癌栓的形成过程
恶性肿瘤的转移是指肿瘤细胞脱离原发肿瘤，通过血行转移、淋巴转移以及直接蔓延等方式到达转移靶器官后定植生长，形成与原发肿瘤同性质继发肿瘤的过程。目前研究认为此过程可人为划分为以下5个阶段。①自身改造过程：通过激活相应信号通路，肿瘤细胞提高自身转移潜能，从原发瘤分离脱落形成“种子”。②入血管过程：肿瘤细胞通过外分泌作用“教育”血管内皮细胞、降解细胞外基质，并凭借变形黏附推动作用穿过内皮细胞间隙进入血管。③免疫逃逸过程：血液循环中的肿瘤细胞通过表达特定表面标记，逃避机体免疫系统的杀伤作用。④出血管过程：肿瘤细胞通过表达特定表面黏附分子，与靶器官微循环血管内皮细胞接触并穿透血管壁，进入靶器官形成微转移灶。⑤定植增殖过程：形成微转移灶的肿瘤细胞通过改造靶器官微环境为自身生长创造条件，并最终形成具有临床意义的转移瘤。若进入血管的恶性肿瘤细胞在逃脱各种内在和外在杀伤作用后，因各种原因未能穿透血管壁进入靶器官，而是直接黏附于血管内壁并进一步增殖生长，则此新生肿瘤转移灶即为癌栓。因此，癌栓是恶性肿瘤细胞脱离原发肿瘤，通过各种途径扩散进入脉管系统后黏附于脉管壁，形成与原发肿瘤性质相同的转移性肿瘤。也就是说，癌栓是原发肿瘤的一种特殊转移方式。
与恶性肿瘤的转移过程一样，癌栓的形成过程也是一个复杂、连续而动态的生物学过程，该过程由一系列不可分割的分子生物学及细胞生物学事件组成，也关系到包括炎症细胞、内皮细胞、成纤维细胞等多种细胞在内的相互作用与反作用。虽然目前已有大量研究报道了癌栓形成过程中的一些关键点，但是癌栓的形成机制尚未完全研究透彻。因此，本节仅从癌栓形成的机制入手，概述肿瘤合并癌栓的机制研究现状。以血行转移为例，癌栓形成的大体过程分为以下5个方面。
1.恶性肿瘤细胞在原发部位的生长及改造与被改造过程
恶性肿瘤细胞在原发部位无限增殖，形成原发肿瘤是其侵袭转移的前提和基础。肿瘤干细胞是肿瘤细胞中少数具有自我更新能力且活力较强的细胞，也被称为肿瘤干细胞样细胞。有研究认为，肿瘤的无限增殖依赖于肿瘤干细胞的自我更新，而肿瘤干细胞自我更新的激活机制也在一定程度上增强了肿瘤的转移潜能。但是，肿瘤干细胞是否可以脱离肿瘤原发灶进入脉管系统并成为肿瘤远处转移的基础，目前尚未有明确的研究结论。
大多数原发恶性肿瘤细胞并不具有转移潜能，只有在经受住机体多种抑瘤因素影响后，很少一部分恶性肿瘤细胞才会获得转移潜能，较高的基因突变率是恶性肿瘤细胞获得转移潜能的基础，这就是原发肿瘤每天都会脱落大量细胞的原因，但只有很少量的细胞能够定植于转移靶器官。因此，从另一个角度来说，机体的抑瘤因素本质上改造了恶性肿瘤细胞，易化了恶性肿瘤的转移。这些抑瘤因素包括肿瘤细胞内部因素（如致癌基因引起的遗传毒性、生长抑制基因的表达、凋亡及衰老信号通路的激活以及端粒磨损），也包含肿瘤细胞外部因素（如细胞外基质、基底膜、营养缺乏以及免疫攻击等）。例如，恶性肿瘤无限生长使得肿瘤向周围组织生长扩张，随着肿瘤的长大，新生肿瘤组织将缺乏新生血管生成从而导致缺氧。一方面，缺氧作为一种抑瘤因素限制了恶性肿瘤的生长；另一方面，缺氧也是促进恶性肿瘤细胞生长及产生凋亡耐受的外界压力。为了应对缺氧环境，恶性肿瘤细胞上调了缺氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor 1，HIF-1）的表达水平从而促进了肿瘤的血管生成、无氧代谢及提升增殖和侵袭潜能。HIF-1α的下游靶基因如MET、VEGF-A、LOX及CXCR4等在促进肿瘤转移过程中发挥了重要作用。
在肿瘤转移的起始阶段，恶性肿瘤细胞被改造的同时也在一定程度上改造着肿瘤的微环境。肿瘤的血管生成就是一个很好的例子。在恶性肿瘤生长早期，肿瘤细胞直接从周围组织吸收营养以供自己生长扩张，但当原发肿瘤生长直径超过1mm后，这种营养供给方式已经难以维持肿瘤的无限扩张，于是肿瘤细胞开始主动分泌各种促血管生成因子［如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）等］调控肿瘤内部或肿瘤微环境中的血管生成。这个过程被称为血管生成平衡开关（angiogenic switch），也是恶性肿瘤能够维持生长转移的关键步骤。此外，经过肿瘤细胞改造后，肿瘤微环境中丰富的新生毛细血管也为获得迁移能力的肿瘤细胞进入血液循环提供了通道，因此，可以说恶性肿瘤细胞改造肿瘤微环境的血管生成过程是肿瘤生长转移的关键限速步骤之一。
2.恶性肿瘤细胞从原发部位脱落形成游离细胞
具有转移潜能的恶性肿瘤细胞从原发部位脱落形成游离细胞是形成癌栓的第一步。有研究认为，恶性肿瘤细胞与正常细胞相比，其黏附能力相对较弱。与此同时，肿瘤细胞又可以通过主动调控方式改变肿瘤细胞结构和下调细胞间连接水平使肿瘤细胞更容易形成游离细胞。
近年来，大量针对恶性肿瘤转移的研究发现上皮-间充质转化（epithelialmesenchymal transition，EMT）是恶性肿瘤细胞丧失细胞间连接、获得迁移能力的关键机制。正常上皮细胞具有极性，细胞间连接也非常紧密，而间质细胞之间的连接却相对松散，运动能力较强。发生EMT的肿瘤细胞会丧失上皮细胞表型，转而表现出间质细胞的一些特征，具体表现为脱离周围细胞、细胞形态向间质细胞形态转变并且获得较高的侵袭能力。这使得恶性肿瘤细胞能够在原发瘤周围组织中迁移。发生EMT的恶性肿瘤细胞具有特定的分子特征，具体包括：①上皮钙黏素（E-cadherin）表达降低，神经钙黏素（N-cadherin）及波形蛋白（vimentin）表达上升；②β-联蛋白（β-catenin）表达上调及EMT相关转录因子（如Snail、Twist和Slug等）的激活；③由Rho家族蛋白介导的激动蛋白骨架重塑。EMT过程不但引起了恶性肿瘤细胞间黏附性降低，促进其从原发肿瘤脱落形成游离细胞，还进一步促进了肿瘤细胞侵袭性增强。针对EMT的相关研究为揭示恶性肿瘤细胞转移机制提供了新的视角。
3.恶性肿瘤细胞降解和穿透细胞外基质
具有转移潜能的恶性肿瘤细胞脱离原发灶后必须黏附并且降解细胞外基质（extracellular matrix，ECM）才能够进入脉管系统形成远处转移。ECM是一种由蛋白质和蛋白聚糖组成的不溶性结构，通常存在于间质和上皮-内皮基质结构中，起到物理支撑作用。基底膜是一种特殊的细胞外基质，通常由Ⅳ型胶原蛋白、层粘连蛋白和基底膜聚糖等组成。它常附于上皮和内皮细胞层下并形成一种致密的网络结构。功能良好的基底膜可通过物理阻隔和信号转导两种方式维持上皮系统的完整性。
恶性肿瘤细胞在降解、穿透ECM进入脉管系统之前，必须首先黏附于ECM成分，而整合素是介导肿瘤细胞与ECM黏附的重要细胞表面受体。α6β4是整合素家族成员之一，可通过与癌基因酪氨酸激酶（如Met、EFGR和Her2等）结合形成信号复合体，将相关信号转导入细胞，从而调控细胞的极性。此外，目前的研究还发现在恶性肿瘤转移后期，αvβ3和α3β1可介导循环系统中的肿瘤细胞黏附于血管壁，这是具有转移潜能的循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）出血管的重要事件之一。(https://www.daowen.com)
ECM是阻碍恶性肿瘤细胞转移的重要屏障，而恶性肿瘤细胞却可通过蛋白水解的方式破坏ECM的完整性，这也是一个由多种因素构成的复杂、连续而动态的生物学过程。ECM降解酶可分为外肽酶（主要作用于C端肽键）和内肽酶（主要水解ECM内部肽键）两种。其中，因反应基和敏感性不同，内肽酶又可分为4类：金属蛋白酶、天门冬氨酸蛋白酶、丝氨酸蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶。尿激酶纤溶酶原复合物和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）则是目前研究最多的两类ECM降解酶，也是与恶性肿瘤转移最为密切的两种内肽酶。在正常组织中，ECM降解酶是通过局限化、自动抑制以及相关组织抑制剂严密调控的，而恶性肿瘤细胞则可通过多种机制促进ECM降解酶的分泌和活性，降解ECM，为其出血管创造条件。除此以外，某些特殊的ECM降解酶还可通过促进某些多肽和乳酸等小分子代谢物调控恶性肿瘤细胞的迁移、增殖及血管生成，从而进一步促进恶性肿瘤的发生和发展。
4.恶性肿瘤细胞在血液循环中生存及转运
穿过ECM后，恶性肿瘤细胞可运动至肿瘤微环境毛细血管，并用分解ECM相同的方式溶解毛细血管细胞外基底膜，最终以阿米巴样运动方式进入血液循环。理论上，进入血液循环的恶性肿瘤细胞可随血液流向转移并定植于经过的所有血管并形成癌栓。但事实上，肿瘤患者的血液循环中存在着大量的循环肿瘤细胞，却只有一部分患者最终形成具有临床意义的癌栓，其原因可能是恶性肿瘤细胞在血液循环中的生存面临着来自内部和外部的各种生存压力。例如，内部压力包括失去细胞黏附造成的失巢凋亡和因缺乏必要变异难以形成癌栓，外部压力包括血流动力学剪切力造成的物理损伤和免疫细胞介导的杀伤作用等；只有经受住上述各种内在和外在生存压力的恶性肿瘤细胞才有可能形成癌栓。但有研究发现，进入毛细血管中的恶性肿瘤细胞有80%以上能够存活于血液循环并穿透血管壁，这说明恶性肿瘤细胞在血液循环中抵抗各种生存压力的过程并不是恶性肿瘤转移的限速步骤。
在抵达转移靶器官之前，具有转移潜能的肿瘤细胞形成了相应的机制抵抗或逃避循环系统中的各种生存压力。由多种免疫细胞（包括巨噬细胞、NK细胞、T细胞和B细胞等）参与的免疫杀伤作用可以说是恶性肿瘤细胞在血液循环中面临的最主要的外部压力。而转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）介导的免疫耐受则是恶性肿瘤细胞应对机体免疫杀伤作用的重要手段之一。TGF-β可抑制各种免疫细胞的增殖、分化、活化及抑制肿瘤细胞表面识别抗原的表达来削弱免疫系统对恶性肿瘤细胞的排斥作用。此外，有研究发现TGF-β可通过促进肿瘤细胞EMT上调CD59的表达介导循环血肿瘤细胞的免疫逃逸，这更进一步证明了TGF-β在恶性肿瘤细逃避机体免疫杀伤过程中的重要地位。
值得注意的是，近期一项针对黑色素瘤的研究发现，恶性肿瘤细胞能够通过一种被称作血管趋向性（angiotropism）的机制在体内扩散，这些肿瘤细胞并不是随着血液的流动转移至靶器官，而是以血管周细胞的方式沿着血管外表面爬行。这意味着它们能够沿着血管外表面迁移，而不用进入血液中从而避免了被免疫系统杀死。
除了免疫杀伤作用外，失巢凋亡是一个恶性肿瘤细胞在血液循环中不得不面对的内部压力。失巢凋亡是指正常组织细胞进入血液循环会因丧失了细胞间连接及脱离了细胞基质进而诱发程序性凋亡，也称失巢凋亡现象。大量研究已经证实，某些特定的分子介导了恶性肿瘤细胞对失巢凋亡的抵抗，如细胞核内的整合素信号转导通路通过激活FAK表达抑制乳腺癌和肺癌细胞的失巢凋亡；锌指蛋白304抑制了卵巢癌的失巢凋亡现象；在肝癌中，EDIL3、ITGA5以及IGF-1信号转导通路等与肝癌细胞抑制失巢凋亡有关。值得注意的是，有研究报道了一种肿瘤包绕型血管，它可将肿瘤细胞成团释放进入血液，从而实现转移。肿瘤细胞在此过程中不需要运动和侵袭，并且肿瘤细胞的成团转移加上内皮细胞的包绕和保护，使得癌细胞在转移过程中保持增殖能力并抵抗失巢凋亡。这在一定程度上证明了恶性肿瘤细胞不但可以通过调控自身特定分子的表达抵抗失巢凋亡现象，还可联合其他细胞（如内皮细胞）共同实现恶性肿瘤对失巢凋亡现象的抑制。
恶性肿瘤患者高血栓发生率是一个癌栓形成过程中不得不提及的现象，也是辅助恶性肿瘤细胞在血液循环中存活并转运的最重要有利因素之一。早在50年前，临床上就已经发现恶性肿瘤的发生常伴随着较高的静脉和动脉血栓发生率，这与凝血因子的高表达、血小板黏附性的提高和纤维蛋白溶解的降低密切相关。随后的研究又在试验中证明转移过程中血小板与肿瘤细胞之间的相互作用共同促进了恶性肿瘤细胞的转移。由血小板、纤维蛋白沉积物、白细胞等形成的血栓能够同肿瘤细胞聚集形成微小癌栓，这在一定程度上保护了恶性肿瘤细胞免受血流机械剪切力和免疫系统的损伤。此外，这种微小癌栓体积更大且更易被毛细血管捕获，从而进一步促进恶性肿瘤细胞的转移。更重要的是，血小板增多症在包括胃肠道、肺、乳腺和卵巢等多种组织器官的恶性肿瘤患者中均被观察到，而恶性肿瘤细胞促进血栓的形成是一个主动过程。在肺癌中，肿瘤起源的粒细胞集落刺激因子（granulocyte colonystimulating factor，G-CSF）可提高中性粒细胞生成，而中性粒细胞可分泌中性粒细胞外诱捕网促进血栓形成；在卵巢癌中，肿瘤起源的白介素-6（interleukin-6，IL-6）可刺激干细胞分泌促血小板生成素，过表达的血小板生成素又进一步促进了乳腺癌患者血栓的形成；在胰腺癌中，肿瘤细胞分泌大量的组织因子，后者进入血液循环后可触发胰腺癌患者血栓的形成；大脑恶性肿瘤细胞可过表达PDPN蛋白，进一步激活血液循环中的血小板从而促进血栓形成。
抑制恶性肿瘤患者血栓产生的相关治疗也在一定程度上抑制了恶性肿瘤的转移。如肝素抑制恶性肿瘤细胞转移被认为是其发挥抗凝作用的结果。其后的研究又发现P-选择素可调控血小板与恶性肿瘤细胞表面黏蛋白的相互作用，而肝素可通过负向调控P-选择素的功能发挥抗肿瘤迁移作用。这些研究结果在一定程度上也证明了血栓的形成促进了恶性肿瘤的转移。
5.恶性肿瘤细胞与脉管细胞黏附接触形成癌栓
一旦恶性肿瘤细胞穿透ECM进入宿主血液循环，理论上它可通过血液的转运定植于包括血管在内的机体所有器官，也就是形成包括癌栓在内的各种转移灶。但根据原发瘤种类的不同，恶性肿瘤对其转移的癌栓靶器官存在倾向性，形成癌栓的能力也存在不同。例如，原发性肝癌易形成肝内转移和PVTT，而结肠癌易形成肝转移和肠系膜上静脉癌栓。这种癌栓形成部位的倾向性决定了患者形成癌栓后的病程变化，但此倾向性差异形成的具体机制尚未有明确的研究报道。机体各器官的血管分布状况可能是这种转移倾向性的原因之一，如肝癌容易在门静脉中形成癌栓，其原因可能是门静脉的两端皆为毛细血管网，恶性肿瘤细胞较易被毛细血管捕获；结直肠癌细胞易在肠系膜上静脉形成癌栓，其原因可能是结直肠的静脉血液回流主要通过肠系膜上静脉。但是否癌栓定植的血管细胞对恶性肿瘤细胞也存在选择性目前尚未有研究探讨。
在恶性肿瘤患者的癌栓形成过程中，血液循环中的恶性肿瘤细胞必须与靶器官内皮细胞接触并黏附定植，才有可能形成真正意义上的癌栓。因此，恶性肿瘤细胞与血管内皮细胞的接触是癌栓形成过程中至关重要的一步。随着研究者对恶性肿瘤转移过程的不断了解，关于靶器官血管如何捕获血循环恶性肿瘤细胞的相关认知已得到更新。既往研究认为，与白细胞附壁相似，恶性肿瘤细胞也是在血管中向内皮细胞靠拢、附壁、变形及逸出的。近年来的相关研究认为，恶性肿瘤细胞可能仅仅是由于细胞或微小癌栓的大小超过靶器官微血管直径而被捕获。而被微血管捕获的恶性肿瘤细胞只有通过各种相关分子的介导才能够稳定地与微血管内皮细胞接触并锚定。由恶性肿瘤细胞诱导的内皮细胞可发生缺氧从而坏死脱落，这提供的缺口可使恶性肿瘤细胞与内皮细胞下的基底膜接触，这种微血管内皮细胞完整性的破坏还可进一步促进白细胞的募集。此外，恶性肿瘤细胞还可刺激内皮细胞表达各种驱化因子、细胞因子和黏附分子，它们可促进包括单核细胞和中心粒细胞在内的免疫细胞募集。通过这两种方式募集的白细胞和免疫细胞可分泌大量促炎因子进一步造成选择素、免疫球蛋白和整合素等的激活，后者最终促进了肿瘤细胞与内皮细胞的黏附。除了上述因子外，还有研究报道发现神经钙黏素（N-cadherin）以及整合素α1β3、α2β3在肿瘤细胞与内皮细胞的相互作用中也发挥了重要作用。