Nature reviews cancer | 循环肿瘤细胞的生物学、缺陷及临床 …

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尽管癌症研究和治疗取得了进展，但转移仍然是全世界癌症相关死亡的主要原因。目前临床诊断工具在预测转移性进展和检测微小残留疾病方面的局限性是改善预后的主要障碍。由于诊断阈值不足、与时间和空间肿瘤异质性相关的采样偏差以及对转移性病变的获取有限，诸如组织活检、成像方式和肿瘤标记物等标准护理(SOC)方法通常在捕获患者癌症所有相关方面的能力方面受到限制。
基于血液的肿瘤来源材料为早期检测、预后和预测对抗癌药物的反应提供了一种替代的、实时的和微创的方法。其中最有趣的液体分析物是循环肿瘤细胞(CTC)，它从原发性和/或转移性肿瘤中脱落到血液中，最终在远处的部位播下转移的种子。作为转移过程的先驱，CTC是一种非凡的细胞，它提供了捕获和审问最具侵略性的癌症克隆的机会，提供了对血液传播转移的生物学和脆弱性的特权。
致力于研究CTC作为液体活检分析物的整个研究领域已经取得了显著进展，并导致CTC作为生物标志物在临床试验中的转化实施。然而，尽管科学进步和技术创新，CTC的罕见性质带来了相当大的挑战，因此，其在常规临床实践中的使用一直缓慢。推进CTC的使用，充分发挥其作为抗转移治疗的高度准确和预测工具的潜力，既有机遇也有挑战。
Nature reviews cancer综述了这一动态领域的最新发展的当前和全面的概述，重点是CTC在血源性转移中的作用。

• 转移级联的逐步进展
  

癌细胞的侵袭性特征的形成(例如，不畸形)和缺氧条件(由蓝色烟雾表示)通过上调缺氧诱导因子1α (HIF1α)、NMYC下游调控基因1蛋白(NDRG1)和血管内皮生长因子a (VEGFA)，有利于癌细胞从原发肿瘤部位释放。这通过促进转移的特征进一步增强，包括CXC趋化因子受体4 (CXCR4)和血管生成素样蛋白4 (ANGPTL-4)的表达，基质金属蛋白酶(MMPs)的分泌，磷酸甘油酸脱氢酶(PHGDH)的表达降低和细胞骨架重排。有利于扩散的外部条件进一步由肿瘤微环境中的物理因素(例如流体压力和硬度)和周围细胞(例如癌症相关的成纤维细胞和内皮细胞)提供。来自肿瘤微环境的机械刺激通过激活癌相关成纤维细胞中的yes -相关蛋白1 (YAP) -转录共激活因子与pdz结合基元(TAZ)促进转移条件，有利于癌细胞侵袭。此外，内皮细胞分泌的旁分泌因子可降低癌细胞中的PHGDH水平，增强细胞迁移和侵袭。静脉注射(b部分)和循环(c部分)。循环肿瘤细胞(CTC)及其簇在循环中的半衰期很短，这是由于不利的条件，包括物理力(即剪应力)和anoikis。TCT可以通过下调主要组织相容性复合体I类(MHC-I)，表达免疫检查点分子(例如，程序性细胞死亡蛋白1 (PD1)配体1 (PDL1)和CD47)或通过血小板和中性粒细胞的支持来逃避免疫系统。细胞内在因素(例如，抗凋亡因子的表达)增强了CTC的存活和成功转运，而昼夜节律性(和相关激素波动)决定了CTC静脉滴注事件的时间，在休息期达到峰值。外渗的效率取决于粘附分子的表达(如CD44、黏蛋白1 (MUC1)和唾液酸l- lewis A (sLeA)/唾液酸l- lewis X (sLeX)、趋化因子释放、物理性质(如CTC簇大小和可变形性)和支持细胞(如通过形成中性粒细胞细胞外阱(NETs)形成的中性粒细胞)。转化生长因子-β (TGFβ)/SMAD家族成员3 (SMAD3)信号通路导致各种粘连相关分子上调，促进CTC血管粘连。成功归巢到新环境依赖于生态位因素(即各种器官特异性细胞类型)，但也受CTC预设转移潜力的影响。CTC可能从原发肿瘤或转移病灶扩散到播撒新的转移瘤(转移-转移播撒)或返回原发肿瘤部位(肿瘤自我播撒)。


2. 循环肿瘤细胞簇的生物学特征
循环肿瘤细胞(CTC)的聚类可能只发生在肿瘤细胞之间(同型CTC簇)，以及肿瘤细胞和其他细胞类型之间(异型CTC簇)。这导致在循环中的增殖和存活增强，使转移能力更高。CTC的同型聚类导致典型的寡克隆簇的产生，由细胞粘附分子(例如，plak血红蛋白，clodin和CD44)保持在一起。这些分子的表达和簇的形成是由缺氧条件促进的。CTC聚类引发表观遗传变化(例如，OCT4、NANOG和SOX2结合位点的低甲基化)，导致干细胞样细胞行为，从而促进转移播种。异型CTC簇(例如，肿瘤细胞与中性粒细胞、癌症相关成纤维细胞或血小板之间)在转移部位显示增殖、侵袭和归巢增加，以及对免疫监测的保护。


3. 循环肿瘤细胞捕获、分析和临床试验设计
可用的循环肿瘤细胞(CTC)检测技术和CTC如何被纳入临床试验设计的例子。CTC捕获工具包括抗原依赖技术(例如，通过固定化抗体、抗体包被珠或包被血管内导丝进行免疫捕获)和抗原不依赖技术(例如，密度梯度离心、基于可变形性和尺寸的微流体系统、基于尺寸的过滤系统、基于电荷的技术或细胞采集)。后者不需要表型谱的先验知识，与抗原依赖方法相比，被认为可以捕获更多异质的CTC种群。CTC的下游分析包括直接药物表型，创建CTC衍生的异种移植“化身”模型和单细胞水平的多组学研究:表观基因组学、蛋白质组学、基因组学和转录组学。在创新临床试验环境中使用CTC的验证包括将CTC与标准护理(SOC)诊断和治疗方法或其他液体活检分析物(例如，循环肿瘤DNA (ctDNA))进行随机和基准测试，以及测试基于CTC的治疗策略。该图显示了基于CTC的临床试验设计的各种可能性:基于CTC的液体活检与组织活检的随机化，以指导治疗的选择; 基于CTC(阳性vs阴性)的随机化，以指导治疗的选择(即实验性或靶向性vs SOC); 对CTC阳性的患者进行随机分组，采用不同的靶向或实验性药物进行治疗;根据纵向或重复的CTC评估进行随机化，以指导后续的治疗方案(例如，靶向或实验性治疗与SOC); 比较单独使用CTC与SOC诊断方法(例如，医学成像)或使用其他液体活检分析物(例如，ctDNA)或每种单独模式与联合使用模式的随机试验。


4. 循环肿瘤细胞靶向策略
这里概述了各种潜在的循环肿瘤细胞(CTC)靶向策略，这些策略是根据最近的实验工作提出的。策略a，通过正常低氧肿瘤微环境抑制癌细胞的内渗; 例如，通过ephrin B2 Fc嵌合体蛋白(EpB2)治疗导致血管内皮生长因子受体(VEGFR)信号通路的调节和血管正常化，阻断静脉注射相关蛋白(例如，polo样激酶(PLK1)抑制)或阻断癌症和内皮细胞之间的细胞相互作用(例如，整合素靶向抗体)。策略b, CTC簇的解离或阻止其形成，例如通过Na+/K+- atp酶抑制、肝素酶(HPSE)抑制、尿激酶型纤溶酶原激活剂(尿激酶)刺激或抑制血小板受体对CTC的作用。策略c，通过增加氧化应激和抑制丙酮酸或脯氨酸代谢的代谢干扰，或使用e -选择素/肿瘤坏死因子(TNF)相关的凋亡诱导配体(TRAIL)包裹的纳米脂质体，模拟自然杀伤细胞(NK)的活性，靶向CTC生存。策略d，通过针对程序性细胞死亡蛋白1 (PD1)和PD1配体1 (PDL1)的免疫检查点抑制剂、细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4 (CTLA4)或CD47靶向免疫逃避，“遮蔽”CTC进行免疫清除。策略e，使用工程化的CTC作为治疗载体(例如前药物缀合物)或CTC用于肿瘤疫苗开发。策略f，基于CTC的时间疗法(即在CTC产量最大的时候提供最有效的治疗)。


近年来，非凡的技术进步已经能够从患者的血液样本中识别和检测罕见的循环肿瘤细胞(CTC)，从而开辟了新的研究领域，并为改变范式的基于液体活检的临床应用带来了希望。对CTC的分析揭示了不同的生物学表型，包括CTC簇的存在以及CTC与免疫细胞或基质细胞之间的相互作用，影响转移的形成，并为癌症脆弱性提供了新的见解。