Oncogene发表《循环肿瘤细胞生物学》综述

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Oncogene发表《循环肿瘤细胞生物学》综述Nature杂志子刊Oncogene于2015年7月8日在线发表了德国和奥地利两国科学家联合撰写的题为“循环肿瘤细胞生物学”的综述文章。该综述系统阐述了循环肿瘤细胞怎样参与转移过程，以及在临床实践中如何利用循环肿瘤细胞。过去的几年中，随着新一代测序技术的发展，关于癌症基因组的研究已经很多，如: International Cancer Genome Consortium (ICGC)希望获取50种不同肿瘤基因组、转录组和表观遗传学改变; The Cancer Genome Atlas (TCGA)提供10000种肿瘤基因组的数据信息。然而，这些数据大都基于肿瘤的原发灶样品，并未显示随着时间变化肿瘤自然发展或治疗诱发的改变。这显然具有局限性，例如乳腺癌从原发到转移可以超过10年，化学治疗也可促使非主流或休眠的细胞类型占据主导地位。由于多数患者并非因原发肿瘤而是由于肿瘤的转移扩散而去世，因此，缺乏转移癌信息的基因型分析存在很大的局限。外周血可以提供癌症起源的样品，如CTCs或ctDNA，由于这些检测可以实时反映肿瘤原发灶和转移灶的状态特性，因此“液体活检”技术可以动态评估肿瘤的变化。CTC并不总是以单个细胞形式在血液中存在，而是可以以多个细胞组成CTM。CTM具有两个特性：缺乏凋亡细胞，因而具有存活优势；缺乏扩增细胞，因而相对具有抗化疗优势。
浸润性肿瘤每天释放数千个癌细胞进入血液。乳腺癌病人血液中CTC半数存活期仅有1-2.4小时。因此，绝大多数CTC都由于缺少基质存活信号和循环剪切力而坏死，因而转移形成的关键限制步骤是在循环中存活，而且出血管并在远端器官形成克隆。因而，CTC在许多肿瘤中具有预后作用。
图1 转移发生的必要步骤。CTC分子特性的分析方法科学家已经研发了多种用来分析CTC肿瘤细胞群落的技术，具体可以被划分为DNA、RNA、蛋白为基础的方法。这些技术也实现了对从血液中捕获CTC目前方法的鉴定作用。 图2 CTC分析方法
WGA, whole-genome amplification;array-CGH, array comparative genomic hybridization;NGS, next-generation sequencing;WTA, whole-transcriptome amplification;qRT-PCR, quantitative real-time PCR;CDXs, CTC-derived explants
CTC含有与转移相关的特定突变从早期新生肿瘤发展到转移癌需要一年到十多年的进化过程，其中会出现新的突变和克隆选择。这提示选择基因特定的突变可能与肿瘤的转移相关。然而，原发肿瘤和匹配的转移灶外显子比较测序并没有鉴定到特定的转移相关突变。许多癌症的转移可能性可以被原发肿瘤的整体基因表达谱来预测，这提示癌细胞含有偏于肿瘤转移的特性。肿瘤转移的驱动力可能不是独立的突变，而是多种基因组和表观遗传学改变，尽管每一个仅导至轻微的选择性优势。CTC可以检测到与原发肿瘤一致的大量突变。目前观点认为，复发转移特定的突变不仅存在，而且转移显示出与原发肿瘤常见突变基因不同的转变。因此，遗传转变，在原发肿瘤发生，但是在转移克隆富集，导至在原发和转移肿瘤之间不同的突变等位基因频率。因此，CTC一定不代表原发肿瘤所有群组，而仅是其中一部分，不同的CTC具有不同的定位到特定器官的能力。
然而，由于CTC从血中获取困难，频数很低，目前仅有相对少量的CTC可以进行基因组和表型分析。CTC与原发灶和转移灶之间遗传相关性，以及基因组多态性目前还不清楚。这些限制有待于新的方法加以克服。
转移微环境、种植和休眠决定CTC特定器官种植能力的三个关键因素是：循环模式、溢出血管壁垒和到达转移地存活。多数CTC在到达远端器官前死亡消失。决定CTC在远端器官存活适应的因素还不太清楚，但是CTC与微环境之间的相互作用至关重要。大量CTC在远端位点死亡的原因是不适应新的微环境。这与新环境对于DTC的生长抑制因子信号有关。
CTC的命运经常由特定的微环境决定，例如，骨髓造血干细胞微环境。转移微环境是指支持播散肿瘤细胞存活和自我更新的特定位置、基质细胞类型、扩散信号、细胞外基质蛋白。CTC在距离原发肿瘤较近的区域易于种植的原因就是土壤和支持基质比较合适。临床脑转移的发生主要有两个关键微环境决定因素：CTC逃避反应基质信号的能力；CTC与毛细血管结合的能力。
进一步，CTC可以在远端位点存留并且生存很久。在原发肿瘤诊断和转移灶检测之间的间隔被称作“转移潜伏”。癌症细胞达到远端定位和在该器官克隆性生长之间的间隔称为“休眠”。

图3 CTC的阻止和种植。

（a）CTC与微环境相互作用。（b）多数情况下，微环境对CTC充满敌意，阻止它们溢出、种植和克隆化生长。（c）有时，存在对CTC友好的微环境，甚至释放适合的物质（红点）吸引CTC。（d）CTC可以成功阻止微环境释放的保护性物质。（e）上述b、d的实例。

CTC功能研究由于病人富集的CTC数目很少，功能研究极具挑战。发展新的CTC培养技术迫在眉睫。CTC在无血清培养基非粘附球状生长扩增是CTC培养的关键步骤。有趣的是，培养成功取决于给与的治疗，只有当病人不进行治疗，或治疗时病情进展才可以成功。
脊椎动物细胞具有巨大的自我组织能力。应用三维培养条件，起源于CTC的前列腺癌类器官被成功建立。此外，异体种植研究有助于理解抗性决定因素和发展新颖的治疗。最近，一株结直肠癌病人CTC的细胞系被成功建立，具有EMT中间表型、干细胞样特性和骨髓起源的骨拟态信号。CTC的临床应用CTC的临床应用主要是疾病监控。将来的癌症患者个体化医疗策略将基于血液收集和快速报告CTC分子分析。这是由于转移灶的重复采样很难获得，不同位点的转移灶具有不同的基因组学变异。这样，血样就是来源于不同转移位点的转移细胞的混合，可以应用在预防、微小残留病的检测、治疗监控和预测性标志物鉴定。 图4 CTC的临床应用。

作者认为，除了CTC，ctDNA也是肿瘤基因组的非侵入方法。CTC和ctDNA的释放机制仍然未知，在癌症病人血样中CTC和ctDNA常有不同的报告结果。对于临床应用，CTC和ctDNA技术是协同而非竞争性技术，是互补性分析手段。

参考文献：The biology of circulating tumor cells.Oncogene. 2015 Jun 8.doi: 10.1038/onc.2015.192.
来源：莱尔生物