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第三节 肿瘤的生物学特征
肿瘤的生物学特征包括生长、浸润及转移。恶性肿瘤不仅在局部浸润生长、破坏组织结构,而且可转移到远隔部位组织、器官继续生长,此为导致患者死亡的最重要原因。因此对肿瘤生物学特征的研究已成为肿瘤病理学的重要内容。
一、肿瘤的生长
(一)肿瘤的生长方式
肿瘤的生长方式可以呈膨胀性、外生性和浸润性生长。
1.膨胀性生长
这是良性肿瘤的生长方式。由于瘤细胞生长缓慢,不侵袭周围正常组织,随着肿瘤体积的逐渐增大,有如逐渐膨胀的气球,将四周组织推开或挤压。因此肿瘤往往呈结节状,周围常有完整的包膜,与周围组织分界清楚(图4-5)。临床检查时肿块活动,手术容易切除,术后也不易复发。
图4-5 良性肿瘤的膨胀性生长
2.外生性生长
发生在皮肤、黏膜或空腔器官(如消化道,泌尿生殖道等)的肿瘤,常向表面生长或突向管腔,形成乳头状、息肉状、蕈状或菜花状的肿物,这种生长方式称为外生性生长。良恶性肿瘤均可呈外生性生长,但恶性肿瘤在外生性生长的同时,还伴有基底部的浸润性生长,且常由于生长快,血液供应相对不足,表面与中心的瘤组织坏死、脱落,而形成火山口状的癌性溃疡。
3.浸润性生长
这是大多数恶性肿瘤的生长方式。瘤细胞分裂增生,侵入周围组织、淋巴管或血管内,像树根长入泥土一样或蟹足状(彩插图4-6),浸润并破坏周围组织,无包膜,与邻近的正常组织分界不清。触诊时,肿瘤固定,不活动。手术不易彻底切除,切除范围应比肉眼所见肿瘤范围要大,即采取扩大根治切除。即使如此,术后还易复发,往往于术后补加放疗或化疗等,以杀死残存的瘤细胞。
图4-6 恶性肿瘤浸润性生长
恶性肿瘤细胞呈条索状、树根样浸润于组织间隙内
(二)肿瘤的生长速度
肿瘤是由一个转化细胞不断分裂、增生形成的,属于单克隆性增生。由于肿瘤性质的不同,其生长速度差别很大。良性肿瘤生长缓慢,一般数年或数十年形成肿块。恶性肿瘤生长较快,特别是分化程度低的恶性肿瘤,在短期内即可形成明显肿块,并易发生出血、坏死、囊性变等继发改变。肿瘤生长速度与以下三个因素有关:
1.倍增时间
即一个细胞分裂为两个子代细胞所需的时间。恶性转化细胞的生长周期与正常细胞一样分为G 0、G 1、S、G 2和M期。多数恶性肿瘤细胞的倍增时间并不比正常细胞更快,而是与正常细胞相似或比正常细胞慢。所以,恶性肿瘤生长迅速可能并非肿瘤细胞倍增时间缩短引起的。
2.生长分数(growth fraction)
生长分数指肿瘤细胞群体中处于增殖阶段(S期+ G 2期)的细胞的比例。在细胞恶性转化的初期,绝大多数的细胞分裂活跃,所以生长分数很高。但是随着肿瘤的持续生长,不断有瘤细胞发生分化,离开增殖阶段的细胞越来越多,使得大多数肿瘤细胞处于G 0期。即使是生长迅速的肿瘤其生长分数也只是在20%左右。
3.瘤细胞的生成与丢失
肿瘤是否能进行性生长及其生长速度决定于瘤细胞的生成大于丢失的程度。由于营养供应不足、坏死脱落以及机体抗肿瘤反应等因素的影响,有相当一部分瘤细胞失去生命力,并以凋亡的形式发生。肿瘤细胞的生成与丢失的程度共同影响着肿瘤生长。在生长分数相对较高的肿瘤(如急性白血病和小细胞肺癌),瘤细胞的生成远大于丢失,其生长速度要比那些细胞生成稍大于丢失的肿瘤(如结肠癌)快得多。
肿瘤的生长速度取决于生长分数和肿瘤细胞的生成与丢失之比,而与倍增时间关系不大,这在肿瘤的化学治疗上有重要的意义。目前几乎所有的抗癌药物均是针对处于增殖期的细胞。因此高生长分数的肿瘤(如高度恶性的淋巴瘤)对于化学治疗特别敏感;常见的实体瘤(如结肠癌)生长分数低,故对化学治疗不够敏感。临床上治疗这些肿瘤的策略是先用放射或手术治疗将肿瘤缩小或去除,让残存的瘤细胞从G 0期进入增殖期后再用化学治疗,以增加肿瘤对化学治疗的敏感性。
(三)肿瘤血管形成
临床与动物实验都证明,如果没有新生血管形成来供应营养,肿瘤在达到l~2mm的直径或厚度后将不再增大。因此诱导血管的生成能力是恶性肿瘤能生长、浸润与转移的前提之一。现已发现肿瘤细胞本身和浸润到肿瘤组织内的巨噬细胞能产生一类血管生成因子(angiogenesis factor),如血管内皮细胞生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等,能促进血管内皮细胞分裂和毛细血管出芽生长。新生的毛细血管既为肿瘤的生长提供了营养,又为肿瘤的转移准备了通道。
理论与实践
肿瘤的增殖与生存必须依赖肿瘤新生血管的生成,没有肿瘤血管,肿瘤就休眠而不会增大;肿瘤血管是肿瘤细胞的主要转移通道,肿瘤细胞从长出肿瘤性血管的时刻起,就具备了向远处转移的潜在可能性,因此阻断肿瘤血管,不仅能切断瘤体的营养供给源,抑制其增殖,而且能最大限度地阻断癌细胞的扩散和转移;目前肿瘤血管阻断疗法,主要是通过肿瘤血管抑制剂来抑制肿瘤新生血管增生因子VEGF的形成,从而诱发血管内皮细胞凋亡,阻止肿瘤新生血管形成而达到治疗肿瘤的目的。
(四)肿瘤的演进与异质性
恶性肿瘤在生长过程中,变得越来越具有侵袭性的现象称为肿瘤的演进(progression),包括生长加快、浸润周围组织和发生远处转移等。这些生物学现象的出现与肿瘤的异质性(heterogeneity)有关。肿瘤的异质性是指由一个克隆来源的肿瘤细胞在生长过程中形成在侵袭能力、生长速度、对激素的反应、对抗癌药的敏感性等方面有所不同的亚克隆的过程。其原因是在单克隆性肿瘤的生长过程中,可能有附加基因突变作用于不同的瘤细胞,使得瘤细胞的亚克隆获得不同的特性。例如需要较多生长因子的亚克隆可因生长因子缺乏而不能生长;机体的抗肿瘤反应可杀死那些具有较高抗原性的亚克隆,而抗原性低的亚克隆则可以躲过机体的免疫监视。由于这些选择,肿瘤在生长过程中就保留了那些适应存活、生长、浸润与转移的亚克隆。
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低氧诱导因子-1(HIF-1)是诱导低氧基因和修复细胞氧内环境的一核心调节因子,在肿瘤中表达谱相当广泛,其中HIF-1α在肿瘤的演进中扮演重要角色,表现于肿瘤细胞永生化、基因组不稳定性、肿瘤血管生成、肿瘤细胞能量代谢、肿瘤自分泌生长因子信号转导、肿瘤侵袭转移以及肿瘤耐药等各层面。HIF-1α已被列为肿瘤分子靶向治疗的重要目标蛋白之一。
二、肿瘤的扩散
恶性肿瘤不仅在原发部位浸润性生长,而且还可通过各种途径扩散到身体的其他部位继续生长。肿瘤的扩散包括直接蔓延和转移。
(一)直接蔓延
随着肿瘤的不断长大,瘤细胞连续不断地沿着组织间隙、淋巴管、血管或神经束衣侵入和破坏邻近正常器官或组织,并继续生长,称为直接蔓延。例如晚期肺癌可蔓延到胸膜及胸壁,造成胸膜的癌性粘连;晚期子宫颈癌可蔓延到直肠或膀胱。
(二)转移
转移(metastasis)是指恶性肿瘤细胞从原发部位侵入淋巴管、血管或体腔,迁徙到他处而继续生长,形成与原发瘤同样类型的肿瘤的过程。所形成的肿瘤称为转移瘤或继发瘤。转移是恶性肿瘤最主要的生物学特性之一,也是恶性肿瘤难以根治的主要原因。良性肿瘤不转移,只有恶性肿瘤才可能发生转移。
常见的转移途径有以下几种:
1.淋巴道转移(lymphatic metastasis)
淋巴道转移主要是癌的转移方式。癌细胞侵入淋巴管后,随淋巴液首先到达局部淋巴结,先聚集于边缘窦(彩插图4-7),逐渐累及整个淋巴结,使淋巴结肿大,质地变硬,切面常呈灰白色。有时转移的淋巴结由于瘤组织侵及被膜而相互融合成团块。局部淋巴结发生转移后,可继续转移至下一站的其他淋巴结,最后可经胸导管进入血流再继发血道转移。
图4-7 淋巴结癌转移
淋巴结边缘窦内见几团癌细胞聚集
2.血道转移(hematogenous metastasis)
血道转移主要是肉瘤的转移方式,癌的晚期及少数以血管为主要间质的癌也以血道转移为主。瘤细胞经毛细血管及小静脉入血,少数也可经淋巴管入血。血道转移的运行途径与血栓栓塞过程相似,即侵入体循环静脉的肿瘤细胞经右心到肺,在肺内形成转移瘤;侵入门静脉系统的肿瘤细胞,首先发生肝转移;侵入肺静脉的原发性肺肿瘤细胞,以及肺内转移瘤通过毛细血管而进入肺静脉的瘤细胞,可经左心随主动脉血流到达全身各器官,常转移到脑、骨、肾及肾上腺等处。此外,侵入胸、腰、骨盆静脉的肿瘤细胞,也可以通过吻合支进入脊椎静脉丛(Baston脊椎静脉系统),例如前列腺癌就可通过此途径转移到脊椎,进而转移到脑,这时可不伴有肺转移。
血道转移最常见的器官是肺,其次是肝。故临床上判断有无血道转移,以确定患者的临床分期和治疗方案时,作肺及肝的影像学检查是非常必要的。转移瘤的形态特点是呈边界清楚的结节状,灰白色,并常为多个,散在分布,多接近于器官的表面(图4-8)。如转移的瘤结节靠近器官的表面,由于瘤结节中央出血、坏死而下陷,可形成所谓“癌脐”。
3.种植性转移(seeding,implantation metastasis)
系指体腔内器官的恶性肿瘤蔓延至器官的表面时,肿瘤细胞可以脱落,并像播种一样种植在体腔内各器官的表面而继续生长,形成转移瘤。这种转移的方式称为种植性转移。种植性转移常见于胸腔或腹腔器官的癌瘤。如胃肠道黏液癌侵及浆膜后,可种植到大网膜、腹膜、腹腔内器官表面甚至卵巢等处。肉眼观双侧卵巢体积增大,镜下见富于黏液的印戒细胞癌弥漫分布,这种来源于胃肠道的卵巢转移性黏液癌称为Krukenberg瘤。Krukenberg瘤不一定都是种植性转移,也可通过淋巴道和血道转移而来。
图4-8 肿瘤血道转移
肝内散在分布多个大小较为一致的圆形、椭圆形瘤结节
问题与思考
试想治愈恶性肿瘤的关键问题是什么?应从哪些方面着手?
(三)恶性肿瘤浸润和转移的机制
肿瘤浸润和转移的机制比较复杂,以癌为例大致可分以下四个步骤:①癌细胞表面黏附分子减少:可使癌细胞彼此分离;②癌细胞与基底膜的紧密黏着:正常上皮细胞与基底膜的附着是通过上皮细胞基底面的一些分子介导的,如层粘连蛋白(laminin,LN)受体。癌细胞表面有许多LN受体,并分布于癌细胞的表面,使癌细胞与基底膜的黏着增加;③细胞外基质的降解:癌细胞产生蛋白酶(如Ⅳ型胶原酶),溶解细胞外基质成分,使基底膜产生局部缺损,有利于癌细胞通过;④癌细胞迁移:癌细胞借阿米巴样运动通过基底膜缺损处移出。癌细胞穿过基底膜后,进一步溶解间质结缔组织,在间质中移动,到达血管壁时,又以相似的方式穿过血管的基底膜进入血管。
入血的瘤细胞并不意味着一定会发生血道转移,大多数单个的瘤细胞会被自然杀伤细胞消灭。只有和血小板凝集成血栓团块的瘤细胞才不易被消灭,并且得以进一步的增殖,然后瘤细胞从黏附处穿过血管内皮和基底膜,形成转移瘤。
三、肿瘤的分级与分期
肿瘤的分级(grading)和分期(staging)是两个不同的概念,一般都用于恶性肿瘤。恶性肿瘤的分级是病理上根据其分化程度的高低、异型性的大小及核分裂数的多少来确定恶性程度的级别。一般采用简明较易掌握的三级分级法,即Ⅰ级为高分化(well differentiated),分化良好,属低度恶性;Ⅱ级为中分化(mode-rately differentiated),属中度恶性;Ⅲ级为低分化(poorly differentiated),属高度恶性。这种分级法虽有其优点,对临床治疗和判断预后也有一定意义,但缺乏定量标准,也不能排除主观因素。因此,如何建立精确的分级标准还待进一步研究。
肿瘤的分期主要是临床上根据原发肿瘤的大小,浸润的深度、范围以及是否累及邻近器官,有无局部和远处淋巴结的转移,有无血源性或其他远处转移等来确定肿瘤发展的程度或早晚。国际上广泛采用TNM分期系统。T指肿瘤的原发瘤,随着肿瘤的增大和邻近组织受累范围的增加依次用T l~T 4来表示;N指局部淋巴结受累情况,淋巴结无受累时用N 0表示,随着淋巴结受累的程度和范围的加大,依次用N 1~N 3表示;M指远处转移(通常是血道转移),无远处转移者用M 0表示,有远处转移者用M 1或M 2表示。
肿瘤的分级和分期对临床医师制定治疗方案和估计预后有一定参考价值,特别是肿瘤的分期更为重要,但是必须结合各种恶性肿瘤的生物学特性以及病人的全身情况等综合考虑。