侵入是所有肿瘤恶性化的标志。肿瘤自原位生长转变成转移性疾病，取决于肿瘤细胞侵犯局部组织及穿透组织屏障的能力。当瘤细胞脱离起源的组织，开如侵入和在局部扩散，并向局部淋巴结和远处器官中转移时，肿瘤变成恶性。癌细胞的转移首先要穿透上皮的基底膜，在后侵犯间质，帮上皮基底膜的缺失好是癌症的的标志。肿胞在进一步侵入脉管、侵犯神经或肌肉时，也要穿过基底膜屏障。一旦进入循环，肿瘤细胞必须经得起宿主的免疫攻击，然后方可停留在的血管床或外逸，选择继发部位定居。并在继发组织中增生而形成转移仁。转移灶的癌细胞又可进入新一轮多步骤的浸润过程，形成转移灶的转移，即多处转移，在转移的细胞集落生长到超过1mm3时需要实体瘤的血管化，肿瘤诱发的血管生成不仅允许原发肿瘤扩展，而且使之容易接近血管内部。由于新形成血管的基底膜有缺陷，肿瘤血管生成有利于肿瘤的血道扩散。可见转多是一个涉及肿瘤细胞-宿主细胞-细胞外基质（ECM）之闪相互作用的我步骤分子生物化学变化的过程。Liotta等间提出癌细胞浸润转移的三步学说，即粘附、降解和移动三个步骤。
一、粘附
肿瘤细胞粘附（adhesion）于其他肿瘤细甩、宿主细胞或ECM成分的能力影响其侵入和转移。粘附在浸润过程中起双重作用：肿瘤细甩必须先从其原发灶的粘附部位脱了才能开妈浸润，故粘附可在抑制浸润主面起作用；另一方面，肿瘤细胞又需藉粘附才能移动，肿瘤细胞从连续的粘附基质和解除粘附中获得移动的牵引力，如果粘附得太牢，它们就不能脱离而移动，因此，癌症侵入和转移的过程首先是粘附的交替过程。
现已鉴定多种细胞表面粘附分子（CAMs）家族，其每种都有不同的功能和特点。这些CAMs包括钙粘附蛋白、免疫球蛋白超家族、选择素及整合蛋白。钙粘附蛋白（cadherin,简写Cad）是一组依赖钙离子的介导同种细胞与细胞粘附的分子，根据组织分布的不同分成三种亚型（E-上皮性，N-神经性和P-胎盘性）。免疫球蛋白超家族由不依赖二价阳离子的受体组成，包括神经细胞粘附分子（N-CAM）、细胞间粘附分子（ICAM-1及ICAM-2）、血管细胞粘附分子（VCAM-1）、癌胚抗原（CEA）及DCC等，它们介导同种或异种细胞与细胞粘附。选择素（Selectins,也称白细胞内皮细胞粘附分子，LEC-CAM）以与血细胞与内皮细胞之间异胞与细胞的粘附。整合蛋白（integrins,简写Ints）是一组由α和β亚单位通过二硫键非共价结合而成的异二聚体糖蛋白 ，主要介导细胞粘附ECM(图6-1B)。迄今至少已鉴定了14种α和8种β亚单位，产生至少20余种不同的Ints。它们在受体和配体水平上都有过剩，一个Int受体常能结合一种以上的ECM蛋白配体，而一种配体ECM蛋白质能被一各以上的Int所识别。
还有不属于这些大家族的粘附分子，如相对分子质量为67000层粘蛋白受体及软骨连接蛋白的骨源物CD44，具有淋巴细胞归巢（homing）分子的功能，为透明质酸的细胞表面受体。
除了作为细胞表面的粘附受体的作用外，这些cAMs还可激活和调节各种细胞。例如Ints、Cad及CD44能形成细胞表面与细胞骨架成分之是的结构联系。CD44是具有内在GTP酶活性的GTP结合蛋白质。这些分子同为一组，在决定细胞形态、运动能力及分化状态等细甩特征中起重要作用。毋庸置疑，肿瘤细胞表面上有无CAMs表达与侵入转移的潜能相关。
图6-1 层粘蛋白及整合蛋白的结构与信号转导
A：层粘蛋白的结构由A、B1、B2三条多肽链组成，呈十字形，分别与蛋白糖、胶原、巢蛋白及细胞表面受体结合
B:整合蛋白的结构是由α、β两个透膜的亚单位组成的异二聚体。α亚单位结合二价阳离子（M2+），而由两个亚单位的一部份组成结合细胞外基质的区域
C：整合蛋白结合细胞外基质中的蛋白质来介导惭部的粘附。整合蛋白的胞质域藉踝蛋白和纽带蛋白结合由肌动蛋白丝和α-辅肌动蛋白交叉连接形成的应力纤维。
D：整合蛋白结合细胞外基质激活局部粘附激酶（FAK），导致其自家磷酸化。然后，由Src衔接子结合FAK自家磷酸化位点，并在另外的酪氨点，导致激活Ras和MAPK级联反应，及其他下游信号分子
绝大部分癌症起源于上皮细胞。正常时，上皮细胞通过贤能密连接、粘附连接及桥粒结构紧密连接，与细胞内的肌动蛋白和中间丝细胞骨架密切联系。在粘附小带处依赖Ca2+的细胞粘附分子E-Cad介导的同种亲和作用，对建立和维持这些连接复合物很重要。E-Cad和连环蛋白（cateninsα、β、γ）的相互作用使E-Cad与连环蛋白复合物的任何障碍都会引胞粘附的丧失。这就解释了为何有些癌似乎Cad表达正常但仍呈侵入性生长。最近有报道，用E-Cad的cDNA转染具有侵入的浸润提供了一种可能途径。此外，E-Cad介导的细胞粘附还参与透膜信号的转导以调节基因表达和细胞的命运。研究发现大部分上皮性癌，包括乳腺、结肠、前列腺、胃、肝、食管、皮肤、肾和肺等癌中，均有E-Cad粘附功能的缺失，如E-Cad基因的缺失或突变失活。在家族性胃癌中发现E-Cad基因的种系突变。这表E-Cad基因的突变足以诱发癌症。α或β连环蛋白表达异常（截短的蛋白）可消除E-Cad的功能，而β连环蛋白表达的下调亦与恶性转化有关。E-Cad功能异常与去分化、浸润性生长及转移相关。E-Cad在细胞-细胞交界处表达的减少，与肿瘤分级有关，是预后不良的标志。
图6-2 钙粘附蛋白介导的细胞-细胞的粘附
钙粘附蛋白是一种透膜蛋白，其胞质域结合连环蛋白（α、β、γ），并作为肌动蛋白丝束的附着位点，介导细胞-细胞在粘附连接处的接触。这些连接形成一条围绕每个细胞的肌动蛋白丝连续带
整合蛋白质是大多数细胞表面表达的ECM分子受体，为细胞与基底膜相互作用及细胞通过间质移动所需，故在肿瘤的侵入转移中起作用。整合蛋白结合细胞外基分（如层粘蛋白，纤维连接蛋白等）而介导局部粘附，并通过激活局部粘附激酶（FAK）而激活细甩内信号转导途径。Src适配子的SH2域结合FAK的自家灰酸化位点，并在另伴的酪氨酸残基上使FAK磷酸化，为其他下激信号分子的SH2域提供结合位点（包括PI3激酶，及Grb2-SOS复合物），导致Ras的活化和MAPK级联反应。整合蛋白质通过FAK活化及Src非受体蛋白质酪氨酸激酶活化，改变了连接基因表达的细胞附以及对粘附反应的细胞行为（图6-1CD）。
一般地说，肿瘤分化越差，Int的表达形式越不同于正常，如分化不良的皮肤、胃肠、乳腺、胰腺及肺等癌肿通常显示Int的表达丧失；而较高分的肿瘤中，或在肿瘤仍接触基底膜的部位，Int的表达接近正常，提示接触完整的基底膜可影响Int的表达特征和肿瘤细胞的行为。最显著和经典的例子是黑素瘤。在皮肤、痣以及原相发性非转移性黑素瘤中，黑素细胞表达Int的特生与正常上皮细胞相似，而在已局部浸润和高度转移的黑素瘤中，Int表达特征的改变了，黑素瘤细胞开始表达玻璃连接蛋白（vitronectin,VN）受体（αvβ3）、纤维连接蛋白受体（α4β1）及VCAM-1和血小板受体（αⅡbβ3）等。人黑素瘤细胞株A375M的实验证明，这些细胞侵犯基底膜能力的增加是由于IV型酶表达的加强，表明通过VN受体的信号传递可改变蛋白溶解酶的产生而加强浸润表型。Int配体中所含有的RGD氨基酸序列（即精氨酸-苷氨酸-天冬氨酸）的肽类具有况争性抑制肿瘤细胞浸润转移的作用，如人工合成的GRGDS肽和从蛇毒中提取的“异型整合蛋白”（dysintegrin）等。这为探索治疗肿瘤的转移提供了又一条线索。
选择素、免疫球蛋白超家族成员（包括NCAM、VCAM-1、ICAM-1、-2、-3、CEA、PECAM-1及DCC）、MADCAM-1（黏膜选址素）、CD44等均参与肿瘤细胞与血管内皮的相互作用，与肿瘤细胞一起穿过血管内皮而进入血管内，参与血道播散转移。例如NCAM存在多种接变异形式，高转移的胶质瘤和黑素瘤细胞株具有较少的NCAM表达。DCC具有与NCAM同源的序列，位于染色体18q区，在70％以上结直肠癌中发现DCC等位基因的缺失。黑素养瘤细胞表面与ICAM-1、NCAM同源的muc18的表达与发生转移的倾向及不良预后密切相关。CD44在高转移的黑素瘤细胞株中升高。CD44的拼接变异基因与大鼠胰腺癌的转称相关；有几种人癌细胞株产生相似的拼接变异体。CD44表达增高在许多肿瘤细胞与基质的相互作用中是很重要的。选择素可在转移性癌细胞粘附于内皮细胞起作用，已发现P-选择素能结合多种人癌细胞，包括结肠、肺及乳腺等癌；而E-选择素只结合结肠癌细胞。血行癌细胞可能以选择素来启动它们与内皮细胞的相互作用，还可能促进与血小板凝聚。因此，携带选择素配体的癌细胞能促进癌细胞的血道转移和扩散。
二、降解
在癌细胞的浸润和转移过程中会遇到一系列的组织迸屏障，这些屏障的ECM中的基底膜及间质基质所组成，其主要成分民括：各型胶原、层粘蛋白（laminin,Ln）、纤维连接蛋白（fibronectin,Fn）、弹力蛋白（elastin）及蛋白聚糖（proteoglycans）等。不同的基质成分是由不同的蛋白水解酶降解的。这些酶有的由肿瘤细胞直接分泌，有的则由肿瘤细胞诱导宿主的其他细胞产生。肿瘤细胞过其表面受体与ECM成分粘附后激活和释出各种蛋白溶解酶来降解（degradation）基质成分，为肿瘤细胞的移动形成通道。基质的深解发生在紧靠肿瘤细胞的局部，在该处活化的酶类与内源性抑制物相互作用。这些相应的蛋白质酶类抑制物可来自血液，或存在于基质内，或由相邻的正常细胞分泌。癌细胞的浸润与否主要取决于降解酶的局部浓度与其相京戏抑制物之间平衡的结果。根据酶催化的底物及其适宜pH值的不同，这些酶为四大类：基质金属蛋白质酶类、丝氨酸蛋白质酶类、半胱氨酸蛋白质酶类及天冬氨酸蛋白质酶类。
癌细胞的侵袭性与蛋白酶水平之间的相关性在上述四大类蛋白质酶中均已被证实。而且这些酶的抑制物能够阴断癌细胞浸润组织屏障，进一步证明这些酶参与浸润转移过程。
基质金属蛋白酶（MMPs）常以无活性的酶原形式分泌，需要Ca2+、Zn2+等金属离子作为子来活化。它在癌侵入中的作用正日益受到重视。多数恶性细胞株在培养时分泌IV型胶原酶的有力较正常细胞为强。B16黑素瘤细胞各亚株的转移能力与IV型胶原酶的活性相关。用c-H-ras癌基因转染的上皮细胞能分泌更多量的IV型胶原酶，即92000及72000两型。人皮肤癌的原位那时交检测中发现，大多数侵入性基底细胞和状细胞癌中有两型IV型胶原酶，而正常的眼肤缺乏此酶。大多数侵入性结肠癌、胃腺癌、卵巢浆液性吓腺癌的相对分子质量为72000均对IV型胶原酶呈阳性免疫反应，而正常胃肠黏膜和良性卵巢囊腺瘤对此酶呈阴性或弱阳性反应。基质溶解酶，又称间质溶解酶-3，其表达与人乳腺进展有关。在头颈部上皮样癌的浸润性癌细胞及其间质细胞中，可检测到间质深解酶-2及间质胶原酶的mRNA,而相邻的正常细胞呈阴性。这些研究提示，恶性转化时可能有器官或细胞种类特异的相关蛋白溶解酶的活性上调。MMPs活性的调节可出现在几个水平上，包括转录机制、酶的活化及特异性抑制物。至少有两种MMPs的内源性抑制物：组织金属蛋白质酶抑制物1和2（TIMP-1和TIMP-2）,它们都能抑制活化的MMPs。TIMP-2还能结合无活性的相对分子质量为72000IV型胶酶原和报制肿管生成。体内上实验均已证实TIMPs能抑制癌细胞浸润转移，使它们有希望成为一类阻止浸润和转移的制剂，并通过调节ECM的成分来控制剂，并通过调节ECM的成分来控制肿瘤细胞的生长。
丝氨酶蛋白酶类中的尿激酶型纤溶酶原活化剂（u-PA）与其受体uPAR在肿瘤细胞膜表面的结合，有助于u-PA起定向的纤溶活性作用。已发现u-PA可由间质细胞分泌，与结肠癌细甩表面表达的uPAR结合于浸润细胞的前缘保持局限的蛋白酶活性，有利于癌细胞的浸润转移。胃癌分化程度降低及淋巴结和肺转移加剧时，u-PA的水平增高，故它可作为一项独立的预后指标。u-PA的抑制物PAI保护肿瘤间质被u-PA持续溶解，它们之间的平衡失调在肿瘤的转移中起一定作用。
半胱氨酸蛋白质酶类中的组织蛋白酶B、H和L(CB、CH、CL)，一般存在于溶酶体内，并以单或双链形式存在。B16黑素瘤细胞各亚析的转移能力的不同与CB活性有关。由ras癌基因转化的NIH3T3细胞的转移能力与CB表达增高有关。在恶性肿瘤中，CB活性的增高，除与合成增加、细胞内转运和分布改变有关外，还与其内源性半胱氨酸蛋白质酶抑制物（CPI,又称为cystatin）不足或性质改变有关。纯化的CPI保分成Stefin A和Stefin B两种分。从人体肉瘤的和肝中提取的Stefin B对CB均有抑制活力，但从人肝中提取的Stefin A的抑制活力比从肉瘤中提取的强2-23倍，提标肉肉瘤中CPI的性质有所改变，从而使CB的活性增强。组织蛋白酶与它们抑制物之间的不平衡与肿瘤细胞的转移表型有关它可促进肿瘤细胞的浸润和转移，并可作为癌症患者复发然险和预后的预测标志。
天冬氨酸蛋白质酶类中的组织蛋白酶D，属酸性蛋白麦，也是一种溶酶体酶，也能催化ECM的降解。有研究证明其活性与乳腺癌的生长和转移有关。关于各种蛋白酶的活化、参与次序及具体作用尚未阐明，起主导作用的酶类也未被确定。这此问题有待进一步研究。
三、移动
浸润性癌细胞与原位癌细胞的差别是前者有移动（motility）的能力。肿瘤细胞能对多种不同的刺激物起反应而移动，包括肿瘤细甩本身分秘的因子（自分泌移动因子）、宿主细胞分泌的因子（旁分泌移动因子）及ECM的成分等。被这些因子在液态中刺肿瘤细甩的移动反应可 是随机的，称为“趋化性（chemotaxis）”；此外，肿瘤细胞还能在无可溶性吸引物时，以定向的方式向不溶性的基质蛋白质移动，称为“趋触性”（haptotaxis）。因此，肿瘤细胞能在不同的情况中对多种移动促进因子起反应，这种反应的可塑性使肿瘤细胞在转移的不同阶段适应不同的微环境。
自分泌移动因子（autocrine motility factors,AMFs）
曾有报道一个起源于肿瘤细胞的细胞因子家族，它们能刺激多种肿瘤细胞的化学运动性和趋化性劝。它们给肿瘤细胞更大的独立于其周围环境的特性，允许肿瘤细胞绕过控制生理性运动过程的调节机制。其中之一是从A2058人黑素瘤细胞条件培养基分敦提纯并克隆的高相对分子质量（125000）移动因子，称为“自家趋化素（autotaxin,ATX）”,具有5'核苷酸磷酸二酯酶活性，能对细胞移动起直接刺激和间接调节作用。它代表AMF家族的新成员，AMFs及其受体在启动、维持和调节肿瘤细胞的移动中起重要作用：刺激和引导肿瘤细胞尚着蛋白质酶溶解基质所准图示的通道移动。例如，AMF可以自分泌方式刺激高转移的黑素瘤细胞定向移动，它结合特异的受体，使其磷酸化并通过G蛋白转导信号，最后配体-受体复合物被内集体化 并转动到被激知移动的细胞前缘，通过第二信使，包括磷脂酶C活化，局部（4，5）二磷酸磷酯酰肌醇（PIP2）的水解，及细胞内钙离子从贮藏处的释放，激活外周细胞质中的细胞骨架成分，肌动蛋白丝可逆性分解、多聚化、交联及再装配成肌动蛋白丝网等一系列活动，使细胞膜局部突起，朝着吸引物化学梯度的方向定向地伸出伪足而移动。
旁分泌移动因子（paracrine motility factors,PMFs）
要形成一成功的转移灶，肿瘤细胞需要找到一个能支持细胞生长的微环境。有些高转移的癌细胞株虽能产生它们自己所需要的自分泌生长因子，但宿主细胞分泌的生长支持因子对建立转移细胞的集落亦有利。某些生长因子能刺激肿瘤细的趋化性移动，并似乎对细胞的起源有特异性，对穹们刺激移动的细胞还起分裂作用，例如，IGF-I、IGF-II，及胰岛素刺激人黑素瘤细胞的趋化反应。分散因子（scatter factor,SF）原先是作为成纤维细胞产生的一种旁分泌因子，能刺激细胞-细胞粘附的丧失和上皮细胞的分散。但后来发现其序列与肝细胞生长因子（HGF）相同。HGF/SF的受体是前癌基因c-met的产物，是一种异二聚体酪氨酸激酶。HGF/SF可在皮克相对分子质量（picomolar）浓度活动，并以旁分泌途径起作用。它能转导移动和增生性细胞反应，并能加强乳腺、小肠、膀胱、胰腺、肺癌及黑色素瘤的浸润性。
以上资料提示，这些因子可通过各种受体，包括c-met、IGF-I、IGF-II、整合蛋白αvβ3及细胞表面糖蛋白质gp78等受体的作用，来刺激肿瘤细胞移动，还可对已到达血管的肿瘤细胞起归巢因子的作用，引导肿瘤细胞移动，还可对已到达血管的肿瘤细胞起归巢因子的作用，引导肿瘤细胞外逸到适宜其生长微环境的继发部位生长。由此说明，肿瘤转移部位和器官的特异性不能完全以解剖学自然引流途径来解释。宿主器官的特异性不能完全以解剖学自然引流途径为解释。宿主器官来源的化学趋向作用、肿瘤细胞与器官内皮经胞表面受体之间特异的粘附作用以及局部组织中的PMFs和生长因等，均影响肿瘤细胞的定向移动和最终选择转移器官定居，完成转移过程。
ECM成分在肿瘤细甩移动中的作用
有几种ECM的糖蛋白质成分能刺激肿瘤细胞的移动，包括:Vn、Fn、Ln、I和IV型胶原及血栓反应素（TSP）。如A2058黑素瘤细胞能对Ln、Fn、IV型胶原和TSP起趋化性和趋触性反应。TSP的氨基端可刺激趋化性，而其羧端刺激趋触性。有一些ECM蛋白质通过整合蛋白受体引起肿瘤细胞的转移和浸润。如抗β1单克隆抗体可在浓度低达1ug/ml时抑制人和小鼠肿瘤细胞的移动及在体外实验中的浸润。αvβ3对毛细胞白血病、黑素瘤及胰腺癌细胞的移动起重要作用。αvβ3和α5β1水平增高还与转移性癌细胞高度抵抗凋亡及化学耐药性有关。
由此可见，对于我种受刺激肿瘤细胞能以移动的方式作用出反应。不同刺激物在转移过程中不同阶段中可起不同的作用，靠近原发肿瘤的起初移动刺激物可能是一种自分泌因子，如ATX；当肿瘤细胞移动到间质和侵犯局部血管和淋巴管时，ECM蛋白可在定向移动中起作用；一旦进入血管则依靠细胞因子，如IGF-I刺激生长和趋化性反应；由旁分泌因子，如HGF/SF来决定肿瘤细胞选择合适的部位定局和继发性生长。
上述三个步骤的紧密配合和反复循环才能使肿瘤细胞浸润ECM和转称。这些表型的表达也是由两套基因的激活和失活之间的失衡所致，即浸润的促进和抑制基因：前者包括某些癌基因如ras，当转染鼠类或要类起源的成纤维细胞和上皮细胞时，可引起转称倾向。几种效应蛋白质与ras转染模型中的转移相关，如IV型胶原酶、组织蛋白酶L及转称因子等。包括v-mos、v-raf、v-sre、v-fes、v-fms及突变p53基因等的其他癌基因也可引起转移表型。虽然效力较差。此上，某些蛋白质酶原的激活剂、移动因子及其受体的编码基因，也是促进基因的侯选者，如u-PA和c-met基因等，后者则包括E-Cad、TIMPs、PAL等的编码基因，以及最近发现的转移抑制基因nm-23、WDNM1及WDNM2等。由此可见，转移的表型需要另外的基因改变。它与致瘤性既重叠又有区别。虽然肿瘤生成是形成转移前提，肿瘤必须长到足够的大小才能产生具有侵袭性的细胞亚群。单独的细胞生长失控不会产生转移的表型，除了生长调节衡对浸润和转移是必须的。最近还发现肿瘤进展的最弱结果是选择抵抗凋亡的转称性癌细胞，并授予其明显的选择性生长优势。
最近10余年来，有关癌细胞浸润和转移机制在分子水平上的研究已取得长足的进展。不仅从理伦上提出民粘附、降解和移动的三步假说，而且已发现许多与这些过程有关的细胞粘附分子，蛋白质降解酶类及其抑制物、移动因子及其受体等，并已制备了相应的抗体，合成了能阻断肿瘤细胞转移的多肽和降解酶的抑制剂，为探索防治癌的侵入及转移提出了新战略。
