Cell正刊重磅綜述！讓你一文讀懂腫瘤轉(zhuǎn)移的百般花樣！輕松拿捏國自然！

曼珠沙華xeg38t 2024-02-16 發(fā)布于湖南

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腫瘤轉(zhuǎn)移

腫瘤轉(zhuǎn)移是腫瘤惡性化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，也是腫瘤治療失敗的主要原因。目前有關(guān)腫瘤轉(zhuǎn)移的成因說法繁多，相關(guān)的治療手段也非常有限，因此尋找腫瘤轉(zhuǎn)移的原因發(fā)現(xiàn)新靶點(diǎn)尤為迫切。

2023年4月13日，美國斯隆凱特琳癌癥研究所 Karuna Ganesh教授為通訊作者，在頂尖期刊《Cell》（IF值為66.85分）上發(fā)表題為“Metastasis”的綜述性文章，詳盡總結(jié)了腫瘤轉(zhuǎn)移研究的最新進(jìn)展。下面筆者將這篇綜述全文編譯如下，供有興趣的同學(xué)參考。

摘要

大多數(shù)與腫瘤相關(guān)的死亡，是由腫瘤轉(zhuǎn)移引起的。轉(zhuǎn)移的概念，隨著相關(guān)研究的進(jìn)展，不斷發(fā)展、具有異質(zhì)性、且涉及全身各系統(tǒng)。對于如何有效治療腫瘤轉(zhuǎn)移的新研究，仍在不斷涌現(xiàn)。腫瘤轉(zhuǎn)移具有一系列特征，這些特征可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)的播散、激活和休眠的動態(tài)平衡，以及促進(jìn)瘤細(xì)胞定植于遠(yuǎn)處器官。上述過程的發(fā)生，是由轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞的克隆選擇、動態(tài)轉(zhuǎn)變，以及選擇免疫環(huán)境的能力所驅(qū)動的。在這篇綜述文章里，作者回顧了轉(zhuǎn)移的主要過程和最新研究進(jìn)展，并著重強(qiáng)調(diào)了為轉(zhuǎn)移性癌癥開發(fā)更有效療法的新興策略。

簡介

轉(zhuǎn)移，即癌細(xì)胞在遠(yuǎn)離其起源部位的器官中生長，是癌癥的最終，且最致命的表現(xiàn)。絕大多數(shù)癌癥患者死于轉(zhuǎn)移性疾病，而不是原發(fā)性腫瘤。轉(zhuǎn)移包括一系列過程，包括來自原發(fā)性腫瘤的細(xì)胞逐漸獲得更強(qiáng)的侵襲力；通過血液、淋巴管或通過鄰近結(jié)構(gòu)的直接浸潤種植；定植于遠(yuǎn)處器官，最終在遠(yuǎn)處器官中增殖。在上述過程中，腫瘤細(xì)胞具有不同表型，并在腫瘤微環(huán)境中，與其周圍免疫細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞相互作用，以支持瘤細(xì)胞生長，并幫助瘤細(xì)胞逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視。原發(fā)性腫瘤通?？梢酝ㄟ^手術(shù)和放療等局部療法治愈，轉(zhuǎn)移性癌是一種影響多個(gè)器官的全身性疾病，它不僅可以通過直接定植器官并損害其功能，而且還可以通過改變分泌蛋白組構(gòu)成及其代謝，最終導(dǎo)致患者死亡。對全身治療的反應(yīng)，在同一患者的原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性疾病中，可能具有截然不同的結(jié)果。由于轉(zhuǎn)移性腫瘤對現(xiàn)有治療方法耐受，臨床上的轉(zhuǎn)移性疾病，在很大程度上無法治愈。

下一代測序方法形式的技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)極大促進(jìn)了基礎(chǔ)癌癥科學(xué)和臨床腫瘤學(xué)的發(fā)展。通過上述技術(shù)，研究者已經(jīng)積累了大量的表征疾病特異性表達(dá)模式，包括腫瘤微環(huán)境的腫瘤基因組數(shù)據(jù)，研究者通過對循環(huán)腫瘤 DNA（ctDNA）和循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）進(jìn)行檢測，來追蹤疾病進(jìn)展和對療法的耐藥模式，并闡明了原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤的的異質(zhì)性和克隆性?？傊?，這些研究成果，促成了新生物標(biāo)志物和藥物靶標(biāo)的發(fā)展，并迅速推進(jìn)了研究者對轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞如何適應(yīng)宿主環(huán)境，以確保其生存的機(jī)制研究。

圖為循環(huán)腫瘤細(xì)胞捕獲、分析和臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（a）CTC捕獲工具包括抗原依賴技術(shù)（例如，通過固定抗體、抗體包覆珠或涂層血管內(nèi)導(dǎo)絲進(jìn)行免疫捕獲）和抗原非依賴技術(shù)（例如，密度梯度離心、基于變形性和尺寸的微流控系統(tǒng)、基于尺寸的過濾系統(tǒng)、基于電荷的技術(shù)或細(xì)胞分離）。（b）基于CTC的液體活檢與組織活檢隨機(jī)化以指導(dǎo)治療的選擇；基于CTC存在（陽性與陰性）來指導(dǎo)治療的選擇（即實(shí)驗(yàn)性或靶向性與SOC）；CTCs陽性的患者隨機(jī)接受不同的靶向或?qū)嶒?yàn)性藥物治療；根據(jù)縱向或重復(fù)CTC評估進(jìn)行隨機(jī)化，以指導(dǎo)后續(xù)治療路線（例如，靶向或?qū)嶒?yàn)性治療與SOC）；將單獨(dú)使用ctc與SOC診斷方法（如醫(yī)學(xué)成像）或使用其他液體活檢分析物（如ctDNA）或每種單獨(dú)模式與聯(lián)合使用模式進(jìn)行比較的隨機(jī)試驗(yàn)。圖片源自于https:///10.1038/s41568-022-00536-4

轉(zhuǎn)移階段

轉(zhuǎn)移可分為三個(gè)階段：播散、休眠和定植。在此期間，癌細(xì)胞經(jīng)歷一系列步驟侵入組織、在運(yùn)輸中存活，并定植于遠(yuǎn)處器官，這一過程統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)移級聯(lián)反應(yīng)（圖1）。在傳播過程中，攜帶致癌驅(qū)動突變的腫瘤細(xì)胞，破壞基底膜侵入更深的組織層，從而在沒有特異性生長因子的情況下生存。隨后是瘤細(xì)胞內(nèi)滲到近端血管或淋巴管中，并通過跨內(nèi)皮遷移、毛細(xì)血管破裂、沿神經(jīng)元遷移或直接局部擴(kuò)散到鄰近空間（如腹膜腔或胸膜腔），外滲到遠(yuǎn)處器官。在腫瘤細(xì)胞的循環(huán)中，CTCs 由于物理、氧化還原和免疫應(yīng)激源而遭受廣泛的損耗，這在小鼠模型中得到證實(shí)，從而導(dǎo)致原發(fā)腫瘤切除后血液中的 CTCs 數(shù)量大幅減少（圖1）。CTC 作為單細(xì)胞，在富含干細(xì)胞樣癌細(xì)胞的微團(tuán)簇中循環(huán)，包被有血小板、中性粒細(xì)胞或腫瘤來源的基質(zhì)細(xì)胞，這可以保護(hù)它們免受免疫監(jiān)視，并賦予 CTC 的轉(zhuǎn)移潛能。到達(dá)遠(yuǎn)處器官后，種植性腫瘤細(xì)胞（DTC）處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，缺乏支持性生長因子或營養(yǎng)素，巨噬細(xì)胞、自然殺傷 (NK) 細(xì)胞和浸潤性 T 細(xì)胞的免疫監(jiān)視減弱。在上述狀態(tài)下，幸存的 DTC 可以進(jìn)入休眠期（圖 1），在此期間，DTC要么細(xì)胞周期停滯，要么進(jìn)入動態(tài)平衡。DTC的增殖爆發(fā)，可以被免疫消除，還可以被腫瘤微環(huán)境（TME）對增殖性克隆的遏制所抵消，在上述機(jī)制的作用下，DTC幾乎沒有凈轉(zhuǎn)移生長。種植和休眠在臨床對應(yīng)微轉(zhuǎn)移性疾病，因?yàn)榕R床影像無法檢測到 DTC，且患者不知道轉(zhuǎn)移的發(fā)生。臨床上明顯的轉(zhuǎn)移，來自成功發(fā)育的轉(zhuǎn)移起始細(xì)胞（MIC），這些細(xì)胞已經(jīng)適應(yīng)TME，最終通過再生、血管生成和免疫抑制，來實(shí)現(xiàn)腫瘤生長和器官定植。轉(zhuǎn)移級聯(lián)，代表了微環(huán)境重編程，以及瘤細(xì)胞能夠承受選擇性微環(huán)境壓力的癌細(xì)胞亞群。上述機(jī)制導(dǎo)致腫瘤不受限制地生長，從而導(dǎo)致器官功能障礙、全身機(jī)體功能崩潰，并最終導(dǎo)致患者死亡。這種連續(xù)的變化包括多個(gè)步驟，可以理解為轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)（圖 2）。

圖1.發(fā)生轉(zhuǎn)移的各個(gè)階段

轉(zhuǎn)移包括三個(gè)階段：傳播、休眠和定植，這三個(gè)階段可以共存，并在時(shí)間軸上重疊。MIC 起源于原發(fā)性腫瘤，并獲得了侵襲性遷移的能力，然后作為 CTC，通過血液或淋巴管傳播。大多數(shù) CTC 因物理、生化和免疫應(yīng)激源而被清除。CTCs 被困在遠(yuǎn)處器官的毛細(xì)血管床中，作為 DTCs 外滲，并遷移到器官實(shí)質(zhì)中，以播種轉(zhuǎn)移。DTC 在器官特異性血管周圍播種。大多數(shù)MIC被特定生態(tài)位或系統(tǒng)免疫防御清除，很少有 MIC 存活下來，存活的MIC可逆生長停滯和免疫逃避，獲得器官特異性生長適應(yīng)，并選擇其 TME 來逃避免疫監(jiān)視。

轉(zhuǎn)移原理

經(jīng)歷轉(zhuǎn)移級聯(lián)的瘤細(xì)胞，具有很多特征。其中一些特征，源自于原發(fā)性腫瘤，是激活致癌基因和抑癌基因突變的結(jié)果，從而使轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞具有不受控制的生存和增殖、自我更新、遷移和侵襲的特點(diǎn)。但即使具有這些特征，絕大多數(shù)離開原發(fā)腫瘤的瘤細(xì)胞，也無法存活并形成遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。因此，轉(zhuǎn)移是腫瘤細(xì)胞進(jìn)化過程的瓶頸。轉(zhuǎn)移特異性的出現(xiàn)，要么從原發(fā)性癌細(xì)胞群中中選擇特異的克隆細(xì)胞，要么具備非遺傳動態(tài)適應(yīng)性，使原發(fā)性腫瘤細(xì)胞適應(yīng)不同轉(zhuǎn)移階段的需求（圖 2）。

圖2：轉(zhuǎn)移的原理

MIC 獲得功能性能力，使它們能夠在惡劣環(huán)境中傳播、定殖，并在多種應(yīng)激條件下存活，這里總結(jié)為轉(zhuǎn)移的原理。

遺傳學(xué)改變

腫瘤進(jìn)化模式

圖為轉(zhuǎn)移進(jìn)化的模型和遺傳異質(zhì)性。

（a）由于生存和增殖優(yōu)勢，特異性克隆依次出現(xiàn)，在原發(fā)腫瘤中占主導(dǎo)地位（線性模式）。（b）早期擴(kuò)散和平行進(jìn)化模型，腫瘤細(xì)胞在原發(fā)腫瘤早期開始擴(kuò)散，并在臨床休眠期間,繼續(xù)與原發(fā)腫瘤平行進(jìn)化，直到它們獲得轉(zhuǎn)移能力，并增殖到肉眼可見的病變。（c）腫瘤隨著時(shí)間的推移而進(jìn)化，直到晚期出現(xiàn)的特異性亞克隆，成功產(chǎn)生多個(gè)轉(zhuǎn)移灶。（d）來自原發(fā)腫瘤內(nèi)多個(gè)具有轉(zhuǎn)移能力的亞克隆晚期擴(kuò)散。圖片源自于doi:10.1038/nrc.2017.126

原發(fā)性腫瘤和轉(zhuǎn)移灶之間的相關(guān)譜系及發(fā)育研究表明，轉(zhuǎn)移過程中，有兩種廣泛認(rèn)可的腫瘤進(jìn)化模式：即線性模式和平行進(jìn)化模式。在線性模式中，轉(zhuǎn)移細(xì)胞從原發(fā)性腫瘤產(chǎn)生，較晚傳播；而在平行進(jìn)化模式中，癌細(xì)胞傳播較早，轉(zhuǎn)移細(xì)胞與原發(fā)性腫瘤細(xì)胞共享很少的突變，并與原發(fā)性腫瘤細(xì)胞分開進(jìn)化。不同的播種模式（多克隆、單克隆和轉(zhuǎn)移性再播種），進(jìn)一步增加了轉(zhuǎn)移性病灶的細(xì)胞異質(zhì)性?；蚪M克隆進(jìn)化的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在不同腫瘤類型和個(gè)體中，瘤細(xì)胞可出現(xiàn)早期和晚期轉(zhuǎn)移。最近將 CRISPR-Cas9 編輯與單細(xì)胞 RNA 測序相結(jié)合的多重平行譜系相關(guān)研究，創(chuàng)建了可進(jìn)化的追蹤系統(tǒng)，表明在轉(zhuǎn)移瘤中，線性和平行進(jìn)化模式可以共存。

TME的空間影響

隨著空間基因組學(xué)的進(jìn)展，研究者對腫瘤內(nèi)異質(zhì)性、亞克隆變異和局部 TME 的作用，有了更深入的了解。TME 包含多種免疫細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞，它們與癌細(xì)胞相互作用，并共同進(jìn)化，TME可以同時(shí)具有促腫瘤和抗腫瘤作用。對乳腺癌患者 TME 的空間分析發(fā)現(xiàn)，不同的癌癥亞克隆形態(tài)，與不同程度的局部免疫浸潤有關(guān)。小鼠肺腺癌的體內(nèi)空間 CRISPR篩選實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞中的特定基因敲除，會導(dǎo)致免疫環(huán)境和 T 細(xì)胞浸潤的改變。上述研究表明，腫瘤細(xì)胞經(jīng)歷了應(yīng)激選擇的局部變化，亞克隆遺傳在轉(zhuǎn)移瘤中，可能促進(jìn)局部微環(huán)境生態(tài)位的建立。人類白細(xì)胞抗原 I 類等位基因雜合性缺失，在多種癌癥類型轉(zhuǎn)移的腫瘤亞克隆群落中富集，而強(qiáng)免疫原性新抗原，在復(fù)發(fā)性胰腺癌中優(yōu)先丟失。種系遺傳，也會影響轉(zhuǎn)移傾向。最近的研究表明，APOE 基因的種系突變，會改變免疫細(xì)胞的抗腫瘤反應(yīng)，并在黑色素瘤小鼠模型中，導(dǎo)致不同TME 成分的產(chǎn)生。目前，研究者在臨床樣本和臨床前實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校絹碓蕉嗟貞?yīng)用空間和譜系追蹤技術(shù)，這有望進(jìn)一步揭示 TME 對 MIC 選擇的影響，以及 MIC 選擇 TME 成分的具體過程，以對MIC生存的機(jī)制深入理解。

拷貝數(shù)改變

盡管突變對腫瘤的發(fā)生至關(guān)重要，但大規(guī)模基因組研究表明，成對的轉(zhuǎn)移性和原發(fā)性腫瘤，表現(xiàn)出相似的體細(xì)胞突變，它們極少具有轉(zhuǎn)移特異性體細(xì)胞突變。研究者在腫瘤進(jìn)展后期發(fā)現(xiàn)新的體細(xì)胞突變，這些突變的功能意義，通常與治療耐藥性有關(guān)。然而，與原發(fā)性腫瘤相比，在某些腫瘤的轉(zhuǎn)移病灶中，可見拷貝數(shù)擴(kuò)增增加和染色體異常，但并非在所有癌癥的轉(zhuǎn)移灶中都是如此。MYC擴(kuò)增，通過募集更多腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM），促進(jìn)轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致更大規(guī)模的血管侵襲，這為非整倍體在驅(qū)動轉(zhuǎn)移中的功能性作用，提供了可靠證據(jù)。然而，在大多數(shù)癌癥中，非整倍體在腫瘤進(jìn)展中發(fā)揮的作用，至今仍然存在爭論?？偟膩碚f，基因變化可能促進(jìn)轉(zhuǎn)移，但在大多數(shù)情況下，相關(guān)研究結(jié)果不足以解釋為什么一些癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，而另一些不轉(zhuǎn)移。

可塑性改變

圖為上皮細(xì)胞分化和可塑性的類型，以及它如何與胚胎發(fā)育過程中更原始的多能性狀態(tài)之間的關(guān)系。

圖片源自于https:///10.1016/j.stem.2018.11.011

臨床樣本的單細(xì)胞分析結(jié)果，以及復(fù)雜的動物和患者來源的腫瘤模型研究，揭示了晚期癌癥中的腫瘤內(nèi)和腫瘤間轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性，這些異質(zhì)性，不能用獲得性基因組改變來解釋。因此，表型可塑性，即對轉(zhuǎn)移級聯(lián)的動態(tài)非遺傳適應(yīng)，并對 TME 變化做出反應(yīng)的能力，正在成為轉(zhuǎn)移的首要標(biāo)志及研究熱點(diǎn)?？伤苄栽试S MIC 進(jìn)入動態(tài)休眠、轉(zhuǎn)分化并動態(tài)調(diào)整MIC狀態(tài)，以適應(yīng)代謝、氧化還原和免疫應(yīng)激源（圖 3A）。最近對轉(zhuǎn)移性小鼠模型的研究表明，癌細(xì)胞在從原發(fā)性腫瘤，發(fā)展為 MIC 和器官特異性轉(zhuǎn)移的過程中，經(jīng)歷了多種表型轉(zhuǎn)變。小鼠肺腺癌模型中的體內(nèi)譜系追蹤和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯示，具有高可塑性的原發(fā)性腫瘤亞克隆群落，在匹配的轉(zhuǎn)移灶中高度富集，表明原發(fā)部位的可塑性，是轉(zhuǎn)移的先決條件。目前相關(guān)研究一個(gè)重要的新興主題，是相同的分子和通路，在腫瘤進(jìn)展過程中的不同背景下，可能具有不同的作用，特別是在原發(fā)性腫瘤增殖與腫瘤傳播和休眠期間。因此，將癌癥相關(guān)基因指定為致癌基因或腫瘤抑制基因，在動態(tài)轉(zhuǎn)移可塑性的研究背景下，經(jīng)常出現(xiàn)矛盾結(jié)果。

圖3. 轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞相關(guān)的胚胎發(fā)育和傷口愈合的再生程序。

（A）在體內(nèi)平衡期間，組織特異性干細(xì)胞不斷產(chǎn)生，并轉(zhuǎn)運(yùn)祖細(xì)胞和成熟分化細(xì)胞。組織損傷后，分化的上皮細(xì)胞去分化，以重新進(jìn)入組織胎兒樣、損傷相關(guān)的祖細(xì)胞狀態(tài)，去分化的上皮細(xì)胞可以分化為組織干細(xì)胞，然后分化為不同的細(xì)胞，恢復(fù)上皮完整性。

（B）細(xì)胞可塑性，在胚胎發(fā)育過程中，逐漸受到限制。在組織損傷后，分化受限的細(xì)胞，經(jīng)歷了可塑性的短暫增加。發(fā)育和再生祖細(xì)胞，在適應(yīng)腫瘤進(jìn)展期間的應(yīng)激同時(shí)，激活了癌細(xì)胞相關(guān)的增選程序，轉(zhuǎn)移中的癌細(xì)胞是否保持高度可塑性，目前仍不清楚。

（C）分散的 MIC 具有高可塑性狀態(tài)。這些狀態(tài)包括混合 EMT 狀態(tài)、損傷相關(guān)的瞬態(tài)祖細(xì)胞樣狀態(tài)或免疫逃避休眠狀態(tài)。在轉(zhuǎn)移性定植期間，MIC 可以出現(xiàn)再生表型異質(zhì)性，這些MIC可以進(jìn)入休眠或啟動腫瘤生長，重新進(jìn)入類似于原發(fā)性腫瘤的狀態(tài)，轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞仍然處于MIC 樣狀態(tài)（可變形性），或經(jīng)歷譜系可塑性，進(jìn)入新的細(xì)胞狀態(tài)（轉(zhuǎn)分化）。

基因表達(dá)的應(yīng)激反應(yīng)調(diào)控

大量相關(guān)研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了特定于轉(zhuǎn)移級聯(lián)的離散步驟的基因表達(dá)程序。表觀遺傳機(jī)制，包括 DNA 甲基化、組蛋白修飾、3D 染色質(zhì)組織和非編碼 RNA，在不改變基礎(chǔ) DNA 序列的情況下，可以影響基因表達(dá)，為轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞對微環(huán)境輸入的動態(tài)響應(yīng)，提供了多種可能性。關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子（包括 SOX10 和 RUNX）的激活，可以通過表觀遺傳，介導(dǎo)轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞的可塑性形成。組蛋白修飾的動態(tài)變化，可以改變?nèi)旧|(zhì)的可及性和結(jié)構(gòu)。含有棕櫚酸的高脂肪飲食，可以通過組蛋白 H3 賴氨酸 4 三甲基化的沉積，促進(jìn)口腔鱗狀細(xì)胞癌和黑色素瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。MIC 采用多種應(yīng)激反應(yīng)機(jī)制，通過轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控、自噬、和未折疊蛋白反應(yīng)，促進(jìn)瘤細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，這也是實(shí)體瘤中代謝和免疫逃避可塑性的決定因素。RNA 結(jié)合蛋白在轉(zhuǎn)移過程中，協(xié)調(diào)細(xì)胞重編程和 TME 相互作用，調(diào)節(jié) RNA 修飾、mRNA 剪接、定位、翻譯、穩(wěn)定性和降解。RNA N6-甲基腺苷（m 6 A）讀取器 YTHDF3 的過表達(dá)，可以通過增加富含 m 6 A 的轉(zhuǎn)錄物的翻譯，促進(jìn)癌細(xì)胞與腦內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用，以及瘤細(xì)胞的腦轉(zhuǎn)移。具有低水平線粒體 RNA 胞嘧啶 5 甲基化 (m5C) 的癌細(xì)胞，減少了線粒體編碼的氧化磷酸化復(fù)合物的翻譯，抑制糖酵解到氧化磷酸化的轉(zhuǎn)變，從而阻斷了口腔鱗狀細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移。tRNA 的動態(tài)表達(dá)，通過調(diào)節(jié)具有差異密碼子使用的基因，進(jìn)一步促進(jìn)MIC的可塑性?？傊?，這些研究表明，癌細(xì)胞可以通過調(diào)節(jié)表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后改變，來動態(tài)切換其表型狀態(tài)，以響應(yīng)來自不斷進(jìn)化的器官特異性微環(huán)境的信號。

代謝適應(yīng)

圖為癌細(xì)胞在遠(yuǎn)端器官定植的代謝。

不同的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝途徑支持轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞在肺（a）、淋巴結(jié)（b）、腹膜（c）和大腦（d）的定植。圖片源自于https:///10.1038/s41568-020-00320-2

盡管腫瘤向有氧糖酵解的代謝轉(zhuǎn)變（Warburg 效應(yīng)），是公認(rèn)的癌癥標(biāo)志，但研究者越來越認(rèn)識到，代謝途徑的通量，可以在癌癥進(jìn)展過程中動態(tài)改變。DTC 可以使它們的新陳代謝適應(yīng)環(huán)境壓力，包括氧化壓力或營養(yǎng)可用性，導(dǎo)致瘤細(xì)胞在循環(huán)中和在遠(yuǎn)距離器官種植后存活。來自不同腫瘤的轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞，可以增加脂質(zhì)的攝取、合成和利用。微轉(zhuǎn)移腫瘤可以利用自噬和巨胞飲作用，來應(yīng)對外來器官環(huán)境中的營養(yǎng)或生長因子缺乏?？偟膩碚f，癌細(xì)胞在循環(huán)和接種過程中，將營養(yǎng)物質(zhì)的代謝從合成代謝狀態(tài)改變?yōu)榉纸獯x狀態(tài)，然后再回到合成代謝狀態(tài)，以支持轉(zhuǎn)移生長?；钚匝酰≧OS）可通過鐵死亡，誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。然而，癌細(xì)胞可以減少多不飽和醚磷脂的合成，在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榭硅F死亡狀態(tài)，或者通過增加油酸合成，進(jìn)而增加轉(zhuǎn)移。在小鼠胰腺導(dǎo)管腺癌中，最初專家認(rèn)為，ROS促進(jìn)癌癥的發(fā)生，但后來的研究發(fā)現(xiàn)，ROS可以促進(jìn)瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。因此，ROS 的可逆作用，使腫瘤從增殖表型到侵入表型的相互轉(zhuǎn)換，成為可能。磷酸甘油酸脫氫酶（PHGDH）是葡萄糖衍生絲氨酸合成中的限速酶，可促進(jìn)癌癥增殖，而 PHDGH 依賴性唾液酸合成和整合素糖基化的缺失，會增加瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移性。這些研究強(qiáng)調(diào)了代謝可塑性在癌癥進(jìn)展中的重要性，相同的分子和途徑，在增殖和轉(zhuǎn)移擴(kuò)散過程中的不同步驟中，發(fā)揮著不同的作用。

腫瘤發(fā)展和再生的共同選擇

雖然之前的研究，已經(jīng)確定了與轉(zhuǎn)移相關(guān)的不同個(gè)體基因和通路，但用于轉(zhuǎn)移狀態(tài)的轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組和蛋白質(zhì)組分析，正在揭示轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞特異的表型。目前新興的專家共識是，許多癌癥通過激活功能相關(guān)基因的共調(diào)節(jié)模塊，來同時(shí)獲得轉(zhuǎn)移所需的表型。此類基因網(wǎng)絡(luò)，通常是產(chǎn)生癌癥的組織發(fā)育或再生所需的基因網(wǎng)絡(luò)，癌癥特有的新基因程序，也可能對腫瘤轉(zhuǎn)移，做出重要貢獻(xiàn)（圖 3 ）。

發(fā)育、再生和轉(zhuǎn)移

在胚胎發(fā)育過程中，全能受精卵的后代，隨著器官的成熟，逐漸在可塑性方面受到限制。大多數(shù)成體組織內(nèi)，含有組織駐留干細(xì)胞亞群，這些干細(xì)胞的后代，可以分化為該組織的各種細(xì)胞類型，但不能分化為其他組織。在這種穩(wěn)態(tài)組織干細(xì)胞中，獲得致癌驅(qū)動突變可導(dǎo)致癌癥，稱為“癌癥干細(xì)胞”。然而，最近的研究表明，組織干細(xì)胞不必是受譜系限制的細(xì)胞群，而具有亞穩(wěn)態(tài)表型，許多細(xì)胞具有可塑性，尤其是在損傷后的組織再生過程中（圖3）。在肺中，炎癥損傷誘導(dǎo)基底細(xì)胞，進(jìn)入混合損傷相關(guān)瞬時(shí)祖細(xì)胞（DATP）狀態(tài)，混合表達(dá)來自多個(gè)正常肺上皮細(xì)胞譜系的基因。DATP 經(jīng)歷可塑性，進(jìn)入組織駐留的干細(xì)胞樣肺泡 II 型細(xì)胞，隨后分化成多種肺細(xì)胞類型，以在受傷后恢復(fù)上皮功能和結(jié)構(gòu)。在小鼠肺腺癌中，具有多向分化潛能的高可塑性細(xì)胞狀態(tài)，被確定為轉(zhuǎn)移的前兆，在小鼠和人類肺腺癌轉(zhuǎn)移中，研究者發(fā)現(xiàn)了更多發(fā)育原始轉(zhuǎn)錄基因程序的重新獲得。類似地，結(jié)直腸原發(fā)性腫瘤，是由 Lgr5 癌癥干細(xì)胞引發(fā)的，但轉(zhuǎn)移的瘤細(xì)胞， Lgr5 表達(dá)丟失，而是獲得新標(biāo)記的表達(dá)，包括 L1CAM和 EMP1。L1CAM 不由健康的腸上皮細(xì)胞表達(dá)，但由損傷后的再生祖細(xì)胞表達(dá)，并且是傷口愈合、轉(zhuǎn)移起始和治療后腫瘤再生所必需的。已建立的小鼠結(jié)直腸轉(zhuǎn)移瘤模型，在轉(zhuǎn)移生長過程中，從 Lgr5低轉(zhuǎn)移起始狀態(tài)恢復(fù)到 Lgr5 狀態(tài)，盡管目前尚不清楚這種動態(tài)改變在晚期人類癌癥中的保留程度。

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），是在轉(zhuǎn)移中的發(fā)育可塑性最佳研究示例。EMT包含細(xì)胞組織的多種動態(tài)變化，包括細(xì)胞極性的喪失和上皮細(xì)胞粘附分子的下調(diào)，從而導(dǎo)致遷移和侵入鄰近組織的能力增強(qiáng)。這是由上皮基因的 SNAIL 和 ZEB 轉(zhuǎn)錄抑制因子的協(xié)調(diào)和動態(tài)調(diào)節(jié)功能驅(qū)動的。EMT 首先發(fā)生在胚胎原腸胚形成過程中，并且隨著 DTC 獲得遷移表型，從而促進(jìn)原發(fā)性腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移。EMT 是否是轉(zhuǎn)移的先決條件，目前一直存在爭議，因?yàn)檫@很難在臨床樣本中證明。一些研究表明，EMT 不是轉(zhuǎn)移所必需的，但會導(dǎo)致腫瘤的耐藥。最近的研究表明，在癌細(xì)胞中，常常發(fā)生與侵襲、轉(zhuǎn)移和化學(xué)抗性相關(guān)的EMT。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在同一細(xì)胞中，共表達(dá)上皮和間充質(zhì)標(biāo)記物的混合 EMT 狀態(tài)，可驅(qū)動多種癌癥轉(zhuǎn)移，這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了將 EMT 視為二元開關(guān)的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。隨著 MIC 在遠(yuǎn)處部位獲得轉(zhuǎn)移相關(guān)的特異性生長能力，由MIC再生的腫瘤有以下特點(diǎn)（1）彈性變化，轉(zhuǎn)移腫瘤可以復(fù)制它們原發(fā)腫瘤的表型特點(diǎn)，最常通過間充質(zhì)-上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化（MET）發(fā)生；（2）可變形性，即原發(fā)腫瘤可以保持類似 MIC 的狀態(tài)；或（3）轉(zhuǎn)分化性，MIC在經(jīng)歷譜系可塑性后，從而進(jìn)入不同于同源原發(fā)性腫瘤的新細(xì)胞狀態(tài)（圖 3 C）。這三種特點(diǎn)的具體貢獻(xiàn)，可能因個(gè)體、腫瘤基因型和起源組織而異，并且仍有待在臨床轉(zhuǎn)移中研究。

進(jìn)行性免疫逃避

不斷發(fā)展的腫瘤微環(huán)境

DTC 必須逃避組織駐留和系統(tǒng)免疫的攻擊，才能成功地在遠(yuǎn)處器官中定植。轉(zhuǎn)移免疫的重要性，來自器官移植的相關(guān)研究，在這些研究中，免疫抑制的腎移植受者，因早期黑色素瘤細(xì)胞存在于供體腎臟中，而發(fā)生廣泛轉(zhuǎn)移。在原發(fā)性腫瘤中，腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞的增加，是結(jié)直腸癌患者無復(fù)發(fā)生存的有利預(yù)后生物學(xué)指標(biāo)，而 T 細(xì)胞和 NK 細(xì)胞的耗竭，會增加實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械霓D(zhuǎn)移。增強(qiáng)抗腫瘤免疫力的免疫檢查點(diǎn)抑制劑（ICI），徹底改變了轉(zhuǎn)移性癌癥的臨床治療方案。在腫瘤細(xì)胞中，阻斷 PD-1、CTLA-4 和 LAG3 的T 細(xì)胞受體-配體相互作用，可以在臨床上誘導(dǎo)有效的治療反應(yīng)，這現(xiàn)在是許多實(shí)體瘤的標(biāo)準(zhǔn)治療方案。盡管ICI取得了這些成功，但由于缺乏腫瘤抗原、抗原呈遞缺陷、T 細(xì)胞活化缺陷和 T 細(xì)胞排斥，一些腫瘤類型對 ICI 沒有反應(yīng)，并且缺乏腫瘤 T 細(xì)胞浸潤，這些腫瘤被稱為“冷腫瘤”。“冷腫瘤”的產(chǎn)生，與免疫抑制 TME相關(guān)。即使對于最初對 ICIs 有反應(yīng)的腫瘤，由于慢性 T 細(xì)胞刺激，導(dǎo)致功能減退，T 細(xì)胞耗竭也可能導(dǎo)致耐藥性的產(chǎn)生。至關(guān)重要的是，ICI 似乎對原發(fā)性腫瘤和微轉(zhuǎn)移，比對已發(fā)生的顯著轉(zhuǎn)移更有效。在一項(xiàng)關(guān)于三陰乳腺癌的研究中，雖然在化療中加入pembrolizumab ，在腫瘤細(xì)胞上 PD-L1 配體低表達(dá)的轉(zhuǎn)移性三陰性乳腺癌，總體生存獲益不明顯，無論 PD-L1 表達(dá)狀態(tài)如何。在早期乳腺癌中，添加 pembrolizumab ，可顯著延長無病生存期。在黑色素瘤和肺癌的相關(guān)研究中，也有類似結(jié)果表明，ICIs 在輔助/新輔助治療中，比在晚期轉(zhuǎn)移中更有效。因此，了解轉(zhuǎn)移中進(jìn)行性免疫抑制的機(jī)制基礎(chǔ)，將免疫學(xué)“冷”腫瘤變“熱”，以及提高免疫療法在轉(zhuǎn)移性癌癥中的療效，至關(guān)重要。

圖4. 轉(zhuǎn)移性腫瘤微環(huán)境

TME 的組成和共同選擇，對于腫瘤的生長和進(jìn)展至關(guān)重要。TME 的主要成分是先天性和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，以及基質(zhì)細(xì)胞的成分：組織駐留和骨髓來源的巨噬細(xì)胞，極化為免疫抑制性 TAM、單核細(xì)胞、骨髓來源的抑制細(xì)胞、T 細(xì)胞、NK 細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、血管和淋巴管、癌癥相關(guān)的成纖維細(xì)胞和 ECM 的成分。TME 中免疫細(xì)胞的環(huán)境和免疫調(diào)節(jié)受體的表達(dá)，在轉(zhuǎn)移性腫瘤中變得更加抑制。

外滲到遠(yuǎn)處器官的 DTC ，首先遇到組織駐留的巨噬細(xì)胞和 NK 細(xì)胞，而后者進(jìn)一步募集局部和循環(huán)免疫細(xì)胞，以對抗新播種的轉(zhuǎn)移。作為回應(yīng)，癌細(xì)胞發(fā)展出適應(yīng)性機(jī)制，可以促其逃避或抑制免疫反應(yīng)，限制抗原識別，增加阻斷適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的受體表達(dá)，并分泌免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子、細(xì)胞外囊泡和生長因子。TME包括T細(xì)胞和B細(xì)胞；NK細(xì)胞；骨髓細(xì)胞，包括 TAM、骨髓來源的抑制細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞；基質(zhì)細(xì)胞，包括癌癥相關(guān)的成纖維細(xì)胞、周細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞；和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）成分，它們都協(xié)調(diào)此類適應(yīng)（圖 4）。TME可以同時(shí)具有促瘤和抑瘤作用，但隨著時(shí)間的推移，其作用越來越趨向于促瘤（圖4）。反過來，在臨床試驗(yàn)中，越來越多地探索針對TME的靶向治療，無論是作為單一藥物還是與 ICI 聯(lián)合使用。轉(zhuǎn)移前，TME可發(fā)生局部和全身免疫抑制。原發(fā)性腫瘤脫落，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的細(xì)胞外囊泡，可釋放細(xì)胞因子，以誘導(dǎo)骨髓來源的免疫細(xì)胞募集和免疫抑制重編程至轉(zhuǎn)移前器官，在轉(zhuǎn)移器官，它們與駐留細(xì)胞一起形成“轉(zhuǎn)移前生態(tài)位”，有利于瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移性定植。協(xié)調(diào)組織駐留細(xì)胞、募集的骨髓細(xì)胞和浸潤性腫瘤細(xì)胞功能的信號通路，可以進(jìn)一步加強(qiáng)轉(zhuǎn)移定植過程中出現(xiàn)的免疫抑制環(huán)境。

淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)移性免疫抑制也可以由運(yùn)輸中的癌細(xì)胞介導(dǎo)。腫瘤的淋巴結(jié)受累，可作為未來轉(zhuǎn)移性疾病的有力預(yù)后生物標(biāo)志物，并在臨床分期標(biāo)準(zhǔn)中反映。然而，克隆系統(tǒng)發(fā)育的分子重建研究表明，淋巴結(jié)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，主要來自原發(fā)腫瘤中的獨(dú)立亞克隆。最近的研究表明，淋巴結(jié)不是轉(zhuǎn)移過程中的被動分期站，而是誘導(dǎo)全身免疫抑制的關(guān)鍵部位。在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的模型中，DTC 暴露于淋巴結(jié)中的 IFN-γ ，會誘導(dǎo)干擾素刺激的基因程序，上調(diào) PD-L1 和 MHCI 表達(dá)，從而促進(jìn) NK 逃避和 T 細(xì)胞抑制。至關(guān)重要的是，淋巴結(jié)定植，可以通過誘導(dǎo)腫瘤特異性 T 調(diào)節(jié)細(xì)胞、增加巨噬細(xì)胞上的 PD-L1 表達(dá)，以及將樹突細(xì)胞從遷移亞型轉(zhuǎn)變?yōu)轳v留亞型，從而改變?nèi)砻庖叻磻?yīng)。相關(guān)研究證實(shí)，注射了淋巴結(jié)腫瘤供體白細(xì)胞的腫瘤移植小鼠，更容易發(fā)生肺轉(zhuǎn)移，這表明淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，可以通過誘導(dǎo)腫瘤特異性免疫耐受，來促進(jìn)遠(yuǎn)處器官的轉(zhuǎn)移。對淋巴結(jié)依賴性免疫的進(jìn)一步研究，可能會發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)，以擾亂轉(zhuǎn)移性癌癥中的免疫抑制回路。

轉(zhuǎn)移癌休眠

圖為癌細(xì)胞休眠的相關(guān)機(jī)制。

(A)減緩增殖；(B)適應(yīng)細(xì)胞代謝；(C)更改表面標(biāo)記；（D）與腫瘤微環(huán)境相互作用。圖片源自于https:///10.1016/j.cell.2020.10.027

在休眠期間，DTC 不會形成肉眼可見的病變，并且患者在數(shù)月或數(shù)年后復(fù)發(fā)之前，不會有臨床表現(xiàn)。早期癌癥的小鼠模型表明，每個(gè)器官中均存在DTC；然而，DTC最終只以特定癌癥的方式，在特定組織中生長。在一些癌癥中，如雌激素受體陽性乳腺癌，在術(shù)后20年才會出現(xiàn)遠(yuǎn)處復(fù)發(fā)，而其他癌癥，例如小細(xì)胞肺癌，在診斷時(shí)就表現(xiàn)出侵襲性擴(kuò)散，休眠期很短。這些觀察結(jié)果表明，不同腫瘤類型的休眠進(jìn)入和再覺醒，具有異質(zhì)性。

臨床休眠，反映了細(xì)胞休眠的動態(tài)平衡。其中，DTC 通過可逆地控制生長停滯和休眠的調(diào)節(jié)程序，使腫瘤細(xì)胞進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)，瘤細(xì)胞增殖和定植的反復(fù)隨機(jī)嘗試，被免疫、物理和代謝障礙所中止。細(xì)胞可塑性，是維持休眠的一個(gè)關(guān)鍵特征。在乳腺癌模型中，早期 DTC 激活了與多能性樣可塑性相關(guān)的間充質(zhì)樣程序，后者協(xié)調(diào)瘤細(xì)胞傳播，并實(shí)現(xiàn)瘤細(xì)胞的長時(shí)間休眠，這一過程由轉(zhuǎn)錄因子 ZFP281 控制。休眠 DTC 通過表觀遺傳，調(diào)控維持其狀態(tài)，例如組蛋白修飾和增強(qiáng)的 DNA 甲基化，導(dǎo)致抑制性更強(qiáng)的染色質(zhì)狀態(tài)、轉(zhuǎn)錄/轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控以及細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和自噬的激活。癌細(xì)胞增殖，進(jìn)一步受到 DTC 或 TME 成分釋放的生長抑制信號的控制，這些成分包括 TGFβ、BMP 和 Wnt 拮抗劑，以及改變的 ECM 成分，如膠原蛋白和層粘連蛋白亞型。由于腫瘤缺氧或營養(yǎng)限制，對 TME 的代謝適應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)了緩慢循環(huán)的細(xì)胞狀態(tài)。通過激活未折疊的蛋白質(zhì)反應(yīng)，進(jìn)入細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)，這在功能上與免疫逃避相結(jié)合。NK配體的下調(diào)，或 MacroH2A 組蛋白變體的上調(diào)，這些變體與細(xì)胞周期停滯和衰老相關(guān)的炎性細(xì)胞因子分泌有關(guān)。這種細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)，與免疫抑制的耦合，本質(zhì)上是一些成體組織干細(xì)胞的固有特性，可能在組織再生過程中具有重要功能。但這種細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)，也有助于協(xié)調(diào)異質(zhì)性腫瘤中靜止細(xì)胞周圍的局部免疫逃避生態(tài)位。

為了啟動宏觀轉(zhuǎn)移生長，休眠的癌細(xì)胞必須重新進(jìn)入細(xì)胞周期，或逃避免疫監(jiān)視。對局部宿主環(huán)境的直接炎癥應(yīng)激源，例如手術(shù)、煙草煙霧或接觸細(xì)菌脂多糖，可以觸發(fā)休眠 DTC 的重新激活和生長。在小鼠轉(zhuǎn)移模型中，癌細(xì)胞可以誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞產(chǎn)生支持轉(zhuǎn)移的中性粒細(xì)胞胞外因子，從而刺激乳腺癌的侵襲、遷移和肺轉(zhuǎn)移。從休眠中蘇醒，是衰老宿主的固有特征。在小鼠模型中，衰老骨髓中的休眠 DTC頻率降低，癌細(xì)胞增殖活性增強(qiáng)，這與促增殖性炎性細(xì)胞因子增加，以及休眠促進(jìn)因子下調(diào)有關(guān)。ECM 的年齡相關(guān)重塑，會刺激黑色素瘤轉(zhuǎn)移。衰老的成骨細(xì)胞，可以促進(jìn)黑色素瘤的骨轉(zhuǎn)移。老年肺成纖維細(xì)胞，可以通過增加可溶性 WNT 拮抗劑 sFRP1 的分泌，來重新激活休眠的黑色素瘤細(xì)胞。

轉(zhuǎn)移癌適應(yīng)器官特異性微環(huán)境

DTC 幾乎可以擴(kuò)散到所有器官；然而，不同的癌癥類型，鐘愛某些器官，這種現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)移性器官趨向性。器官特異性轉(zhuǎn)移的決定因素，已在大量經(jīng)典研究中得以證實(shí)。在這里，作者著重于介紹新興的相關(guān)研究。轉(zhuǎn)移的趨向性，由癌細(xì)胞到達(dá)器官的特點(diǎn)和有利于 DTC 播種、定植的器官特異性微環(huán)境所決定。結(jié)直腸癌的主要轉(zhuǎn)移部位是肝臟，這是因?yàn)閺哪c道血行播散的癌細(xì)胞，可以通過腸系膜毛細(xì)血管進(jìn)入肝門靜脈，肝竇可以作為它們的毛細(xì)血管床。然而，肝臟也是 90% 的葡萄膜黑色素瘤患者的轉(zhuǎn)移部位，考慮到眼睛中的原發(fā)腫瘤位置，這在解剖學(xué)上不易解釋。因此，DTCs 可以理解為“種子”，特定器官生態(tài)位可以理解為肥沃“土壤”，在上述情況下，易于轉(zhuǎn)移瘤的生長。DTC 之間存在的轉(zhuǎn)錄和代謝異質(zhì)性，使得DTC能夠選擇在特定器官中生長、克隆，而DTC的可塑性機(jī)制，使得DTC能夠動態(tài)適應(yīng)新的組織生態(tài)位。一項(xiàng)研究顯示，心內(nèi)注射三陰性乳腺癌細(xì)胞系 MDA-MB-231，會導(dǎo)致具有不同基因表達(dá)特征的亞克隆的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞優(yōu)先定植到大腦、骨骼和肺部。細(xì)胞外代謝物，可以進(jìn)一步塑造轉(zhuǎn)移生長的生態(tài)位和內(nèi)在細(xì)胞代謝微環(huán)境，例如，當(dāng)葡萄糖來源變得有限時(shí)，腦轉(zhuǎn)移瘤細(xì)胞可以代謝消耗乙酸鹽、谷氨酰胺和支鏈氨基酸。結(jié)直腸肝轉(zhuǎn)移，可以增強(qiáng)肌酸激酶腦型酶的分泌，將肝細(xì)胞釋放的細(xì)胞外肌酸轉(zhuǎn)化為磷酸肌酸，然后被溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 SLC6A8 攝取到轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞中，以促進(jìn) ATP 的產(chǎn)生。

具有新型旁分泌信號的癌細(xì)胞的生態(tài)位適應(yīng)性，可以誘導(dǎo)靶器官周圍細(xì)胞的可塑變化，促進(jìn)腫瘤與其新宿主的共同進(jìn)化和轉(zhuǎn)移性 TME 的形成。初始轉(zhuǎn)移灶可以促進(jìn)癌細(xì)胞重新編程，以增加對癌細(xì)胞對廣泛繼發(fā)轉(zhuǎn)移的適應(yīng)性，從而導(dǎo)致更高的臨床發(fā)病率和死亡率。乳腺癌和前列腺癌細(xì)胞的體內(nèi)譜系追蹤研究表明，骨微環(huán)境不僅為初始轉(zhuǎn)移提供了生態(tài)位，而且還誘導(dǎo)了 EZH2 介導(dǎo)的表觀遺傳，使瘤細(xì)胞加速向內(nèi)臟器官轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生更嚴(yán)重的腫瘤負(fù)荷。

最近的研究通過使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、流式細(xì)胞術(shù)和空間實(shí)驗(yàn)方法，全面研究了原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腦腫瘤的 TME。盡管基質(zhì)細(xì)胞的組成相對固定，然而研究者在不同的腦惡性腫瘤中，發(fā)現(xiàn)了免疫細(xì)胞組成及其表達(dá)特征的疾病特異性差異。與腦轉(zhuǎn)移相比，原發(fā)性腦腫瘤的淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤較少，而不同的轉(zhuǎn)移性腫瘤中，研究者也發(fā)現(xiàn)不同免疫細(xì)胞類型的明顯富集，這意味著原發(fā)性腦腫瘤對 TME 的塑造，與顱外腫瘤轉(zhuǎn)移到大腦的方式不同。這些研究結(jié)果，讓我們更好地了解在同一解剖位置，不同腫瘤 TME 由不同細(xì)胞組成，并間接證明，針對TME 的一刀切治療方法具有局限性。更重要的是，上述研究還證明“土壤”不是靜止的，而是動態(tài)變化的。盡管轉(zhuǎn)移器官的穩(wěn)態(tài)生態(tài)位，最初可能是相似的，但浸潤性癌細(xì)胞可以促進(jìn) TME 的進(jìn)化，進(jìn)而在腫瘤中招募特定免疫細(xì)胞細(xì)胞，從而促進(jìn)瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。

轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞影響系統(tǒng)性宏觀環(huán)境

轉(zhuǎn)移性癌癥是一種影響所有器官系統(tǒng)的全身性疾病。因此，影響身體營養(yǎng)、代謝、神經(jīng)激素和炎癥狀態(tài)的全身性因素，均可以影響轉(zhuǎn)移的所有三個(gè)階段。關(guān)于腫瘤進(jìn)展過程中的器官間系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究，是目前最前沿的研究課題。原發(fā)性腫瘤分泌的因子，可以重新編程骨髓細(xì)胞和 ECM，從而創(chuàng)造有利于轉(zhuǎn)移播種和生長的轉(zhuǎn)移前生態(tài)位。炎癥狀態(tài)，包括肥胖和衰老，可以促進(jìn)瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，而運(yùn)動和健康飲食，可能會降低轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。腸道微生物群通過微生物代謝物的直接細(xì)胞效應(yīng)，或通過 TME 的重新編程，從而促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移。有趣的是，最新研究已發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌可以選擇性地定殖于多種癌癥表面，包括那些源自非屏障上皮細(xì)胞的癌癥，這種關(guān)聯(lián)是相關(guān)的還是因果關(guān)系，目前仍不是很清楚。瘤內(nèi)梭桿菌定植可驅(qū)動乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，而小鼠乳腺癌 CTC 中的瘤內(nèi)細(xì)菌，可以通過肌動蛋白細(xì)胞骨架重塑，促進(jìn)了瘤細(xì)胞對流體剪切應(yīng)力的抵抗，從而促進(jìn)了腫瘤的轉(zhuǎn)移。癌癥神經(jīng)科學(xué)的新興領(lǐng)域，揭示了電活動，以及神經(jīng)-免疫-癌癥相互作用在癌癥進(jìn)展中的作用，超越了長期公認(rèn)的神經(jīng)周圍浸潤作用。最近的研究表明，晝夜節(jié)律可以控制腫瘤傳播的時(shí)間，抗腫瘤免疫通過樹突狀細(xì)胞，有節(jié)奏地將瘤細(xì)胞運(yùn)輸?shù)揭髁馨徒Y(jié)。這些研究表明，通過破壞晝夜節(jié)律信號通路，或與晝夜節(jié)律同步治療，來靶向治療腫瘤轉(zhuǎn)移。晚期癌癥最顯著的表現(xiàn)是惡病質(zhì)，這是一種分解代謝狀態(tài)，蛋白質(zhì)溶解，功能喪失，這與厭食、胰島素抵抗和脂肪組織丟失有關(guān)。惡病質(zhì)的發(fā)生率和嚴(yán)重程度，隨著轉(zhuǎn)移而增加，限制治療的耐受性，可誘導(dǎo)免疫抑制，并與死亡率相關(guān)。相關(guān)研究者描述了轉(zhuǎn)移過程中腫瘤和微環(huán)境重塑是如何誘發(fā)惡病質(zhì)，這可能會產(chǎn)生更有希望的治療方法，從而對抗轉(zhuǎn)移性癌癥。

治療耐受

轉(zhuǎn)移選擇的癌細(xì)胞，具有動態(tài)重新編程能力，以適應(yīng)不同壓力、逃避免疫監(jiān)視和顛覆宿主組織生物學(xué)，以促進(jìn)腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。癌細(xì)胞可以具有相同的適應(yīng)性，以促進(jìn)瘤細(xì)胞對相關(guān)治療的抵抗，并刺激腫瘤的再生（圖 2）。轉(zhuǎn)移和治療抵抗之間的密切關(guān)系顯而易見，因?yàn)槿磙D(zhuǎn)移或臨床 IV 期疾病，在很大程度上仍然無法治愈，5 年生存率在 5% 到 30% 之間。治療對轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞施加進(jìn)一步的選擇壓力，推動選擇攜帶耐藥突變的腫瘤亞克隆產(chǎn)生，并誘導(dǎo)炎癥信號的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)移性疾病的治療方法，是幾乎所有全身性癌癥治療的目標(biāo)，包括化學(xué)療法、靶向療法和免疫療法。癌癥患者在以下兩種情況下，可以接受全身治療：（1）原發(fā)性腫瘤可手術(shù)切除，且無轉(zhuǎn)移性疾病臨床證據(jù)的患者（I-III 期），在手術(shù)前（新輔助）或手術(shù)后（輔助）接受全身治療，主要目標(biāo)是消除微轉(zhuǎn)移；（2）具有廣泛大轉(zhuǎn)移性疾病的 IV 期癌癥患者，治療通常從治愈，轉(zhuǎn)向姑息治療和延長生命（圖 5 ）。雖然化學(xué)療法仍然是藥物治療的支柱，但在過去二十年，隨著 ICI、靶向療法（例如激酶抑制劑）和抗體-藥物偶聯(lián)物（例如 Her2 乳腺癌）的出現(xiàn)，顯著提高了患者總體生存率。研究者對轉(zhuǎn)移原理和機(jī)制的新生物學(xué)見解，為進(jìn)一步改善微轉(zhuǎn)移和全身轉(zhuǎn)移癌癥的治療，提供了許多可行策略（圖 5 ）。

圖5.當(dāng)前和新興的轉(zhuǎn)移性疾病治療策略

(A) 轉(zhuǎn)移性疾病在三種情況下進(jìn)行治療：當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)成像和篩查技術(shù)無法檢測到轉(zhuǎn)移性疾病時(shí)，在（新）輔助治療環(huán)境中懷疑微轉(zhuǎn)移性疾病。盡管多器官轉(zhuǎn)移在很大程度上是無法治愈的，但對寡轉(zhuǎn)移性疾病進(jìn)行選擇性局部治療可以延長生命，有時(shí)還可以治愈多種癌癥。多器官轉(zhuǎn)移性疾病通常采用全身治療，包括化療、靶向治療（例如，小分子抑制劑、抗體或抗體-藥物偶聯(lián)物）和免疫治療。

(B) 強(qiáng)調(diào)了針對癌細(xì)胞或其 TME 以最大限度地消除轉(zhuǎn)移細(xì)胞的治療方式的機(jī)會。在微轉(zhuǎn)移中，MIC 與免疫監(jiān)視處于動態(tài)平衡。增殖細(xì)胞經(jīng)常被組織駐留或循環(huán)免疫細(xì)胞消除，而休眠細(xì)胞則逃避免疫破壞。在寡轉(zhuǎn)移中，小腫瘤被 TME 駐留細(xì)胞浸潤并募集免疫細(xì)胞。在多器官轉(zhuǎn)移中，TME 變得越來越免疫抑制，排出腫瘤反應(yīng)性免疫細(xì)胞或使它們進(jìn)入免疫抑制狀態(tài)。

靶向休眠微轉(zhuǎn)移

迄今為止，靶向作用于轉(zhuǎn)移播散介質(zhì)的藥物，例如基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑，尚未在臨床試驗(yàn)中取得成功。通常，當(dāng)檢測到原發(fā)性腫瘤時(shí)，DTC 已經(jīng)播散到遠(yuǎn)處的器官，使得阻止DTC傳播的藥物治療無效。有研究者指出，改善癌癥預(yù)后的最大機(jī)會，是專注于休眠微轉(zhuǎn)移相關(guān)的臨床試驗(yàn)（圖 5）。隨著研究者對休眠狀態(tài)、可塑性和分子基礎(chǔ)的生物學(xué)理解不斷加深，微轉(zhuǎn)移的標(biāo)志物、信號通路和免疫逃避策略，正在逐漸應(yīng)用于腫瘤轉(zhuǎn)移的治療中。然而，與之相關(guān)的臨床藥物，通常在腫瘤對標(biāo)準(zhǔn)治療產(chǎn)生耐藥，并伴有晚期轉(zhuǎn)移的情況下應(yīng)用。如果研究者在相關(guān)領(lǐng)域取得成功，先在晚期轉(zhuǎn)移的患者群體中推進(jìn)相關(guān)臨床實(shí)驗(yàn)，然后在高?；颊呷后w中推進(jìn)預(yù)防遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的治療，從而治療沒有臨床轉(zhuǎn)移，但轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高、可能攜帶微轉(zhuǎn)移的患者。目前的臨床相關(guān)研究顯示，許多可能有效治療微轉(zhuǎn)移，但不能有效治療遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的藥物，患者并不能從其中獲益。

快速且經(jīng)濟(jì)高效地推進(jìn)針對微轉(zhuǎn)移的試驗(yàn)的關(guān)鍵要求，是建立休眠微轉(zhuǎn)移疾病的相關(guān)生物標(biāo)志物，以確定最有可能從輔助治療中獲益的患者。在這方面，血液中的“液體活檢”ctDNA 檢測，是一種很有前景的生物標(biāo)志物，但需要進(jìn)一步提高此類檢測的敏感性，以及其結(jié)果的臨床可操作性。另一種識別微轉(zhuǎn)移的潛在方法，是使用骨髓活檢來識別DTC?；谵D(zhuǎn)移瘤細(xì)胞的單細(xì)胞分析、ctDNA 的表觀遺傳修飾檢測，或檢測 CTC、外泌體、免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子檢測的相關(guān)技術(shù)發(fā)展，可以為預(yù)測性實(shí)時(shí)生物標(biāo)志物的開發(fā)，提供可行策略和技術(shù)支持。這些方法的應(yīng)用，將有助于對患者持續(xù)治療，從而根除微轉(zhuǎn)移性病灶。

靶向作用于寡轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)移可以顯示出腫瘤類型的特定生長模式，即緩慢轉(zhuǎn)移，或轉(zhuǎn)移到單個(gè)器官部位。寡轉(zhuǎn)移性疾病，目前被定義為轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的中間狀態(tài)，其中，局部消融療法，對患者有益。在寡轉(zhuǎn)移情況下，手術(shù)切除或放療，可以減少腫瘤負(fù)荷、延長生命，并有可能治愈患者。以手術(shù)、放療和化療的形式聯(lián)合治療寡轉(zhuǎn)移性疾病，目前是軟組織肉瘤的標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理治療，全身治療的療效有限。結(jié)直腸肝轉(zhuǎn)移手術(shù)切除，可治愈 20% 的患者，并延長轉(zhuǎn)移患者的生存時(shí)間（圖5）。肝動脈灌注化療、栓塞和射頻消融在內(nèi)的肝臟定向療法，已顯示出顯著的生存獲益。最近涉及寡轉(zhuǎn)移性疾病放射治療的隨機(jī)對照試驗(yàn)表明，在乳腺癌、前列腺癌、肺癌和其他癌癥患者中，經(jīng)治療后，無病生存期和總生存期延長。研究者應(yīng)用鐳，選擇性地結(jié)合到骨轉(zhuǎn)換增加的區(qū)域，在對伴有骨轉(zhuǎn)移的晚期轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者的治療中，顯著提高了患者的總體生存時(shí)間，這表明骨生態(tài)位的特異性靶向，可以影響隨后的廣泛轉(zhuǎn)移，這與在小鼠模型中的觀察結(jié)果一致。總之，這些研究表明，廣泛轉(zhuǎn)移和寡轉(zhuǎn)移性疾病，在臨床上具有不同特點(diǎn)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，局部治療通常不能提高 IV 期癌癥患者生存率。目前最新的研究結(jié)果，對這一傳統(tǒng)觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。在出現(xiàn)寡轉(zhuǎn)移的患者中，目前很少有臨床指標(biāo)可以檢測，這可能與器官受限的疾病與快速傳播的亞臨床微轉(zhuǎn)移相關(guān)，后者在短時(shí)間內(nèi)可以檢測。這兩種情況，需要不同的治療方法，并產(chǎn)生不同的結(jié)果。研究者對于相關(guān)潛在生物學(xué)標(biāo)記，尚未達(dá)成共識。

靶向作用晚期轉(zhuǎn)移

晚期轉(zhuǎn)移性疾病的可塑性，對癌癥治療提出了巨大挑戰(zhàn)，從理論上講，動態(tài)重編程細(xì)胞狀態(tài)的能力，可以賦予瘤細(xì)胞對藥物的耐藥性。雖然隨著腫瘤的單細(xì)胞分析的進(jìn)展，正在對腫瘤異質(zhì)性認(rèn)知，產(chǎn)生巨大的影響，但還需要做更多的研究，來確定在具有不同腫瘤和宿主遺傳學(xué)或生活方式因素的患者之間，適應(yīng)性程序是否共享，以及共享的程度。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，由保守發(fā)育或再生程序的共同選擇產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移介質(zhì)，可以為治療提供廣泛適用的靶點(diǎn)，而與腫瘤的特異性或亞克隆性無關(guān)。然而，由于大量的脫瘤靶向毒性、背景依賴性多效性作用以及這些通路的反饋回路，迄今為止，針對靶向作用于癌癥有關(guān)的發(fā)育信號通路（如 Wnt、TGFβ、Notch 和 Hedgehog）的努力，收效甚微。其它方法側(cè)重于靶向轉(zhuǎn)移性癌癥代謝，例如抑制結(jié)直腸肝轉(zhuǎn)移中的 SLC6A8 磷酸肌酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，特異性作用TME ，以克服轉(zhuǎn)移特異性免疫抑制環(huán)境。目前仍然需要更多的臨床前研究，以著重描述癌癥特有的發(fā)育和再生程序，以及在癌細(xì)胞及其進(jìn)化的 TME 的轉(zhuǎn)移階段，選擇性調(diào)節(jié)此類通路的分子。這些研究可以提供兩條途徑來對抗轉(zhuǎn)移。首先，可以描繪可塑性終點(diǎn)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對這些狀態(tài)的預(yù)期目標(biāo)。其次，抑制可塑性的分子介質(zhì)。從而限制轉(zhuǎn)移細(xì)胞進(jìn)化空間，使它們對治療敏感（圖 5）。

新興觀點(diǎn)

轉(zhuǎn)移和腫瘤發(fā)生具有分離的特性

轉(zhuǎn)移歷來是癌癥進(jìn)展的最后階段。即，致癌驅(qū)動突變，將正常上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)檫^度增殖的原發(fā)性腫瘤，其中這些腫瘤細(xì)胞的部分克隆亞型，獲得侵入、傳播和定殖遠(yuǎn)處器官的能力。上述觀點(diǎn)認(rèn)為，正常細(xì)胞先變成腫瘤細(xì)胞，然后才能變成浸潤性癌，從而發(fā)生轉(zhuǎn)移。發(fā)生轉(zhuǎn)移性疾病的可能性，與原發(fā)腫瘤的大小密切相關(guān)，這反映在臨床 TNM 分期（T，大小腫瘤；N，擴(kuò)散到區(qū)域淋巴結(jié)的程度；M，轉(zhuǎn)移的存在），用于選擇患者的輔助治療方法。然而，目前最新的研究結(jié)果，正在挑戰(zhàn)這一觀點(diǎn)。來自導(dǎo)管原位癌和胰腺上皮內(nèi)瘤變的癌前細(xì)胞，可以在沒有臨床診斷為癌癥的患者的血液、骨髓和遠(yuǎn)處器官中發(fā)現(xiàn)。早期播散瘤細(xì)胞，是某些癌癥晚期轉(zhuǎn)移的主要來源。對小鼠模型的研究表明，致癌轉(zhuǎn)化，不是轉(zhuǎn)移所必需的。未轉(zhuǎn)化的小鼠乳腺上皮細(xì)胞，可以在肺中播種，形成形態(tài)正常的微集落，并且在癌基因的誘導(dǎo)激活后，長成與原發(fā)性乳腺腫瘤的轉(zhuǎn)移無法區(qū)分的病變。攜帶鈉通道 NALCN 條件性缺失的小鼠，可以表現(xiàn)出廣泛播散且形態(tài)正常的細(xì)胞，這些細(xì)胞沒有致癌突變。NALCN 缺陷的未轉(zhuǎn)化細(xì)胞，在受體小鼠的腎臟中形成形態(tài)正常的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，例如腎小球。此外，轉(zhuǎn)移細(xì)胞通常在組織再生過程中，表達(dá) L1CAM ，這與原發(fā)性腫瘤特有的無限制增殖不同。目前仍然需要更多的研究，來證明正常細(xì)胞傳播到遠(yuǎn)處器官的程度。然而，這些結(jié)果共同表明，轉(zhuǎn)移和腫瘤起始，可以是不同的，且相互合作的過程，不需要遵從嚴(yán)格的時(shí)間順序。在治療上，這種不斷變化的時(shí)間范式的重要意義在于，首先，靶向腫瘤起始所需的致癌驅(qū)動突變，可能不足以靶向消滅轉(zhuǎn)移細(xì)胞；其次，賦予細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力的介質(zhì)，應(yīng)該是腫瘤進(jìn)展的早期靶點(diǎn)，這適用于高危人群的癌癥預(yù)防。

理解和對抗轉(zhuǎn)移的新興方法

隨著單細(xì)胞和空間技術(shù)，以及計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)的發(fā)展，研究者不斷探索TME 和克隆動力學(xué)。越來越多的技術(shù)，能夠以單細(xì)胞和空間分辨率，來分析表觀遺傳標(biāo)記、蛋白質(zhì)和代謝物，并使現(xiàn)有的轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，適應(yīng)當(dāng)前的臨床及病理診斷標(biāo)準(zhǔn)?；?DNA 編輯的高保真誘導(dǎo)譜系研究，允許研究者對細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行精確的時(shí)間排序。在臨床樣本中，線粒體突變分析和基于液體活檢的實(shí)時(shí)克隆追蹤，正在成為熱門的研究方法，它們可以描述腫瘤進(jìn)化過程中亞克隆出現(xiàn)的順序。隨著這些技術(shù)進(jìn)步，癌癥生物學(xué)的單細(xì)胞時(shí)代面臨越來越大的挑戰(zhàn)，首先，這需要可重復(fù)和透明的算法，以及受過計(jì)算編程訓(xùn)練的研究人員來分析、解釋和共享不斷增長的“大數(shù)據(jù)”。其次，驗(yàn)證過程中，需要嚴(yán)格驗(yàn)證腫瘤分析中出現(xiàn)的假設(shè)、定義分子機(jī)制并將其轉(zhuǎn)化為新療法的實(shí)驗(yàn)方法。在上述驗(yàn)證過程中，需要對復(fù)雜的類器官和小鼠模型進(jìn)行多重工程，以同時(shí)誘導(dǎo)多個(gè)突變，從而準(zhǔn)確模擬腫瘤內(nèi)和腫瘤間遺傳和表觀遺傳細(xì)胞狀態(tài)的異質(zhì)性，最終確定共享的調(diào)控通路。新興技術(shù)可以更準(zhǔn)確地代表患者、疾病階段和特定部位的 TME，包括患者來源的類器官、免疫共培養(yǎng)物、腫瘤外植體培養(yǎng)物和人源化小鼠，這些技術(shù)正在幫助研究者產(chǎn)生新的機(jī)制見解，并實(shí)現(xiàn)快速藥物反應(yīng)評估。研究者采用離體模型的前瞻性臨床試驗(yàn)，作為患者特異性治療反應(yīng)的治療前“化身”，以指導(dǎo)臨床決策。最后，人工智能有望改變臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以加速生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)和藥物開發(fā)。

總結(jié)

總之，轉(zhuǎn)移依賴于多種機(jī)制，來參與表觀遺傳編碼的程序，這些程序能夠動態(tài)適應(yīng)不斷變化的條件、細(xì)胞應(yīng)激、組織生態(tài)位外的生存、傳播、免疫逃避以及 TME 共同選擇和終末器官定植。隨著單細(xì)胞分析、譜系追蹤以及復(fù)雜的臨床前和離體模型等新技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是定義轉(zhuǎn)移依賴性，這些依賴性可以針對腫瘤異質(zhì)性較大的患者?？傊D(zhuǎn)移研究和臨床藥物開發(fā)領(lǐng)域的重大進(jìn)展，有可能改善轉(zhuǎn)移性癌癥患者的預(yù)后。

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撰文丨阿甘

排版丨豨薟

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