鐘文 胡成平

在惡性腫瘤的自然病程中，約有20%-40%的患者會(huì)出現(xiàn)腦轉(zhuǎn)移病灶[1]。而腦轉(zhuǎn)移病灶最常見(jiàn)的來(lái)源是肺癌（40%-50%），其次是乳腺癌（15%-20%）、皮膚癌（主要是黑色素瘤）占5%-10%以及消化道惡性腫瘤（4%-6%）[2,3]。近年來(lái)由于越來(lái)越多的新的治療方法尤其是精準(zhǔn)治療的興起，腫瘤患者生存期及生活質(zhì)量都得到了很大的提高，但由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system, CNS）解剖及生理上的特殊性，各種治療手段難以達(dá)到理想的效果，腦轉(zhuǎn)移病灶因而被稱為惡性腫瘤最后的“庇護(hù)所”[2]。未經(jīng)治療的腦轉(zhuǎn)移的患者的中位生存期為1個(gè)月-2個(gè)月，經(jīng)過(guò)治療的也僅有6個(gè)月左右[4]。目前針對(duì)腦轉(zhuǎn)移病灶主要治療手段是放療、全身性化療及手術(shù)，靶向藥物的廣泛應(yīng)用也一定程度改善了腦轉(zhuǎn)移患者的預(yù)后[5]。然而，惡性腫瘤腦轉(zhuǎn)移患者總體預(yù)后仍是難以令人滿意的。

腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤最為重要的特征之一，轉(zhuǎn)移過(guò)程中所涉及細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞之間分子機(jī)制是十分復(fù)雜的，不僅包括腫瘤細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、循環(huán)腫瘤細(xì)胞在血管中存活、腫瘤細(xì)胞休眠、腫瘤細(xì)胞異質(zhì)性及其干性等變化，還伴隨著腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞的相互作用、腫瘤相關(guān)血管形成等一系列與腫瘤微環(huán)境相關(guān)事件[6]。“種子-土壤”假說(shuō)即某種特定的腫瘤細(xì)胞只有在合適的腫瘤微環(huán)境中才能存活，很好地解釋了腫瘤特異性轉(zhuǎn)移的發(fā)生、發(fā)展[7]。CNS轉(zhuǎn)移病灶相對(duì)于其他部位的轉(zhuǎn)移病灶有其獨(dú)特性，故明確腦轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞生物學(xué)特性及其與轉(zhuǎn)移灶微環(huán)境之間相互作用對(duì)于腫瘤腦轉(zhuǎn)移的防治具有重大的意義。

1 轉(zhuǎn)移至中樞神經(jīng)系統(tǒng)的腫瘤細(xì)胞生物學(xué)特性

在腫瘤轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，腫瘤細(xì)胞為適應(yīng)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移灶的微環(huán)境，會(huì)發(fā)生一系列的生物學(xué)特性上的變化[8]，Valastyan等[6]將此過(guò)程歸納為以下五種模式：①腫瘤細(xì)胞直接轉(zhuǎn)移形成遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移灶，不發(fā)生改變；②腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)處器官，部分地適應(yīng)微環(huán)境，再產(chǎn)生某些變化以更好適應(yīng)；③腫瘤原發(fā)灶包含多種隨機(jī)突變（包括具有轉(zhuǎn)移特性的突變）的亞克隆細(xì)胞，直接轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)處器官并形成轉(zhuǎn)移灶；④腫瘤細(xì)胞在轉(zhuǎn)移灶已經(jīng)形成的情況下，原發(fā)病灶部分腫瘤細(xì)胞可以出現(xiàn)某些改變并進(jìn)入該轉(zhuǎn)移灶；⑤在癌變過(guò)程的早期，部分異型性細(xì)胞（quasi-normal cell）可定植在遠(yuǎn)處器官，并產(chǎn)生突變，再增殖形成轉(zhuǎn)移灶。不論這一過(guò)程是發(fā)生于腫瘤發(fā)生早期、原發(fā)灶內(nèi)、轉(zhuǎn)移灶內(nèi)或是轉(zhuǎn)移過(guò)程中，目的都是為更好適應(yīng)遠(yuǎn)處器官的微環(huán)境。這種改變可以表現(xiàn)在DNA水平或表觀遺傳水平上，從而影響腫瘤細(xì)胞的表型變化[9,10]。我們將從腦轉(zhuǎn)移腫瘤基因改變、翻譯后修飾及代謝特點(diǎn)等方面闡釋腦轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞生物學(xué)特性。

1.1 腦轉(zhuǎn)移病灶中腫瘤細(xì)胞基因改變 Brastianos等[8]檢測(cè)了86例的腦轉(zhuǎn)移病灶及其相匹配的原發(fā)灶的病灶基因組點(diǎn)突變及基因拷貝數(shù)變異（copy number variations, CNV），通過(guò)計(jì)算各自的腫瘤-細(xì)胞分?jǐn)?shù)（cancer cell fraction, CCF），即通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)突變附近的基因拷貝數(shù)來(lái)估計(jì)細(xì)胞之間的同源性），描繪出腫瘤細(xì)胞的進(jìn)化樹(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管腦轉(zhuǎn)移病灶與原發(fā)灶的腫瘤細(xì)胞來(lái)源于同一祖先，兩者卻分屬于不同的亞克隆。同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)，顱內(nèi)多發(fā)病灶的腫瘤細(xì)胞亞克隆之間是同源的。其他的一系列相關(guān)研究（部分重要基因改變見(jiàn)表1）也證實(shí)腦轉(zhuǎn)移病灶中基因組與原發(fā)灶之間存在諸如單核苷酸變異（single nucleotide variation,SNV）、CNV、缺失、擴(kuò)增等的基因型方面的變化，這些基因組的改變主要涉及多條細(xì)胞信號(hào)通路的活化、細(xì)胞凋亡及細(xì)胞的粘附等功能（表1），并部分解釋了腫瘤腦轉(zhuǎn)移形成機(jī)制[11-20]。

1.2 腦轉(zhuǎn)移病灶在表觀遺傳學(xué)上的改變

1.2.1 甲基化 Park等[9]對(duì)比了黑色素瘤、肺癌、胃癌等多種細(xì)胞株在裸鼠腦轉(zhuǎn)移與皮下腫瘤模型中腫瘤細(xì)胞全基因組甲基化水平，他們發(fā)現(xiàn)腦轉(zhuǎn)移模型中TCF4、PURB、ONECUT2、ESRRG、NFIB及MEF2C等一系列轉(zhuǎn)錄因子的甲基化水平有明顯的差異，尤其是TCF4這一神經(jīng)發(fā)育相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子改變最為明顯，正是由于這些改變引起腦轉(zhuǎn)移病灶的腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)獨(dú)特的基因表達(dá)譜。Marzese等[21]同樣也觀察到人黑色素瘤腦轉(zhuǎn)移病灶與顱外病灶有甲基化水平不一致性，如編碼多種基因的轉(zhuǎn)錄子成分HOX家族成員中HOXD9基因啟動(dòng)子區(qū)間甲基化水平明顯增高，引起神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因的改變。而在乳腺癌腦轉(zhuǎn)移病灶中GALNT9、CCDC8及BNC1等基因的甲基化水平則明顯較原發(fā)灶增高，而體外沉默上述基因可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲能力[18]。因此，CNS中腫瘤細(xì)胞甲基化水平的改變，可能是引起腫瘤表型發(fā)生改變?cè)蛑?，但究竟是何種因素導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的甲基化水平改變的原因尚未完全明確[9]。

1.2.2 miRNA miRNA是長(zhǎng)度約19 bp-25 bp的小分子非編碼RNA，他們能與mRNA結(jié)合后，降解或抑制相應(yīng)的mRNA，從而影響基因表達(dá)，近年來(lái)大量的研究已經(jīng)證實(shí)了miRNA是轉(zhuǎn)錄后影響蛋白質(zhì)表達(dá)關(guān)鍵因素之一。Zhao等[22]通過(guò)比較肺癌患者原發(fā)病灶與腦轉(zhuǎn)移病灶miRNA水平，篩選出一組下調(diào)miRNA如miR-145、miR-214、miR-9及miR-1471等，在其中，他們發(fā)現(xiàn)以miR-145下調(diào)水平最為明顯，而miR-145的下調(diào)能促進(jìn)肺癌A549及SPC-A1細(xì)胞株增殖。既往研究[23,24]表明，miR-145可通過(guò)參與c-Myc、EGFR、NUDT1表達(dá)調(diào)節(jié)，影響肺癌細(xì)胞的增殖與侵襲。miR-145家族中另一成員miR-145-5p也在肺癌腦轉(zhuǎn)移患者中明顯下調(diào)，因此提高了下游EGFR、OCT-4、MUC-1、c-MYC、TPD52的表達(dá)水平，而miR-145-5p下調(diào)是由于啟動(dòng)區(qū)間甲基化所致[25]。miR-200家族的miR-141-3p及miR-200b-3p在腦轉(zhuǎn)移病灶中也較原發(fā)灶明顯上調(diào)，進(jìn)而下調(diào)ZEB2表達(dá)，影響腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲能力[26]。

1.3 腦轉(zhuǎn)移病灶中的腫瘤細(xì)胞獲得神經(jīng)細(xì)胞特性 Park等[9]發(fā)現(xiàn)肺癌、黑色素瘤、結(jié)腸癌的腦轉(zhuǎn)移動(dòng)物模型中的腫瘤細(xì)胞表型上呈現(xiàn)了某些神經(jīng)元細(xì)胞的特性，即谷氨酸信號(hào)通路蛋白及神經(jīng)遞質(zhì)復(fù)合物蛋白如SNAP25、SNAP91及BSN等蛋白水平明顯增高。同樣的，在人乳腺癌腦轉(zhuǎn)移病灶中也發(fā)現(xiàn)γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）源的蛋白如GABA受體、GABA轉(zhuǎn)氨酶等表達(dá)增高，從而使得腫瘤細(xì)胞能在CNS中利用GABA進(jìn)行各種代謝活動(dòng)[27]。而Nygaard等[28]則發(fā)現(xiàn)，在黑色素瘤腦轉(zhuǎn)移患者及動(dòng)物模型中，谷氨酸相關(guān)信號(hào)通路信號(hào)蛋白GRIA2、GRM4及BSN表達(dá)增高，促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。此外，還有研究[29]表明CNS中的纖溶酶可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，而乳腺癌及肺癌細(xì)胞株可高表達(dá)neuroserpin這一種神經(jīng)元特征表達(dá)的纖溶酶原激活物抑制劑，從而逃避纖溶酶促凋亡的作用。這種轉(zhuǎn)變可能基于高氯的腦組織間液對(duì)非神經(jīng)元細(xì)胞具有損傷作用[30]，再加上中樞神經(jīng)充足的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、谷氨酸等物質(zhì)[31-33]，腫瘤細(xì)胞獲得某些神經(jīng)元特性可能更適合于中樞系統(tǒng)微環(huán)境的生存。

1.4 腦轉(zhuǎn)移病灶中的腫瘤細(xì)胞代謝特點(diǎn) CNS血供豐富，血流量占全身總量的1/5，因此，其供養(yǎng)、供能也較為充足。由于血腦屏障（Blood Brain Barrier, BBB）的存在，CNS間質(zhì)葡萄糖較血液濃度低，但亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸等支鏈氨基酸及谷氨酸含量豐富[32,33]。

表1 腦轉(zhuǎn)移病灶中腫瘤細(xì)胞基因改變Tab 1 Gene profile changes in brain metastases

相對(duì)于腫瘤腦轉(zhuǎn)移侵襲、增殖特性，人們對(duì)CNS中腫瘤細(xì)胞的代謝特點(diǎn)的所知甚少。Chen等[34]對(duì)比了腦轉(zhuǎn)移模型與骨轉(zhuǎn)移模型中的腫瘤細(xì)胞能量代謝相關(guān)蛋白表達(dá)的水平，他們發(fā)現(xiàn)，不同于常見(jiàn)的腫瘤細(xì)胞較多的依賴無(wú)氧代謝，CNS中的腫瘤細(xì)胞三羧酸循環(huán)-氧化磷酸化活躍，并伴有腫瘤細(xì)胞磷酸戊糖途徑的活化，并可借此機(jī)制介導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞對(duì)某些抗代謝化療藥物如D-2-脫氧葡萄糖的耐藥。Chen等[35]則發(fā)現(xiàn)具有CNS轉(zhuǎn)移特性的乳腺癌細(xì)胞對(duì)低糖耐受能力較其母代細(xì)胞更強(qiáng)，并表達(dá)了更多的谷氨酸脫氫酶、酮酸脫氫酶以利用環(huán)境中的谷氨酸及支鏈氨基酸。

脂質(zhì)代謝方面，Chen等[34]發(fā)現(xiàn)腦轉(zhuǎn)移模型中動(dòng)物模型中的脂肪酸β氧化相關(guān)酶譜較骨轉(zhuǎn)移表達(dá)升高，而人的乳腺癌腦轉(zhuǎn)移組織芯片顯示，乙酰輔酶A氧化酶-1及脂肪酸合成酶表達(dá)水平較其他部位轉(zhuǎn)移灶高，提示腦轉(zhuǎn)移病灶中脂質(zhì)合成及分解代謝均較活躍[36]。

由于研究范圍較大，輻射距離較長(zhǎng)，整段天際線所包含的構(gòu)成要素?cái)?shù)量及形式過(guò)多。因此以道路分隔及既有街區(qū)為基礎(chǔ)，將整段天際線較為均勻地劃分為7段樣本，每段長(zhǎng)度約500～700m。一方面控制樣本尺度以便于受訪人在之后的調(diào)查問(wèn)卷中進(jìn)行評(píng)價(jià)判斷，另一方面增加樣本數(shù)量為后續(xù)天際線評(píng)價(jià)定量化、規(guī)律化的探討提供了基礎(chǔ)。

2 腫瘤中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境

腦轉(zhuǎn)移病灶微環(huán)境相對(duì)于其他組織有著其獨(dú)特性：①具有BBB、血腦脊液屏障，起到生物屏障作用；②缺乏淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞充當(dāng)了重要的免疫反應(yīng)角色[37]；③缺乏成纖維細(xì)胞等間葉組織，而富含星形膠質(zhì)細(xì)胞及少突膠質(zhì)細(xì)胞；④高表達(dá)CXCL-12[38]、neuroserpin[29]、neutropin[31]等CNS特異性的分子。至于顱內(nèi)微環(huán)境對(duì)于腫瘤腦轉(zhuǎn)移病灶扮演何種角色目前仍存在爭(zhēng)論[39]，既往研究[40-42]表明，從腦轉(zhuǎn)移模型中分離的腫瘤細(xì)胞或與體外CNS微環(huán)境共培養(yǎng)獲得的腫瘤細(xì)胞均較原細(xì)胞株有更強(qiáng)增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移能力，但另有研究[29]則顯示星形膠質(zhì)細(xì)胞可分泌纖溶酶原激活物促使腫瘤細(xì)胞的凋亡，不利于腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。下面，我們將從構(gòu)成CNS微環(huán)境各成分及其與腫瘤細(xì)胞相互作用來(lái)探討顱內(nèi)微環(huán)境對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用。

2.1 星形膠質(zhì)細(xì)胞 星形膠質(zhì)細(xì)胞（astrocyte, AST）是CNS中除神經(jīng)元外最為豐富的細(xì)胞。AST在受到刺激情況便可激活，形態(tài)上變得肥大，并伴隨著AST活化特異性標(biāo)志膠質(zhì)纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）表達(dá)增高。AST具有支持神經(jīng)細(xì)胞、營(yíng)養(yǎng)神經(jīng)組織、維持CNS穩(wěn)態(tài)、構(gòu)成血腦屏障等功能，并能在神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷后起到修復(fù)作用。作為CNS微環(huán)境最為重要的組分，AST在腫瘤腦轉(zhuǎn)移病灶形成中起到重要的作用[43]。

AST活化后可分泌多種細(xì)胞因子影響腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移能力。有研究發(fā)現(xiàn)AST可通過(guò)分泌基質(zhì)金屬蛋白酶2（matrix metalloprotein 2, MMP2）及MMP9，清除腫瘤細(xì)胞表面及周圍基質(zhì)成分，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲及轉(zhuǎn)移能力[44]，MMP是調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境最為重要的蛋白酶之一，除了發(fā)揮蛋白酶的降解基質(zhì)、促進(jìn)侵襲功能之外，MMP2及MMP9可通過(guò)激活轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β, TGF-β）調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)，通過(guò)VEGF調(diào)節(jié)血管生成等功能[45]，相關(guān)的臨床資料[46]也表明MMP2表達(dá)陽(yáng)性的腦原位或轉(zhuǎn)移腫瘤的患者的生存期更短。在黑色素瘤腦轉(zhuǎn)移的研究中發(fā)現(xiàn)，AST可在黑色素瘤細(xì)胞刺激下產(chǎn)生白介素3（interleukin-3, IL-3）、CD40L、CXCL12及IFN-γ等多種細(xì)胞因子，其中IL-23則刺激腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生MMP-2，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[41]。腫瘤細(xì)胞與AST通過(guò)細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)相互作用機(jī)制是非常復(fù)雜的，有研究表明，CNS中的腫瘤細(xì)胞可分泌巨噬細(xì)胞遷移抑制因子（macrophage migration inhibitory factor, MIF）、IL-8及纖溶酶原激活物抑制因子1（plasminogen activator inhibitor-1, PAI-1）激活A(yù)ST，激活的AST又可分泌IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α,TNF-α）及IL-1β促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增長(zhǎng)，但I(xiàn)L-6R表達(dá)卻有所下調(diào)[47]，這與Sierra的結(jié)果[48]有部分差異。然而，AST除促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)之外，也有研究證實(shí)AST對(duì)部分的腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)可起到抑制作用，主要機(jī)制在于CNS中的纖溶酶使得AST細(xì)胞膜上的FasL脫落形成分泌型的FasL引發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡[29]。

最新的一項(xiàng)研究[49]表明，AST產(chǎn)生外泌體與腫瘤細(xì)胞融合后，外泌體內(nèi)含的的miRNA（主要是miR-19a）可使得腫瘤細(xì)胞發(fā)生PTEN低表達(dá)丟失，進(jìn)一步活化PI3K/AKT/mTOR通路，促使腫瘤細(xì)胞分泌趨化因子2（chemokine ligand 2, CCL2），募集IBA-1表達(dá)的髓性細(xì)胞，從而促使腫瘤增殖，這一過(guò)程特異地發(fā)生在CNS中，腫瘤細(xì)胞與腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer associated fibroblast, CAF）共培養(yǎng)并未出現(xiàn)此現(xiàn)象。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意義在于可以很好地解釋腦轉(zhuǎn)移細(xì)胞往往都會(huì)出現(xiàn)特異性的PTEN的低表達(dá)，從而引起PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路過(guò)度活化這一現(xiàn)象[8,16,49,50]。外泌體是細(xì)胞外直徑約40 nm-100 nm的小囊泡，可由腫瘤細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、淋巴細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞等細(xì)胞產(chǎn)生，廣泛存在于多種組織間液中，其囊泡內(nèi)含有蛋白質(zhì)、miRNA、mRNA、脂質(zhì)等多種細(xì)胞成分，作為細(xì)胞外的膜性結(jié)構(gòu)可參與細(xì)胞之間信號(hào)傳遞，在腫瘤血管形成、轉(zhuǎn)移等過(guò)程中起到了重要作用[51,52]。外泌體及其內(nèi)涵物可以作為腫瘤細(xì)胞與其微環(huán)境相互作用的途徑，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，這一發(fā)現(xiàn)為腦轉(zhuǎn)移病灶提供一個(gè)新穎的治療靶點(diǎn)，引發(fā)了眾多關(guān)注，外泌體及微囊泡也成為近期腫瘤領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一[53,54]。

AST還具有保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受化療藥物細(xì)胞毒作用的功能。這種保護(hù)機(jī)制可能是基于AST與腫瘤細(xì)胞的直接接觸及間隙連接通信（gap joint communication, GJC）起作用的，但成纖維細(xì)胞卻不能起到類似的作用[55,56]。AST與黑色素細(xì)胞瘤細(xì)胞接觸后，細(xì)胞間的接合素43（connexin 43）的GJC作用可使黑色素瘤細(xì)胞免于化療藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[55]。此外，AST與腫瘤細(xì)胞的直接接觸可促使腫瘤細(xì)胞分泌IL-6及IL-8，使得AST產(chǎn)生內(nèi)皮素1（endothelin 1, ET1），ET1與腫瘤細(xì)胞的內(nèi)皮素受體（endothelin receptor, ETR）結(jié)合之后可激活A(yù)KT及MAPK通路影響下游BCL2L1、TWIST1及GSTA5表達(dá)使得細(xì)胞免受化療藥物的影響[56-58]。類似的，Murphy等[59]則在發(fā)現(xiàn)connexin 43可通過(guò)活化AKT/AMPK/mTOR信號(hào)通路誘導(dǎo)惡性膠質(zhì)瘤對(duì)替莫唑胺耐藥。但也有研究[60]表明，睪丸癌細(xì)胞之間卻能通過(guò)connexin 43之間的信號(hào)通路增強(qiáng)化療藥物的細(xì)胞毒作用，推測(cè)GJC可以傳遞某些小分子物質(zhì)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。由此可見(jiàn)，腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境、腫瘤細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞之間特定的GJC信號(hào)分子可以影響腫瘤細(xì)胞在CNS等微環(huán)境下對(duì)化療敏感程度，阻斷或活化GJC之間的信號(hào)傳導(dǎo)，對(duì)于增強(qiáng)化療藥物效果可能有一定的臨床意義。

AST作為微環(huán)境的一個(gè)關(guān)鍵因素，可與腫瘤細(xì)胞相互作用后通過(guò)分泌細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)、直接接觸及外泌體等多種途徑影響腦轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞生物學(xué)行為，兩者之間作用網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，部分機(jī)制尚未完全明確，需得到進(jìn)一步的闡釋[53,59]。

2.2 小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞 正常的CNS缺乏淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等常見(jiàn)的免疫細(xì)胞及相應(yīng)的淋巴管道，小膠質(zhì)細(xì)胞在CNS免疫反應(yīng)中扮演了重要的角色。小膠質(zhì)細(xì)胞屬于單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)，激活后甚至難以從形態(tài)學(xué)及分子標(biāo)志上來(lái)和循環(huán)中的巨噬細(xì)胞相區(qū)分，而異種共生的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，轉(zhuǎn)移瘤模型中的小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞多來(lái)源于循環(huán)中的單核巨噬細(xì)胞，顱內(nèi)原有的小膠質(zhì)細(xì)胞僅占少數(shù)[61]。因此，有部分文獻(xiàn)將CNS中激活的小膠質(zhì)細(xì)胞直接稱之為小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞[62,63]。

免疫系統(tǒng)在腫瘤發(fā)生與發(fā)展中有著重要的地位。腫瘤中的巨噬細(xì)胞主要可分成兩型，即M1及M2型，其中M2型單核巨噬細(xì)胞表面抗原為CD163及CD204，通過(guò)分泌Arginase、IL-10、脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）、干擾素γ（interferon-γ, IFN-γ）及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（transforming growth factor-β1, TGF-β1）等細(xì)胞因子促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，而M1型則高表達(dá)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase, iNOS），并分泌IL-1、IL-12、NO、TNF-α，具有殺傷腫瘤細(xì)胞作用[63,64]。Wei等[63]回顧了小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞在膠質(zhì)瘤中的作用，小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞在其中的作用傾向于M2表型，并可與膠質(zhì)瘤細(xì)胞相互作用，促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲及血管生成，但其抑瘤作用僅表現(xiàn)在協(xié)同CD8+T細(xì)胞、ADCC及少量的M1表型的細(xì)胞毒作用這幾個(gè)方面。小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞作為CNS中免疫功能最為重要的一環(huán)，明確腦轉(zhuǎn)移腫瘤中小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞分化類型及其產(chǎn)生機(jī)制對(duì)明確CNS中免疫系統(tǒng)與腫瘤細(xì)胞之間關(guān)系有著重要的意義。

體外研究表明，LPS可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，促使其向M1型分化，并分泌NO及TNF-α等細(xì)胞因子殺傷腫瘤細(xì)胞[61,65]，然而，低濃度的小膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)上清液卻具有促腫瘤生長(zhǎng)作用[65]，實(shí)際上，在肺癌腦轉(zhuǎn)移的病理組織中，盡管腫瘤及周圍高表達(dá)iNOS，但TNF-α表達(dá)量卻較低，圍繞腫瘤組織的主要是一層厚的IBA-1陽(yáng)性小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞，這表明在腦轉(zhuǎn)移病灶的不同部位，小膠質(zhì)細(xì)胞有著不同的分化及功能[65]，這一功能的差異取決于小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞本身受到微環(huán)境的刺激[63]。除了典型的M1及M2分化之外，有研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞刺激下的小膠質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)非經(jīng)典的Wnt通路活化通路，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞侵襲及生長(zhǎng)[66]。證據(jù)還來(lái)自于Rietk?tter等[67]的實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)不同于外周血中的單核/巨噬細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)、侵襲作用并不依賴CSF-1的激活作用。

小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞在腦轉(zhuǎn)移病灶中表型變化及相關(guān)機(jī)制仍有較多空白，以小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞為靶點(diǎn)在治療腫瘤中遠(yuǎn)沒(méi)有當(dāng)下熱門的免疫治療取得的成果明顯。雖有體外實(shí)驗(yàn)表明用唑來(lái)膦酸可促使CNS中小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞發(fā)生表型變化發(fā)揮抑制腫瘤侵襲作用[68]，同時(shí)也有臨床資料證明唑來(lái)膦酸可以減少乳腺癌患者復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)[69]，但對(duì)于腫瘤腦轉(zhuǎn)移患者目前尚缺乏相關(guān)足夠的臨床證據(jù)，需要通過(guò)進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)證實(shí)拮抗小膠質(zhì)細(xì)胞/巨噬細(xì)胞治療腫瘤腦轉(zhuǎn)移的效果。

2.3 腦轉(zhuǎn)移瘤微血管 腫瘤生長(zhǎng)離不開(kāi)充足的血供，微血管在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移機(jī)制及生長(zhǎng)方面起到重要的作用。腦轉(zhuǎn)移動(dòng)物模型病理結(jié)果顯示腫瘤細(xì)胞多分布在微血管的周圍75 μm左右，距離微血管100 μm的腫瘤細(xì)胞多無(wú)法生存，Kienast等[70]通過(guò)熒光示蹤法追溯腦轉(zhuǎn)移模型中所有腫瘤細(xì)胞的命運(yùn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與血管分離的腫瘤細(xì)胞無(wú)一例外都走向死亡，F(xiàn)idler等[43,71]還發(fā)現(xiàn)腦轉(zhuǎn)移腫瘤微血管具有平均血管密度（mean vessel density, MVD）低，但管腔多異常擴(kuò)張不完整的特點(diǎn)。

VEGF是血管形成的關(guān)鍵因子，早前的實(shí)驗(yàn)[72]已經(jīng)證明了在腦轉(zhuǎn)移病灶形成過(guò)程中，VEGF是必要而非充分的因素。且有研究[73]表明腦轉(zhuǎn)移病灶VEGF水平較原發(fā)灶高，且與微血管密度（microvessel density, MVD）成正相關(guān)。除促血管生成之外，VEGF還可以激活腦轉(zhuǎn)移過(guò)程中一部分休眠的細(xì)胞，促使其增殖形成微轉(zhuǎn)移灶[70]?；仡櫺苑治鯷74,75]表明使用貝伐珠單抗可以有效地降低肺癌患者腦轉(zhuǎn)移病灶的形成，且并不增高CNS出血風(fēng)險(xiǎn)。然而需要引起注意的是血管形成還受其他因子調(diào)控，肺癌腦轉(zhuǎn)移動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，盡管通過(guò)抑制VEGFR可以拮抗VEGF塑造血管的能力，但由于堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（basic fibroblast growth factor, bFGF）的高表達(dá)，腫瘤負(fù)荷并沒(méi)有減輕[71]。

2.4 BBB BBB是腫瘤細(xì)胞形成腦轉(zhuǎn)移病灶首先接觸的一個(gè)結(jié)構(gòu)，由毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及之間的緊密連接、基膜、AST的樹(shù)突構(gòu)成。生理情況下，BBB具有維持CNS穩(wěn)態(tài)的功能，對(duì)藥物、毒素、離子等物質(zhì)具有隔離作用。BBB完整性的維持關(guān)鍵是BBB的緊密連接，其緊密連接由跨膜蛋白及周圍蛋白構(gòu)成，跨膜蛋白由封閉蛋白（occludin）、聯(lián)接黏附分子（junctional adhesion molecules, JAMs）及緊密連接蛋白claudin（BBB上主要為claudin-5）組成，構(gòu)成細(xì)胞之間的相互連接；周圍蛋白則分布在緊密連接的兩側(cè)，包括閉鎖小帶（zonula occluden, ZO）及絲狀肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白（afadin）等蛋白，可維持BBB穩(wěn)定性[76]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[71,77]表明，多種腫瘤細(xì)胞株均能順利通過(guò)BBB，且發(fā)現(xiàn)直徑大于0.25 mm的腫瘤腦轉(zhuǎn)移病灶內(nèi)部的BBB的完整性受到了不同程度的破壞。腫瘤細(xì)胞穿過(guò)BBB之間是形成腦轉(zhuǎn)移病灶的第一步，但目前具體機(jī)制尚未完全明確。既往Bos等[78]通過(guò)比較腦轉(zhuǎn)移病灶與原細(xì)胞基因表達(dá)差異篩選發(fā)現(xiàn)環(huán)氧合酶（cyclooxygenase-2, COX2）、α2,6-唾液酸轉(zhuǎn)移酶（α2,6-sialyltransferase, ST6GALNAC5）及EGF可介導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞穿過(guò)BBB，并推測(cè)ST6GALNAC5可以通過(guò)促使內(nèi)皮細(xì)胞表面唾液酸化而特異性地介導(dǎo)了腦轉(zhuǎn)移，在結(jié)腸癌的患者中，ST6GALNAC5的rs1736858的SNP與腦轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)高度相關(guān)[79]。而腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的COX2則可以誘導(dǎo)產(chǎn)生前列腺素，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞高表達(dá)MMP1，降解BBB上的Claudin及ZO-1[80]。但Lee等[81]則認(rèn)為COX2主要來(lái)源并非腫瘤細(xì)胞，而為BBB的內(nèi)皮細(xì)胞。神經(jīng)肽物質(zhì)P（neuropeptide substance, SP）也可通過(guò)改變ZO-1及claudin-5的分布及位置促使腫瘤細(xì)胞穿過(guò)BBB。體外研究則表明，小細(xì)胞肺癌細(xì)胞可分泌胎盤生長(zhǎng)因子（placental growth factor, PLGF）與VEGFR-1受體結(jié)合后，活化ROCKERK1/2通路，促使occludin磷酸化而改變BBB的緊密連接，最終易化小細(xì)胞肺癌細(xì)胞穿過(guò)BBB[82]。

細(xì)胞分泌的囊泡內(nèi)容物也可介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞破壞BBB。有研究[83]表明，乳腺癌細(xì)胞能夠直接通過(guò)外泌體中的miRNA-105下調(diào)緊密連接中的ZO-1破壞BBB的完整性，促使腫瘤細(xì)胞向顱內(nèi)轉(zhuǎn)移，但也有研究則表明BBB的破壞并不僅僅在于緊密連接中的ZO-1蛋白，Tominaga等發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細(xì)胞能分泌的小囊泡（extracellular vesicles, EV），大小約100 nm，包括外泌體及其他的囊泡）中可特定的被BBB內(nèi)皮細(xì)胞攝取，EV中的miRNA181c可抑制BBB內(nèi)皮細(xì)胞上的磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1, PDPK1）的表達(dá)，而PDPK1下調(diào)可使肌動(dòng)蛋白素（cofilin）磷酸化水平下降并激活cofilin，從而引起肌動(dòng)蛋白（actin）構(gòu)象改變，破壞了BBB的緊密連接，促使乳腺癌細(xì)胞穿過(guò)BBB[84]?？紤]到腫瘤細(xì)胞穿過(guò)BBB機(jī)制的多樣性及其脆弱性，BBB或許并不能作為一個(gè)好的抵抗腫瘤入侵CNS及治療的靶點(diǎn)。此外，既往腫瘤細(xì)胞穿透BBB的機(jī)制研究主要集中在乳腺癌中，而關(guān)于肺癌的研究相對(duì)較少，各種腫瘤細(xì)胞是否存在不同的機(jī)制值得進(jìn)一步探討。

而B(niǎo)BB另一成分血管內(nèi)皮細(xì)胞在與CNS轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞相互作用主要表現(xiàn)在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中的細(xì)胞間粘附，在NSCLC細(xì)胞腦轉(zhuǎn)移的早期，腫瘤細(xì)胞能與內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)VLA-4/VCAM-1、ALCAM/ALCAM及LFA-1/ICAM-1粘附，而這些早期粘附分子可作為預(yù)防腦轉(zhuǎn)移形成的靶點(diǎn)[85]。而另有研究[86]則表明腦轉(zhuǎn)移腫瘤NSCLC細(xì)胞高表達(dá)CD15，并與TNF-α激活的內(nèi)皮細(xì)胞CD62E相互作用，介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞粘附微血管。此外，腫瘤細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞相互作用還可促進(jìn)腫瘤侵襲及腫瘤血管生成，即腫瘤細(xì)胞JAK-STAT通路激活后可分泌VEGF，與VEGFR2結(jié)合后激活血管內(nèi)皮的JAK-STAT通路，MMP-9分泌增多，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲能力[87]。

BBB更重要的一點(diǎn)在于它是影響藥物治療腦轉(zhuǎn)移病灶主要的因素。BBB上的內(nèi)皮細(xì)胞豐富表達(dá)p-糖蛋白（p-glycoprotein, p-gp）、乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein, BCRP）等ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[ATP-binding cassette (ABC) efflux transporters, ABCG]，ABCG是一類依賴ATP的分子轉(zhuǎn)運(yùn)體，能將其底物逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)。目前常用的化療或靶向藥物大多是ABCG家族中某一個(gè)或幾個(gè)的蛋白作用底物，造成CNS病灶藥物常常難以達(dá)到有效的治療濃度[2]。以靶向藥物厄洛替尼為例，在p-gp及BCRP敲除的小鼠中腦組織AUC可達(dá)（49.6±3.95）μg/g?h，而野生型的小鼠腦組織AUC僅僅為（11.0±1.35）μg/g?h，遠(yuǎn)低于血漿的（80.2±3.5）μg/g?h[88]。為突破BBB的限制，可采用聯(lián)合放療、增大藥物劑量及使用ABCG抑制劑等方式，提高藥物在CNS中的分布情況以達(dá)到良好的治療效果[2]。

2.5 腦轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移瘤微環(huán)境的其他細(xì)胞成分 其他細(xì)胞成分如少突膠質(zhì)細(xì)胞、循環(huán)的免疫細(xì)胞及CNS間質(zhì)成分與腫瘤細(xì)胞相互作用研究較少。有研究[89,90]表明，將NK細(xì)胞種植到乳腺癌或膠質(zhì)瘤動(dòng)物模型中，可抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞及HER陽(yáng)性的乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)，但在動(dòng)物乳腺癌腦轉(zhuǎn)移模型中卻發(fā)現(xiàn)CD11b陽(yáng)性的髓樣細(xì)胞聚集并形成早期腫瘤轉(zhuǎn)移的“土壤”，進(jìn)一步釋放炎癥因子S100A8 及S100A9，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞趨化[91]。甚至在人腫瘤CNS中可見(jiàn)腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer associated fibroblast, CAF），進(jìn)一步的研究[92]表明CAF可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲。

腦轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞生物學(xué)特性的變化及腫瘤細(xì)胞與其微環(huán)境相互作用可能可以解釋腫瘤細(xì)胞這顆“種子”如何在顱內(nèi)“土壤”中定植、生長(zhǎng)這一相對(duì)低效的轉(zhuǎn)移過(guò)程[93]，然而，顱腦微環(huán)境在腦轉(zhuǎn)移病灶中的腫瘤細(xì)胞生物學(xué)行為改變中扮演了“篩選”還是“誘導(dǎo)”的角色尚不明確。有研究將肺癌、黑色素瘤與星形膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)后檢測(cè)全基因組甲基化水平，同樣部分復(fù)制出腦轉(zhuǎn)移動(dòng)物模型中甲基化情況的改變，提示星形膠質(zhì)細(xì)胞可以使腫瘤細(xì)胞發(fā)生甲基化水平變化[9]。而McDermott R則提出這樣一種模式，星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞等CNS微環(huán)境組分與腫瘤細(xì)胞相互作用下可產(chǎn)生某些細(xì)胞因子，從而改變腫瘤細(xì)胞的miRNA水平，進(jìn)而影響相應(yīng)靶基因的表達(dá)[94]。

總之，惡性腫瘤腦轉(zhuǎn)移問(wèn)題一直是腫瘤醫(yī)生關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。“種子-土壤”模型的提出為解決腦轉(zhuǎn)移病灶生長(zhǎng)提供了一個(gè)大的框架。腫瘤細(xì)胞與星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、微血管、血腦屏障等結(jié)構(gòu)相互作用及腫瘤細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的適應(yīng)性變化，有助于我們發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)。