近年来随着免疫治疗和靶向治疗等新型肿瘤疗法的一直生长，肿瘤的临床诊疗取得了许多突破性希望，但肿瘤转移仍然是肿瘤致死的主要缘故原由之一。现有的临床诊断要领在展望转移性肿瘤上仍然保存许多局限性，主要包括：诊断阈值缺乏、与时间和空间肿瘤异质性相关的采样误差较大以及对转移性病变的获取方法有限等等，这也是改善肿瘤患者预后的主要障碍。
血液泉源的肿瘤质料为早期诊断、预后和展望抗肿瘤药物反应提供了一种适用且微创的要领。血液样本中主要的剖析物是循环肿瘤细胞(CTC)，它从肿瘤的原发部位脱落到血液中，最终在远端定植实现肿瘤转移。作为肿瘤转移的先驱，CTC不但为捕获最具侵略性的肿瘤克隆提供了时机，也提供了肿瘤经血液撒播转移的生物检测指标。然而，CTC的有数性为科学研究和临床诊断带来了重大挑战，导致CTC在肿瘤转移诊断和靶向治疗的临床应用希望缓慢。怎样将CTC作为肿瘤转移和治疗的展望工具推进CTC使用，是当下转移性肿瘤诊疗中面临的要害问题。
克日，瑞士苏黎世联邦理工学院分子康健科学研究所的Nicola Aceto教授团队在肿瘤领域的顶级期刊《nature reviews cancer》上揭晓题为“Biology, vulnerabilities and clinical applications of circulating tumour cells” 的综述（图1），对血液中循环肿瘤细胞(CTC)研究领域的最新生长举行了周全概述，重点总结了CTC在血源性转移中的作用，形貌了影响CTC转移潜力的种种因素，回首了目今最新的CTC检测、捕获和下游剖析手艺，为CTC的临床转化研究提供了指导。
图1 （图片泉源：Nature reviews cancer）
转移性肿瘤的扩散模式
大大都肿瘤转移是通过肿瘤细胞直接进入血管或淋巴系统引起的，较少的转移是通过肿瘤细胞直接扩散到相近组织爆发的。虽然现在使用阳性淋投合状态作为晚期肿瘤的标记，但也有实验证据批注，经淋巴系统转移的肿瘤细胞必需在转移之前穿过淋巴系统才华实现远端转移。因此与淋巴转移相比，血源途径才是肿瘤转移的主要途径。
肿瘤的经典转移模子
经由几十年来的科学研究，原发肿瘤形成的详细病理机制已基本清晰，但转移性肿瘤的生物学基础仍没有被充分剖析。转移是一个多办法的历程，取决于原发肿瘤中具有侵袭和转移能力的细胞克隆，这些细胞克隆通常会通过静脉逃逸，以CTC的形式进入血液，并在远处组织或器官定植，生长成继发性肿瘤。
肿瘤细胞的经典转移模子主要包括两种：(1)线性或晚期撒播模子；(2)平行希望或早期撒播模子。第一种假设是：随着时间推移和自然选择，在原发肿瘤内爆发最适合转移的肿瘤细胞克隆，随后这些优势细胞从原发部位脱落经血液实现转移，这会引起转移瘤和原发瘤体现出高度的遗传相似性。然而事实上，转移瘤和原发瘤却保存很大的遗传差别，这也批注肿瘤细胞逃逸可能爆发在肿瘤进化的早期，甚至可能爆发在肿瘤前阶段，这些脱落的细胞在转移的历程中一直突变进化，这就是肿瘤转移的第二种经典模子。
若是应用系统发育学原理来研究肿瘤转移-扩散行为，会发明肿瘤的转移方法远比上述的经典转移模子重大得多。对肿瘤谱系分支和进化历程中泛起的奇异亚克隆细胞剖析发明，肿瘤转移灶之间保存单克隆或多克隆种子，这说明转移历程是极其重大的。肿瘤细胞的扩散可能不但通过单克隆细胞施展作用，还能通过施展焦点作用的多克隆肿瘤细胞同时转移实现，最终导致转移后的肿瘤在空间和时间上都远离原发肿瘤。
转移性扩散的第一个要害办法是肿瘤细胞侵袭，通过静脉进入近端血管(图2)。这种侵袭可通过被动脱落或自动入侵进入血液循环系统。在被动脱落的情形下，肿瘤流体力学和未成熟的肿瘤新生血管屏障功效降低都有助于将肿瘤细胞倾轧到外周。然而，肿瘤细胞被动脱落的频率和确切条件仍然知之甚少。
图2 癌症转移级联的逐步希望（图片泉源：Nature reviews cancer）
CTC表型异质性和CTC聚类
上皮细胞在与周围情形失去联系时通常会履历“失巢凋亡”；那么，若是肿瘤细胞也遵照这样的规则，原则上是无法实现转移的，但事实上肿瘤不但可以实现转移，还能在靶器官定植。那么事实哪些特征能支持CTC乐成转移呢？EMT被以为是转移的要害条件，它既增添了CTC非接触生涯期(即对失巢凋亡的对抗力)，也增添了CTC潜在的侵袭性。临床前研究批注，EMT转录因子，如SNAIL和TWIST，在体外抑制细胞-细胞接触，增添运动性和侵袭性。可是，在基于EMT谱系追踪的模子中发明，EMT也能阻止转移性肿瘤细胞的定植。通过对以上征象举行视察剖析发明，EMT在肿瘤转移中的作用不是二元的，而是过渡性的，EMT是肿瘤转移的影响者而不是驱动者。因此，在CTC中EMT处于中等水平，并与可塑性、干细胞样特征、不良治疗反应和疾病希望相关。
对细胞接触依赖、整体迁徙和高度转移的CTC群集视察发明，转移肿瘤的多克隆和亚克隆之间保存互利或协同作用，肿瘤的扩散不但通过单个CTC爆发，也通过异构CTC集群爆发。一些研究批注，CTC集群，包括外周循环中总CTC集群，与单个CTC相比，转移潜力增添了100倍。同型聚类增强了种种细胞特征，不但能上调转移抑制基因的甲基化还能引起转录因子OCT4、SOX2和NANOG团结位点甲基化，配合增进CTC 转移和定植(图3A)。
图3 循环肿瘤细胞簇的生物学特征（图片泉源：Nature reviews cancer）
聚类不但会爆发在同型CTC之间，也爆发在CTC与其他细胞 (异型簇)之间，包括血小板、髓系细胞和CAFs (图3B)。CTC与血小板的相互作用在血液循环中迅速爆发，不但能提升CTC的转移能力，还能提供免疫掩护，使CTC免受T细胞和NK细胞的扫除。中性粒细胞是形成异型CTC簇的另一个爪牙。中性粒细胞被CXCL5和CXCL7依赖的趋化作用召募，并通过血管细胞粘附分子1 (VCAM1)介导的粘附与CTC建设细胞接触，增添其增殖和转移潜力 (图3B)。别的，CTC还能诱导中性粒细胞外陷阱形成，增进粘连和CTC细胞外渗。中性粒细胞也能掩护CTC免受免疫监视。CTC与髓源性抑制细胞和巨噬细胞聚类也有类似作用。除了具有主要的生物学意义之外，聚类形状还会影响循环中的CTC行为，表型的可塑性和聚类的变异都能影响CTC转移能力。
CTC的检测与剖析
由于CTC的有数性，捕获CTC仍然具有挑战性，高效的CTC富集关于可重复的下游剖析和应用至关主要。
CTC检测和剖析要领可分为抗原依赖性和抗原非依赖性要领（图4）。迄今为止，最普遍使用的要领使用CTC上表达的抗原和循环中其他细胞上最低表达的抗原来实现阳性选择。FDA批准的CellSearch系统和AdnaTest CTC Select都使用基于EpCAM表达的免疫磁性选择。进一步的标记物，包括pan-CK和CD45，划分用于提高敏感性和特异性。磁性活化细胞疏散（MACS）手艺将抗体包被的磁珠用于CTC捕获。
不基于抗原的检测手艺使用物理特征，如巨细、电荷、密度或弹性来富集CTC。正在开发多模态要领，以进一步提高迅速度和特异性。例如，Isoflux团结了流量控制和免疫磁珠，而Cyttel系统是一种基于图像的检测工具，它顺序团结离心、免疫组织化学和荧光原位杂交来识别CTCs。微流体平台Parsortix和CTC iChip还可以与基于标记物的阳性和阴性选择（例如EpCAM、EGFR、HER2和CD45）、成像和显微操作相团结，以疏散纯CTC亚组。
图4 循环肿瘤细胞捕获、剖析（图片泉源：Nature reviews cancer）
基于CTC的临床应用
CTC的懦弱性和针对性：现在消除转移的战略与应用于原发性肿瘤的战略相同：靶向生长和肿瘤爆发，而不是转移历程自己。几种临床前研究和未来临床试验设计的想法正在挑战这种真正转移靶向药物。由于转移性癌症是CTC的子女，靶向CTC原则上会直接中止转移历程（图5）。
靶向CTC的战略有以下几种：
1. 使用血管正常化诱导剂靶向缺氧诱导的CTC簇释放，避免CTC渗入/渗透血管；
2. 抑制或破损CTC簇的药物好比尿激酶，Na+/K+-ATP酶抑制剂等，通过破损血小板/中性粒细胞与CTC的相互作用，降低转移潜能；
3. 免疫检查点抑制剂可以标记CTC被T细胞杀死；
4. 通过基于时间疗法的设计优化目今可用的治疗时机，以在CTC生产岑岭时代实现最大效果。
这些要领为未来研究中针对CTC提供了令人兴奋的时机；然而，思量到转移历程的重大性，它们在临床情形中的实验和临床价值的证实将需要高度立异和雄心壮志的试验设计。
图5 循环肿瘤细胞靶向战略（图片泉源：Nature reviews cancer）
CTC的预后和展望价值：人们对CTC作为准确肿瘤学生物标记物的兴趣越来越大。在所有主要癌症的外周血中都检测到了CTC，并且在乳腺癌、前线腺癌和结直肠癌以及小细胞和非小细胞肺癌中已经证实晰CTC的预后价值，治疗前CTC计数升高可展望无病和总生涯期缩短。主要的是，几项研究批注，与基线CTC状态相比，治疗后CTC数目的转变提供了更好的预后信息，治疗后一连保存的CTC会导致更差的预后。除了单个CTC计数外，CTC簇品貌的评估显著提高了接受治疗患者的预后价值。
CTC计数在疾病临床体现前7–9周可检测到，这批注患者的CTC剖析有助于展望最小残留疾病和疾病晚期复发，并为早期癌症检测提供工具。CTC的真正威力在于其代表高转移性肿瘤亚克隆的潜力及其作为分子和功效研究最新生物标记物泉源的富厚性。
总结
近年来，快速的手艺前进使得能够从患者的血液样本中识别和检测有数的循环肿瘤细胞（CTC），从而开发了新的研究领域，并为基于液体活检的临床应用带来了希望。CTC的剖析展现了差别的生物学表型，包括CTC簇的保存以及CTC与免疫或基质细胞之间的相互作用，影响转移形成，并为癌症懦弱性提供了新的看法。在这里，研究团队回首了在明确CTC生物学特征方面取得的希望，并为使用这些生长来设计未来的临床工具以刷新癌症的诊断和治疗提供了看法。
转移仍然是改善癌症患者预后的一个重大障碍。对肿瘤细胞在远处植入肿瘤能力的生物学历程的深入明确正在最先实现，部分缘故原由是对CTC作为血液撒播转移前体的严酷研究。对CTC簇的早期视察和对其生物学特征的最新剖解突出了其重大性，但也袒露了懦弱性，因此也袒露了有针对性的时机。要实现CTC的所有潜力，需要从纯粹的计数和展望向高度控制的分子表征生长，以开发准确的展望生物标记物。手艺和立异可能为增强对有数但珍贵的CTC种群的检测铺平蹊径，从而战胜现在的诊断和治疗局限性。
文章泉源：Being科学、小桔灯网