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题目
癌症的标志：新维度
摘要
癌症标志的概念化是一个启发式工具，用于将癌症表型和基因型的复杂性提炼成一套临时的基本原则。随着对癌症机制认识的不断深入，疾病的其他方面也逐渐显现出潜在的完善之处。在此，提出表型可塑性和分化破坏可能是一个独立的标志能力，并且非突变性表观遗传重编程和多态性微生物组都是促进获取标志能力的独特特征。此外，来源多样的衰老细胞可能被纳入肿瘤微环境中功能重要的细胞类型列表。意义：
癌症在其多样性和广泛性上令人畏惧，涵盖了遗传学、细胞和组织生物学、病理学以及对治疗的反应。越来越强大的实验和计算工具与技术正在提供大量关于癌症多种表现形式的“大数据”。癌症标志所体现的综合概念有助于将这种复杂性提炼为越来越合乎逻辑的科学，而本视角中提出的新维度可能为这一努力增添价值，以更全面地理解癌症发展的机制和恶性进展，并将这些知识应用于癌症医学。引言
癌症的标志被提出为人类细胞在从正常状态向肿瘤生长状态转变过程中所获得的一组功能能力，特别是对于形成恶性肿瘤的能力至关重要。在这些文章中，Bob Weinberg和我列举了我们认为所有类型癌细胞在细胞表型层面上所共享的共同特征。其目的是提供一个概念框架，使得能够以一组共同的基础细胞参数来合理化多种人类肿瘤类型和变异的复杂表型。最初我们设想六种不同的标志能力相辅相成，后来将这一数字扩展至八种。这一构想受到认识到人类癌症作为多步骤过程的产物的影响，并且这些功能能力的获得可能在某种程度上与肿瘤发病机制的可区分步骤相关联。毫无疑问，跨越多种肿瘤类型的恶性发病机制的多样性以及日益增多的亚型包括各种异常（因此获得的能力和特征），这些都是在特定的肿瘤发生路径中必然需要绕过的组织特异性屏障。虽然认识到这些专门机制可以发挥重要作用，我们仍将标志限制在广泛适用于人类癌症的参数上。目前的八个标志能力包括（见图1，左）维持增殖信号、逃避生长抑制、抵抗细胞死亡、实现复制永生、诱导/获取血管、激活侵袭和转移、重编程细胞代谢以及避免免疫消灭。在这一概念的最新阐述中，细胞代谢的失调和避免免疫消灭被分为“新兴标志”，但现在，经过十一年的发展，显然它们与最初的六个标志一样，可以被视为癌症的核心标志，并在当前的描述中被包括在内（见图1，左）。![]()
简要概述：2022年的癌症标志
左侧，癌症标志目前包括八种标志能力和两种促进特征。除了2000年提出的六种获得的能力（癌症标志）外，2011年引入的两种临时“新兴标志”——细胞能量代谢（现更广泛地描述为“重编程细胞代谢”）和“避免免疫消灭”——已经得到充分验证，可以视为核心特征的一部分。考虑到越来越多的研究表明，肿瘤可以通过启动血管生成或利用正常组织血管而获得足够的血管化，因此这一标志也被更广泛地定义为诱导或以其他方式获取血管的能力，主要通过侵袭和转移支持肿瘤生长。2011年的续篇进一步将“肿瘤促进性炎症”纳入第二种促进特征，补充了总体的“基因组不稳定性和突变”，这两者在激活肿瘤生长和进展所需的八种标志（功能）能力中起着根本作用。右侧，本综述整合了额外提出的新兴标志和促进特征，包括“解锁表型可塑性”、“非突变性表观遗传重编程”、“多态性微生物组”和“衰老细胞”。癌症标志的图形已经根据Hanahan和Weinberg的研究进行了调整。如我们当时所指出的， 这些标志特征单独来看，无法解决癌症发病机制的复杂性，即使变性的前肿瘤细胞在肿瘤发展和恶性进展过程中如何发展和获得这些异常表型能力的具体分子和细胞机制。因此，我们在讨论中添加了另一个概念，称为“促进特征”，这是肿瘤变性异常状态的结果，提供了癌细胞和肿瘤获得这些功能特征的手段。由此，促进特征反映了获得标志的分子和细胞机制，而非上述八种能力本身。这两个促进过程是基因组不稳定性和肿瘤促进性炎症。我们进一步认识到，肿瘤微环境（TME）被定义为由异质性和互动的癌细胞和癌症干细胞群体以及多种招募的基质细胞类型组成——转化的实质和相关的基质——如今被广泛认为在肿瘤发生和恶性进展中发挥着重要作用。鉴于对这些表述的持续关注，以及我们不断鼓励对癌症标志方案进行讨论和完善的意图，考虑一个常被提出的问题是：是否有其他特征可以纳入这一概念模型，同时确保它们在所有人类癌症中具有广泛适用性？因此，我提出几种潜在的新标志和促进特征，这些特征可能最终被纳入癌症标志概念的核心组成部分。这些参数包括“解锁表型可塑性”、“非突变性表观遗传重编程”、“多态性微生物组”和“衰老细胞”（见图1，右）。重要的是，支持这些主张的示例是说明性的，但绝非全面，因为关于每个主题的已发表证据正日益增多且越来越有说服力。![]()
解锁表型可塑性
左侧，表型可塑性可以说是一种获得的标志能力，它使得细胞分化的各种干扰成为可能，包括 (i) 从成熟状态去分化回前体状态，(ii) 阻断（终末）分化从前体细胞状态，以及 (iii) 向不同细胞谱系的转分化。右侧展示了与癌症发病机制密切相关的三种显著的分化干扰模式。通过以不同方式破坏前体细胞向成熟细胞的正常分化，这种路径中来源细胞的肿瘤发生和恶性进展得以促进。癌症标志的图形已经根据Hanahan和Weinberg的研究进行了调整。解锁表型可塑性
在器官发生过程中，细胞的发展、决定和组织成组织以实现稳态功能伴随着终末分化，在这一过程中，前体细胞——有时是不可逆的——在这些过程结束时停止生长。因此，细胞分化的最终结果在大多数情况下是抗增殖的，构成了持续增殖所必需的肿瘤变性的一道明显障碍。越来越多的证据表明，解锁通常受限的表型可塑性以逃避或摆脱终末分化状态是癌症发病机制的一个关键组成部分。这种可塑性可以通过多种方式表现出来。因此，起源于正常细胞的初生癌细胞，在接近或达到完全分化状态的路径上，可能通过去分化回到前体样细胞状态来逆转其过程。相反，从注定走向终末分化的前体细胞产生的肿瘤细胞可能会绕过这一过程，使扩展的癌细胞保持在部分分化的前体样状态。此外，细胞还可能发生转分化，最初承诺于一种分化路径的细胞转向完全不同的发展程序，从而获得正常来源细胞未预定的组织特征。以下例子支持这一观点：不同形式的细胞可塑性结合在一起，构成了一种功能上独特的标志能力。去分化
结肠癌发生是分化干扰的一个典范，因为初始癌细胞有必要逃离终末分化和脱落的过程，这一过程原则上可以通过尚未不可逆地终末分化的结肠上皮细胞的去分化，或通过阻断结肠隐窝中生成这些分化细胞的前体/干细胞的分化来实现。分化细胞和干细胞都被认为是结肠癌的起源细胞。两个发育转录因子（TF），即同源盒蛋白HOXA5和SMAD4（后者参与BMP信号传递），在分化的结肠上皮细胞中高度表达，并在晚期结肠癌中通常丧失，这些癌症特征性地表达干细胞和前体细胞的标志。小鼠模型中的功能扰动显示，强制在结肠癌细胞中表达HOXA5可以恢复分化标志，抑制干细胞表型，并削弱侵袭和转移，为其特征性下调提供了依据。相比之下，SMAD4不仅促进分化，还抑制由致癌WNT信号驱动的增殖，通过工程性丧失SMAD4表达揭示了这一点，从而解释了其表达丧失使得去分化和后续的WNT驱动的超增殖得以实现。值得注意的是，这两种“分化抑制因子”的丧失以及随之而来的去分化与其他标志能力的获得相关，这使得将这一临时标志严格定义为可分离和独立的变得复杂。另一项证据涉及黑色素细胞分化的主调节因子MITF的表达抑制，这显然与侵袭性恶性黑色素瘤的产生有关。该发育转录因子的丧失与神经嵴前体基因的重新激活以及特征性完全分化黑色素细胞基因的下调相关。神经嵴基因的重新出现表明，这些细胞回到了黑色素细胞发育来源的前体状态。此外，一项BRAF诱导的黑色素瘤的谱系追踪研究确定了成熟的有色黑色素细胞作为起源细胞，这些细胞在肿瘤发生过程中经历了去分化。值得注意的是，在一半以上的皮肤黑色素瘤中发现的突变BRAF癌基因引发的超增殖发生在去分化之前，因此在机制上可以与随后的去分化区分开来。另一项研究功能性地涉及发育转录因子ATF2的上调，其在小鼠和人类黑色素瘤中的特征性表达间接抑制MITF1，并伴随后续去分化黑色素瘤细胞的恶性进展。相反，黑色素瘤中突变形式的ATF2未能抑制MITF的表达则导致良性分化的黑色素瘤。此外，最近的一项研究将谱系去分化与胰腺胰岛细胞肿瘤向易转移癌症的恶性进展关联起来；这些神经内分泌细胞及其衍生肿瘤源于与产生相邻更大数量的腺体细胞及随之而来的导管腺癌不同的发育谱系。值得注意的是，胰岛前体细胞向成熟β细胞的多步骤分化路径已被彻底描述。比较转录组分析显示，腺瘤样胰岛肿瘤与不成熟但分化的胰岛素产生β细胞最为相似，而侵袭性癌症则与胚胎胰岛细胞前体最为相似。向低分化癌症的进展涉及第一步去分化，与良性分化的腺瘤相比，最初并不涉及增殖增加或凋亡减少，这两者较晚才发生。因此，去分化这一离散步骤并不是由持续增殖和抵抗凋亡的标志特征的可观察改变驱动的。而是先前涉及指定胰岛前体状态的miRNA的上调，已被证明在恶性进展过程中调控观察到的去分化。阻断分化
虽然上述例子展示了分化因子表达的抑制如何通过使分化良好的细胞去分化为前体细胞来促进肿瘤发生，但在其他情况下，未完全分化的前体细胞可能遭受调控变化，积极阻碍其向完全分化、通常非增殖状态的继续发展。急性前髓细胞白血病（APL）长期以来被记录为由染色体易位引起，这种易位将PML位点与编码视黄酸α核受体（RARα）的基因融合。携带这种易位的骨髓前体细胞显然无法继续其正常的终末分化为粒细胞，导致细胞停留在增殖的前髓细胞阶段。对此方案的概念验证来自于使用视黄酸（RARα的配体）处理培养的APL细胞、小鼠模型以及受影响患者；这种治疗使得肿瘤APL细胞分化为表面成熟且不再增殖的粒细胞，绕过了其持续的增殖扩展。这一主题的另一种变体涉及另一种急性髓系白血病，这种白血病携带t(8;21)易位，产生AML1–ETO融合蛋白。该蛋白能够单独转化髓系前体细胞，至少部分通过阻断其分化实现。在小鼠模型和患者中，对一种改变染色质的组蛋白去乙酰化酶（HDAC）的药理抑制剂进行治疗，使得髓系白血病细胞重新开始分化为具有更成熟髓系细胞形态的细胞。与此反应伴随的是增殖能力的降低，从而阻碍了该白血病的进展。第三个例子涉及黑色素瘤中的发育转录因子SOX10，该因子在黑色素细胞分化过程中通常下调。在BRAF诱导的黑色素瘤的斑马鱼模型中进行的功能增益和损失研究表明，SOX10的异常持续表达阻碍神经前体细胞向黑色素细胞的分化，从而使得BRAF驱动的黑色素瘤得以形成。其他分化调节因子的例子包括代谢产物α-酮戊二酸（αKG），它是多种染色质修饰酶所需的辅因子，显然与刺激某些分化细胞状态有关。在胰腺癌中，肿瘤抑制因子p53刺激αKG的产生并维持更良好的分化细胞状态，而p53功能的典型丧失则导致αKG水平的降低，进而与恶性进展相关的去分化。在一种肝癌中，异柠檬酸脱氢酶基因（IDH1/2）的突变导致产生的不是诱导分化的αKG，而是相关的“致癌代谢物”D-2-羟基戊二酸（D2HG），已被证明通过D2HG介导的抑制肝细胞分化的主调节因子HNF4a，阻碍肝前体细胞的分化。D2HG对HNF4a功能的抑制引发了肝脏中肝细胞前体细胞的增殖扩展，这些细胞在随后的KRAS癌基因突变激活后易于发生致癌转化，从而驱动恶性进展到肝胆管癌。突变的IDH1/2及其致癌代谢物D2HG在多种髓系和其他实体肿瘤类型中也发挥作用，D2HG抑制αKG依赖的二氧化氧酶，这些酶对在发育谱系分化过程中介导染色质结构改变的组蛋白和DNA甲基化事件至关重要，从而使初期癌细胞冻结在前体状态。另一个相关概念是“绕过分化”，即部分或未分化的前体/干细胞退出细胞周期并变得休眠，栖息在保护性微环境中，具有重新启动增殖扩展的潜力，尽管仍然面临以某种方式干扰其程序性分化的选择压力。转分化
转分化的概念在病理学中长期被认可，体现为组织化生，即特定分化表型的细胞显著改变其形态，变为另一种组织的元素。巴雷特食管就是一个突出例子，慢性炎症导致分层鳞状上皮转分化为特征性简单柱状上皮，促进了腺癌的发展。在胰腺导管腺癌（PDAC）中，胰腺腺泡细胞可以在肿瘤发生的初期转分化为导管细胞表型。两个转录因子（TFs）PTF1a和MIST1通过自我维持的“前馈”调控环控制胰腺腺泡细胞的分化和维持。这两个TF在PDAC的肿瘤发展和恶性进展中常常下调。研究显示，强制表达PTF1a可以抑制KRAS诱导的转分化和增殖，同时强迫已肿瘤化细胞重新分化为静息的腺泡细胞表型；而PTF1a的抑制则引发腺泡到导管的化生，使导管样细胞对致癌的KRAS转化敏感，加速侵袭性PDAC的发展。类似地，强制表达MIST1也能阻止转分化，并抑制肿瘤发生的启动，失去这两个TF的表达与另一个发育调控TF SOX9的升高相关。SOX9的上调可以促进腺泡细胞转化为对KRAS诱导肿瘤敏感的导管细胞表型。因此，这些TF的调控对转分化状态的诱导和肿瘤发生至关重要。SOX家族的额外成员与细胞命运规格化和发育中的谱系转换广泛相关，同时也与多种肿瘤表型相关。例如，在前列腺癌中，RB和p53肿瘤抑制因子的丧失与抗雄激素治疗后的治疗抵抗相关。这一转化使良性分化的前列腺癌细胞转变为具有神经内分泌特征的癌细胞，且这些细胞不表达雄激素受体。除了RB和p53的丧失外，SOX2的上调对于这一转化至关重要。另一个例子涉及皮肤基底细胞癌（BCC）对Hedgehog-Smoothened（HH/SMO）信号通路抑制剂的抵抗。这些耐药细胞通过表观遗传学的改变转变为发育相关但不同的细胞类型，维持WNT信号通路的表达，从而独立于药物抑制的HH/SMO通路。在肺癌的主要亚型中，发育谱系的可塑性也很普遍。单细胞RNA测序揭示了小细胞肺癌和非小细胞肺癌亚型之间动态且异质的相互转化。这表明，癌细胞亚群在多种发育谱系和分化阶段之间动态转换，提醒我们在针对人类肺癌的谱系治疗中需考虑这种复杂性。概要
上述三类机制突出了细胞可塑性的选择性调节因子，这些因子在一定程度上可以与核心致癌驱动因子和其他标志能力分开。除了这些例子外，还有大量证据表明，许多癌症形式与分化受损相关，这伴随着转录组特征和其他表型的获得——例如，与相应正常组织来源或其他更远相关的细胞类型和谱系中观察到的前体或干细胞阶段相关的组织学形态。因此，这三类表型可塑性——成熟细胞去分化为前体状态、阻断分化以使发育细胞停滞在前体/干细胞状态，以及转分化为替代细胞谱系——似乎在多种癌症类型中发挥作用，涉及初级肿瘤形成、恶性进展和/或对治疗的反应。然而，有两个概念性考虑。首先，去分化和阻断分化可能是交织在一起的，在许多肿瘤类型中，起源细胞（分化细胞或前体/干细胞）要么未知，要么涉及其余细胞。第二，获得或维持前体细胞表型以及失去分化特征在大多数情况下是不精确反映正常发育阶段的，因为它浸没在癌细胞中其他标志促进性变化的环境中，这些变化在自然发育细胞中并不存在。此外，另一种表型可塑性形式涉及细胞衰老，这在下面更一般性地讨论，其中被诱导进行表面上不可逆衰老的癌细胞实际上能够逃避并恢复增殖扩展。最后，与其他标志能力一样，细胞可塑性并不是癌细胞的新发明或异常，而是各种正常细胞用来支持稳态、修复和再生的潜在但可激活能力的腐败表现。综合来看，这些例子鼓励我们考虑这样一个命题：解锁细胞可塑性以实现各种形式的分化受损，构成了一种独立的标志能力，在调控和细胞表型上与经过充分验证的癌症核心标志可区分。非突变性表观遗传重编程
基因组（DNA）不稳定性和突变的促进特征是癌症形成和发病机制的基本组成部分。目前，多个国际联盟正在对人类癌细胞的基因组突变进行分类，几乎涵盖了每种类型的人类癌症，包括不同恶性进展阶段、转移病灶以及对治疗的适应性抵抗发展。一个结果是，现在广泛认识到，组织、调节和维持染色质结构的基因中的突变，以及由此全球调控基因表达的突变，越来越多地被检测到并与癌症标志功能相关联。此外，还有一个观点认为存在另一种明显独立的基因组重编程模式，这涉及纯粹表观遗传调控的基因表达变化，可以称之为“非突变性表观遗传重编程”。实际上，关于无突变癌症进化和标志癌症表型的纯表观遗传编程的命题早在近十年前就提出，并且越来越受到讨论。![]()
非突变性表观遗传重编程
正如在胚胎发生、组织分化和稳态过程中所观察到的，越来越多的证据表明，肿瘤中的基因调控回路和网络可以受到大量被破坏和劫持的机制的支配，这些机制与基因组不稳定性和基因突变无关。癌症标志的图形已根据Hanahan和Weinberg的研究进行了调整。非突变性表观遗传调控基因表达的概念当然已经被确立为介导胚胎发育、分化和器官发生的中心机制。在成年人中，例如，长期记忆涉及基因和组蛋白修饰的变化、染色质结构的改变，以及通过正负反馈回路在时间上稳定维持的基因表达开关的触发。越来越多的证据支持这样一种命题：类似的表观遗传改变可以在肿瘤发展和恶性进展过程中促进标志能力的获得。以下是几个支持这一假设的例子。微环境的表观遗传重编程机制
如果癌细胞基因组的重编程不仅仅是由致癌突变引起的，那么它是如何被重编程的呢？越来越多的证据表明，肿瘤微环境的异常物理特性可以导致表观基因组的广泛变化，从而促进有利于标志能力表型选择的变化，最终导致癌细胞的克隆扩展，增强其增殖能力。肿瘤（或肿瘤内区域）的一个共同特征是缺氧，这源于血管化不足。例如，缺氧会减少TET去甲基化酶的活性，导致甲基组的显著变化，尤其是高甲基化。血管化不足还可能限制关键血源营养物质的生物利用率，营养缺乏已被证明会改变翻译控制，从而增强乳腺癌细胞的恶性表型。缺氧介导的表观遗传调控的一个有力例子涉及一种始终致命的儿科室管瘤。这种类型的肿瘤与许多胚胎和儿童肿瘤一样，缺乏重复突变，尤其是缺少致癌基因和肿瘤抑制基因中的驱动突变。相反，这些癌细胞的异常生长明显受缺氧诱导的基因调控程序的支配（注：缺氧导致的表观遗传的改变）。值得注意的是，这种癌症的假定起源细胞位于缺氧区域，可能使该区域的细胞对尚未明晰的共同因子敏感，从而启动肿瘤发生。另一个支持微环境介导的表观遗传调控的证据涉及癌细胞的侵袭性生长能力。一个经典的例子是许多实体肿瘤边缘癌细胞侵袭性的可逆诱导，这由称为上皮-间充质转化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）的发育调控程序协调。值得注意的是，EMT的主调节因子ZEB1最近被证明能够诱导组蛋白甲基转移酶SETD1B的表达，进而通过正反馈回路维持ZEB1的表达，从而保持（侵袭性）EMT调控状态。以往的研究同样记录了，通过上调相关转录因子SNAIL1的表达诱导EMT，导致染色质结构的显著改变，这与多种染色质修饰因子的诱导相关，而这些因子的活性显著必要以维持该表型状态。此外，肿瘤边缘癌细胞所暴露的多种条件和因子，包括缺氧和基质细胞分泌的细胞因子，显然能够诱导EMT并进而增强侵袭性。一个独特的微环境诱导侵袭性的例子，表面上与EMT程序无关，涉及在胰腺癌细胞及其他细胞中，通过间质压力驱动的液体流动自分泌激活神经信号回路，该回路涉及分泌的谷氨酸及其受体NMDAR。值得注意的是，许多实体肿瘤的原型刚性体现在广泛改变的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）上，这些改变对癌细胞的侵袭性及其他表型特征产生广泛影响。与肿瘤来源的正常组织ECM相比，肿瘤ECM通常表现为交联和密度增加、酶促修饰和分子组成改变，这些变化共同通过ECM基序的整合素受体，协调刚性诱导的信号传导和基因表达网络，从而引发侵袭性及其他标志特征。除了肿瘤微环境赋予的调控机制外，各种细胞类型释放到细胞外环境中的可溶性因子所涉及的旁分泌信号也能促进多种形态学上不同的侵袭性生长程序的诱导，其中只有一种被称为“间充质”的程序似乎涉及上述EMT的表观遗传调控机制。表观遗传调控异质性
对肿瘤内异质性的认识不断加深，这突显了在生成表型多样性方面的重要性，在这些多样性中，适合增殖扩展和侵袭的细胞会超过其他细胞，从而被选择用于恶性进展。显然，这种表型异质性的一个方面源于慢性或间歇性的基因组不稳定性及随之而来的细胞遗传异质性。此外，越来越明显的是，还存在非突变性基础的表观遗传异质性。一个显著的例子涉及连接组蛋白H1.0，在多个肿瘤类型的癌细胞亚群中动态表达和抑制，从而导致相应的巨型区域的隔离或可及性，这些区域包括与标志能力相关的区域。值得注意的是，抑制H1.0的癌细胞群体被发现具有类干细胞特征、增强的肿瘤起始能力，并与患者的不良预后相关。另一个表观遗传调控的可塑性例子出现在人类口腔鳞状细胞癌（SCC）中，其中侵袭边缘的癌细胞采取部分上皮-间充质转化（p-EMT）状态，缺乏上述间充质转录因子，但表达其他在肿瘤中心核心不表达的EMT特征基因。显然，p-EMT细胞并不代表突变改变细胞的克隆分隔：从原发肿瘤衍生的癌细胞培养物包含p-EMThi和p-EMTlo细胞的动态混合，当对p-EMThi/lo细胞进行FACS纯化并培养时，两者在4天内都恢复为p-EMThi和p-EMTlo细胞的混合群体。此外，尽管来自邻近基质的旁分泌信号可能被视为决定p-EMThi状态的因素，但在培养中两个表观遗传状态的稳定存在和再生则表明存在一种癌细胞内在机制。值得注意的是，这一结论得到了对198个细胞系的分析支持，这些细胞系代表22种癌症类型，包括SCC，其中在细胞系模型及其对应的原发肿瘤中发现了12种稳定的异质表观遗传状态（包括SCC中的p-EMT）。同样，这些异质表型状态无法与可检测的遗传差异联系起来，并且在几个案例中，特定状态的FACS分选细胞在培养后被证明动态重新平衡，重新构建出原始细胞系中观察到的异质状态的稳定平衡。此外，针对多种属性的基因组全景剖析技术——超越DNA序列及其突变变异——正在揭示与患者预后相关的癌细胞基因组注释和组织的重要元素，越来越多地与标志能力相关。通过越来越强大的技术，表观基因组异质性正在通过全基因组DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质可及性以及RNA的转录后修饰和翻译等剖析得到揭示。关于本文所考虑的假设，挑战在于确定特定癌症类型中的哪些表观基因组修饰具有调控意义，以及哪些是纯粹非突变性重编程的代表，而不是由突变驱动的，因此可以通过基因组不稳定性来解释。肿瘤微环境中基质细胞类型的表观遗传调控
一般来说，肿瘤微环境中在功能上促进标志能力获得的辅助细胞并不被认为经历遗传不稳定和突变重编程以增强其促进肿瘤的活性；相反，推测这些细胞——癌症相关成纤维细胞、先天免疫细胞以及肿瘤血管中的内皮细胞和周细胞——在被可溶性和物理因子招募时会经历表观遗传重编程，这些因子定义了实体肿瘤微环境。可以预见，目前应用于癌细胞的多组学剖析技术将越来越多地用于研究肿瘤中的辅助（基质）细胞，以阐明正常细胞是如何被破坏以功能性支持肿瘤发展和进展的。例如，一项最近的研究表明，这种重编程可能涉及表观基因组的修饰，除了改变所有这些细胞类型的细胞内信号网络的细胞因子、趋化因子和生长因子的诱导性交换：当转移到肺的鼠模型接受DNA甲基转移酶抑制剂（5-氮胞苷）和组蛋白修饰抑制剂（HDAC）的组合治疗时，发现渗透的髓系细胞从未成熟的（促肿瘤）前体状态转变为类似成熟间质（抗肿瘤）巨噬细胞的细胞，与未治疗肿瘤中的相应细胞相比，这些细胞无法支持有效转移定殖所需的标志能力。可以预见，多组学剖析和药理学干扰将有助于阐明这种髓系细胞及其他支持肿瘤微环境的标志促进细胞类型中的重编程表观遗传状态。概要
综合来看，这些例子支持这样一个命题：非突变性表观遗传重编程将被接受为一种真正的促进特征，有助于标志能力的获得。值得注意的是，可以预见非突变性表观遗传重编程将与前述表型可塑性的临时新标志能力密切相关，尤其是在日益得到充分记录的肿瘤微环境中癌细胞的动态转录组异质性中发挥推动作用。单细胞多组学剖析技术的进步预计将揭示突变驱动的调控与非突变性表观遗传调控在恶性进展和转移过程中对肿瘤演化的各自贡献及相互作用。多态性微生物群
生物医学领域的一个广阔前沿正在通过揭示与暴露于外部环境的身体屏障组织（尤其是皮肤和内膜，如消化道、肺、乳腺和泌尿生殖系统）共生的多种微生物的多样性和变异性而展开，这些微生物统称为微生物群。越来越多的认识表明，常驻细菌和真菌所创造的生态系统——微生物组——对健康和疾病有着深远的影响，这一认识得益于使用下一代测序和生物信息学技术审计微生物物种群体的能力。在癌症领域，证据越来越有力地表明，群体中个体微生物组的多态性变异可以深刻影响癌症表型。人类的关联研究和小鼠癌症模型中的实验操作正在揭示特定的微生物，主要但不仅限于细菌，这些微生物对癌症发展、恶性进展和治疗反应可能产生保护或有害的影响。组织微生物组的全球复杂性和组成同样如此。实际上，虽然肠道微生物组是这一新领域的先锋，但多种组织和器官也具有特定的微生物组，这些微生物组在种群动态和微生物种类及亚种的多样性方面具有独特特征。对多态性可变微生物组在健康和疾病中的重要性日益增加，这引出了一个问题：微生物组是否是一种独立的促进特征，广泛影响癌症标志能力的获得，既有积极作用也有消极作用？我将在下文反思这一可能性，并举例说明与癌症标志相关的一些显著组织微生物组的证据，从肠道微生物组这一最显著和显然影响深远的微生物组开始。
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多态性微生物群
左侧，尽管与肿瘤促进性炎症、基因组不稳定性和突变的促进特征相交，但越来越多的证据表明，个体之间的多态性微生物群（如在结肠、其他粘膜及相关器官或肿瘤中定植的微生物群）可以通过诱导或抑制多种标志能力，产生多样的影响，因此在癌症发展、进展和对治疗反应的复杂过程中可能是一个重要的、准独立的变量。右侧，多种组织微生物组被认为在调节肿瘤表型中发挥作用。除了广泛研究的肠道微生物组外，其他独特的组织微生物组以及肿瘤微生物组也在某些肿瘤类型中调节标志能力的获得（无论是积极的还是消极的）方面发挥着作用。癌症标志的图形已根据Hanahan和Weinberg的研究进行了调整。肠道微生物组的多样调节效应
肠道微生物组在大肠的功能中被广泛认为至关重要，负责降解和吸收营养以维持代谢稳态，而微生物群体的扭曲——即微生物失调——可能导致一系列生理疾病。在这些疾病中，肠道微生物组被怀疑与结肠癌的易感性、发展和发病机制相关。近年来，通过对结肠肿瘤患者及小鼠进行粪便移植的功能性研究已确立了一项原则：存在既有抗癌作用又有促肿瘤作用的微生物群，涉及特定的细菌种类，这些微生物能够调节结肠肿瘤的发生率和发病机制。微生物群体如何发挥这些调节作用的机制仍在阐明中，但对于肿瘤促进微生物群和某些特定肿瘤促进细菌种类，已逐渐建立起两个普遍的效应。第一个效应是结肠上皮的诱变，这源于细菌毒素和其他分子的产生，这些分子直接损伤DNA、破坏维护基因组完整性的系统，或以其他方式使细胞受压，从而间接损害DNA复制和修复的准确性。例如，携带PKS位点的大肠杆菌被证明会诱变人类基因组，并与提供标志能力突变相关。此外，有研究报道细菌能够附着于结肠上皮细胞表面，产生配体模拟物，刺激上皮细胞增殖，从而在肿瘤细胞中促进增殖信号的标志能力。另一种特定细菌促进肿瘤发生的机制涉及产生丁酸盐的细菌，这些细菌在结直肠癌患者中的丰度增加。丁酸盐这种代谢产物具有复杂的生理效应，包括诱导衰老的上皮细胞和成纤维细胞。在种植了丁酸盐产生细菌的结肠癌小鼠模型中，肿瘤数量明显多于缺乏这种细菌的小鼠；通过使用能够杀死衰老细胞的衰老靶向药物，证明了丁酸诱导的衰老与增强结肠肿瘤发生之间的联系。此外，细菌产生的丁酸盐对在肠道屏障破坏（微生物失调）和细菌具有侵袭性的情况下，结肠上皮中的分化细胞与未分化（干细胞）细胞之间的效应具有多重和矛盾的影响，影响细胞能量代谢、组蛋白修饰、细胞周期进展以及对适应性免疫反应具有免疫抑制作用的（促肿瘤）先天免疫炎症。确实，多态性微生物组的广泛效应涉及通过多种途径调节适应性和先天免疫系统，包括细菌产生的“免疫调节”因子，这些因子激活上皮或常驻免疫细胞上的损伤传感器，从而导致一系列趋化因子和细胞因子的表达，进而塑造填充结肠上皮及其下层基质和引流淋巴结的免疫细胞的丰度和特征。此外，某些细菌能够突破保护性生物膜和结肠上皮的粘液层，进一步破坏上皮细胞之间的紧密连接，从而维持通常将肠道微生物组隔离的物理屏障的完整性。在侵入基质后，细菌可以触发先天和适应性免疫反应，诱导一系列细胞因子和趋化因子的分泌。一种表现形式可能是创造促进肿瘤或对抗肿瘤的免疫微环境，进而保护或促进肿瘤发生和恶性进展。因此，特定微生物组在个体患者中对（i）诱导（先天性）促肿瘤炎症和（ii）逃避（适应性）免疫破坏的相互交织的参数的调节，不仅与预后相关，也与涉及免疫检查点抑制剂和其他治疗模式的免疫治疗的反应或抵抗相关。最近的研究提供了初步的概念验证，表明在从对治疗有效的患者移植粪便微生物群到在先前免疫检查点阻断治疗中进展的黑色素瘤患者后，免疫治疗的有效性得到了恢复。一个持续的谜题涉及肠道微生物组中某些可变成分系统性调节适应性免疫系统活动的分子机制，这可能增强免疫检查点阻断引发的抗肿瘤免疫反应，或诱导系统性或局部（肿瘤内）免疫抑制。一项最新研究提供了一些线索：某些肠球菌（及其他细菌）菌株表达一种称为SagA的肽聚糖水解酶，能够释放细菌壁中的粘肽，这些粘肽随后可以在体内循环并激活NOD2模式识别受体，从而增强T细胞反应和检查点免疫疗法的有效性。其他由特定细菌亚种产生的免疫调节分子也正在被识别和功能评估，包括细菌产生的腺苷，这是一种限制性代谢物，对T细胞活性至关重要。这些例子和其他例子开始描绘多态性微生物组如何间接且系统性地调节肿瘤免疫生物学的分子机制，超越细菌与免疫系统直接物理互动所导致的免疫反应。除了与结肠癌和黑色素瘤的因果关系外，肠道微生物组能够引发免疫调节性趋化因子和细胞因子的表达，并进入全身循环，显然也能够影响身体其他器官的癌症发病机制和对治疗的反应。一个启示性的例子是肝脏中的胆管癌的发展：肠道微生物失调使得细菌和细菌产物通过门静脉进入和运输到肝脏，在肝细胞上表达的TLR4被激活，诱导趋化因子CXCL1的表达，从而招募表达CXCR2的粒细胞髓系抑制性细胞（gMDSC），这些细胞通过抑制自然杀伤细胞来逃避免疫破坏，并可能传递其他标志能力。因此，肠道微生物组无疑被视为一种促进特征，可以促进或保护多种癌症形式。超越肠道：其他屏障组织中独特微生物组的影响
几乎所有直接或间接暴露于外部环境的组织和器官都是共生微生物的储存库。与肠道不同，尽管微生物组在代谢中的共生作用得到广泛认可，但这些不同部位的常驻微生物群的正常和病理作用仍在不断涌现。显然，在稳态、衰老和癌症中，相关微生物组的组成存在器官/组织特异性差异，这些差异在物种和丰度上与结肠微生物组有重叠和独特之处。此外，关联研究提供了越来越多的证据，表明局部肿瘤对抗/保护与促肿瘤组织微生物组，类似于肠道微生物组，可以调节其相关器官中人类癌症的易感性和发病机制。肿瘤内微生物群的影响？
最后，病理学家早已认识到细菌可以在实体肿瘤中被检测到，这一观察结果现在已通过复杂的剖析技术得到了证实。例如，在对1,526个肿瘤（包括七种人类癌症类型：骨癌、脑癌、乳腺癌、肺癌、黑色素瘤、卵巢癌和胰腺癌）的调查中，每种类型的肿瘤都具有独特的微生物组，这些微生物组主要定位在癌细胞和免疫细胞内部，并且在每种肿瘤类型中，肿瘤微生物组的变化可被检测到，并推测与临床病理特征相关。在基因工程小鼠模型的肺癌和胰腺癌中同样检测到了微生物群，它们在无菌小鼠中缺失，和/或在抗生素处理下消失，这显著损害了肿瘤发生，功能性表明肿瘤微生物组作为促肿瘤炎症和恶性进展的促进因子。对人类胰腺导管腺癌的关联研究和通过粪便移植到肿瘤携带小鼠的功能测试已建立肿瘤微生物组及相关肠道微生物组的变化调节免疫表型和生存能力。未来的重要挑战将是将这些影响扩展到其他肿瘤类型，并阐明肿瘤微生物组的组成和变异与肠道（及原发组织）微生物组的潜在可分离贡献，可能通过识别在某个特定位置具有功能影响的特定微生物种类来实现。概要
未来一个引人入胜的问题是，不同组织或正在形成的新生物中居住的微生物群是否具备影响或干扰其他标志能力获得的能力，超越免疫调节和基因突变，从而影响肿瘤发展和进展。有迹象表明，特定细菌种类可以直接刺激增殖信号的标志能力，例如在结肠上皮中，并通过改变肿瘤抑制因子在肠道不同部分的活性来调节生长抑制，而对其他标志能力（如避免细胞死亡、诱导血管生成以及刺激侵袭和转移）的直接影响仍不明确，这些观察结果在多种人类癌症中的普遍性也尚待验证。无论如何，越来越有力的证据表明，肠道及其他器官的微生物组的多态性变异构成了一种独特的促进特征，能够促进标志能力的获得，尽管与基因组不稳定性和突变、促肿瘤炎症相交并互补。衰老细胞
细胞衰老是一种通常不可逆的增殖停止形式，可能作为维持组织稳态的保护机制进化而来，显然是程序性细胞死亡的补充机制，用于使疾病、功能失调或其他不必要的细胞失活并最终移除。除了关闭细胞分裂周期，衰老程序还引发细胞形态和代谢的变化，最深刻的是激活与衰老相关的分泌表型（SASP），涉及释放大量生物活性蛋白，包括趋化因子、细胞因子和蛋白酶，其身份依赖于衰老细胞的细胞和组织类型。衰老可以通过多种条件诱导，包括营养缺乏、DNA损伤、细胞器和细胞基础设施的损伤以及细胞信号网络的失衡，这些都与观察到的衰老细胞在各种器官中的增加相关。细胞衰老长期以来被视为对新生物的保护机制，通过诱导癌细胞经历衰老。然而，衰老程序的许多诱因与恶性肿瘤相关，特别是由于异常的超增殖引起的DNA损伤、因信号过度激活导致的致癌基因诱导的衰老，以及因化疗和放疗引起的细胞和基因组损伤所导致的治疗诱导的衰老。确实，已有确立的例子证明衰老在限制恶性进展方面的保护益处。然而，越来越多的证据揭示了相反的情况：在某些情况下，衰老细胞可以不同程度地刺激肿瘤发展和恶性进展。在一项启示性的案例研究中，衰老细胞在老化小鼠中被药理性去除，特别是去除表达细胞周期抑制因子p16−INK4a的衰老细胞：除了延缓多种与年龄相关的症状外，老化小鼠中衰老细胞的去除导致自发肿瘤发生率和癌症相关死亡率降低。衰老细胞促进肿瘤表型的主要机制被认为是SASP，SASP能够以旁分泌的方式向邻近的存活癌细胞及肿瘤微环境中的其他细胞传递信号分子（以及激活和/或去抑制这些信号分子的蛋白酶），从而传达标志能力。因此，在不同的实验系统中，衰老的癌细胞已被证明以不同方式促进增殖信号、避免凋亡、诱导血管生成、刺激侵袭和转移以及抑制肿瘤免疫。衰老癌细胞对癌症表型的影响的另一个方面涉及可转瞬而逝、可逆的衰老细胞状态，其中衰老癌细胞可以逃脱其表达SASP的非增殖状态，恢复细胞增殖并表现出完全可存活致癌细胞的相关能力。这种转瞬衰老在治疗抵抗的案例中被最广泛记录，代表了一种能够规避针对增殖癌细胞的治疗靶向的休眠形式，但也可能在肿瘤发展的其他阶段、恶性进展和转移中更广泛地发挥作用。此外，衰老细胞的标志促进能力并不限于衰老癌细胞。肿瘤中的癌症相关成纤维细胞（CAF）已被证明会经历衰老，形成衰老CAF，这些细胞通过向肿瘤微环境中的癌细胞传递标志能力而显著促进肿瘤。此外，正常组织中的衰老成纤维细胞部分是由自然衰老或环境损伤产生的，它们也被认为通过SASP重塑组织微环境，以提供旁分泌支持，促进局部侵袭（所谓的“场效应”）和近距离发展的肿瘤的远程转移。此外，老化皮肤中的衰老成纤维细胞通过SASP招募先天免疫细胞，这些免疫细胞不仅对适应性抗肿瘤免疫反应具有免疫抑制作用（以CD8 T细胞为基础），还刺激皮肤肿瘤的生长，其后者效应可能反映了这些先天免疫细胞（髓系细胞、中性粒细胞和巨噬细胞）对其他标志能力的旁分泌贡献。虽然尚不完全确立，但其他丰盛的基质细胞在特定肿瘤微环境中可能也会经历衰老，从而调节癌症标志能力和随之而来的肿瘤表型。例如，治疗诱导的肿瘤内皮细胞衰老可增强乳腺癌模型中的增殖、侵袭和转移。显然，这些线索值得在其他肿瘤类型中进行研究，以评估成纤维细胞、内皮细胞及其他基质细胞衰老作为肿瘤演化驱动力的普遍性。此外，目前尚未解决的是特定衰老细胞类型在特定肿瘤微环境中诱发促进肿瘤或对抗肿瘤的SASP的调控机制和功能决定因素，这可能在不同的生理和肿瘤微环境中由不同的诱因交替诱导。概要
肿瘤由基因转化的癌细胞与招募的、经历表观遗传/表型改变的辅助（基质）细胞相互作用并从中受益的概念已被广泛确立为癌症发病机制的关键。上述讨论及在此引用（和其他地方）的综述和报告为衰老细胞（无论其细胞来源如何）应被考虑加入肿瘤微环境中功能显著细胞名单的命题提供了有力的证据。因此，衰老细胞应被纳入对癌症机制深入理解的探索中。此外，认识到其重要性也促使了针对所有构成的促进肿瘤的衰老细胞的治疗靶向目标，无论是通过药理学或免疫学去除，还是通过将SASP重新编程为对抗肿瘤的变种。![]()
衰老细胞
异质的癌细胞亚型以及基质细胞类型和亚型在肿瘤作为“违法器官”的表现中功能性整合。越来越多的线索表明，肿瘤微环境（TME）中许多细胞成分的衰老细胞衍生物及其可变的SASP在调节标志能力和随之而来的肿瘤表型中发挥着重要作用。癌症标志的图形已根据Hanahan和Weinberg的研究进行了调整。总结性 remarks
尽管癌症的八个标志及其两个促进特征在癌症的概念化中具有持久的启发性价值，但上述考虑表明，可能存在一些新的普遍性特征，因此与更全面理解该疾病的复杂性、机制和表现相关。通过应用可识别的、如果不是完全独立于这10个核心特征的标准，可以认为这四个参数在经过进一步验证和推广后，可能会整合到癌症标志的框架中。因此，细胞可塑性可能会被纳入标志能力的名单中。值得注意的是，尽管这八个核心标志和这一新能力在概念上是可区分的，但在某些甚至许多癌症中，它们的调节方面至少部分相互关联。例如，在某些肿瘤类型中，多个标志通过经典的致癌驱动因子进行协调调节，包括：(i) KRAS (https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic/census-page/KRAS),
(ii) MYC (https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic/census-page/MYC),
(iii) NOTCH (https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic/census-page/NOTCH1; ref. 127), and
(iv) TP53 (https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic/census-page/TP53),
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癌症的标志——新补充
图中展示了“癌症的标志”的经典标志和预期的新补充。本论文提出了一个可能性，旨在激发辩论、讨论和实验阐述，即这四个新参数中的一些或全部将被视为对多种人类癌症具有通用性，因此适合纳入癌症标志的核心概念中。癌症标志的图形已根据Hanahan和Weinberg的研究进行了调整。这强调了一个重要挑战，即更全面阐明调控这些获得能力的网络。
除了将细胞可塑性纳入名单外，非突变性表观遗传重编程和器官/组织微生物组的多态性变异也可能被纳入作为机制决定因素——促进特征——通过这些特征获得标志能力，与肿瘤促进炎症（自身与微生物组部分相互关联）共同存在，超越了表现上述致癌驱动因子的突变和其他异常。最后，来自不同来源的衰老细胞——包括癌细胞和各种基质细胞——在癌症的发展和恶性进展中功能性贡献，尽管其方式与未衰老细胞显著不同，可能会被纳入肿瘤微环境的通用组成部分。总之，提出这些临时“试验气球”预计将刺激癌症研究界关于癌症生物学、遗传学和发病机制的定义概念参数的辩论、讨论和持续实验研究。https://aacrjournals.org/cancerdiscovery/article/12/1/31/675608/Hallmarks-of-Cancer-New-DimensionsHallmarks-of
