类型在病理性的血管生成方面起到了重要作用。这包括了固有免疫系统的细胞——尤其是巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞以及髓样祖细胞——它们渗入癌前病变，帮助肿瘤演进，并且聚集在这些病变周围。肿瘤周围的炎性细胞不仅仅在本来静止的组织中帮助打开血管生成开关，并维持与肿瘤生长相关的持续不断的血管生成，另外，还维持与肿瘤生长有关的持续不断的血管生成，如下文所示。另外，它们还帮助脉管系统免受内皮细胞信号靶向药物的影响。此外，经过观察，有几类骨髓源性的“血管祖细胞”会在某些情况下迁移进入到肿瘤病变中，并且像周细胞或内皮细胞一样，嵌入到新血管系统中去。7.活化的侵袭及转移能力在2000年，隐藏在侵袭及转移能力下的机制还是个谜。当肿瘤从上皮组织向更高级病理的恶性等级发展时，这一机制才明朗起来，它反映在局部的侵袭和远处的转移中。就如同它们与其它细胞和细胞外基质（ECM）连接那样，相关的肿瘤细胞进行了形态学上的典型改变。最有特点的改变涉及癌细胞钙粘蛋白的丢失，它是一个关键的细胞-细胞粘附分子。通过形成临近上皮细胞之间的粘附连接，钙粘蛋白帮助装配上皮细胞层并维持着这些层内细胞的静态。钙粘蛋白的高表达对侵袭和转移起到很好对抗作用，反之，目前已知其表达的降低会加强这些表型。对人类癌症中钙粘蛋白下调及偶然突变失活的频繁观察强有力地证明了它是这一标志功能的重要抑制物。另外，编码其它细胞-细胞和细胞-胞外基质连接分子的基因表达，在某些高侵袭性癌症中明显地改变了，同时，那些有帮助的白细胞淤积也显著下调了。相反，在胚胎形成及炎症过程中出现的通常与细胞移行有关的粘附分子经常被上调。例如，神经钙黏素，它通常在器官形成时期的迁移性神经细胞和间质细胞中被表达，但却在很多侵润性癌细胞中上调。除去这些细胞-细胞/基质连接蛋白的增加或减少，侵袭作用和转移作用的主要调节因子还是未知的，或者已经被怀疑，但缺乏功能认证。侵袭和转移多步过程已经被系统化为一系列不连续的阶段，通常被称为侵袭-转移过程。这一描述预想了一系列的细胞生物学改变：由局部侵袭开始，然后癌细胞渗入到附近的血液及淋巴液管道中，通过淋巴系统和血行性系统运输癌细胞，随之而来的就是癌细胞从这类管腔中脱逸并进入较远组织的实质细胞之中去（溢出），小型癌细胞结节的形成（微小转移），最终微转移的病变成长为肉眼可见的肿瘤，最后一步被称为“定植”。随着强有力的新研究工具及精妙的实验模型可以被有效使用，在过去的10年里，关于侵袭和转移的研究在举世瞩目地前进着，同时，关键的调节基因也被识别了。虽然还是一块充满着各种未被解答的重大问题的新兴领域，在描述这一复杂标志功能的重要特征方面已经取得了重大进展。在后文中会强调，一个公认的关于这些进展的尚不完整表述。7.1EMT程序广泛调节侵袭及转移能力一个尚在发展中的调节程序，被称为“上皮-间质转化（EMT）”。作为一种手段，它与变形的上皮细胞能获得侵袭、抵抗凋亡并广泛散播的能力密切相关。通过融入一个包括了胚胎发生及伤口愈合的过程，肿瘤细胞伴随性地获得了多种特征，可以使其侵袭和转移。在肿瘤细胞侵袭及转移的过程中，这一多层面的EMT程序可以被暂时性或持续地激活，并异化肿瘤细胞。在胚胎发生期间，一系列多效性转录因子，包括Snial、Slug、Twist和Zeb1/2，编排着EMT和相关的迁移过程；它们中的绝大部分都是由发育遗传学所辨认出的。在相当多种恶性肿瘤中，这些转录因子以各种组合表达出来，而且，在为了设计侵袭过程而制作的肿瘤形成的实验性模型中表现得相当重要；有一些会在异位过度表达中被发现引起转移。由这些转录因子所引发的细胞生物学特征包括：1、黏着连接的消失和相关的多变上皮→细长成纤维形态转换的消失2.基质降解酶的表达3.运动性的增强4.对细胞凋亡抵抗的增强——这些特点都与侵袭性和转移性的表达关系密切。这些转录因子中的几种可以直接抑制E-钙粘蛋白基因的表达，从而使肿瘤上皮细胞丧失这一关键的运动和侵袭的抑制因子。现有的证据表明这些转录因子彼此调节，也与靶基因的作用相重叠。尚无建立好的规则描述它们之间的相互作用，以及支配它们的条件。来自发育遗传学的证据表明，在胚胎中接收自临近细胞的环境信号与那些来自于注定要通过EMT过程的细胞中的转录因子表达的启动有密切关系；以类似的方式，越来越多的证据表明，癌细胞与相邻的肿瘤相关间质细胞之间的相互异型性作用可以诱导恶性细胞表型的表达，这一过程已知是由一个或更多个这样的转录调节因子所精心设计的。此外，在某些癌细胞的侵袭性边缘已经可以看出经历过EMT，这表明，这些癌细胞是受到周围微环境的刺激支配的，这些刺激来源于位于这些病变核心位置的癌细胞。虽然证据仍然不够完整，但是仍旧可以看出，EMT诱导的转录因子能够编排侵袭-转移的大多数级联反应步骤，节省定植的最后一步。我们只知道很少有关于EMT所产生的多种表现和间质细胞状态的时间稳定性。虽然在某些非上皮肿瘤类型中已经观察到了EMT诱导的转录因子的表达，例如肉瘤和神经外胚瘤，它们在这些肿瘤中编码肿瘤特征中所起到的作用目前仍只有很少一部分被揭示出来。另外，侵润性癌细胞是否一定需要通过激活EMT程序的某些部分来获取其功能，仍旧有待确定，或者说另有调节程序能够启用此功能。HallmarksofCancer:TheNextGeneration9/217.2间质细胞对侵袭和转移的异型性贡献癌细胞与肿瘤间质细胞的串扰现象越来越明显，肿瘤间质细胞与获得性侵润生长和获得性侵袭的能力密切相关。这类的信号可能会影响到肿瘤细胞并且作用于改变上述的标志功能。例如，为了应答由癌细胞释放的信号，已经发现存在于肿瘤基质中的间质细胞（MSCs）会分泌CCL5/RANTES；然后，CCL5往复地作用于肿瘤细胞之间来刺激侵袭行为。在肿瘤周边的巨噬细胞可以通过提供基质降解酶（如金属蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶的组织蛋白酶）来促进局部侵袭作用；在一个模型系统中，促侵袭的巨噬细胞由癌细胞所产生的IL-4所激活。在一个转移性乳腺癌的实验模型中，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）为乳腺癌细胞提供表皮生长因子（EGF），与此同时，癌细胞用CSF-1反过来刺激巨噬细胞；它们的相互协同作用促进癌细胞渗入到循环系统内部以及癌细胞的转移性传播。像这样的观察结果表明，高等级肿瘤的恶性表型不会以一个严格的细胞自主方式形成，而且，他们的表现形式不能仅仅通过对肿瘤细胞基因的分析来理解。有一个尚未经验证的重要结论：调节侵袭-转移级联过程的大部分步骤的能力，可能需要通过某些的肿瘤来获得，这类肿瘤不需要获得相关肿瘤所经历的额外突变，这些额外的突变已经超过了一般原发性肿瘤形成所需要的。7.3侵润性生长程序中的可塑性诱导侵润性生长能力的环境信号（通常是通过EMT）所起的作用意味着有可逆性的可能，在这种情况下，从原发性肿瘤播散出来到更远组织位置的癌细胞可能不会再从激活的基质以及侵袭性/EMT诱导的信号中获益，而这些基质、信号是它们居住在原发性肿瘤时所经受的（离开了家的孩子，就不受庇护了，得自己闯天下）；由于无法持续暴露在这些信号下，癌细胞可能在它们的新家恢复到一个非侵入性的状态中。因此，在一开始的侵袭及肿瘤转移期间经历了EMT的癌细胞可能又会经历一个相反的过程，被称为间质-上皮转化（MET）。这种可塑性可能导致新肿瘤定植点中肿瘤细胞的形态与原肿瘤中那些没有经历过EMT的肿瘤细胞表现出组织病理学上的相似性。另外要注意的是，癌细胞需要常规地通过一个完整的EMT程序这一概念看起来过于简单了；相反，在很多情况下，癌细胞可能只是部分地进入到EMT程序中去，从而获得新的间质特征，但也继续表达残留的上皮特征。7.4侵袭的不同形式可能导致癌症的不同类型EMT程序调节一个被命名为“间质”的特殊侵袭种类。除此以外，另外两个不同的侵袭模式已经被鉴定并与癌细胞侵袭关系密切。“集体入侵”涉及癌细胞结节全体一同进入到邻近的组织中，并且具有例如鳞状细胞癌的特征；有趣的是，这类癌症很少是转移性的，这说明这类侵袭缺少某些特定的能促进转移的功能属性。不太清楚的是一种“变形虫样的”侵袭形式的流行，在这种情况下，个别的细胞表现出形态学上的可塑性，使他们能够滑行通过细胞外基质中存在的缝隙，而不是为自己清除出一条道路，这种情况在间质的和集体入侵的侵袭中均有发生。目前尚未解决的是，参与到集体形式和变形虫形式的侵袭中的癌细胞们是否也使用了EMT程序中的部件，亦或者是，应有一个完全不同的细胞生物程序为引导这些另外的侵略程序的进程而负责。另一个新兴的概念，综上所述，涉及到由在肿瘤边界聚集的炎性细胞对癌细胞侵袭性的促进，它可以产生细胞外基质降解酶和其它能确保侵袭性生长的因子；这些功能可避免癌细胞必须通过EMT程序的激活来产生这些蛋白质。这样一来，癌细胞可以分泌化学引诱物来招募促侵袭的炎性细胞，而不必自己产生基质降解酶。7.5转移性定植的令人惊讶的复杂性转移可以被分为两个阶段：1.癌细胞从原发肿瘤到远处组织的物理性传播；2.这些细胞对陌生组织微环境的适应并最终导致成功定植，也就是，由微小转移成长为肉眼可见肿瘤的过程。传播的多重步骤看上去应当是EMT的范围并且同样地作用于迁移程序。然而，定植在严格意义上说并不和物理性的传播相匹配，其证据是存在许多这样的病人：有无数微小转移病灶成功传播了，但却从未发展成为肉眼可见的转移性肿瘤。在一些肿瘤类型中，原发性肿瘤可能会释放系统性的抑制因子，致使这样的微小转移病灶处于休眠状态，正如临床上所发现的：在切除原发性肿瘤之后不久会产生爆炸性的转移性肿瘤生长。所不同的是，在其它的肿瘤中，例如乳腺癌和黑色素瘤，可能在原发性肿瘤被外科手术切除或者药理上被摧毁数十年之后，肉眼可见的肿瘤才爆发；这些转移性肿瘤的生长明显反映出休眠的微小转移灶经过多次努力和错误之后，终于解决了组织定植的复杂难题。人们可以从这种博物学中得出这样的结论：微小转移可能缺乏对强有力的生长所必需的标志功能，比如激活血管生成的能力；的确，某些实验所产生的休眠性微小转移灶不能形成肉眼可见的肿瘤，这一失能被归结于无法激活肿瘤血管生成。另外，最近的实验表明，营养缺乏会引起强烈的细胞自噬，并会引起癌细胞的收缩，并采取一种可逆性的休眠状态。当组织微环境发生改变的时候，例如接受了更多的营养素，可允许这类细胞退出休眠状态并恢复激活生长和增殖的能力。其它的微小转移休眠机制可能与镶嵌于正常组织细胞外基质中的抗生长信号和免疫系统的抗肿瘤作用密切相关。在它们所着陆的组织微环境中，至少在最初阶段，大多数播散出的肿瘤细胞可能都很难适应。相应地，每种播散出的肿瘤细胞可能都需要建立一套自身独特的 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来解决在一HallmarksofCancer:TheNextGeneration10/21种或其他陌生组织微环境中茁壮成长的难题。这种适应过程可能需要上百种不同的定制程序，每一种都是由播散的癌细胞的种类以及定植过程中组织微环境的性质所决定。然而，正如在后文会被进一步讨论的，某些组织微环境可能天生就固有地对播散的癌细胞热烈欢迎。转移性传播一直被描述为多步原发性肿瘤演进过程中的最后一个步骤，而且对许多肿瘤来说的确如此，正如最近的基因测序研究证实的基因学证据所描述的那样，该证据呈现了克隆性的胰腺导管癌演化到具有转移性的过程。另一方面，新兴的证据表明细胞可以在相当早期就播散，可以从人和小鼠体内表面上看上去的非侵袭的癌前病变散布开来。另外，有些原发性肿瘤并不具有明显的侵袭性，但却在官腔完整性方面缺乏新生血管系统，微小转移病灶可以来源于这类肿瘤。虽然癌细胞可以毫无疑问地由这些癌前病变中散播出来并种芽于骨髓和其他组织中，但它们定植于这些部位并发展成为病理上有意义的肉眼可见转移灶的能力仍然未被证实。目前，我们把这种早期的转移性散播看作是小鼠和人类体内的一个显而易见的现象，其临床意义尚有待确立。在超出其传播时间之后，我们仍不清楚从何时何地开始，肿瘤细胞发展出能够以肉眼可见肿瘤的方式定植于新组织上的能力。这一能力源于原发性肿瘤的形成过程，是肿瘤的一种特殊发展途径（优先于任何播散）的结果，这类进入到循环系统中的原发性肿瘤细胞意外地获得了定植于某些远处组织部位的能力。另外，定植于特定组织的能力可能只会为了应答选择性的压力而进化，这种压力源于已经播散出的癌细胞为了适应在陌生组织微环境中的生长。在发展出了这种组织特异性定植能力之后，在转移性的定植点中细胞会继续进行更远的播散，不仅仅会播散到体内新的部位中，也会回到它们祖代所生成的原发性肿瘤中。因此，在原发性肿瘤中所明显表现出组织特异性定植程序的细胞可能并非源于原发性病变中所出现的经典的肿瘤演进过程，而是源于“返回家的移民者”。这种重新种植与上述人类胰腺癌转移的研究是一致的。换句话说，原发性肿瘤的大量癌细胞（以及后述的肿瘤干细胞）其表型及潜在的基因表达程序可能会因为远处转移的子代的反向迁移而被大幅度修改。暗含于这种自我播种进程的另一个概念是：出现于原发性肿瘤并为其获得恶性特征做出贡献的支持性间质可能天生就会为来自于转移性病灶的循化系统中癌细胞的重新种植、定植提供一个舒适的部位。弄清楚允许转移性定植的调节程序代表着对未来研究的方向。我们正在取得实质性的进展，例如，在确定某一类基因（“转移性特征”）方面，这类基因集合与在特定组织中宏观可见的转移的建立过程相对应，或是好像有利于促进这一过程。考虑到上述提到的多种明显不同的定植程序，目前的挑战还是相当大的。此外，定植过程似乎是不可能完全依赖于细胞自主演进的。相反，这一过程几乎一定要获得允许肿瘤生长的微环境的支持，这一微环境是由关键性的间质支持细胞所组成的。鉴于这些原因，定植的过程很可能包含了大量的细胞生物学程序，这些程序，总的来说要比转移性传播的前期步骤更加复杂，更加多种多样。8.借助细胞内途径标志功能的编程过程在2000年，我们提出了一个比喻，其内容是，众多的信号分子对癌细胞的影响作用就如同是精密设计的集成电路上的节点和分支一样，这些集成电路是由正常细胞中运行的途径重新设计派生而成的。在随后的十年里，我们既加强了这些途径的原始性描述，又扩展了信号的目录，以及其信号通路的内部作用。正如我们在2000年说遇到的那样，很难做到全面且连贯地生动描绘这一途径。如今，我们提出与癌症的独特标志相匹配的途径这一描述。因此细胞内部的集成电路可以被分解为不同的分支环路，它们中的每一个都专门支持一项正常细胞中离散的细胞生物学特征，而且，为了落实癌细胞中的一个标志功能，它们都被重新编程（图2）。在这幅图中，只有一部分的标志功能被描绘出来，要不就是对它们的潜在的控制途径知之甚少，要不就是它们与已经描绘出的内容广泛重叠。这一复杂机制的另一观点涉及相当多的内部联系以及各个分支环路之间的串扰。例如，某些致癌活动会影响多种功能，像已经阐明的由著名的致癌基因造成的多种多样的影响。这类著名的致癌基因包括突变的RAS和上调的MYC，具有多种标志功能（如增值信号、能量代谢、血管生成、侵袭性和生存能力）。我们预计，这种集成电路在未来的表现会包括很多在这里还没有描述到的分支环路以及相关的标志功能。9.广泛适用的特点和新兴的标志我们以癌细胞获得的作用功能来定义癌症的标志，这些能力可以让癌细胞存活、增殖和播散；这些能力由不同种类的癌细胞在肿瘤发生的多步过程中，通过不同的机制和不同的时间而获得。这一获得过程可能借助于两种适应性广泛的特点而达成。最突出的就是癌细胞中基因组不稳定性的发展，它会生成包括染色体重构在内的随机突变；这一结果会出现罕见的基因改变，能够编排癌症的标志功能。另一个广泛适用的特点涉及癌前病变的炎症状态和由免疫系统的细胞所造成的症状明显的恶性病变，免疫系统中的一些细胞都会以各种方式帮助促进癌症的演进。然而，癌细胞的其他独特属性已经被认为对癌症发展起着重要作用，并可能会被加入到核心标志的名单中去。有两类属性特别引人注目。第一种涉及到细胞能量代谢的重要重新编程，该过程为了支持持续性的细胞生长和细胞增殖换了在大多数正常组织中的代谢程序，并为相关的细胞生理活动供能。第二种涉及到激活肿瘤细胞对免疫细胞的攻击和消除的逃避能力；这一功能突出了免疫系统起到的双重作用对肿瘤的发展和演进既对抗又促进。经证实很好地促进了很多类型的人类肿瘤的发展和演进被认为是新兴的癌症标志。这些已经广泛适用的标志在图3中被表述出来，在后文中会分别讨论10.一个广泛适用的特点：和突变上述多种特征的获得在很大程度上取决于肿瘤细胞基因组改变的演替。简单地说，某些突变的基因型赋予细胞的亚克隆体选择优势，允许它们在局部组织环境中终取得主导地位。相应地，多步肿瘤演进可以被描述为一连串的克隆扩增，它们中每一个都是由广泛适用的基因突变的HallmarksofCancer:TheNextGeneration11/21该过程为了支持持续性的细胞生长和细胞增殖，替并为相关的细胞生理第二种涉及到激活肿瘤细胞对免疫细胞的攻击和这一功能突出了免疫系统起到的双重作用：经证实，这两种功能都很好地促进了很多类型的人类肿瘤的发展和演进，因而可以广泛适用的特点和新兴在后文中会分别讨论。：基因不稳定性上述多种特征的获得在很大程度上取决于肿瘤细胞基因某些突变的基因型赋予细胞的亚允许它们在局部组织环境中过度生长，最多步肿瘤演进可以被描述为一连它们中每一个都是由广泛适用的基因突变的机会性获得而启动的。因为遗传的表型活）也可以通过例如DNA甲基化和组蛋白修饰这样的表观遗传机制而获得，一些克隆性扩增可能由非突变型的改变启动从而影响基因表达的调节。基因组维护系统的非凡能力能够发现并解决陷，确保了在每一代细胞中自发性的突变率总是很低的获得突变基因“花名册”的过程中需要编排肿瘤发生胞通常会增加突变率。这种可变性是通过对诱变剂敏感性的增加而达成的，或者通过分解成为一个或多个基因组维护机制的部件而达成，也可以两者同时作用可以由对监视系统的损害而加速的完整性，并迫使基因损伤的细胞进入到衰老或凋亡过程中去。在这里，TP53的角色是最主要的组的守护者”。一系列不同的缺陷对DNA维护系统组的“管理员”——的组件的多种影响已经因为遗传的表型（例如抑癌基因的失甲基化和组蛋白修饰这样的表观遗一些克隆性扩增可能由非突变型的改变启动，基因组维护系统的非凡能力能够发现并解决DNA中的缺胞中自发性的突变率总是很低的。在的过程中需要编排肿瘤发生，癌细这种可变性是通过对诱变剂敏感性的或者通过分解成为一个或多个基因组维护机也可以两者同时作用。此外，突变的累积可以由对监视系统的损害而加速，监视系统通常会监视基因并迫使基因损伤的细胞进入到衰老或凋亡过程中的角色是最主要的，导致其被称为“基因维护系统——通常被称为基因的组件的多种影响已经被证实。这些管理员基因的缺陷目录（包括它们的产品）涉及到损伤病激活修复机制2.直接修复受损的DNA之前失活或拦截诱变分子。从遗传角度看因表现得很像肿瘤抑制基因，它们的功能会在肿瘤演替过程中丢失，这一类丢失通过突变失活或是表观遗传抑制达成很多这些管理员基因的突变性拷贝被引入到小鼠生殖系中可以预见的是，结果增加了癌症的发病率提供了潜在的关联性。自我们第一次列举癌症标志的10年来不稳定性的另一个主要来源已经被揭示出来的那样，端粒DNA的丢失造成了核型不稳定和相关的扩增以及染色体片段的缺失。从这个角度看，无限制增殖潜能这一标志功能的促成者，维持基因组完整性负责的重要管理员名单中去癌细胞基因组的分子遗传学进展证实了最令人瞩目的示范是功能改变的突变和在肿瘤演替过程中发生的基因组不稳定性。一种分析类型——比较基因组杂交（在细胞基因组中基因复制的增加和丢失；遍的基因畸变通过CGH提供的基因组完整性控制的丢失而被揭示出来。重要的是，基因组中在特定部位变（包括扩增和缺失）的重现意味着这些些基因，这些基因的改变有利于肿瘤演进过程最近，随着有效且经济的DNA测序技术的出现辨率的分析已经成为了可能。早期的分析揭示出在不同肿瘤类型中各种截然不同的DNA突变模式cancergenome.nih.gov/）。在不太遥远的将来基因组测序有望澄清分散在癌细胞基因组中的是表面上的随机突变的发生率。因此，循环性的基因改变可能会指向在肿HallmarksofCancer:TheNextGeneration12/21涉及到：1.检测DNA直接修复受损的DNA3.在它们损伤从遗传角度看，这些管理基它们的功能会在肿瘤演替过程这一类丢失通过突变失活或是表观遗传抑制达成。很多这些管理员基因的突变性拷贝被引入到小鼠生殖系中，增加了癌症的发病率，为人类癌症发展年来，肿瘤相关基因组不稳定性的另一个主要来源已经被揭示出来：正如之前提到的丢失造成了核型不稳定和相关的扩增，，端粒酶已经不只是，也必须被加入到为维持基因组完整性负责的重要管理员名单中去。基因组的分子遗传学进展证实了最令人瞩目的示范是功能改变的突变和在肿瘤演替过程中发生的基因组不稳（CHG）——证实了；在很多肿瘤中，普提供的基因组完整性控制的丢失而被部位出现的特征性畸的重现意味着这些部位可能藏匿了一这些基因的改变有利于肿瘤演进过程。测序技术的出现，更高分早期的分析揭示出在不同肿瘤突变模式（参见http://在不太遥远的将来，整个癌细胞的基因组中的是表面上的随循环性的基因改变可能会指向在肿瘤发病机理中特定突变的因果作用虽然在不同的肿瘤类型之间但是伴随着广泛分布的基因拷贝数目以及核酸顺序中的不稳定性（有关这种不稳定性存在大量证据基因维护以及修复缺陷的机制已经被记录下来信，在大多数人的癌细胞中，基因组的不稳定性是与生俱来的。反过来导致了这一结论：如果仅仅是因为它们提升了癌前病变细胞能够积累有利基因型的速率护过程中的缺损是选择性有利的故而，基因组的不稳定性明显是一个广泛适用的特点肿瘤标志功能的获得有着因果关系11.一个广泛适用的特点症反应病理学家很早就认识到某些肿瘤通过免疫系统的先天性武器和自适应武器密集地进行渗透作用中表现出炎症状况的增多。伴随着准确识别不同免疫细胞种类的更好标记物的出现，如今已经很清楚瘤病变都包含有不同密度的炎性细胞用细胞特异性抗体检测出的微小渗透到即使通过标准组织化学染色技术也能发现的大型炎症反应疫应答通常被认为是免疫系统试图根除肿瘤所起的反应而事实上，越来越多的证据表明瘤性应答，随之而来会出现肿瘤逃避免疫破坏的现象后文所要讨论的。到2000年，已经有线索表明肿瘤相关的炎症性反应有促进癌症发展和演进这一出人意料的它帮助了初期的肿瘤获得标志功能瘤发病机理中特定突变的因果作用。虽然在不同的肿瘤类型之间，基因组变化的细节很大，但是伴随着广泛分布的基因拷贝数目以及核酸顺序中的不稳有关这种不稳定性存在大量证据），人类肿瘤中大量的基因维护以及修复缺陷的机制已经被记录下来，使得我们相基因组的不稳定性是与生俱来如果仅仅是因为它们提升了癌前病变细胞能够积累有利基因型的速率，那么基因维持和维护过程中的缺损是选择性有利的，因此有利于肿瘤的演进。基因组的不稳定性明显是一个广泛适用的特点，它与的获得有着因果关系。一个广泛适用的特点：促进肿瘤的炎病理学家很早就认识到某些肿瘤通过免疫系统的先天性武器和自适应武器密集地进行渗透作用，从而在非肿瘤组织伴随着准确识别不同免疫细胞种如今已经很清楚，事实上所有的肿瘤病变都包含有不同密度的炎性细胞，其密度涵盖了从只能用细胞特异性抗体检测出的微小渗透到即使通过标准组织化学染色技术也能发现的大型炎症反应。在历史上，这样的免疫应答通常被认为是免疫系统试图根除肿瘤所起的反应，然越来越多的证据表明，伴随着对很多种肿瘤的抗随之而来会出现肿瘤逃避免疫破坏的现象，正如已经有线索表明肿瘤相关的炎症性反应有促进癌症发展和演进这一出人意料的、矛盾性的影响，事实上标志功能。在随后的10年里，在炎HallmarksofCancer:TheNextGeneration13/21症和癌症发病机理交叉点方面的研究蓬勃发展，产生了大量的、引人注目的示范作用，这一类示范作用来源于免疫细胞——主要来自于固有免疫系统——对肿瘤演进过程中的重要促肿瘤形成作用。炎症可以通过向肿瘤微环境提供生物活性分子来帮助获得多种标志功能，这些生物活性分子包括维持增殖信号的生长因子、限制细胞死亡的存活因子、促血管生成因子、促进血管生成，侵袭性和转移性的细胞外基质修饰酶、以及引发EMT程序激活和其他促进标志程序激活的诱导信号。重要的是，在某些情况下，炎症明显在肿瘤演进的早期阶段的确有能力促进早期肿瘤发展为全面成熟的癌症。另外，炎性细胞可以释放化学物质，特别是活性氧，它们可以对周围的癌细胞积极诱变，加速其向高度恶性肿瘤状态的转化。因此，鉴于它对核心标志功能的获得所做出的贡献，炎性细胞可以被看作是一个广泛适用的特点。为这种广泛适用的特点负责任的细胞，会在下面关于肿瘤微环境之后的章节进行叙述。12.一个新兴的标志：能量代谢的重新编程慢性、通常为非控制性的细胞增殖，这两者代表了肿瘤疾病的本质，它不仅仅涉及到对肿瘤增殖控制的解除，也牵扯到为了给细胞生长和分化供能而相应的能量代谢的调整。在有氧条件下，正常细胞是这样处理葡萄糖的：首先在细胞质中通过糖酵解变为丙酮酸，然后再线粒体中变为二氧化碳；在缺氧条件下，糖酵解较为优先，只有相当少的丙酮酸会被发往耗氧的线粒体中。OttoWarburg首先观察到在癌细胞能量代谢中的一个异常特征：即使在有氧的条件下，癌细胞也会将其葡萄糖代谢作用重新编程，通过限制其大部分为糖酵解的能量代谢过程，来将能量生产过程引向一个被称为“有氧糖酵解”的状态。在随后的几十年里，癌细胞中这一代谢开关的存在已经被证实。这种能量代谢的重编程看上去是违反直觉的，因为相对于线粒体氧化磷酸化来说，癌细胞必须弥补由糖酵解降低的18倍ATP生产效率。它们通过部分上调葡萄糖转运而达成这一结果，特别是GLUT1（人葡萄糖转运蛋白1），这大大增加了进入到细胞质中的葡萄糖。事实上在很多种人类肿瘤中，都证实了葡萄糖的升高和利用，借助以放射性葡萄糖（18F-脱氧葡萄糖，FDG）模拟的正电子放射断层扫描技术，而实现的无创性可视化葡萄糖摄入，很容易证实这一点。糖酵解供能已经被证明与活化的癌基因（如RAS，MYC）和突变的肿瘤抑制基因（如TP53）密切相关，它的改变是细胞获得增殖、逃避细胞抑制控制和凋亡的衰减等标志功能的主要原因。这种依赖糖酵解的供能方式可以在许多肿瘤内的缺氧条件下进一步加剧：缺氧反应系统基因多效性地运作着，来上调葡萄糖转运蛋白和糖酵解途径的种酶。因此，无论是Ras致癌蛋白还是缺氧都可以独立地增加HIF1α和HIF2α转录因子的水平，从而上调糖酵解。有关线粒体氧化磷酸化的糖酵解功能会让ATP的生成效率非常低下，故而，癌细胞中糖酵解开关功能的基本原理一直以来都捉摸不透。根据一个长期被遗忘，但近期又被精炼并提出的假说，糖酵解的增加会让糖酵解中间产物分流进入不同的生物途径，包括那些生产核苷和氨基酸的途径；反过来，这会促进装配新的细胞所需要的大分子和细胞器的生物合成。此外，瓦博格样代谢似乎存在于许多快速分裂的胚胎组织中，再次表明其在大型生物合成程序中所起的支持作用，这种程序对激活细胞增殖来说是必须的。有趣的是，已经发现一些肿瘤在其产生能量的途径中会含有两个亚群，两者的能量生产途径有所不同。一个亚群由葡萄糖依赖（瓦博格效应）的细胞组成，分泌乳酸，而第二个亚群则优先导入和利用它们的邻近细胞产生的乳酸来作为其主要能量来源，利用三羧酸循环的一部分来达成此功能。这两个群体明显互相共生作用：低氧癌细胞依赖葡萄糖供能，以废料的形式生成乳酸，然后由其含氧量更好的兄弟们导入并优先利用这些乳酸用来供能。虽然肿瘤内共生的这种争论性模式尚未被推广，但是为肿瘤生长供能的乳酸-分泌细胞和乳酸-利用细胞之间的协作功能事实上不是肿瘤的发明，而是又一次反应出了正常生理机制的联合选择，这种情形在肌肉中也有运作。另外，越来越明确地，从富氧到含氧量正常再到缺氧，这对肿瘤的静态维持是不必要的，而会造成时间上和空间上的波动，有可能导致肿瘤相关的新血管组织的不稳定和混乱。和很多其它已经被认为是肿瘤标志的肿瘤相关特点一样，癌细胞中的能量代谢改变也被广泛接受为其中之一。这一实现过程提出了这样一个疑问：解除细胞能量代谢的限制，会不会是6种已经得到确认的核心特征中癌细胞最为基础的核心标志功能。事实上，能量代谢的重新定向主要是由蛋白质编排的，这些蛋白质或多或少都涉及癌症核心标志的编程。从这种角度来看，有氧酵解仅仅只是由增殖诱导的原癌基因编程过程中的另一种表型。有趣的是，在神经胶质瘤和其他的人类肿瘤中已经报道了，在异柠檬酸脱氢酶1/2（IDH）中，激活性（功能获得的）的突变的存在。虽然这些突变可能是因为其改变能量代谢的能力而被克隆性选择下来的，但是存在着与它们活性相关的混杂数据，这些活性有关于HIF-1转录因子的氧化作用提高及稳定性增加，反过来会分别影响基因组的稳定性和血管生成/侵袭性，从而模糊了表型划分的界限。因此，目前来看，将重新编程能量代谢指派为一个新兴的标志似乎最为适当，这HallmarksofCancer:TheNextGeneration14/21样可以突出它两个明显的重要性，以及围绕在来自于核心标志的功能独立性周边的悬而未决的问题。13.一个新兴的标志：逃避免疫破坏免疫系统在抵抗或是消除肿瘤形成、肿瘤初期演进过程、晚期肿瘤和微转移中扮演了重要角色，围绕肿瘤形成的第二个、仍旧未解决的问题与其所扮演的角色关系密切。免疫监视的存在已久的理论认为细胞和组织被一直警觉的免疫系统持续监视着，而且这种免疫监视为识别和消灭大部分初期癌细胞甚至是初期肿瘤负有重要责任。按照这一逻辑，已经出现的实体瘤都用某种办法躲避了各种免疫系统武器的侦测，或是限制了免疫杀伤的范围，从而避免被根除。在免疫系统低下的个体中，似乎可以通过某种癌症的显著增加来验证肿瘤的有缺陷的免疫监测。然而，这类癌症绝大多数都是由病毒引起的，意味着很多对这类癌症的控制通常依赖于：在很大程度上通过消除受病毒感染的细胞，而在受感染的个体中降低感染负荷。因而，这些观察 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似乎稍微揭示了免疫系统在限制＞80%病毒病原学型肿瘤的形成中所起的作用。然而在近些年来，越来越多的证据，无论是从基因工程小鼠还是从临床流行病学上，表明免疫系统对肿瘤形成和演进是一个显著障碍，至少在某些非病毒诱导的癌症中是这样。缺少了各种免疫系统组分的基因工程小鼠为了致癌物质诱导的肿瘤的发展而接受评估，可以观察到，在相关免疫活性控制出现免疫缺陷的小鼠体内，肿瘤出现得更加频繁，而且/或者生长得更加快速。特别是，缺少了CD8+细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）、CD4+Th1辅助T细胞、或缺少了自然杀伤（NK）细胞的生长或这些细胞的功能之后，会导致肿瘤发病率的明显增加；另外，在同时含有T细胞和NK细胞的联合免疫缺陷的小鼠体内，更容易发生肿瘤生长。这些结果表明，至少在某些实验模型中，免疫系统的先天性和适应性细胞武器对免疫监视起到了显著作用，从而消除肿瘤。此外，移植实验表明，最初在免疫缺陷小鼠体内出现的癌细胞，通常在同系免疫活性正常的宿主体内无法引发移植性肿瘤；而免疫活性正常的小鼠体内生长出的肿瘤在引发继发性肿瘤时，对两种宿主同样有效。这种表现可以被以下原因解释：高度免疫原性的肿瘤细胞克隆体往往在免疫活性正常的宿主体内会被清除掉——一个被称为“免疫编辑”的过程——只留下弱免疫原性的变异体可以生长并产生实体肿瘤；从此以后，这类弱免疫原性的细胞均可以在免疫缺陷宿主和免疫活性宿主体内种植。相反，在免疫缺陷的宿主体内，免疫原性肿瘤细胞并没有选择性耗尽，相反，和弱免疫原性的细胞共同蓬勃生长。当源于这类“非编辑肿瘤”中的细胞被连续移植进入同系受体中时，免疫原性癌细胞会第一次面对其二次宿主的强有力免疫系统从而被拒绝（在这类特定实验中仍未能够回答的问题是：是否化学致癌剂也能被用来诱导这类肿瘤，该肿瘤特别倾向于产生免疫原性的癌细胞）。临床流行病学调查也越来越支持某些形式的人类癌症中抗肿瘤免疫反应的存在。例如，在那些被CTLs细胞和NK细胞深入侵润的结肠癌和卵巢癌的患者往往比缺乏类似大量杀伤淋巴细胞的患者有更好的预后；这一案例、以及正在进行的研究性课题对其他的癌症有一定借鉴性，但还是不够显著。另外，在一些免疫抑制器官移植受体的体内已经观察到了供体来源的肿瘤生长，意味着，表面上看上去没有肿瘤的捐赠者，其实体内的癌细胞在功能全面的免疫系统中处于受抑制的休眠状态中。尽管如此，慢性免疫抑制患者的流行病学调查指出，在非病毒载体癌症的大部分类型中并没有出现发病率显著升高，如上所述。免疫监视对肿瘤的发生以及肿瘤演进是一种有效障碍，上述流行病学调查可能会被视为对抗这一重要观点的一个相当有效的证据。然而，我们却发现，在HIV和药物免疫抑制患者中主要是T细胞区室和B细胞区室的免疫缺陷，所以不会表现出多成分的免疫缺陷，多成分的免疫缺陷存在于缺乏NK细胞和CTLs的基因工程突变小鼠中；这些证据留下了这样的可能：这类患者仍然具有对抗癌症的免疫防御残余能力，这些能力由NK细胞和其他固有免疫细胞组成。事实上，上述癌症免疫学的研究简化了肿瘤宿主免疫的相互作用，正如高度免疫原性的肿瘤细胞可能借助让原本被用来清除它们的免疫系统组件失能而逃避免疫破坏。例如通过分泌TGF-β和其他免疫抑制因子，肿瘤细胞会让浸润的CTLs和NK细胞失能。更多精细的机制可以通过补充炎性细胞而实现，这些炎性细胞都积极地抑制免疫作用，它们包括调节性T细胞（Tregs）和髓源性抑制细胞（MDSCs）。它们两者都可以抑制细胞毒性淋巴细胞的活动。抗肿瘤免疫是人类肿瘤形成和演进的显著障碍，鉴于对这方面的考量，以及其抗癌表现尚不成熟，我们认为免疫逃避应当作为另一个新兴的标志，但它作为核心标志功能的通性仍有待确立。14.肿瘤微环境在过去的10年中，肿瘤已经越来越被认为是一种生物器官，其复杂程度接近甚至超过正常的健康组织。从这一角度观察，肿瘤的生物学只能通过研究其内部各个高度分化的细胞类型（图4.上）和“肿瘤微环境”来了解。肿瘤微环境是在肿瘤发生的多步过程中所构建出来的（图4.下）。与这一描述形成鲜明的对比，早期对肿瘤的简化论观点认为它们只不过是相对均质的癌细胞集合体，癌细胞的完整生物学特征可以通过阐述这些细胞的细胞自主性功能来理解。我们在这里列举一组细胞类型，已知它们有助于很多肿瘤生物学的重要功能，然后讨论控制这类细胞个体和集体功能的调控信号这些观察中的大多数来自于对肿瘤的研究细胞组成了一个隔室（实质），它们与组成肿瘤相关质细胞明显不同。15.癌细胞和肿瘤干细胞癌细胞是该疾病的基础；它们引发肿瘤并驱使肿瘤承载着突变的致癌基因和突变的肿瘤抑制因子向前变让癌症被定义为基因疾病。传统理论认为胞是相当均匀的细胞群体，直到肿瘤演进过程的相当晚期才有所改变，此时，过度增殖与增加的基因组不稳定性结合在一起，导致独特的克隆亚群。这种克隆异质性体现出许多人类肿瘤的组织病理学多样性，包括了由不同程度的分化殖、血管分布、炎症和/或侵袭性划分的区域年来，逐渐积累的证据指向了肿瘤内异质性的一种新维度的存在，还指向一种之前从未被青睐的肿瘤内致瘤细胞亚群被命名为肿瘤干细胞（CSCs）。虽然这些证据尚不完整，CSCs也会被证实为是很多使不是大部分）肿瘤的常见组成部分，即便其存在的方式多种多样。在接种到受体宿主小鼠体内后，植新肿瘤的能力，CSCs就是通过这种机制来定义的能性定义通常由包括表达在CSC中的标志物来加以补充全面HallmarksofCancer:TheNextGeneration15/21已知它们有助于很多肿瘤生物学的重要然后讨论控制这类细胞个体和集体功能的调控信号。这些观察中的大多数来自于对肿瘤的研究，其中，肿瘤上皮它们与组成肿瘤相关间质的间它们引发肿瘤并驱使肿瘤承载着突变的致癌基因和突变的肿瘤抑制因子向前演进，这些突传统理论认为，肿瘤中的癌细直到肿瘤演进过程的相当晚期才过度增殖与增加的基因组不稳定性结合在这种克隆异质性体现出许多人包括了由不同程度的分化、增或侵袭性划分的区域。然而，在近些逐渐积累的证据指向了肿瘤内异质性的一种新维度的还指向一种之前从未被青睐的肿瘤内致瘤细胞亚群，也会被证实为是很多（即即便其存在的方式多，它们具有有效地种就是通过这种机制来定义的。这种功中的标志物来加以补充全面，这些标志物也在组织源性的正常干细胞中表达CSCs最初与血液恶性肿瘤的发病机制密切相关又在实体瘤中被确认，特别是乳腺癌和神经外胚瘤中瘤表面标记物为基础的癌细胞分级相应的大多数群体相比，该亚群瘤的能力显著增强）。这些往往罕见的肿瘤起始细胞被证实与某些正常的组织干细胞群体一起共享转录属性变成干细胞样细胞。在实体瘤内的CSCs起源尚不明确类的肿瘤中也各不相同。在一些肿瘤中能充当细胞起源，经历致癌性转化变为部分分化的过渡-扩增细胞（也被称为祖细胞期的致癌转化从而呈现出更加干细胞样的特征肿瘤形成，CSCs和正常干细胞一样多分化的子代细胞；在CSCs的案例中是由这些子代细胞形成的。多种不同的持续增多的致瘤性干细胞形成于早期和随后的多级肿瘤演进过程展的肿瘤中形成CSCs，上述论断是否成立最近的研究将CSC特征的获得和上述相联系。在某些模型系统中的这种程序的诱导过程会诱导很多干细胞的典型特征，包括自我更新的能力以及与正常干细胞和肿瘤干细胞均相关的抗原表型序不仅仅可以让癌细胞从原发性肿瘤中物理性地播散出去这些标志物也在组织源性的正常干细胞中表达。最初与血液恶性肿瘤的发病机制密切相关，数年后特别是乳腺癌和神经外胚瘤中。以肿瘤表面标记物为基础的癌细胞分级产生了肿瘤细胞亚群（与该亚群在免疫缺陷小鼠中种植新肿这些往往罕见的肿瘤起始细胞被证实与某些正常的组织干细胞群体一起共享转录属性，来刺激它们起源尚不明确，实际上可能在不同种在一些肿瘤中，正常组织干细胞可经历致癌性转化变为CSCs；在其他肿瘤中，也被称为祖细胞）可能会经历初期的致癌转化从而呈现出更加干细胞样的特征。一旦原发性和正常干细胞一样，会自我更新并产生出更的案例中，很多肿瘤的大部分都多种不同的持续增多的致瘤性干细胞形成于早期和随后的多级肿瘤演进过程，最终在充分发上述论断是否成立，还有待确认。特征的获得和上述EMT分化转移程序在某些模型系统中的这种程序的诱导过程会诱导很包括自我更新的能力以及与正常干细胞和肿瘤干细胞均相关的抗原表型。这种一致性说明EMT程序不仅仅可以让癌细胞从原发性肿瘤中物理性地播散出去，HallmarksofCancer:TheNextGeneration16/21也可以授予这类细胞自我更新的能力，这对于它们在播种部位中随后的克隆性扩张中至关重要。倘若一概而论，这种联系提出了一个重要的推论性假说：触发EMT的异型性信号（例如那些由活化的、炎性的间质所释放出来的）在创建和维持CSCs的过程中也起到重要作用。越来越多的人类肿瘤细胞中被报道含有与CSCs的特性相关的亚群，正如其功能性定义的那样，在异种器官移植到小鼠体内时，它们具有有效的肿瘤引发能力。然而，CSCs作为肿瘤细胞的特殊表型子类的重要性仍然是一个有争议的问题，肿瘤中经常提到的稀有性也是一样。事实上，肿瘤中表型可塑性的运作很有可能会造成肿瘤干细胞和非肿瘤干细胞之间的双向互变作用，导致相对丰富的CSCs的动态变化。这种可塑性可能会让发生率的确切测量变得复杂。类似的可塑性与EMT程序密切相关，EMT程序也可以可逆地参与其中。尽管如此复杂，但是显而易见，关于肿瘤异质性的这种新观点对癌症的成功治疗有着重要影响。在各种肿瘤类型中有越来越多的证据表明，具有CSCs特征的细胞对各种常规的化疗性治疗的抵抗能力更强。它们的持久性可能有助于解释：通过由放疗和各种形式的化疗，会有表面上看上去成功的减瘤效果，但随后又会出现不可避免的疾病复发。事实上，CSCs可能会被证实是某些肿瘤休眠的基础，从而证明了为什么在外科手术切除或放疗/化疗治疗后，潜在的肿瘤细胞会持续抵抗数年甚至数十年，不料竟会突然爆发并形成危及生命的疾病。因此，肿瘤干细胞可能代表着一种双重威胁，意味着它们对治疗性杀灭有着更强的抵抗性，同时，又被赋予了一旦治疗停止就会重新生成肿瘤的能力。这种在CSC中隐含的表型可塑性状态也能够让肿瘤中形成功能独特的亚种，它们可以以不同的方式支持肿瘤生长。例如，EMT可以将上皮癌细胞转化为间质成纤维样癌细胞，从而很好地承担一些肿瘤中肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）的职责。值得注意的是，最近的一些报道已经证实了胶质母细胞瘤细胞（或者可能是相关的CSC亚群）能够转分化为内皮样细胞的能力，这种内皮样细胞可以在形成肿瘤相关新血管系统时，代替原来正常的宿主源性内皮细胞。类似这样的种种观察表明，某些肿瘤可以获得间质方面的支持，这一目的的实现可以借助于诱导一些它们自己的癌细胞经历各种形态变化过程而生成间质样细胞，而不必依赖于招募宿主细胞来提供其功能。在CSCs和肿瘤中的生物可塑性中的发现表明，由于细胞存在于分化的不同阶段，肿瘤中单一的、遗传上均一的细胞群体可能只是表型异质性的表现。然而，表型变异的一个同样重要的来源可能来自肿瘤内的遗传异质性，它随着肿瘤的演进过程而积累。因此，升高的遗传不稳定性会在肿瘤演进的后期阶段起作用，这可能会驱动强烈的遗传多样性，这种多样性超过了达尔文选择的作用，造成了遗传上独特的亚种，其形成的速度远超过它们可以被消除的速度。通过对肿瘤基因组的深入性序列分析，对这种思想的支持逐渐增强。由于近来DNA（和RNA）测序技术取得的巨大进展，这种序列分析已成为了现实。因此，在同一肿瘤的不同阶段通过微解剖实现的癌细胞的基因测序，揭示出惊人的肿瘤遗传异质性。一些这样的遗传多样性也许可以反映出在不同的人类肿瘤中被长期认可的组织学异质性。另外，这种遗传多样化也许有助于功能专业化，产生出有助于独特、互补能力的癌细胞亚群体，然后将整个癌细胞生长中的共同利益逐渐积累，正如上面所讨论的那样。16.内皮细胞大部分肿瘤中的细胞异质性都是从它们的间质腔室中找到的。在间质成分中最为明显的是细胞形成肿瘤相关的脉管系统。内皮细胞组成动脉、静脉和毛细血管的发育、分化和稳态的机制，这些已经在2000年被充分了解了。“血管生成开关”的概念也是一样，它激活了静止的内皮细胞，使其进入到一个细胞生物学程序中，以构建新的血管（见上文）。在过去的10年里，一个相互连接的信号途径网络（这些信号途径涉及到由内皮细胞所表达的信号转导受体的配体，如Notch、Neuropilin/神经菌毛素、Robo和Eph-A/B）被添加到已经很著名的VEGF、血管生成素、和FGF信号中。这些具有新特征的途径1.与发育中的血管生成、肿瘤相关的血管生成在功能上联系密切2.阐述了内皮细胞表型的复杂调控。其他的研究途径正在1.揭示肿瘤相关内皮细胞的独特基因表达属性2.识别细胞表面标记物，该标记物在正常内皮细胞和肿瘤内皮细胞对抗时，在腔内表面表达。信号、转录属性和血管“邮政编码”之间的差异为理解正常内皮细胞向癌症相关内皮细胞的转化会被证实有重要意义。反过来，这种知识可能会为开发新的治疗方法提供机会，该治疗方法可以开发利用这些差异，从而选择性地只针对肿瘤相关内皮细胞。与整个循环系统的内皮细胞最为相似的就是那些形成淋巴管的细胞。它们在肿瘤相关间质中所起的作用，特别是在支持肿瘤生长中所起的作用，还知之甚少。事实上，由于实体瘤中的间隙中高压力的存在，肿瘤内淋巴管道往往是损毁的、或者已经失去了功能；与此相反，在肿瘤的边缘和肿瘤细胞侵袭的临近正常组织中往往有功能性的、积极生长的（“淋巴管生成”）淋巴管。这些相关的淋巴管可能为引流淋巴结中的转移性播种充当管道，这在很多种癌症中都很常见。17.周细胞正如前面提到的那样，周细胞代表了一种专门的含有指状凸的间质细胞类型（与平滑肌细胞相关），指状凸与血管内HallmarksofCancer:TheNextGeneration17/21皮管相互缠绕。已知在正常组织中，周细胞向正常静止内皮提供旁分泌支持信号。例如，由周细胞分泌的Ang-1（血管生成素）向内皮细胞表面表达的Tie2受体传递抗恶性增殖稳定信号；一些周细胞也会产生低水平的VEGF来供应内皮稳态中的营养功能。周细胞还与内皮细胞相互协作来合成血管基底膜，血管基底膜可以锚定这两种细胞，同时有利于血管壁承受血液流动的静水压。有关周细胞的招募和联结过程中的遗传学和药理学扰动已经充分证明了在支持肿瘤内皮时，这些细胞的重要功能。例如，由肿瘤细胞和骨髓衍生的周细胞的祖细胞表达的PDGF受体信号的药物抑制，会导致肿瘤血管中周细胞覆盖的范围减少，这反过来使血管的完整性和功能受损；与此相反，有趣的是，在正常血管中的周细胞是不会出现这种药物干扰的，这提供了正常静态血管和肿瘤脉管之间调节差异的又一个例子。有一个仍待完全证实的有趣假设：缺乏周细胞覆盖的脉管系统的肿瘤可能更倾向于让癌细胞渗入到循环系统中，进而促使后续的血行播撒过程。18.免疫炎性细胞再次如上面所讨论的那样，免疫系统中的浸润细胞被日益接受为肿瘤的普遍成分之一。这些炎症细胞以相互矛盾的方式起作用：在大多数（而不是全部）肿瘤病变中，拮抗肿瘤型白细胞和促进肿瘤型白细胞均可以不同的比例被发现。虽然拮抗肿瘤的CTL和NK细胞的存在并不奇怪，但始料未及的是，免疫细胞的盛行会显著增强肿瘤的标志功能。通过免疫系统细胞形成致瘤组织的渗透，会促进肿瘤演进，或许与直觉不符，但是相关证据已经从20世纪90年代后期积累至今。这类工作将其概念性的根源追溯到慢性炎症与肿瘤形成的连接部位上，以致于可以将肿瘤描绘为永远无法愈合的伤口。在正常伤口愈合和抵抗感染的过程中，免疫炎性细胞转瞬即逝。与其相反的是，在慢性炎症中，它们会在患处持续存在，其存在与各种组织病理学过程密切相关，这些过程包活、纤维化、异常血管生成和肿瘤形成。在过去的10年中，同免疫细胞的药物抑制因子或是免疫细胞的功能一起，基因的操纵涉及各类免疫细胞中的定量或效应功能，这说明它们在促进肿瘤发生的过程中起到多样且重要的作用。如今，促肿瘤炎性因子的名单包括巨噬细胞亚型、肥大细胞和中性粒细胞，T淋巴细胞和B淋巴细胞也在其中。这类研究正在获得一个尚在增添的信号分子名单，而这些信号分子是通过炎性细胞作为其促肿瘤作用的效应器而被揭示出来的。这些包括了肿瘤生长因子EGF、血管生长因子VEGF、其他如FGF2、趋化因子这样的促血管生成因子，和增强炎症状态的细胞因子；此外这些细胞还可以产生促血管生成和/或促侵袭作用的基质降解酶，包括MMP-9和其他基质金属蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶和类肝素酶。与它们多样的效应蛋白表达相一致，已证实肿瘤浸润性炎性细胞1.诱导并帮助维持肿瘤血管生成2.刺激癌细胞增殖3.通过其在肿瘤边缘的位置优势，加速组织侵润性4.支持转移性播散和癌细胞种植。不止是存在于肿瘤基质中完全分化的免疫细胞，在肿瘤中也已经确认有多种部分分化的髓样祖细胞。这类细胞表现为以下两种细胞的中介物1.骨髓源的循环细胞2.在正常组织和炎症组织中发现的分化的免疫细胞。尤为重要的是，同它们已经分化的后代一样，这些祖细胞，表现出明显的促肿瘤活性。令人特别感兴趣的是，有一类肿瘤浸润型髓样细胞（定义为：共同表达巨噬细胞标记物CD11b和中性粒细胞标记物Gr1）已经被证实可以抑制CTL和NK细胞的活性，这种髓样细胞已经被独立鉴定为MDSCs（髓系抑制性细胞）。通过直接促进血管生成和肿瘤演进、同时提供一些方法来逃避免疫破坏，某些被招募的髓样细胞可能对对肿瘤的发展加倍有利。上述髓样细胞抑制CTL和NK细胞活性的特性有助于提高这一过程的可能性。促进肿瘤型免疫细胞和拮抗肿瘤型免疫细胞同时存在，这一与直觉不一致的情况可以通过调用免疫系统所扮演的不同角色而显得合理化：一方面，通过由固有免疫系统细胞支持的适应性免疫应答，免疫系统可以特异性检测并将目标对准传染性病原体。另一方面，固有免疫系统涉及伤口愈合、清除死亡细胞和清除细胞碎屑。这些专门的任务常常由炎性细胞的特殊亚群完成，即一类常见的巨噬细胞和中性粒细胞（参与支持适应性免疫），以及参与伤口愈合和组织清除的“替代性活化”的巨噬细胞、嗜中性粒细胞和髓样祖细胞。后面的这些免疫细胞亚群是伤口愈合所必须的血管生成因子、内皮细胞生长因子、间质生长因子，以及基质重塑酶的主要来源。也正是这些细胞被招募起来并转而支持肿瘤演进。类似地，B淋巴细胞和T淋巴细胞的亚群也许可以促进这类伤口愈合和肿瘤促进中巨噬细胞和中性粒细胞的补充、活化，以及维持。当然，固有免疫细胞，B淋巴细胞和T淋巴细胞的其他子类能够增强明显的肿瘤杀伤应答。肿瘤中互相冲突的免疫应答的平衡性，可能会被证实有助于预后，并且很有可能有助于设计重定向这些细胞对肿瘤破坏的疗法。19.肿瘤相关成纤维细胞在整个肿瘤范围中，我们发现成纤维细胞占不同的比例，在很多情况下均构成了肿瘤间质中的优势细胞群。术语“肿瘤相关成纤维细胞”至少包括了两种不同类型的细胞：1.与成纤维细胞相似的细胞，它们可以建立结构基础来支持大部分正常内皮组织2.肌成纤维细胞，根据其组织来源的成纤维细胞，它们的生物学作用和生物学特性变化很大。肌成纤维细胞由它们所表达的α-平滑肌肌动蛋白（SMA）所识别。它们HallmarksofCancer:TheNextGeneration18/21在大多数健康上皮组织中相当少见，虽然某些组织，如肝脏和胰腺中，都含有数量相当可观的α-SMA表达细胞。在伤口处，肌成纤维细胞会瞬时增加，这种情况在慢性炎症的部位也会发现。虽然对组织修复有利，但是肌成纤维细胞在慢性炎症中却是有问题的，它们有助于病理性纤维化，这在肺、肾脏和肝脏中的组织里可以观察到。已经证实，被招募的成纤维细胞和正常组织来源的重新编程的突变成纤维细胞可以增强肿瘤表型，特别是癌细胞的增殖、血管生成、侵袭性和转移性；它们的促肿瘤活性很大程度上是通过，向小鼠体内移植肿瘤相关成纤维细胞和肿瘤细胞的混合体而明确的，近来更是通过在肿瘤易感小鼠身上该功能的基因和药理扰动而明确。因为它们分泌多种细胞外基质成分，肿瘤相关成纤维细胞与促结缔织增生间质的形成密切相关，促结缔织增生间质具有很多晚期肿瘤的特征。由两种癌症相关成纤维细胞亚型组成的功能的完整谱系，对肿瘤发病机理的贡献仍有待阐明。20.肿瘤间质的干细胞和祖细胞构成肿瘤微环境的各种类型间质细胞可以从临近的正常组织（这类细胞最明显的储备库）中招募。然而，近些年来，骨髓已经日益被认为是肿瘤相关间质细胞的重要来源。已经发现间充质干细胞和祖细胞从骨髓运输到肿瘤中去，它们能在骨髓中分化成各种各样的表征充分的间质细胞类型。它们其中的一些新来的抵达者也可能维持在一个非分化或者部分分化的状态，表现出它们较为分化的后代所缺乏的功能。通过肿瘤负荷小鼠的利用，间质类细胞的骨髓来源已经被证实。在小鼠体内，骨髓细胞和它们播散的后代被指示物（例如绿色荧光蛋白GFP）选择性标记。虽然很久以前就知道免疫炎性细胞来源于骨髓，然而最近的研究发现，源于骨髓的周细胞的祖细胞和源于骨髓的多种肿瘤相关成纤维细胞的祖细胞在很多种小鼠癌症模型中被发现；有利于肿瘤血管生成内皮祖细胞的存在以及其功能的重要性尚未揭示。一并考虑后，这些各个方面的证据表明，肿瘤相关间质细胞可以被提供来让肿瘤生长，这一过程可以由如下方式实现1.通过预先存在的间质细胞的增殖2.源于临近正常组织的局部干/祖细胞的原位分化3.骨髓源干/祖细胞的招募。21.异型信号编排肿瘤微环境中的细胞有关细胞内部掌控肿瘤细胞生物学的途径的描述（例如，图2）需要被补充完整，通过类似图表来得以实现。该图表绘制了肿瘤和动态细胞外基质中的肿瘤细胞和间质细胞之间的复杂相互联系，肿瘤和动态细胞外基质会选择性地进行塑造和重建。由于大多数信号分子和途径尚有待确定，目前我们还无法达成一个相当完整且形象的描述，该描述应完全囊括了微环境信号相互作用网络。作为代替，在图5.上中我们提供了一个这类相互作用的线索。这些已经得到确认的为数不多的实例是为了举例说明一个具有显著复杂性的信号网络，该网络对肿瘤的发病机制至关重要。关于该复杂性的另一个观点没有使用这种简单的示意图表示：肿瘤细胞和环绕在它们周围的间质细胞在从正常组织向高度恶性肿瘤的多步转变中是逐步改变的。这种组织病理学演进反映了在肿瘤实质和间质之间异型性信号的潜在变化。这类逐步演进很有可能依赖于肿瘤细胞和支持性间质细胞的相互往复作用，正如图5.下所描述的。因此，早期肿瘤招募和激活间质细胞，并将它们在早期肿瘤出现前的间质中进行装配；反过来又通过增强临近肿瘤细胞的肿瘤表型来相互影响。早期肿瘤以这种方式来开始相互影响。可能会在遗传学角度进一步进化的癌细胞，再次将信号返回到间质中，继续对正常间质细胞进行重编程，来为萌芽期的肿瘤服务；最终，起源于肿瘤间质的信号会促使癌细胞侵犯到正常的临近组织，并加以播散。相互异型性的信号模型必须被扩展到包括肿瘤演进多步曲中的最后一步——转移（图5.右下）。源于原发性肿瘤、在循环系统中的癌细胞离开了由原发性肿瘤支持性间质所创建的肿瘤微环境。然而，在远处器官着陆的这些癌细胞遇到了一个天然的、完全正常的组织微环境。因此，当它们在原发性肿瘤中居住时塑造它们表型的很多异型性信号，在它们播散的部位却没有了，这为这些种植的癌细胞的生长形成了阻碍。因此伴随着播散的癌细胞准备在它们新发现的器官部位定植，癌细胞到间质细胞的相互作用（在原发性癌症中被定义为多步演进过程）的演替如今在远处组织必须重来。虽然这一逻辑在很多种转移的情况下也适用，在早前提到的另一些情况中，由于种种原因，某些组织微环境对新近种植的癌细胞完全支持；这种宽容的部位被称为“转移壁龛”。隐含在这一术语中的概念是：在这些部位种植的癌细胞也许不需要从诱导支持性间质开始，因为这里之前已经有了，至少已经有一部分了。这种宽容性也许是这些组织部位与生俱来的，或者由原发性肿瘤释放在循环系统中的因子事先诱导好了。证据最为充分的诱导转移壁龛的组件是促肿瘤炎性细胞，即使其它类型的细胞和ECM也可能被证明在不同的转移环境中起重要作用。我们预定想要完全阐述清楚癌症发病原理，但由于癌细胞与其支持性间质之间的信号互相作用在肿瘤多步发展的过程中也在演变，这就让达成预定目标变得更为困难了。例如，比起试图编排恶性演进过程来说，这一现实给系统生物学家尝试绘制出关键性调节网络图表的努力带来挑战。此外，理解这些动态变化过程似乎有可能对新治疗方法的发展起到至关重要的作用，这些新的治疗方法可以被设计成对原发性肿瘤和转移性肿瘤均有成功的靶向作用。22.靶向治疗对人类癌症的机制基础的靶向治疗的引入30年来的对肿瘤发病机制研究的显著进展成果HallmarksofCancer:TheNextGeneration19/21的引入已经被认为是年来的对肿瘤发病机制研究的显著进展成果。我们不会在这里一一列举正在开发或是已经进入到疗法。相反，我们考虑，目前对标志规律影响治疗进展的，在未来也可能越来越多地这样做高速发展的靶向治疗的医疗设备可以通过其对一种或者多种标志功能的不同作用而分类，这里一一列举正在开发或是已经进入到临床后期阶段的无数目前对标志规律的描述是如何开始在未来也可能越来越多地这样做。高速发展的靶向治疗的医疗设备可以通过其对一种或者，正如对图6中列举例子的阐述。事实上，由这些药物观察到的效果表明例中，会对特定功能起效：如果一项功能对肿瘤的生物学确特别重要，对它的抑制会削弱肿瘤的生长和发展我们注意到，目前为止，大多数对标志药物已经被刻意地转向了特异分子靶点，实现特定功能时均或多或少牵涉其中。这种功能特异性被认为是一个优点，因为它表现出对一个靶点的抑制活性基本上很少有脱靶效应，进而有较少的非特异毒性这导致临床上普遍反映作用时间短暂，接下来就是避免的复发。由越来越多的试验证据支持的对这种情况的解释是一种核心标志功能都是由部分冗余的信号通路调控在肿瘤中使用靶向性治疗药物抑制一个关键途径并不能够彻HallmarksofCancer:TheNextGeneration20/21由这些药物观察到的效果表明，在不同的案如果一项功能对肿瘤的生物学的对它的抑制会削弱肿瘤的生长和发展。标志靶向治疗的抗癌，这些特异性分子在这种功能特异性被认因为它表现出对一个靶点的抑制活性，而且进而有较少的非特异毒性。事实上，接下来就是几乎不可由越来越多的试验证据支持的对这种情况的解释是：每都是由部分冗余的信号通路调控。因此，在肿瘤中使用靶向性治疗药物抑制一个关键途径并不能够彻底关闭该标志功能，使得一些肿瘤细胞可以带着残余功能活下来，直到它们或它们的后代最终适应所提供治疗强加的选择性压力。可以通过突变、表观重编程或者间质微环境重塑实现的适应过程来重建功能作用临床复发。鉴于平行信号途径（的标志）的数量必须得到限制，持途径的有效靶向治疗，从而防止适应性抵抗的发展为了应对治疗，肿瘤细胞也可能减少其对一个特定功能的依赖性，变得越来越依赖于另一个耐药的一个完全不同的模式。通过近来对抗始料未及的反应，这一概念得以例证成的有效抑制会致使肿瘤休眠、对抗血管生成疗法的临床反馈已经被发现仅仅是暂时的使得一些肿瘤细胞可以带着残余功能活们的后代最终适应所提供治疗强加的选表观重编程或者间质微环境重塑作用，从而允许肿瘤重新生长和（这些途径可以支持一个给定，也许可以实现对所有这些支从而防止适应性抵抗的发展。肿瘤细胞也可能减少其对一个特定标志变得越来越依赖于另一个；这代表了获得性通过近来对抗血管生成疗法的这一概念得以例证。有些人预计对血管生、以至于导致其分解。相反，已经被发现仅仅是暂时的。HallmarksofCancer:TheNextGeneration21/21在某些临床模型中，强有力的血管抑制剂成功抑制了这一标志功能，肿瘤一方面适应、另一方面肿瘤从依赖于持续不断的血管生成转为增强其它标志功能——侵袭性和转移性。通过侵入附近组织，早期含氧量低的癌细胞显著地获得了能够进入正常的、预先存在的组织血管的能力。当人类胶质母细胞瘤经受抗血管生成治疗时，这种适应性/回避性抵抗的初步临床验证在逐渐增多的侵袭和局部转移中十分常见。这一教训在其他人类肿瘤中的适应性还有待确认。依赖于其他标志特征的类似自适应变化也可能限制类似的标志靶向治疗的疗效。例如，凋亡诱导药物的部署可能会诱导肿瘤细胞表达超活化促有丝分裂信号，从而使它们补偿了由这类治疗在一开始产生的损失。鉴于这样的考虑，暗示我们：将功能离散性标志功能的概念和涉及支持这些标志功能的多步生化途径的概念整合在一起，将有益于药物开发和治疗方案的设计。因此，我们可以想象，对多种核心标志功能和新兴标志功能的选择性协同靶向治疗，再加上机制引导性结合中的广泛性特征（图6），最终会带来对人类癌症的更加有效和持久的治疗。23.结论和未来展望我们在这里试图重新审视、完善，并拓展癌症标志的概念，这一概念为理解癌症的复杂生物特性提供了有效的概念框架。这6种后天获得功能——癌症的标志——作为大多数癌症的不可分割的组成部分，经受住了时间的考验。在不远的将来，一定可以将这些组织原则进一步优化，并将过去10年中的显著概念性进展延续下去。展望未来，我们可以想象在未来的10年，我们对侵袭性和转移性的理解方面会有显著进展。同样，有氧糖酵解在恶性生长中所起到的作用会被阐明，也包括——这种代谢性重编程是否是一种独立的能力（这种能力与其它慢性持续性增殖的核心标志不同）——这一论断。我们仍然困惑：到底免疫监视是几乎所有肿瘤都必须绕过的障碍呢？或者仅仅是肿瘤中一些特殊性免疫原性亚群所表现的特质？这个问题也会以某种方式得到解决。然而，其他领域的发展飞速。近年来，通过染色体修饰来操控染色体转录的详尽分子机制已经被发现，已有线索表明，在获得某些功能标志的过程中，染色体的构型有特殊变化。功能性后天显著改变似乎不仅仅是癌细胞中的因素，也是肿瘤相关间质的细胞改变的因素。目前尚不明确，这些表观机制的阐明是否会极大地改变我们对某些概念的全面认识。这些概念是：标志功能是后天获得的，还是说只是在我们已知的操控细胞的调节通路的基础上，添加一些额外细节。类似地，数以百计的不同的调控microRNA的发现，为我们对健康/病态机体中运转的遗传操控机制的理解造成了深刻变化。如今，伴随着1.在我们体内存在的数以百计的microRNA的功能尚未理解2.在不同的肿瘤中表达方式的改变仍旧是个谜，已发现几十种microRNA涉及到多种肿瘤表型，然而这才仅仅接触到整个复杂问题的表面。我们再次强调，我们并不清楚，是否未来的发展会造成我们对癌症发病机制认识的根本转变，还是说只能为我们已发现的详实的调节途径增加一点细节。最后，异型性交互作用的路径图解目前仍旧是初步的，这些交互作用是指：多种不同类型的细胞装配在一起互相合作，产生不同的类型与逐步进入恶性的癌细胞之间的相互作用。在下一个10年里，我们预计，描述肿瘤中这些细胞之间相互联系的信号通路，会以更加详实和清晰的方式绘制出来，远超我们现在的知识。正如从前那样，我们继续预期，癌症研究会是一个日益符合逻辑的科学，它其中无数的表型复杂性只是尚未揭示的组织原则的一小部分表现。