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Hallmarks of Cancer: The Next Generation
大家好，我是青山，這次為大家帶來第二版的“腫瘤總體論”的綜述解讀。間隔10年，與上一版相比，在保留腫瘤六個獲得性特征的前提下，引入了四個新的特征，分別是：能量代謝異常（Deregulating cellular energetics）、免疫逃逸（Avoiding immune destruction）、基因組不穩定（Genome instability and mutation）、促瘤炎癥（Tumor-promoting inflammation）。
基因組不穩定、促瘤炎癥是腫瘤細胞的獲得增殖、侵襲、轉移一系列能力的主要機制，其中，基因組不穩定及突變與腫瘤細胞惡性程度的關系最為密切，染色體的缺失、重復、倒位，基因堿基對組成或者排序的改變，啟動或加劇了腫瘤的發生、進展。促瘤炎癥與免疫逃逸又是同一系統，不同表現的兩類特征。炎癥，是機體機體對于刺激的一種防御反應，也是一把雙刃劍，通過免疫反應殺傷腫瘤細胞的過程中，也加速了腫瘤細胞的惡性程度進展。例如核因子κB(NF-κB)信號通路、Toll樣受體介導的信號轉導通路。在做腫瘤增殖實驗時，為腫瘤細胞系添加培養基是為了更好的觀察腫瘤細胞增殖能力的改變。在人體時，腫瘤細胞同樣為自己營造了富營養環境，實現克隆增值。能量代謝異常，就是腫瘤細胞施展的手段之一。
一、持續的增殖信號（Sustaining Proliferative Signaling）
正常細胞需要生長信號的刺激來控制細胞周期的進程（cell cycle），并且在細胞分裂和死亡之間保精確的動態平衡。大部分細胞生長信號通路由胞外的生長因子及跨膜受體酪氨酸激酶介導。相比來說，癌細胞對胞外信號、跨膜受體、胞內信號的異常調節，使自身獲得了對增殖的自控能力，不僅自己分泌生長因子，形成正反饋調節環，而且高表達相關受體增加信號轉導效率。這部分的機制研究，最復雜的不過是癌細胞接受生長信號后，胞內信號轉導的異常改變。查閱近年的腫瘤基礎研究，國自然的熱點，也不過是本綜述總結的三點機制: 體細胞突變激活下游通路，下調增殖的負反饋失靈，增殖信號過強引起衰老。
體細胞突變激活下游通路
體細胞突變是指除性細胞外的體細胞發生的突變。不會造成后代的遺傳改變，卻可以引起當代某些細胞的遺傳結構發生改變。RNA測序是實現了檢測人體組織細胞突變的手段。2019年，發表于Science的一項研究[1]發現人體正常組織中存在一系列體細胞突變，包括癌細胞的基因突變，其中皮膚、食道粘膜和肺組織中的體細胞突變負荷高于其他組織。體細胞突變可以在個體的一生中逐漸累積。突變可以分為3大類型：點突變（point mutation）、染色體突變(chromosomal mutation)和基因組突變(genomic mutation)。 其中以點突變最為常見和重要，包括轉換(transition)、顛換（transversion）、插入(insertion)和缺失(deletion)幾種類型，前兩種屬于堿基置換(basesubstitution)，后兩種屬于移碼突變(frame shift mutation) 。胞內突變的積累，即可引起一些列的信號通路異常，如MAPK信號通路，MAPK是信號從細胞表面傳導到細胞核內部的重要傳遞者。絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是一組能被不同的細胞外刺激，如細胞因子、神經遞質、激素、細胞應激及細胞黏附等激活的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶。所有的真核細胞都能表達MAPK。MAPK通路的基本組成是一種從酵母到人類都保守的三級激酶模式，包括MAPK激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MKKK）、MAPK激酶（MAP kinase kinase，MKK）和MAPK，這三種激酶能依次激活，共同調節著細胞的生長、分化、對環境的應激適應、炎癥反應等多種重要的細胞生理/病理過程。 MAPK鏈由3類蛋白激酶MAP3K-MAP2K-MAPK組成,通過依次磷酸化將上游信號傳遞至下游應答分子。MAPK屬于CMGC（CDK/MAPK/GSK3/CLK）激酶組。與MAPKs親緣關系最近的蛋白是細胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）。以RAS-RAF路徑為例解讀，生長因子growth factors 與跨膜受體結合引起胞內GRB2與SOS結合，刺激RAS蛋白釋放ATP，下游Raf級聯激活MAPKKK-MAPKK-MAPK，達到促進轉錄的調控作用。在腫瘤細胞，則不需要胞外生長因子刺激，突變引起Raf構象改變，自啟動MAPK級聯激活，促進轉錄（圖1）。
PI3K是一種胞內磷脂酰肌醇激酶， PI3K本身具有絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)激酶的活性，也具有磷脂酰肌醇激酶的活性。受到胞膜上酪氨酸激酶和G蛋白偶聯受體的信號后，PI3K的p85調節亞基即被募集到臨近質膜的部位，隨即產生第二信使PIP3，PIP3與細胞內含有PH結構域的信號蛋白AKT和 PDK1 (phosphoinositide dependent kinase-1) 結合，PDK1 激活后磷酸化AKT蛋白的Ser308 區域，最后活化AKT。活化的AKT通過磷酸化多種酶、激酶和轉錄因子等下游因子，進而調節細胞的功能（圖 2）。腫瘤細胞內的PI3K催化亞基突變后，不依賴胞外信號，自身激活產生第二信使，持續激活下游Akt通路，促進腫瘤細胞增殖。
下調增殖的負反饋失靈
正常細胞內存在一些負反饋調節機制，抑制過度的增殖信號。而癌細胞通過改變負反饋調節環路來達到對抑制生長的信號鈍化。原癌基因Ras，Ras蛋白為膜結合型的GTP/GDP結合蛋白，接受胞外生長因子刺激后傳遞細胞生長、分化信號。GTP→GDP釋放ATP過程是受負反饋調節的，而當Ras基因突變后，Ras持續激活MAPK通路，刺激細胞生長。PTEN為抑癌基因，又稱為MMAC1和TEP1。PTEN蛋白可通過拮抗酪氨酸激酶等磷酸化酶的活性，而抑制腫瘤的發生發展。PTEN功能缺失會放大PI3K信號途徑功效，促進實體瘤的生成。
增殖信號過強引起的衰老
細胞衰老是指細胞生長永遠阻滯于細胞周期的G1期，出現形態、生化及表觀遺傳的變化特性。由致癌基因誘導的衰老可能是對癌癥的一種先天性防御[2]。癌基因因突變而失活，失去了促進腫瘤細胞衰老的作用，例如對于正常細胞，c-Myc可抑制細胞衰老，失活促進癌細胞衰老。RAS，MYC，RAF蛋白的表達可以抑制細胞生長，增殖，促進細胞衰老。失活的RAS，MYC，RAF基因則無法組織腫瘤細胞的無限增殖。
二、逃避生長機制（Evading Growth Suppressors）
抑癌基因的缺失
Rb是一種抑癌基因。Rb基因（Rb gene）在許多不同的癌腫里處于突變狀態，這種基因的蛋白質產物是一種轉錄因子，其可控制驅使細胞進入分裂過程的重要基因表達。另外，在所有惡性腫瘤中，50%以上會出現p53基因的突變，由這種基因編碼的蛋白質也是一種轉錄因子，其控制著細胞周期的啟動。RB蛋白抑制細胞增殖的機理是由于它能和轉錄因子E2F結合，E2F能激活與DNA復制有關的酶的基因轉錄。當p105RB與E2F結合后，使E2F喪失活性。突變后的RB失去正常功能，癌細胞得以持續增殖。
P53正常功能（阻滯細胞周期、維持基因組穩定、抑制腫瘤血管生成）的喪失，最主要的方式是基因突變，通過腫瘤中大量的突變體分析，證實大部分突變是位于4個突變熱點之一的錯義突變。這4個突變熱點是aa129～146、 171～179、234～260、270～287。p53基因失去活性的細胞也失去了自我監視，自我修復的功能，逐步轉變為癌細胞[3]。
腫瘤接觸抑制減弱（NF2、LKB1）
腫瘤細胞規避接觸抑制的機制可能與NF2基因相關，NF2編碼產生細胞膜和細胞骨架蛋白merlin蛋白，與E-Cad和EGFR偶聯，使EGFR信號通路不能持續激活，表現為接觸抑制。但是在腫瘤細胞中，NF2發生突變，merlin蛋白功能缺失，減弱了接觸抑制的作用[4]，仍然可以在生長信號刺激下進行增殖。
LKB1(Liver kinase B1)基因或稱STK 11，位于19號染色體。LKB1 在人體多種組織中廣泛表達，以幼肝，睪丸，小腸和骨骼肌最多。LKB1基因的體細胞突變廣泛地存在于多種惡性腫瘤中, 因此,LKB1被普遍認為是抑癌基因。LKB1基因的編碼產物LKB1蛋白是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。LKB1的直接底物包括AMPK(AMP-activated protein kinase)和十二種AMPK激酶。LKB1增強AMPK的磷酸化水平，從而使AMPK激活。LKB1可以通過激活AMPK來抑制真核細胞生長正調節因子mTORC1(mammalian target of rapamycin complex 1)的活性，而mTORC1可促進細胞生長和細胞周期的進程。在許多腫瘤細胞中，mTORC1的活性都被異常激活。此外，LKB1基因可以拮抗MYC的促有絲分裂效應，維持表皮完整。腫瘤細胞中LKB1基因突變同樣使其喪失拮抗MYC的促分裂效能，抑制細胞增殖的作用減弱[5]。
TGFβ通路被破壞（Corruption of the TGF-b Pathway Promotes Malignancy）
轉化生長因子-β（TGF-β）信號通路在成熟有機體和發育中的胚胎中都參與了許多細胞過程，這些過程包括細胞生長，細胞分化，細胞凋亡，細胞動態平衡等其它細胞功能。盡管TGF-β調控許多細胞過程，這些過程相對來說都比較簡單。信號轉導開始時，TGFB超家族配體與TGF-βII型受體結合。II型受體是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶受體，它催化了I型受體的磷酸化，每種配體與一種特定的II型受體相結合。I型受體再磷酸化受體調控的SMAD蛋白（R-SMAD），這些蛋白再與coSMAD結合。R-SMAD/coSMAD復合體作為轉錄因子在細胞核內聚集，參與目標基因表達的調控。研究發現，TGFβ在正常細胞發揮的功能主要有，抑制增殖，誘導凋亡，激活自噬，抑制血管生成等作用，進而維持正常細胞的穩態。而在腫瘤細胞中，TGFβ突變后參與了腫瘤細胞的免疫逃逸，促腫瘤細胞生長，參與上皮間質轉化（EMT）。TGFβ是一把雙刃劍，腫瘤早期的抑制作用，晚期的促進作用[6]。
三、抵抗細胞死亡（Resisting Cell Death）
上版只列出腫瘤細胞抑制凋亡的機制，2010版增加了細胞自噬和壞死促炎。細胞凋亡（apoptosis）指為維持內環境穩定，由基因控制的細胞自主的有序的死亡。
凋亡是多基因嚴格控制的過程。如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等， 細胞凋亡的過程大致可分為以下幾個階段，接受凋亡信號→凋亡調控分子間的相互作用→蛋白水解酶的活化（Caspase）→進入連續反應過程。常見的凋亡受體配體組合主要有傳遞生存信號的IGF1-IGF1R和IL3-IL3R，傳遞死亡信號的FAS-FASR和TNFα-TNFαR。凋亡效應為caspase-8/9系統。 細胞凋亡的膜受體通路指細胞在感受到相應的信號刺激后，胞內一系列控制開關的開啟或關閉。不同的外界因素啟動凋亡的方式不同，所引起的信號轉導也不相同，目前對細胞凋亡過程中的信號傳遞系統的認識尚欠缺，比較清楚的通路主要有，膜受體通路和細胞色素C通路。
對于膜受體通路，外界因素為啟動劑，傳遞凋亡信號，引起細胞凋亡，以Fas -FasL為例，Fas是一種跨膜蛋白，屬于腫瘤壞死因子受體超家族成員，它與FasL結合可以啟動凋亡信號的轉導引起細胞凋亡。TNF誘導的細胞凋亡途徑與此類似。細胞色素C釋放和Caspases激活的生物化學途徑。
線粒體是細胞凋亡調控中心，線粒體的細胞色素C釋放和Caspases激活的生物化學途徑指的是，細胞色素C從線粒體釋放是細胞凋亡的關鍵步驟。釋放到細胞漿的細胞色素C在dATP存在的條件下能與凋亡相關因子1（Apaf-1）結合，使其形成多聚體，并促使caspase-9與其結合形成凋亡小體，caspase-9被激活，激活的caspase-9級聯激活其它的caspase，從而誘導細胞凋亡。盡管凋亡過程的詳細機制尚不完全清楚，但是已經確定Caspase在凋亡過程中是必不可少的，細胞凋亡的過程實際上是Caspase不可逆有限水解底物的級聯放大反應過程，參與細胞凋亡的包括caspase2，3，6，7，8，9，10。而p53基因可以促進凋亡蛋白Bax的表達，促進細胞的凋亡過程，當p53基因發生突變，抑制凋亡的機制也同樣受損，導致腫瘤細胞具備了抗凋亡的潛能（圖 8）。
細胞自噬
20世紀60年代，當時研究者們首次觀察到，細胞會胞內成分包裹在膜中形成囊狀結構，并運輸到一個負責回收利用的小隔間（名叫“溶酶體”）里，從而降解這些成分。借此實現細胞本身的代謝需要和某些細胞器的更新。直到20世紀90年代早期，大隅良典做了一系列精妙的實驗。在實驗中，他利用面包酵母鑒定出了第一批對自噬至關重要的基因。他對這些基因所編碼的蛋白質的功能進行了研究。結果顯示，自噬過程是由大量蛋白質和蛋白質復合物所控制的。每種蛋白質負責調控自噬體啟動與形成的不同階段。細胞自噬主要有三種形式：微自噬（microautophagy)、巨自噬（macroautophagy）和分子伴侶介導的自噬 (Chaperone-mediated autophagy，CMA）。（圖 9）
通常情況下，自噬可通過加快細胞代謝循環、協助細胞適應環境達成促進細胞存活的效果，凋亡則會導致細胞死亡（此類死亡被稱為type I cell death），但吃了細胞內大部分細胞器和細胞質的自噬小體也會導致細胞死亡，即type II cell death。起到樞紐作用的是mTOR（哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白），它它整合了來自不同細胞穩態傳感器的信號。雷帕霉素、細胞外氨基酸、生長因子、饑餓、細胞內鈣離子（這個和內質網應激相關）等均是通過mTOR影響自噬。
自噬與凋亡存在共同通路，即PI3K/AKT/mTOR。正常細胞接受生長信號時，會激活PI3K/AKT通路，抑制自噬和凋亡，正向促進細胞周期。而在饑餓狀態下，PI3K通路受阻，從而誘導凋亡和自噬。 另外一個與自噬相關的明星分子為Beclin1，Beclin1與BH3持續結合，抑制自噬的發生，在營養缺乏的情況下，Beclin1與BH3解聚，從而觸發凋亡（圖10-11）。
壞死促炎
腫瘤細胞除了抵抗凋亡和自噬，壞死促炎是另外一個抵抗死亡的機制[7]。與自噬不同，腫瘤細胞壞死后，釋放細胞因子至腫瘤微環境中，細胞因子招募免疫細胞清楚壞死組織，但是免疫抑制細胞也能促進腫瘤細胞的轉移，增強侵襲能力。換句話說，腫瘤細胞可能通過壞死促炎，利用免疫抑制細胞來為自身設置屏障。
四、無限復制（Enabling Replicative Immortality）
端粒維持機制
癌細胞要增殖到肉眼可見的程度，無限增殖的能力必不可少。正常細胞遵循海夫里克界限，有一定的壽命。腫瘤細胞改變端粒和端粒酶的正常功能，達到無限分裂的目的。較上一版的綜述，2010版中增加了兩個新機制，分別是端粒酶延遲激活和端粒酶的新功能。端粒酶的延遲激活機制指的是，在腫瘤初期，癌細胞不具備，高表達端粒酶的能力，端粒轉移酶的缺失危象，而短暫的端粒酶缺失會加速細胞癌變的進程[8]。 癌變后的細胞，端粒酶再次激活修復端粒，使癌細胞獲得無限增殖能力（圖 13）。
端粒酶具備一些的新功能，以往，端粒酶的功能就是延長和維持端粒，保護遺傳信息的完整性。近年來研究發現，端粒酶的表達可以被WNT通路上調，首先，wnt蛋白與細胞表面受體結合，抑制下游的Axin/GSK/APC復合物，使得βcatenin在胞內增加。Βcatenin進入細胞核后，可以與轉錄因子結合，促進端粒酶的表達，進而促進細胞增殖。
五、血管新生（Inducing Angiogenesis）
腫瘤的惡性增殖及侵襲轉移十分依賴于血管新生，獲得更多的營養供給。舊版主要討論了抗血管新生因子和促血管新生因子以及血管新生開關在癌灶新生血管方面的作用。在抗、促血管新生的過程之間出現了調節失衡，以VEGF、FGF為代表的促血管因子增加，以TSP-1為代表的抗血管因子減少。新版綜述，在此之上主要探討了內源性抑制劑，周皮細胞、骨髓衍生細胞對于血管新生的影響。發現內源性抑制抵抗血管生成因子大約十幾種，研究較深入的為TSP-1，是用凝血酶刺激后的血小板細胞膜中分離的一種膜蛋白，能夠與以CD36為代表的多種細胞膜表面受體結合，導致胞內非酪氨酸受體依賴的磷酸酶激化，進而執行血管新生的功能。在轉基因小鼠內過度表達TSP-1，腫瘤生長就會收到抑制。這提示TSP-1可能是機體抗腫瘤血管新生的內源性屏障[9]。（圖 15）
周皮細胞促進血管新生，周細胞（pericyte）又稱Rouget細胞和壁細胞，是一種包圍全身毛細血管和靜脈中的內皮細胞的細胞，可以收縮。周細胞嵌入毛細血管內皮細胞的基膜中，通過物理接觸和旁分泌信號與內皮細胞進行細胞通訊，監視和穩定內皮細胞的成熟過程。某些周細胞可以調控內皮細胞增殖分化，進而調控血管生成。例如，微脈管周細胞，這種周細胞由于缺乏肌動蛋白可能不能收縮，這些細胞通過間隙連接與內皮細胞進行聯系，調控內皮細胞增殖或者選擇性的抑制，如果沒有這一調控，血管增生以及血管畸形就會發生。腫瘤的血管新生與周細胞同樣存在緊密聯系[10]。VEGF等促血管新生因子打破成熟血管穩態，解離毛細血管內皮細胞依附的周細胞，腫瘤血管以出芽式新生，在細胞因子的作用下，招募周皮細胞，形成新的血管。
骨髓衍生細胞主要包括 巨噬、中性粒、肥大、骨髓祖細胞等，在細胞因子的作用下，能在腫瘤組織周圍浸潤，觸發腫瘤血管新生的開關，維持與腫瘤組織相關的血管持續生成[11]。（圖 17）
總之，腫瘤血管新生的涉及了促/抗新生機制之間的調節失衡，內源性抑制劑可以抗血管新生，周皮細胞和骨髓衍生細胞起到促血管新生的作用。
六、侵襲轉移（Activating invasion & metastasis）
新版增加了侵襲轉移的新特征，上皮細胞-間充質轉化（EMT），是指上皮細胞通過特定程序轉化為具有間質表型細胞的生物學過程。其主要的特征有細胞黏附分子(如E-鈣黏蛋白)表達的減少、細胞角蛋白細胞骨架轉化為波形蛋白（Vimentin）為主的細胞骨架及形態上具有間充質細胞的特征等。通過EMT，上皮細胞失去了細胞極性，失去與基底膜的連接等上皮表型，獲得了較高的遷移與侵襲、抗凋亡和降解細胞外基質的能力等間質表型。（圖 18）
EMT是上皮細胞來源的惡性腫瘤細胞獲得遷移和侵襲能力的重要生物學過程。腫瘤細胞經歷EMT失去細胞極性，所表達的表達標志物也相應改變，典型的有E-cad表達降低，N-cad和twist升高[12]。闡明調控惡性腫瘤細胞發生EMT過程的分子機制，明確其在惡性腫瘤的發生、發展、轉移中的病理意義，并探索基于EMT關鍵分子的診斷方法及靶向EMT關鍵分子的治療手段是腫瘤轉移中EMT機制研究的關鍵科學問題。
EMT and MET in health and disease.
基質細胞也參與腫瘤轉移，間充質干細胞(MSC)是屬于中胚層的一類多能干細胞，主要存在于結締組織和器官間質中，以骨髓組織中含量最為豐富，由于骨髓是其主要來源，因此統稱為骨髓間充質干細胞。骨髓間充質干細胞具有強大的增殖能力和多向分化潛能，在適宜的體內或體外環境下具有分化為肌細胞、肝細胞、成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞、基質細胞等多種細胞的能力。具有免疫調節功能，通過細胞間的相互作用及產生細胞因子抑制T細胞的增殖及其免疫反應 ，從而發揮免疫重建的功能。在腫瘤細胞的刺激下，間充質干細胞MSC分泌細胞因子CCL5，作用于癌細胞促進轉移[13]。另外，腫瘤相關巨噬細胞TAM能分泌基質降解酶，促進癌細胞局部浸潤。TAM還能分泌表皮生長因子EGF刺激癌細胞生長，增殖，同時癌細胞產生CSF-1激活巨噬細胞。總之，腫瘤與腫瘤組織的基質細胞交互作用能夠促進腫瘤發生侵襲轉移（圖 19）。
侵襲生長的可塑性，間質表型上皮樣轉化，MET是EMT的反轉，恢復上皮表型、重獲黏附能力、利于腫瘤歸巢、形成新的轉移。當腫瘤細胞發生EMT后，細胞間粘附降低，運動和侵襲能力增強，利于腫瘤細胞脫離原發病灶，進入周圍血管或淋巴管系統，成為腫瘤遠處轉移的前提。上述過程的逆過程叫做MET，是在微環境影響下，已經發生EMT轉變的腫瘤細胞逆轉恢復上皮表型，重獲粘附能力，利于腫瘤細胞的“歸巢”和增殖，形成轉移灶[14]，并將腫瘤轉移大致分為9個步驟：
1.原發腫瘤侵襲正常組織；
2.癌細胞通過EMT獲得轉移能力；
3.發生EMT的細胞可能發生微小殘留病灶；
4.殘留的病灶可能局部復發；
5.發生EMT的細胞從基底膜滲出，進入血管或淋巴管；
6.形成循環腫瘤細胞；
7.侵襲性的腫瘤細胞在血管內壁上增殖生長形成血管內腫瘤，腫瘤細胞也能通過外滲作用跨越內皮性血管進入結締組織；
8.侵襲性腫瘤細胞在細胞外基質當中形成新的微小轉移；
9.侵襲性腫瘤細胞撥散到遠端發生MET，形成新的轉移灶。（圖 20）
侵襲影響癌癥有多種類型，常見的侵襲類型有EMT、collective整體侵襲、amoeboid invasion阿米巴樣侵襲。Collective轉移性強，amoeboid invasion變形性強，有利于癌細胞在基質中滑行[15]。（圖 21）
上述為新版總結的六個特征，包括激活增殖，逃避抑制，抵抗死亡，無限增生，侵襲轉移，也是舊版提出的溜達特征，在此基礎上，新版更新了部分內容。作者將腫瘤細胞內的信號通路比喻為電路板，主要涉及腫瘤特征的通路有Wnt、NF-κB、PI3K、MAPK等，2010版，作者將這些通路按腫瘤的獲得性特征進行分類。下圖顯示，灰色與細胞運動有管的通路，綠色代表增殖，藍色代表細胞活性，紅色代表細胞分化。這些信號通路相互連接，成網。（圖 22）
七、基因組不穩定和突變（Genome Instability and Mutation）
基因組不穩定和突變也就是突變，是第七個獲得性特征，又稱為促因特征。腫瘤細胞侵襲，轉移等獲得性特征，是基于促因特征發展而來的。通常，正常細胞存在較低的突變負荷，機體可以通過免疫監視，修復等機制維持基因組的穩定。大量的基因突變導致癌細胞獲得了侵襲的特征。清除DNA損傷，修復基因組的機制稱為基因組守護者，p53基因就是其中之一[16]。p53通過調節細胞周期調控細胞增殖及凋亡，p53高表達可以阻斷細胞增殖，當細胞損傷無法修復時，p53會引發細胞凋亡。癌細胞存在p53基因突變，失去了監視和修復的功能。（圖 23）
端粒在維持基因組穩定性發揮重要作用，一方面端粒和端粒酶賦予癌細胞無限增殖的能力，另一方面，如果端粒DNA丟失，就會出現染色體不穩定性，出現染色體丟失的現象，在細胞周期中，細胞每分裂一次端粒DNA就會丟失一部分，一旦端粒，耗盡人瑟提的穩定性就無法保證。此時P53基因激活，促使細胞衰老，進行自我代謝。如果p53突變，功能喪失，染色體繼續復制就會出現斷裂等，最終導致惡性細胞的惡性增殖[17]。（圖 24）
八、促進腫瘤的炎癥（Tumor-Promoting Inflammation）
促瘤炎癥與突變一樣，也是促瘤特征，所以也具備促進侵襲轉移、血管新生等特征的出現。炎癥反應除了可以清除壞死組織及腫瘤，但是炎癥過程中釋放的分子可以促進腫瘤進展，例如，免疫細胞可以釋放生長因子，細胞外降解酶等細胞因子，激活相關癌癥相關的通路，促進血管新生和侵襲轉移。此外炎癥還能釋放EMT信號，產生以活性氧ROS代表的化學物質，進一步促進腫瘤細胞的侵襲轉移。腫瘤早期的炎癥比較明顯，促進癌癥演化。（圖 25）
九、能量代謝異常（Deregulating Cellular Energetics）
糖代謝有2種途徑，線粒體氧化磷酸化和糖酵解。正常哺乳動物細胞在有氧條件下，糖酵解被抑制（Pasteur Effect）。然而，1920年，德國生化學家Warburg發現，肝癌細胞的糖酵解活性較正常肝細胞活躍。提出，在氧氣充足下，惡性腫瘤細胞糖酵解同樣活躍，這種有氧糖酵解的代謝特征稱為瓦博格效應，表現為葡萄糖攝取率高，糖酵解活躍，代謝產物乳酸含量高。腫瘤細胞在增殖過程中，耗糖卻不高效產能，瓦博格效應很好的解釋了這個現象。在有氧的條件下，癌細胞從有氧化磷酸化轉變為氧糖酵解轉變[18]。葡萄糖攝取越多，乳酸產生越多。（圖 26）
葡萄糖轉運體(GLUT)是一類調控細胞外葡萄糖進入細胞內的跨膜蛋白家族，參與糖代謝，炎性反應和免疫應答等過程。機體細胞的葡萄糖轉運受GLUT1的調控[19]，癌細胞上調了GLUT1能夠促進大量葡萄糖進入癌細胞，顯著提高攝取和利用，為糖酵解提供原材料。此外原癌基因RAS、MYC、P53突變會影響糖代謝過程中的關鍵分子表達，影響癌細胞的代謝異常。例如Ras突變后，能激活PI3K-AKT通路，進而調節GLUT1的表達。腫瘤細胞在低氧條件下也會激活糖酵解途徑。不同的細胞亞群在能量代謝的水平上各有不同，具備自身的特點。根據瓦博格效應，有些細胞亞群依靠糖酵解產能，另一部分可以利用三羧酸循環產能。（圖 27）
十、免疫逃逸（Avoiding Immune Destruction）
腫瘤細胞的最后一個獲得性特征，免疫逃逸。2002年，經過系統的梳理和總結，由Schreiber 等首次提出腫瘤免疫編輯理論，并將其分為免疫清除、免疫平衡、免疫逃逸三個階段。該學說認為機體的免疫系統能夠識別、監視并最終“清除”絕大多數的惡變細胞；但可能會有少數惡變細胞躲過清除而進入“平衡”期，此期間免疫系統和惡變細胞相互塑造但機體并不表現出臨床癥狀，平衡期在極端情況下甚至可涵蓋機體整個生命過程；但惡變腫瘤細胞的主動作用一旦打破這種平衡狀態，腫瘤細胞將實現成功“逃逸”導致免疫系統喪失對腫瘤細胞生長的控制。
免疫編輯和免疫抑制在腫瘤免疫逃逸過程中發揮重要作用。研究發現免疫缺陷小鼠的腫瘤發生免疫逃逸的概率更高，產生速度也更快。CD8+T細胞和CD4+輔助T細胞，NK細胞功能缺陷的小鼠，成瘤性更強。對于NK和T細胞聯合缺陷的小鼠，更容易導致腫瘤的發生。移植瘤的實驗顯示，對于同系宿主來源于免疫缺陷的小鼠體內的癌細胞通常很難引發二次腫瘤，然而來自免疫系統正常的小鼠的癌細胞，能夠表現出與原宿主同樣的成瘤活性，這主要是因為免疫編輯的出現。機體通過免疫編輯控制腫瘤生長及重塑免疫原性，這個過程主要包括清除、平衡、逃逸三個階段。也成為3E學說[20]。在免疫逃逸階段，弱免疫原性的癌細胞增殖占比增加，生成肉眼可見的實體腫瘤。（圖 28）
腫瘤細胞還可能通過抑制宿主的免疫系統。例如，癌細胞可以釋放以TGF-β為代表的免疫抑制因子，進而抑制CTLs和NK細胞的功能。另外腫瘤微環境中存在免疫抑制細胞，如調節性T細胞和MDSC，都可以抑制T細胞作用，促進免疫逃逸。（圖 29）
研究發現腫瘤細胞的生長訊號部分起源于基質成分。基質細胞釋放促生長因子，這就是異種細胞通訊促進腫瘤細胞增殖的觀點。2010版的綜述，作者將這種現象歸納為腫瘤微環境，包括腫瘤干細胞CSC，內皮細胞EC，周皮細胞PC，炎癥細胞IC，腫瘤相關成纖維細胞CAF。傳統觀點認為腫瘤細胞是由體細胞突變產生，但是無法解釋腫瘤細胞無限復制的獲得性特征，腫瘤細胞生長增殖與干細胞的特性十分相似。腫瘤干細胞的提出，為腫瘤臨床治療開拓了新領域。（圖 30）
總結
近年來，腫瘤的靶向治療進展迅速，應用于臨床的靶向藥物，大多與腫瘤的十大特征相呼應，如VEGF抑制抗血管制劑（圖 31）。至此兩版的hallarkers of cancer解讀完畢，相信閱讀這兩版的綜述，大家已經能對腫瘤領域近十年的研究熱點有了一些概覽，兩版綜述提出的各個特征下的明星分子，也是活躍于國自然項目。
為了讓大家對腫瘤基礎文章有總結性的認識，后續的解讀，主要涉及明星通路，明星分子。有了這些內容做背景，和大家聊起生信科研不是更專業嘛？2021版的綜述并沒有關注腫瘤的新特征，而是關于EMT的進展研究，后續也會為大家奉上，一起學習。
參考文獻
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