摘要
大多数癌症相关的死亡是由于转移，但我们对转移是一种进化的、异质性的、系统性疾病以及如何有效治疗它的理解仍在出现。转移需要获得一系列的性状来传播，不同程度地进入和退出休眠，并定植于遥远的器官。这些事件的成功是由克隆选择、转移细胞动态过渡到不同状态的潜力以及它们利用免疫环境的能力所驱动的。在这里，我们回顾了转移的主要原则，并强调了开发更有效的治疗转移性癌症的新机会。
介绍
转移是指癌细胞在远离其起源器官的器官中的生长，是癌症的最终和最致命的表现。绝大多数癌症患者死于转移性疾病，而不是由于原发性肿瘤。转移包括一系列的生物事件，来自原发肿瘤的细胞逐渐获得通过粘膜侵入更深组织的能力；通过血液、淋巴管或直接浸润邻近结构扩散；播种远端器官；最终在远处恢复增殖，在这些器官上定植。这些事件都是由肿瘤细胞采用不同的表型细胞状态，并在肿瘤环境中吸收其周围的免疫细胞和基质细胞来支持其生长和逃避免疫系统的能力所驱动的。原发肿瘤通常可以通过手术和放疗等局部治疗治愈，转移性癌症是一种全身性疾病，影响多个器官，要么直接定植器官并损害其功能，要么通过改变分泌组来改变其新陈代谢，最终导致死亡。即使在同一患者中，原发性疾病和转移性疾病对全身治疗的反应也可能有很大的不同。由于转移性肿瘤对现有治疗方法的获得性耐药性，临床明显的转移仍然很大程度上无法治愈。
下一代测序方法的技术进步对基础癌症科学和临床肿瘤学都具有变革意义。他们通过测序循环肿瘤DNA（ctDNA）和循环肿瘤细胞（ctc），积累了肿瘤特异性表达模式和肿瘤微环境，跟踪疾病进展和治疗后的耐药性模式，并阐明了原发性和转移性肿瘤的异质性和克隆性。这些努力共同产生了新的生物标志物和药物靶点的前所未有的发展，并迅速提高了我们对转移细胞如何劫持宿主环境以确保其生存的潜在生物学的理解。在这里，我们回顾了现有的转移范式和对转移细胞的扩散、生存和生长至关重要的新兴原则，并强调了最近的发现和概念上的进展，以及对转移性癌症治疗的治疗意义。
转移期
转移可分为三个阶段，它们可以在时间上重叠——传播、休眠和定植——在此期间，癌细胞经历一系列的步骤来入侵组织，在运输过程中存活，并在器官上定植，统称为转移级联。在传播过程中，携带致癌驱动突变的肿瘤细胞通过基底膜侵入更深的组织层，在没有生态位特异性生长因子的情况下获得生存能力。随后是近端血管或淋巴管，最终通过跨内皮迁移和毛细血管破坏、沿神经元迁移或直接局部扩散到腹膜或胸膜腔等邻近空间进入远端器官。在循环中，ctc由于物理、氧化还原和免疫应激源而遭受广泛的损耗，这在小鼠模型中得到了证实，并从原发肿瘤切除后数小时的血液中ctc的数量较低中推断出来。CTC以单细胞或富含茎样癌细胞的微簇形式循环，被血小板、中性粒细胞或肿瘤来源的基质细胞包裹，可以保护它们免受免疫监视，并赋予CTC簇比单细胞更大的转移潜能。到达远处器官，弥散性肿瘤细胞（DTCs）被高氧化应激、缺乏支持性生长因子或营养物质，以及组织特异性形式的巨噬细胞、自然杀伤细胞（NK）、浸润T细胞和其他免疫监视机制主动敌对免疫防御进一步消除。幸存的dtc可以进入一个可变的休眠（图1），在此期间他们退出细胞周期或进入一个动态平衡的增殖应对免疫消除或其他基质遏制增殖克隆的肿瘤微环境（TME），这样几乎没有净转移生长。传播和休眠被认为是微转移性疾病，因为dtc无法通过临床成像检测到，而且患者不知道亚临床疾病。临床上明显的大转移来源于成功的转移起始细胞（MICs），这些细胞已经适应并吸收了它们的TME，通过吸收再生、血管生成和免疫抑制程序，最终使其生长和器官定植。转移级联代表了一个持续的细胞和微环境重编程和克隆选择的癌细胞亚群能够承受选择性微环境压力。这导致肿瘤不受限制的生长，导致器官功能障碍，全身机体功能崩溃，并最终死亡。这种连续的变化包含了多个域，可以被理解为转移的原则（图2）。
图1.转移的阶段
转移包括三个阶段：传播、休眠和定植，它们可以在时间上共存和重叠。MICs起源于原发肿瘤，并获得了进行侵袭性迁移的能力，然后作为ctc单独或集体地通过血液或淋巴管迁移和传播。大多数ctc由于物理、生化和免疫应激源而被清除。ctc被困在远处器官的毛细血管床中，作为dtc渗出并迁移到器官实质，以形成新生的转移。dtc在器官特异性的、血管周围的生态位中形成种子。大多数通过生态位特异性或系统免疫防御清除，但很少有mic存活，进入可逆的生长阻滞和免疫逃避静止，获得器官特异性的生长适应，并利用它们的TME来逃避免疫监视。环境触发导致mic退出休眠，形成临床可检测到的大转移。
转移的原则
转移细胞需要大量的特征来经历转移级联的每一步。其中一些特征起源于原发肿瘤，是基因突变的结果，激活致癌基因，破坏肿瘤抑制基因，使不受控制的生存和增殖，自我再生，迁移和侵入。但即使有了这些致癌特征，绝大多数离开原发肿瘤的癌细胞也不能存活并形成远处转移。因此，转移是一个主要的进化瓶颈。转移特异性性状的出现(1)通过从原发癌细胞群中存在的遗传异质性中选择这些克隆，或者(2)通过细胞的非遗传动态适应，使原发肿瘤适应不同转移阶段的需求（图2）。
图2.转移原则
mic的获得了一系列的功能能力，使其能够在恶劣的环境中传播、种植和生存多种应激源，这里总结为转移的原则
遗传选择
肿瘤进化模式
对匹配的原发肿瘤和转移瘤之间的谱系关系的系统发育分析表明，肿瘤在转移过程中存在两种广泛的进化模式：在线性模型中，转移细胞从原发肿瘤扩散到晚期，而在平行进化模型中，癌细胞扩散到早期，与原发肿瘤共享少量突变，并与原发肿瘤分开进化。不同的播种方式（多克隆、单克隆和转移性再播种）进一步增加了转移性病变的细胞异质性。基因组克隆进化研究表明，早期和晚期传播在不同类型的肿瘤和个体。最近将CRISPR-Cas9编辑与单细胞RNA测序结合起来的多路平行谱系追踪工作，创建了一个可进化的条形码系统，表明线性进化和平行进化也可以共存。
TME的空间影响
空间基因组学进一步深入了解了肿瘤内的异质性、亚克隆变异和局部TME的作用。TME由多种免疫细胞和基质细胞组成，它们与癌细胞相互作用和共同进化，并可以具有促肿瘤和抗肿瘤的作用。TME由多种免疫细胞和基质细胞组成，它们与癌细胞相互作用和共同进化，并可以具有促肿瘤和抗肿瘤的作用。对乳腺癌患者的TME的空间分析显示，有不同的癌症亚克隆与不同程度的局部免疫浸润有关。对小鼠肺腺癌的体内空间CRISPR筛选显示，肿瘤细胞中的特异性基因敲除会导致免疫环境和T细胞浸润的特征性变化。这表明，肿瘤细胞在选择压力下经历了局部的变异，相反地，亚克隆遗传学可能指导局部微环境生态位的建立。人类白细胞抗原I类等位基因的杂合性缺失在多种癌症类型中选择进行转移的肿瘤亚克隆中富集，而强免疫原性新抗原在复发性胰腺癌中优先丢失。预先存在的种系遗传学也可以影响转移倾向；最近的研究表明，APOE基因的种系变异改变了免疫细胞的抗肿瘤反应，并在黑色素瘤小鼠模型中导致不同的TME组成和结果。空间和谱系追踪技术在临床样本和临床前实验模型中的应用，有望进一步揭示TME对MIC选择影响的机制，以及MIC如何利用TME成分来支持其生存。
拷贝数更改
尽管突变对肿瘤的起始至关重要，但大规模的基因组研究显示，配对的转移性肿瘤和原发性肿瘤表现出相似的体细胞突变景观，而转移特异性的体细胞突变也不能被轻易地识别出来。在肿瘤进展后期发现新的体细胞突变时，它们的功能意义通常与治疗耐药性有关。然而，与某些癌症的原发肿瘤相比，转移表现出拷贝数扩增和染色体异常，但不是全部。Myc扩增通过招募更多的肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）来促进转移，从而导致更大的血流侵袭，这为非整倍体在驱动转移中的功能作用提供了证据。染色体不稳定性可通过增加胞质DNA进一步促进转移，导致cGAS-STING胞质DNA传感通路和下游NFkB信号通路的激活。然而，在大多数癌症中，非整倍体在病因驱动肿瘤进展中发挥作用的程度仍未得到解决。总的来说，基因变化可能允许转移，但在大多数情况下不足以解释为什么一些癌细胞转移，而另一些癌细胞不转移。
可塑性
临床样本和复杂的动物和患者来源的肿瘤模型的单细胞图谱显示了晚期癌症中巨大的肿瘤内和肿瘤间的转录异质性，这不能用获得性基因组改变来解释。表型可塑性，即对转移级联的不同应激进行动态非遗传适应的能力，并响应TME的变化，因此正在成为转移的首要标志。可塑性允许mic细胞进入和退出干样状态，转分化，并动态调整代谢、氧化还原和免疫应激源（图3A）。最近对转移性小鼠模型的研究表明，癌细胞在从原发肿瘤到mic和器官特异性大转移过程中经历多种表型转变。在小鼠肺腺癌模型中的体内谱系追踪和单细胞转录组分析显示，选择的具有高可塑性的原发肿瘤亚克隆在匹配的转移中高度富集，这表明原发部位的可塑性是转移的先决条件。一个重要的新兴的主题是相同的分子和途径可能在肿瘤进展过程中不同的环境中发挥不同的作用，特别是在原发肿瘤增殖与肿瘤扩散和休眠过程中。因此，将癌症相关基因指定为致癌基因，肿瘤细胞可以获益，或肿瘤抑制因子，其丢失总是有害的，在动态转移可塑性的背景下往往不成立。
基因表达的应激反应性调控
大量的研究已经导致了针对转移级联的离散步骤的基因表达程序的发现。表观遗传机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、3D染色质组织和非编码rna，在不改变潜在DNA序列的情况下影响基因表达，为对微环境输入的动态响应提供了多种可能性。关键转录因子的激活，包括SOX10和RUNX，已被证明可以沿着表观遗传连续体向转移。组蛋白修饰的动态变化可以改变染色质的可及性和结构，在口腔鳞状细胞癌和黑色素瘤模型中，含棕榈酸的高脂肪饮食已被证明通过组蛋白H3赖氨酸4三甲基化的沉积来驱动转移。mic采用多种应激反应机制，通过转录后基因调控、自噬、和未折叠蛋白反应快速适应其细胞状态，这是一种新兴的应激信号整合器，是实体肿瘤代谢和免疫逃避可塑性的决定因素。RNA结合蛋白协调转移过程中的细胞重编程和TME的相互作用，调节RNA的修饰、mRNA的剪接、定位、翻译、稳定性和降解。RNA N6-甲基腺苷（m6 A）片段YTHDF3的过表达，通过增加富含m6a的转录本的翻译，促进癌细胞与脑内皮细胞和星形胶质细胞的相互作用和转移。线粒体RNA胞嘧啶-5甲基化（m5C）水平较低的癌细胞减少了线粒体编码的氧化磷酸化复合物成员的翻译，阻断了糖酵解向氧化磷酸化的转换，这是口腔鳞状细胞癌转移的动力。特异性trna的动态表达通过调节具有不同密码子使用的基因的翻译动态，进一步促进了可塑性。总之，这些研究表明了癌细胞是如何通过适应它们的表观遗传、转录、转录后景观响应来自进化的器官特异性微环境的信号线索。
代谢适应
尽管肿瘤向有氧糖酵解的代谢转移（瓦伯格效应）是癌症的一个公认的标志，但越来越多的人认识到，在癌症进展过程中，通过代谢途径的通量可以在此过程中动态改变。dtc可以使其代谢适应环境应激，包括氧化应激或营养可利用性，以在循环和播种远处器官时存活。来自不同肿瘤的转移性癌细胞已被证明可以增加脂质作为燃料来源的摄取、合成和利用。微转移性肿瘤可以利用自噬和大胞饮作用来处理外来器官环境中的营养或生长因子缺乏。总的来说，癌细胞在循环和播种过程中改变其代谢，从合成代谢到分解代谢状态，再回到合成代谢状态以支持转移性生长。活性氧（ROS）可诱导细胞铁死亡。然而，癌细胞可以在体内通过减少多不饱和醚磷脂的合成或通过暴露于淋巴中的油酸而转向抗铁死亡状态，从而增加转移。在小鼠胰腺导管腺癌中，ROS限制最初支持癌症的起始，但后来成为转移细胞的代谢倾向。因此，ROS的可逆效应使从增殖表型相互转换。磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）是葡萄糖衍生丝氨酸合成的第一个限速酶，具有类似的背景功能，驱动癌症增殖，而PHDGH依赖的唾液酸合成和整合素糖基化的丢失增加了转移扩散。这些研究强调了代谢可塑性在癌症进展中的重要性，在增殖和转移扩散过程中，相同的分子和途径在离散的步骤中发挥不同的作用。
共同选择发展和再生方案
虽然先前的研究已经确定了与转移相关的不同个体基因和途径，但现代系统生物学方法对整个转录组、表观基因组和转移状态的蛋白质组的无偏性分析正在揭示收敛表型。一个新出现的原则是，许多癌症似乎通过激活预先存在的功能相关基因的共同调控模块，同时捕获了转移所需的许多特征。这种基因网络通常是癌症来源组织的发育或再生所必需的，尽管癌症特有的新基因程序也可能做出重要贡献（图3）。
图3.转移期间发育和再生程序的共同选择
转移细胞重新部署了正常胚胎发育和伤口愈合的发育和再生程序。(A)在稳态过程中，组织特异性干细胞不断产生转运扩增祖细胞和成熟分化细胞。在组织损伤后，分化的上皮细胞去分化，重新进入组织胎儿样、损伤相关的短暂祖细胞状态，可以分化为组织干细胞，然后分化分化细胞，恢复上皮的完整性。(B)细胞的可塑性和命运在胚胎发育过程中逐渐受到限制。在组织损伤时，命运受限的分化细胞经历了可塑性的短暂增加。在肿瘤进展过程中，癌细胞利用发育和再生祖细胞来适应应激，尽管大转移中的细胞是高度可塑性还是命运受限仍不清楚。(C)播散型mic采用高可塑性状态。这些状态包括混合EMT状态、损伤相关的短暂祖样状态或免疫逃避休眠状态。在转移定植过程中，mic可以再生表型异质的大转移肿瘤，这些肿瘤可以进入休眠或启动肿瘤生长，重新进入类似原发肿瘤的状态（弹性），仍然处于mic样状态（可变形性），或经历谱系可塑性进入原发肿瘤中没有发现的新细胞状态（转分化）。
发育、再生和转移
在胚胎发育过程中，随着器官的成熟，全能受精卵的后代的可塑性和命运逐渐受到限制。大多数成人组织包含组织驻留干细胞亚群，其后代可以分化为该组织的各种细胞类型，但不能分化为其他组织。在这种稳态组织干细胞中获得致癌驱动突变会导致癌症，被称为“癌症干细胞”。然而，最近的研究表明，组织干细胞不一定是一个谱系限制的群体，而可能是亚稳态表型状态，许多细胞可以通过可塑性进入和退出，特别是在损伤后的组织再生过程中（图3）。在肺中，炎症损伤诱导基底细胞进入一种混合损伤相关的瞬时祖细胞（DATP）状态，与来自多个正常肺上皮细胞系的基因混合表达。DATPs反过来通过可塑性形成组织驻干样肺泡II型细胞，随后分化为不同的肺细胞类型，在损伤后恢复上皮功能和结构。在小鼠肺腺癌中，一种具有多谱系分化潜能的高可塑性细胞状态被确定为转移的前体，和在小鼠和人类肺腺癌转移中重新获得更原始的转录基因程序。类似地，结直肠原发肿瘤是由Lgr5+癌症干细胞启动的，但从肿瘤侵袭前沿扩散的细胞失去了Lgr5的表达，而是获得了新的标记物的表达，包括L1CAM和EMP1。L1CAM不通过健康的肠上皮细胞表达，而是在损伤后通过再生祖细胞表达，是伤口愈合、转移起始和治疗后肿瘤再生所必需的。已建立的小鼠结直肠转移在转移生长过程中从Lgr5低转移起始状态恢复到Lgr5+状态，尽管目前尚不清楚这种弹性在晚期人类癌症中保留的程度。
上皮-间充质转化（EMT）是在转移中采用的发育可塑性程序的研究最好的例子。该程序包括细胞组织的多种动态变化，包括细胞极性的丧失和上皮细胞粘附分子的下调，从而导致迁移和侵袭邻近组织的能力增加。这是由上皮基因的ZEB和SNAIL转录抑制因子的协调和动态调控功能驱动的。EMT首先发生在胚胎原肠形成过程中，随着dtc获得迁移表型，在原发肿瘤侵袭前沿被吸收。EMT是否是转移的先决条件一直存在争议，因为它很难在临床样本中得到证明，一些研究表明EMT不是转移所必需的，但有助于化疗耐药性。最近的数据表明，癌细胞通常发生不完全或“部分”相关的EMT。
最近的研究表明，上皮和间充质标记物共同表达的混合EMT状态可以驱动多种癌症类型的转移，挑战了传统的EMT作为二元开关的传统观点。由于MICs在远处获得转移生态位特异性生长能力，它们再生的肿瘤可以表现出(1)弹性，对原发肿瘤的谱系层次进行表型，例如，通过间充质-上皮转化（MET）；(2)变形能力，保持被困在类mic状态；或(3)转分化，在经历谱系可塑性进入新的细胞状态与同源原发性不同的肿瘤（图3C)。这三种转移性再生模式的具体贡献可能在个体、肿瘤基因型和起源组织中有所不同，在临床转移中仍有待确定。
进行性免疫逃避
肿瘤微环境的演变
dtc必须逃避组织驻留免疫和系统免疫的攻击，才能成功地定植于远端器官。免疫监测转移的重要性的显著证据来自器官移植的病例报告，长期以来被认为是早期黑色素瘤治愈的肾移植的免疫抑制受者因肾内的微转移发生广泛的转移。因此，原发肿瘤中肿瘤浸润淋巴细胞的增加是结肠直肠癌患者无复发生存的良好预后生物标志物，而在实验模型中，T细胞和NK细胞的消耗增加了转移。增强抗肿瘤免疫力的免疫检查点抑制剂（ICIs）已经彻底改变了许多转移性癌症的临床实践。阻断PD-1、CTLA-4和LAG3的癌细胞-t细胞受体-配体相互作用的抗体可以在临床上诱导长期持久的反应——不像化疗和靶向治疗——现在是许多实体肿瘤的标准治疗。尽管取得了这些成功，但仍有几种肿瘤类型对ICIs没有反应，并被发现缺乏肿瘤T细胞浸润，即由于缺乏肿瘤抗原、抗原呈递缺陷、T细胞激活缺陷和通过免疫抑制TME排除T细胞。即使对于最初对ICIs有反应的肿瘤，T细胞衰竭也可能发生抵抗，慢性T细胞刺激导致功能低下。至关重要的是，ICIs对原发性肿瘤和微转移似乎比对既定的大转移更有效。虽然在化疗中加入PD-1 ICI派姆单抗显示在肿瘤细胞上PD-L1配体低表达的转移性三阴性乳腺癌中没有总体生存获益，在早期乳腺癌中加入派姆单抗导致无论PD-L1状态如何的无事件生存期显著延长。关于黑色素瘤和肺癌的类似数据表明，ICIs在辅助/新辅助治疗中比在晚期转移中更有效。这些临床观察突出了原发肿瘤和转移的潜在生物学差异，以及在肿瘤进展过程中肿瘤与免疫抑制生态位的进展性共同进化（图4）。因此，了解转移中进行性免疫抑制的机制基础对于使免疫“冷”肿瘤“热”和提高转移性癌症免疫疗法的疗效至关重要。
渗出到远端器官的dtc首先遇到组织内的巨噬细胞和NK细胞，而后者进一步招募局部和循环的免疫细胞来对抗新播种的转移。在反应中，癌细胞发展适应性机制来逃避或抑制免疫反应，限制抗原识别，增加阻断适应性免疫系统的受体的表达，并分泌免疫调节细胞因子、细胞外囊泡和生长因子。TME包括T细胞和B细胞；NK细胞；髓系细胞包括TAMs、骨髓来源的抑制细胞、树突状细胞和中性粒细胞；基质细胞包括癌症相关的成纤维细胞、周细胞和内皮细胞；以及细胞外基质（ECM）成分，它们都协调这些适应（图4）。TME可以同时具有促进肿瘤和抑制肿瘤的作用，但随着时间的推移，其作用越来越能促进肿瘤（图4）。反过来，TME的治疗靶向正在越来越多地被探索，无论是作为单一药物或与ICIs联合使用。局部和全身的免疫抑制可发生在转移之前。原发肿瘤进入循环的细胞外囊泡可以释放细胞因子，诱导骨髓来源的免疫细胞招募和免疫抑制重编程到转移前器官部位，在那里它们与驻留细胞一起形成有利于转移定植的“转移前生态位”。协调组织驻留细胞、被招募的髓系细胞和浸润性肿瘤细胞的功能的信号回路可以进一步加强转移定植过程中新出现的免疫抑制环境。
图4.转移性肿瘤微环境
TME的组成和共同选择对肿瘤的生长和进展至关重要。TME的主要成分是先天和适应性免疫系统的成分以及基质细胞：组织常驻和骨髓来源巨噬细胞，极化成免疫抑制TAMs、单核细胞、骨髓抑制细胞、T细胞、NK细胞、树突状细胞、血液和淋巴管、癌症相关成纤维细胞和ECM的成分。在转移性肿瘤中，TME中免疫细胞的环境和免疫调节受体的表达更受到免疫抑制。
淋巴结转移
转移性免疫抑制也可以由运输过程中的癌细胞协调。肉眼可见的肿瘤淋巴结受累是未来转移性疾病的一个强有力的预后生物标志物，这反映在临床分期标准中。然而，克隆系统发育的分子重建显示，淋巴结和远处转移主要来自于原发肿瘤中的独立亚克隆。最近的研究表明，淋巴结不是转移过程中的被动分期，而是诱导全身免疫抑制的关键部位。在一个淋巴结转移模型中，暴露于淋巴结中的IFN-g诱导干扰素刺激的基因程序上调PD-L1和MHCI的表达，从而促进NK逃避和T细胞抑制。至关重要的是，淋巴结定植通过诱导肿瘤特异性T调节细胞，增加巨噬细胞上的PD-L1表达，并将树突状细胞从迁移转移到驻留亚型，改变了系统免疫反应。移植了来自淋巴结肿瘤供体的白细胞的肿瘤移植小鼠更容易发生肺转移，这表明淋巴结转移通过诱导肿瘤特异性免疫耐受促进转移。对淋巴结依赖的免疫再教育的进一步研究可以产生改进的生物标志物和治疗靶点，以干扰转移性癌症中的免疫抑制回路。
休眠
在休眠期间，dtc不能形成可检测到的宏观病变，患者直到数月或数年后复发才显示出疾病的临床证据。早期癌症的小鼠模型表明，dtc可以在每个器官中发现；然而，dtc最终只以特定癌症的方式在特定的组织中生长。一些癌症，如雌激素受体阳性乳腺癌，可在手术后出现远处复发，直到最初诊断的20年，而其他癌症，包括小细胞肺癌，在诊断时表现出侵袭性扩散，没有可测量的休眠期。这些观察结果表明，不同肿瘤类型的休眠进入和再觉醒的生物学特性有所不同。临床休眠反映了细胞休眠的动态平衡，dtc通过可逆控制生长阻滞的调节程序进入静止状态，肿瘤质量休眠，反复的增殖和定植的随机尝试，被免疫、物理和代谢障碍中止。细胞的可塑性是维持休眠的一个关键特征。在乳腺癌模型中，早期dtc激活了与多细胞样可塑性相关的间充质样程序，该程序协调传播并使由转录因子ZFP281控制的长期休眠。休眠的dtc通过表观遗传调控来维持其状态，如组蛋白修饰和增强的DNA甲基化等，导致染色质状态更受抑制，转录/转录后基因调控，以及激活细胞应激反应和自噬。癌细胞增殖进一步受到dtc或TME成分包括TGFb、BMPs和Wnt拮抗剂释放的生长抑制信号和胶原蛋白和层粘连蛋白亚型的控制。癌细胞增殖进一步受到dtc或TME成分包括TGFb、BMPs和Wnt拮抗剂释放的生长抑制信号和胶原蛋白和层粘连蛋白亚型的控制。进入细胞静止已被证明在功能上与免疫逃避相结合，通过激活未折叠蛋白反应，下调NK配体，或上调MacroH2A组蛋白变异，结合细胞周期阻滞和衰老相关的炎症细胞因子分泌。这种静止与免疫抑制的耦合是一些成体组织干细胞的固有特性，可能在组织再生过程中校准免疫方面很重要，但它也有助于协调异质性肿瘤中静止细胞周围的局部免疫逃避生态位。
为了启动大转移性的生长，休眠的癌细胞必须重新进入细胞周期或逃避免疫监视。对局部宿主环境的直接炎症应激源，如手术、烟草烟雾或暴露于细菌脂多糖，可触发休眠dtc的重新激活和生长。在小鼠转移模型中，癌细胞可以诱导中性粒细胞产生转移支持中性粒细胞细胞外陷阱，刺激乳腺癌的侵袭、迁移和肺转移。从休眠中重新觉醒是衰老宿主的一个内在特征。在小鼠模型中，衰老骨髓中休眠dtc的频率降低，癌细胞变得更具增殖，与促增殖炎症细胞因子增加和休眠促进因子下调有关。研究显示，ECM的年龄相关重构可以刺激黑色素瘤转移，衰老的成骨细胞促进骨转移，和衰老的肺成纤维细胞可以通过增加可溶性WNT拮抗剂sFRP1的分泌来重新激活休眠的黑色素瘤细胞。
器官特异性的微环境适应
dtc几乎可以扩散到所有器官；然而，不同类型的癌症倾向于优先在某些器官中复发，这种现象被称为转移性器官趋向性。器官特异性转移的决定因素已经在其他地方得到了广泛的回顾；在这里，我们关注新兴的原理。转移向性是由(1)癌细胞在物理上到达一个器官和(2)有利于dtc的播种和定植的器官特异性环境的组合所决定的。结直肠癌主要的第一个转移部位是肝脏，因为从肠道通过血液传播的癌细胞通过肠系膜毛细血管进入肝门静脉，遇到肝窦作为它们的第一个毛细血管床。然而，肝脏也是90%葡萄膜黑色素瘤患者的转移部位，由于原发肿瘤部位，这在解剖学上不太明显。因此，dtc成为“种子”，有利于具有肥沃的“土壤”的特定器官生态位，以便生长成转移瘤。
dtc之间预先存在的转录和代谢异质性使其能够选择能够在特定器官中生长的克隆，而可塑性机制则能够动态诱导适应新的组织生态位。因此，心内注射三阴性乳腺癌细胞系MDA-MB-231可导致具有不同基因表达特征的亚克隆的转移扩散，并优先定植于脑、骨和肺。存在于局部生态位中的细胞外代谢物进一步塑造了转移的生长和内在的细胞代谢，例如，当葡萄糖源变得限制时，脑转移使其代谢适应醋酸、谷氨酰胺和支链氨基酸。异种结直肠肝移植物增强了肌酸激酶脑型酶的分泌，将肝细胞释放的细胞外肌酸转化为磷酸肌酸，然后被溶质转运体SLC6A8吸收为转移性癌细胞，为ATP的产生提供燃料。具有新的旁分泌信号的癌细胞的生态位适应性可塑性可以相互诱导靶器官周围细胞的可塑性，促进肿瘤与其新宿主的共同进化和转移性TME的形成。最初的转移生态位可以促进癌细胞的重编程，以增加对广泛的继发转移的适应性，从而导致更高的临床发病率和死亡率。乳腺癌和前列腺癌细胞的体内谱系追踪表明，骨微环境不仅为初始转移提供了一个兼容的生态位，而且还诱导了ezh2介导的表观遗传可塑性，以更快的动力学加速继发性转移到内脏器官，以及更严重的肿瘤负担。
最近的研究通过转录组学、蛋白质组学、流式细胞术和空间方法全面地描述了原发性和转移性脑肿瘤的TME。虽然基质细胞的组成具有可比性，但在不同的脑恶性肿瘤中发现了免疫细胞组成及其表达特征的疾病特异性差异。与脑转移瘤相比，原发性脑瘤的淋巴细胞和中性粒细胞浸润较少，而不同的转移性肿瘤表现出不同的免疫细胞类型的明显富集，这意味着原发性脑瘤的TME形状与颅外向脑转移的肿瘤不同。这些研究使我们更好地理解了不同疾病类型在同一解剖位置的局部TME的不同细胞组成，并阐明了目前试图调节TME的一刀切治疗方法的局限性。重要的是，他们还证明了“土壤”既不是静态的，也不是均匀的，尽管器官的稳态生态位最初可能是相似的，浸润的癌细胞塑造了局部TME的共同进化，进而以疾病和细胞类型特异性的方式招募免疫细胞。
重新编程系统的宏环境
转移性癌症是一种影响所有器官系统的全身性疾病。因此，影响身体营养、代谢、神经激素和炎症状态的全身因素可以影响转移的所有三个阶段。这些肿瘤进展过程中器官间系统通信网络才刚刚开始被探索治疗效益。原发肿瘤分泌的因子可以重新编程髓系细胞和ECM，创造有利于转移种子和生长的转移前生态位。炎症状态，包括肥胖和衰老可以促进转移，而运动和谨慎的饮食可能会降低转移风险。通过微生物代谢物的直接细胞效应或通过TME的重编程，肿瘤驻留者和肠道微生物群正在成为转移结果的关键决定因素。有趣的是，细菌已经被发现可以选择性地定植多种癌症类型，包括那些来自非屏障上皮细胞的癌症类型，尽管这些关联是相关的还是因果的还有待发现。肿瘤内梭菌定植已被证明可以驱动转移，而小鼠乳腺癌ctc中的肿瘤内细菌通过肌动蛋白细胞骨架重构促进对流体剪切应力的抵抗，从而促进转移。癌症神经科学的新兴领域正在揭示电活动和神经-免疫-癌症相互作用在癌症进展中的作用，而这超出了长期公认的神经周侵袭的作用。最近的研究表明，昼夜节律可以通过树突状细胞向肿瘤引流淋巴结的节律性运输来控制肿瘤扩散的时间和抗肿瘤免疫。这些观察结果表明，我们可以通过破坏昼夜节律信号电路或与昼夜节律同步治疗来靶向转移，以最大限度地提高抗肿瘤疗效。由晚期癌症诱导的系统性重编程最深刻的表现是恶病质，这是一种由肌肉质量和功能的丧失所定义的分解代谢状态，与厌食症、胰岛素抵抗和脂肪组织的丧失有关。恶病质的发生率和严重程度随着转移而增加，限制了治疗的耐受性，可诱导免疫抑制，并与早期死亡率相关。描述肿瘤和转移过程中的肿瘤和微环境重塑如何诱导恶病质，可以产生更有前途的治疗方法来对抗这种转移性癌症的致命表现。
治疗抵抗
转移选择了具有动态重新编程自身以适应各种压力、逃避免疫监视、破坏宿主组织生物学以支持肿瘤再生的能力的癌细胞。同样的适应性抗应激肿瘤再生特性可以被癌细胞部署在治疗后抵抗和再生肿瘤（图2）。转移和治疗耐药性之间的密切关系是明显的，因为大转移性或临床IV期疾病在很大程度上仍然不可治愈，5年生存率在5%至30%之间。治疗对转移性癌细胞施加进一步的选择压力，驱动携带耐药性突变的肿瘤亚克隆的选择，并诱导炎症信号来驱动谱系可塑性。转移性疾病是几乎所有全身性癌症治疗的靶点，包括化疗、靶向治疗和免疫治疗。癌症患者在两种情况下进行全身治疗：(1)可手术切除的原发肿瘤患者，没有转移性疾病的临床证据（I-III期），在（新辅助治疗）手术前或（辅助治疗）手术后接受全身治疗，其主要目的是消除微转移性疾病，即：来治愈癌症的病人和(2)在患有广泛的大转移性疾病的IV期癌症患者中，治疗通常从治愈转向缓解和延长生命（图5）。虽然化疗仍然是药物治疗的支柱，但在过去的20年里，随着ICIs、靶向治疗（如激酶抑制剂）和抗体-药物偶联物（如Her2+乳腺癌）的发展，这些突破显著提高了总生存率。对转移的原理和机制介质的大量新的生物学见解为进一步改善微转移和大转移癌的治疗结果提供了许多机会（图5）。
图5：转移性疾病的治疗策略
转移性疾病在三种情况下进行治疗：当转移性疾病不能通过标准成像和筛查技术检测到时，在（新）辅助治疗环境中怀疑有微转移性疾病。虽然多器官大转移在很大程度上是不可治愈的，但对寡转移性疾病的选择性局部治疗可以延长寿命，有时还可以治愈几种癌症。多器官转移性疾病通常采用全身治疗，包括化疗、靶向治疗（例如，小分子抑制剂、抗体或抗体-药物偶联物）和免疫治疗。(B)强调了靶向癌细胞或其TME的治疗方式，以最大限度地消除转移细胞的机会。在微转移中，mic与免疫监测处于动态平衡状态。增殖细胞经常被组织驻留或循环的免疫细胞清除，而休眠细胞则逃避免疫破坏。在寡转移过程中，小肿瘤被TME驻留细胞和被招募的免疫细胞浸润。在多器官转移中，TME越来越成为免疫抑制剂。
针对处于休眠状态的微转移
迄今为止，靶向转移扩散介质的药物，如基质金属蛋白酶抑制剂，尚未在临床试验中取得成功，与临床和临床前证据一致，即转移开始较早，可能与肿瘤起始不同（下文讨论）。通常，当检测到原发肿瘤时，dtc已经在远端器官中播种了，这使得阻断传播的方法无效。也许改善癌症预后的最大机会是扩大专注于休眠性微转移的临床试验的组合（图5）。随着对休眠状态、可塑性和分子基础的生物学认识的加深，越来越明显，微转移的主题标记物、信号通路和免疫逃避策略与大转移不同。然而，临床药物的开发通常是通过首先在肿瘤对大多数标准治疗产生耐药性的患者的晚期大转移环境中测试新药物来进行的。如果在这里成功，试验推进到以前未治疗的转移，然后才转向辅助治疗没有临床转移但有转移复发高风险的患者，可能存在微转移。因此，许多可能有效治疗微转移但不是更具生物侵袭性的大转移的药物不能到达患者。
快速和成本有效地推进针对微转移的试验的一个关键要求是建立可操作的休眠微转移疾病的生物标志物，以确定最有可能从辅助治疗中获益的大转移复发风险最高的患者。在这方面，“液体活检”“血液中的ctDNA检测是一种很有前途的微转移生物标志物，但在这种检测的敏感性和结果的临床可操作性方面还需要进一步改进。另一种可能提出的识别显微镜下疾病患者的方法是使用骨头活检来识别早期乳腺癌患者的dtc。通过转移的单细胞分析、ctDNA的表观遗传修饰的检测，或ctc、外泌体、免疫细胞和细胞因子的检测，基于组织的蛋白质或RNA分析的未来发展，可以为实时预测生物标志物的开发提供途径。这些方法将有助于对继续受益于选择观察治疗和根除微转移性疾病的患者进行分层。
针对寡转移性疾病
转移可显示肿瘤型生长特异性模式，转移缓慢或转移到单个器官部位。寡转移性疾病被假定为转移扩散的中间状态，局部消融治疗可以提供有意义的临床效益和延长生存期。在这些病例中，手术切除或放疗通常被认为可以减少肿瘤负担，延长寿命，并有可能治愈患者。以手术、放疗和化疗形式的寡转移性疾病联合治疗是软组织肉瘤的标准治疗，仅全身治疗显示疗效有限。手术切除结直肠肝转移可以治愈20%的患者，并延长转移性皮肤/葡萄膜黑色素瘤和神经内分泌肿瘤的生命（图5）。肝导向治疗包括肝动脉输注化疗、栓塞和射频消融术已显示出生存获益。最近的关于寡转移性疾病局部巩固放疗的随机对照试验显示，乳腺癌、前列腺癌、肺癌和其他癌症患者的无病生存期和总生存期延长。阿尔法发射器镭-233选择性地结合到骨转换增加的区域，显示了伴有骨转移的晚期转移性前列腺癌的总体生存获益，这表明骨生态位的特异性靶向可以影响随后的广泛转移，这与在小鼠模型中的观察结果一致。总之，这些研究表明，广泛的转移性和寡转移性疾病在临床上是不同的，因此需要仔细重新考虑局部治疗通常不能提高IV期癌症患者的生存率。对于出现寡转移性疾病的患者，目前很少有临床工具可以区分可能是器官受限的疾病和快速扩散并伴有亚临床微转移的疾病，这些微转移将很快在短时间内成为临床明显的疾病。这两种情况需要不同的治疗方法，并有不同的结果，而对理解潜在的生物学和定义生物标志物的需求尚未得到满足。
靶向大转移
晚期转移性疾病的可塑性对癌症治疗提出了巨大的挑战，因为在理论上，动态重新编程细胞状态的能力可以使几乎任何药物产生耐药性。虽然肿瘤的单细胞图谱对肿瘤的异质性产生了巨大的见解，但还需要做更多的工作来确定适应性程序在多大程度上在不同的肿瘤患者和宿主遗传或生活方式因素之间共享。原则上，与患者特异性或广泛异质性的亚克隆机制相比，可以提供广泛适用的转移介质，从而提供广泛适用的治疗靶点。然而，针对Wnt、TGFb、Notch和Hedgehog等发育信号通路的研究，由于大量的肿瘤上靶毒性、环境依赖的多效性作用以及这些通路的反馈回路，迄今为止在很大程度上没有成功。其他方法则集中于靶向转移性癌症代谢，如在结直肠肝转移中抑制SLC6A8磷酸肌酸转运体，并描述转移特异性TMEs以克服转移特异性免疫抑制环境。需要更多的临床前研究，(1)关注描述癌症特有的发育和再生程序的组成部分，(2)确定在癌细胞及其进化TME的转移期特异性环境中选择性调节这些通路的靶点。