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结直肠癌是全球范围内最常见的恶性肿瘤之一，严重威胁人类健康。转移是限制结直肠癌临床疗效的重要因素，也是导致结直肠癌患者死亡的最主要原因。约有20%的患者在初始诊断时便已发现存在远处转移，另有25%～50%的患者在根治术后出现远处转移。
结直肠癌主要通过三种主要方式转移到远处器官：①血行转移至肝、肺、脑、骨等其他组织脏器；②淋巴转移；③种植转移，主要包括腹膜转移和卵巢转移。结直肠癌最常见的远处转移部位是肝、肺、腹膜，其中肝转移占40%～50%，肺转移占10%～20%，腹膜种植转移占7%～15%。此外，结直肠癌还可以转移至卵巢、肾上腺、骨和脑。转移性结直肠癌的预后差，5年生存率仅约14%。
肿瘤转移是一个多步骤、多阶段、多途径、涉及多基因变化的侵袭-转移级联过程，其间发生了一系列分子事件，包括：①原发肿瘤自然生长并获得侵袭性；②肿瘤细胞从原发灶脱落，降解周围的细胞外基质；③侵犯邻近组织，渗入新生血管和淋巴管；④通过脉管系统运输，在转移部位的毛细血管床中停留；⑤血管外渗；⑥在转移器官建立微转移灶，或长时间处于休眠状态；⑦生长增殖形成大转移/继发性肿瘤灶，最终在远处形成转移灶。侵袭-转移级联过程的每一个阶段都会形成一个至多个生理屏障。为了成功转移，肿瘤细胞必须克服所有屏障，形成隐匿性微小转移灶，并最终在附着部位获得增殖能力，形成肉眼可见的转移瘤。侵袭-转移级联过程中复杂的细胞生物学事件受肿瘤细胞自身的遗传学和/或表观遗传学调控，肿瘤细胞和非肿瘤性基质细胞之间的相互作用在整个侵袭-转移级联过程中也起着至关重要的作用。
由于结直肠癌与其他肿瘤组织来源、遗传背景及癌变机制不同，因此，其转移的分子机制与其他肿瘤相比既有共性，也有其特殊性。经典的“腺瘤-癌变”学说认为，从正常结直肠上皮到异常增生、腺瘤、癌变及癌的侵袭和转移，先后发生了一系列基因的突变、错配、癌基因激活及抑癌基因失活，这些突变包括：腺瘤性结肠息肉病肿瘤抑制蛋白（adenomatous polyposis coli，APC）或β联蛋白（β-catenin）突变，Wnt途径被激活，从而导致结肠直肠肿瘤发生；正常细胞恶性转化的过程中同时伴有 KRAS 基因突变激活、PI3K信号通路激活、 TP53 基因突变和失活、TGF-β信号通路活性等。一旦癌细胞突破了结肠壁，肿瘤就可以迅速转移到远处器官。
肿瘤侵袭的第一步是肿瘤细胞从原发灶脱落与游离，这一步骤主要由于肿瘤细胞黏附分子（cell adhesion molecules，CAM）异常和黏附力下降所导致。CAM是细胞膜上的一类跨膜糖蛋白，主要包括黏附素家族、整合素家族、选择素家族、免疫球蛋白超家族、透明质酸受体，以及其他一些未定类的黏附分子。在实体肿瘤中，黏附分子介导肿瘤细胞间的连接以及肿瘤细胞与间质成分之间的连接，后者包括基底膜、细胞外基质、血管内皮细胞、成纤维细胞、白细胞、血小板等。黏附分子的异常直接导致肿瘤细胞的黏附力下降，在侵袭和转移中发挥极为重要的作用。在结直肠癌中，与细胞基质完整性相关的Lama3、Lama5分子及细胞黏附力相关的整合素家族（包括a2、a5b1、a6b1、a6b4、a2b1整合素）、癌胚抗原分子、选择蛋白、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等均被证实与肿瘤转移相关。
（1）钙黏着蛋白超家族：
钙黏着蛋白是一种跨膜糖蛋白家族，为一类钙依赖性的蛋白分子，主要参与同源细胞间的连接，分为E-钙黏着蛋白（主要存在于表皮组织中）、N-钙黏着蛋白（存在于神经组织中）、P-钙黏着蛋白（主要存在于胎盘）。E-钙黏着蛋白是存在于上皮组织中的钙依赖性单次跨膜糖蛋白，介导同型细胞间的黏附。E-钙黏着蛋白由胞外段、跨膜区和胞内段组成，其胞内段与β联蛋白相连，β联蛋白又经α联蛋白介导和细胞骨架蛋白（微管和微丝）相互作用，共同形成上皮细胞间稳定的黏附连接。E-钙黏着蛋白表达下调或表达异位是癌细胞离散的分子基础，其表达降低与 CDH1 基因突变或缺失、DNA甲基化、转录抑制、蛋白水解等因素有关。此外，由于各种因素导致的β联蛋白磷酸化可以使E-钙黏着蛋白/β联蛋白复合体稳定性下降，从而促使E-钙黏着蛋白介导的黏附能力下降，导致肿瘤细胞间连接松散，易于迁移和转移。在结直肠癌中，侵袭前沿的肿瘤细胞内也发现β联蛋白磷酸化水平增加、细胞膜E-钙黏着蛋白丧失及β联蛋白核聚集的现象。
（2）整合素：
整合素蛋白是普遍存在于细胞表面的异二聚体跨膜糖蛋白受体，这些跨膜蛋白由2个亚单位组成，称为α亚单位和β亚单位，至少有14种α亚单位和8种β亚单位。α亚单位和β亚单位以非共价结合方式形成复合物，多种组合产生了超过20种不同的整合素。整合素家族蛋白有一个较大的胞外段、一个跨膜段和一个胞内段，具有跨膜针对细胞内和细胞外两个方向传递信号的能力。整合素胞外段结合配体（细胞外基质或细胞表面黏附分子），胞内段通过结合肌动蛋白、纽蛋白、踝蛋白（talin）与细胞骨架相连，形成配体-整合素-细胞骨架跨膜信息系统，即黏着斑。整合素广泛参与细胞形态和极性、基因表达、细胞存活与增殖、细胞迁移，以及细胞外基质重塑和肿瘤侵袭转移的调控。
整合素β1是整合素家族中最大的亚群。整合素β1可以通过结合不同的配体激活不同的下游信号通路，从而介导肿瘤细胞的迁移、侵袭和增殖，抑制肿瘤细胞的凋亡；并且能够通过促进肿瘤血管及淋巴管的生成，促进肿瘤的发生和转移；同时，整合素β1可以通过多种途径增强肿瘤细胞耐药性及失巢凋亡抗性，影响恶性肿瘤的药物治疗，促进肿瘤转移灶的形成。整合素β1作为恶性肿瘤的潜在治疗靶点，相关作用机制的研究对探索肿瘤的发生、发展及转移具有重要意义。
EMT指在一些生理或病理因素的作用下，极性上皮细胞失去极性，转变为具有间充质细胞形态和游走迁徙能力的细胞的可逆性过程。EMT的典型特征包括：①形态改变，即细胞形态由鹅卵石样转变为纺锤体样，细胞极性丧失，细胞骨架重建；②分子标志物改变，细胞上皮标志物如E-钙黏着蛋白、闭合蛋白、ZO-1、黏附分子、细胞角蛋白、联蛋白等表达下调或丧失，间质化分子标志物如N钙黏着蛋白、波形蛋白、纤维连接蛋白等表达升高；③生物学行为改变，即黏附力下降、细胞迁移和运动能力增强。EMT使本来不具有侵袭性或非转移性的肿瘤细胞获得侵袭性，是上皮性肿瘤进展过程的重要步骤。EMT是可逆的，其逆转过程为间充质-上皮转换（mesenchymal-epithelial transition，MET），MET是肿瘤在远处发生定植的重要因素。在结直肠癌中，EMT表现为组织学上观察到的“肿瘤芽”。
EMT过程受到多种因子的协同调控，包括EMT诱导因子、EMT调节因子和EMT效应因子，由EMT诱导因子介导的信号通路与相关转录因子共同组成一个复杂的调控网络。EMT诱导因子主要包括肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、表皮生长因子、TGF-β、胰岛素样生长因子、VEGF、Wnt及NOTCH等。EMT调节因子包括SNAI1/SLUG家族、ZEB1/2、TWIST1/2、核因子-κB（nuclear factor κB，NF-κB）、SIP1、E12/E47等转录因子。这些转录因子能与DNA启动子区E-box基序结合，从而抑制靶基因转录。除了抑制E-钙黏着蛋白的表达，SNAI1和SLUG还与激活间充质基因（如波形蛋白）表达所需的多种途径相互作用，如N-钙黏着蛋白和纤维连接蛋白。SLUG过表达也可诱导其他EMT调节因子的表达，如ZEB1和ZEB2。ZEB1和ZEB2通过直接结合E-钙黏着蛋白编码基因 CDH1 启动子区域的E-box基序，或间接募集共阻遏分子的C端结合蛋白来调控EMT，导致E-钙黏着蛋白表达下调，从而诱导EMT。在结直肠癌中，ZEB1/2还可上调SOX2、KLF4和Bmi1来诱导EMT和干细胞特性。N-钙黏着蛋白的表达则可以通过促进RAC1、RHO、CDC42信号介导的片状伪足和丝状伪足形成，诱导EMT。
Wnt通路：超过80%的结直肠癌具有 APC 基因突变，因此，Wnt信号通路普遍激活，在肿瘤侵袭前沿尤为显著，表现为β联蛋白核转位和细胞膜E-钙黏着蛋白丧失或下调。经典的Wnt/β联蛋白信号通路由细胞外的Wnt蛋白、膜受体卷曲蛋白、CK1、Dsh/Dvl、GSK3β、APC、Axin、β联蛋白及转录因子TCF/LEF家族组成。Wnt蛋白与膜受体卷曲蛋白结合后，可激活Dsh/Dvl蛋白，进而抑制GSK3β/APC/Axin复合物对β联蛋白的磷酸化，保护其不被降解，导致β联蛋白在细胞质内聚集，并且入细胞核与转录因子TCF/LEF结合，形成转录因子复合物，促进下游靶基因转录。Wnt通路的下游靶基因数量众多，广泛参与胚胎发育、细胞分化、增殖生长等多个生物学过程，在肿瘤发生发展及转移中也起重要作用。Wnt/β联蛋白通路的激活也能诱导EMT调节因子如ZEB1和TWIST的表达，从而诱导EMT。
TGF-β/Smad通路：TGF-β是在发育、分化、损伤修复、癌症等病理状态下诱导EMT最重要的生长因子之一。在体外培养的上皮细胞系中，单纯的TGF-β刺激就可以诱导EMT。SMAD依赖的经典通路是TGF-β信号转导并诱导EMT的核心部分。在经典通路中，TGF-β通过转化生长因子-βI型受体（transforming growth factor-β receptor Ⅰ，TGF-βRⅠ）和Ⅱ型受体（TGF-βRⅡ）触发信号转导，这两种受体都是跨膜丝氨酸/苏氨酸激酶受体。与TGF-β结合后，TGF-βRⅡ招募并磷酸化TGF-βRⅠ的胞内结构域，形成异四聚体，随后磷酸化并激活SMAD蛋白。磷酸化的SMAD2/3与受体分离并与SMAD4形成异源三聚体结构，然后转移到细胞核内与转录因子和辅因子结合，激活或抑制下游靶基因的转录。除SMAD依赖的通路外，TGF-β还可通过非SMAD依赖的通路调控EMT。TGF-β可通过丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）途径，激活下游的胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK），从而诱导EMT。Wnt通路也能与TGF-β/SMAD通路交互对话，上调EMT调节因子SNAI1和TWIST，抑制钙黏着蛋白表达，并激活β联蛋白/TCF/LEF转录复合物，间接导致波形蛋白等间质标志物的表达，共同调节EMT进程。在早期肿瘤中，TGF-β通路激活可促进细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增殖。而在肿瘤进展的晚期阶段，TGF-β通路激活可诱导EMT、新血管生成、免疫逃避、细胞运动和迁移，从而促进肿瘤转移。在结直肠癌中，TGF-β通路激活与肿瘤转移密切相关。
此外，在结直肠癌中，Notch1介导的Notch信号可以上调Jagged1，从而促进CD44、Slug和Smad3表达，进而诱导EMT。在结直肠癌中广泛激活的KRAS信号也可以与TGF-β信号通路相互作用，激活转录因子如NF-κB和Snail，从而诱导EMT。非编码RNA如miRNA和lncRNA在EMT及其信号通路的调控中也起着相当重要的作用。miRNA是一类长度为19～25个核苷酸的非编码单链小分子RNA，其与目标mRNA配对，导致目标mRNA发生降解，或者抑制靶mRNA翻译，从而在转录后水平调控基因表达。研究发现，miRNA-200家族（包括miR-200a、miR-200b、miR-200c、miR-429和miR-141）、miRNA-103/107等多种miRNA参与调控EMT的过程。miR-200家族驱动上皮细胞分化，可以直接上调E-钙黏着蛋白的表达，也可以通过抑制ZEB1/2的表达从而间接抑制上调E-钙黏着蛋白的表达。ZEB1/2可抑制miRNA-200家族成员的表达，两者形成负反馈回路。这种负反馈调控回路也存在于结直肠癌中，协同调节EMT和肿瘤侵袭转移。
侵袭性肿瘤细胞可以以单个细胞形式发生迁移，也可以成片、成簇发生迁移，后者称为“集群迁移”或“集体细胞侵袭”，集体迁移的癌细胞簇比单个细胞具有更高的转移倾向。在转移过程中，成簇的癌细胞保留了上皮特征，但位于癌细胞簇前端的前驱细胞则具有间质细胞特征。这种转移性癌细胞簇在癌症患者的血液和淋巴管系统中均可检测到，在乳腺癌、结肠癌和肺癌等组织中也被观察到，表现为原发肿瘤周围间质区域中的簇状、片状肿瘤细胞。
作为播散性细胞群，转移性癌细胞簇具有较完整的细胞间和细胞与细胞外基质的连接，包括黏附连接、紧密连接、桥粒连接、间隙连接。黏附连接负责调控组装和维持细胞-细胞黏附、稳定肌动蛋白细胞骨架，并通过下游信号通路参与转录调节。紧密连接则位于静态单层和迁移上皮细胞顶端，充当膜内“栅栏”将顶端细胞膜和基底外侧细胞膜蛋白隔开，还可作为疏水性屏障调节离子、蛋白质和液体的跨上皮运输和跨内皮运输。桥粒是一种坚韧、牢固的细胞连接结构，使相邻的细胞连接成一体，并可以承受很大的拉力，使得细胞间连接更为牢固。在部分癌症中，桥粒可能在肿瘤侵袭期间保持功能，如结直肠肿瘤，两种类型的桥连蛋白均异常高表达。间隙连接是连接相邻细胞胞质的跨膜通道，每个细胞与由六种蛋白形成的半通道连接，称为连接蛋白，介导细胞-细胞识别和细胞间对接。作为细胞间通信的中心介质，间隙连接长期以来一直与癌症转移、伤口愈合和形态发生过程中集体细胞迁移的调节有关。在癌症进展的不同阶段，间隙连接可能选择性地调节从单个细胞迁移到集体细胞迁移的转变。
与单细胞迁移相似，集体迁移的过程也经历了癌细胞（或癌细胞簇）突出、极化、收缩和黏附到周围基质的过程。集体迁移同时还维持着组织凝聚性，调节组织旁细胞通透性；并产生大量可溶性因子，在特定的可移动和非移动细胞间进行分配；同时，还可通过细胞-细胞间连接传导信号，保护播散性癌细胞簇免受免疫攻击。为了在前面拉动细胞并在后面推动细胞，牵引力的产生至关重要，这是通过存在于前驱细胞中的整合素来完成的。例如，前驱细胞中，与胶原蛋白结合的整合素α2β1以及与纤维蛋白结合的整合素αvβ3异常高表达，整合素α2β1和整合素αvβ3通过黏着斑复合物使其附着在纤维连接蛋白等细胞外基质成分上。位于前驱细胞后方的细胞则形成片状伪足，其整合素α6β1附着在基底膜上。整合素与细胞外基质的结合导致细胞骨架变化，收缩蛋白、踝蛋白、桩蛋白（paxillin）和黏着斑蛋白（vinculin）等细胞骨架衔接蛋白激活，肌动蛋白重组，进而形成丝状伪足，这一过程受RAC1、CDC42、RhoA等分子的精细调节。
细胞外基质降解和重塑对于集群细胞的迁移至关重要。前驱细胞分泌MMP14［膜型基质金属蛋白酶-1（memberane type-1 matrix metalloproteinase，MT1-MMP）］降解其周围的细胞外基质，为转移细胞簇的迁移打开初始裂口，紧随其后的细胞继续降解细胞外基质，并产生层粘连蛋白、串珠蛋白聚糖、巢蛋白1和Ⅳ型胶原对细胞外基质进行重建。
细胞外基质是由细胞合成并分泌到胞外的多种大分子蛋白构成的网络结构，由胶原蛋白、蛋白聚糖、弹性蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白等分子组成。一般而言，细胞外基质由位于基底膜和细胞间质的基质组成。间质基质在细胞周围形成多孔的三维网络，这些网络将基质中的细胞相互连接，并可以连接到基底膜。间质基质成分主要包括Ⅰ型、Ⅲ型、Ⅴ型胶原蛋白，纤维连接蛋白和弹性蛋白，其功能是保证组织和器官的结构完整性，也可介导信号转导通路，参与调节细胞分化和迁移等过程。癌症中，间质基质重塑会引起广泛的物理和生化变化，包括细胞信号转导、细胞外基质刚度变化、细胞迁移和肿瘤进展等。基底膜是一种稳定和致密的片状结构，主要由Ⅳ型胶原蛋白和层粘连蛋白构成，通过不同的网络桥接蛋白相互连接，将组织分隔成不同的隔室。细胞与基底膜的连接对于建立上皮细胞极性、组织发育和稳态维持至关重要。在结直肠癌等上皮性来源肿瘤中，基底膜是癌细胞侵袭、浸润和外渗的结构屏障。
脱落的肿瘤细胞在开始播散前，首先必须要越过或绕过邻近细胞，侵入邻近组织。癌细胞通过产生并分泌MMP来改变细胞外基质，从而促使其离开原发灶。MMP家族是一类需要锌和钙来表达催化活性的内源性蛋白酶，可以降解细胞外基质中的大分子（如胶原蛋白、层粘连蛋白和蛋白聚糖），从而解除癌细胞侵袭的物理屏障，并促进细胞外基质重塑。MMP家族成员MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-9、MMP-13和MT1-MMP在结直肠癌中异常高表达，且其过表达程度与疾病进展和不良预后相关。
细胞外基质的改变是多种不同基质重塑的结果，主要分为四个过程。①细胞外基质沉积：改变细胞外基质组分的组成和丰度，从而改变其生化特质和功能状态；②翻译后水平的化学修饰：改变细胞外基质的生化性质和结构特征；③蛋白水解：释放生物活性细胞外基质片段和结合因子；④应力介导的物理重塑：整合素与细胞外基质分子的结合向细胞外基质分子施加压力，改变细胞外基质分子构象，暴露结合位点以支持自组装成原纤维，从而诱导纤维重排。肿瘤细胞和肿瘤相关基质细胞共同调控上述细胞外基质重塑过程，从而产生促侵袭的癌细胞支持性基质环境。胶原蛋白、弹性蛋白及切割细胞外基质组分的基质金属蛋白酶等在促进肿瘤侵袭和转移方面发挥重要作用。在结直肠癌中，这些与细胞外基质成分正相关的分子普遍高表达。此外，结直肠癌肝转移瘤组织硬度显著高于原发灶组织，在这些肿瘤间质中，转移相关成纤维细胞高度活化，基质降解酶分泌增加，细胞外基质降解和沉积加速，从而使组织硬度增加。
在转移过程中，癌细胞内渗（进入外周循环）和外渗（从外周循环进入远处器官实质组织）过程中需要穿过内皮屏障，这些过程涉及各种受体、信号通路以及与周围微环境的相互作用。
内渗是癌细胞侵入血液或淋巴管的过程，始于肿瘤细胞将自身朝向血管和随后的定向迁移。在原发灶形成和生长过程中，肿瘤细胞释放各种可溶性物质和生长因子（如VEGF-A），激活VEGFR 1和VEGFR 2，以促进新血管形成。新生血管比正常血管具有更渗漏的内皮细胞层，有助于肿瘤细胞侵入血管内。癌细胞还可分泌VEGF-C和VEGF-D，激活VEGFR 3，诱导面向肿瘤细胞的淋巴管生成。与新生血管不同的是，新生淋巴管由单层内皮细胞组成，缺乏细胞间的紧密连接，也缺乏基底膜和平滑肌细胞来覆盖内皮细胞层，这种特性使得其更容易被渗入。淋巴管还可分泌CCL21等趋化因子，吸引肿瘤细胞向淋巴管入侵。在脉管内渗过程中，TAM可以“引导”肿瘤细胞进入血管。
并非所有侵入脉管系统的肿瘤细胞都能到达远处定植器官形成转移灶，肿瘤细胞进入血管后，将遭受失巢凋亡、流体剪切力导致的机械损伤，以及免疫系统杀伤等因素的破坏，这些因素均可导致细胞死亡，只有极少数能够存活下来，并最终形成转移灶。
机械应力损伤是导致大部分CTC死亡的主要原因。肿瘤细胞可以通过各种机制保护其免受机械应力导致的细胞死亡，最常见的方式是形成肿瘤细胞-血小板微聚集体，从而对CTC进行物理屏蔽，保护癌细胞免受流体剪切力的机械损伤。此外，集体迁移的癌细胞簇中，位于内部的细胞受机械应力伤害较少，更易存活，因此，集体迁移的癌细胞比单个迁移细胞具有更强的转移潜能。
失巢凋亡是一种特殊的细胞程序性死亡，是由于细胞与细胞外基质或相邻细胞脱离而导致的细胞凋亡形式。进入血液循环的转移性肿瘤细胞由于整合素依赖性锚定作用的丧失而发生失巢凋亡。当整合素与细胞外基质结合并形成黏着斑时，它们会募集信号分子（如黏着斑激酶和衔接蛋白），从而激活促生存的信号途径，包括PI3K-AKT信号转导和RAS-RAF-MEK-ERK通路。当癌细胞脱落后，这些促生存途径失活，从而发生失巢凋亡。因此，抑制失巢凋亡是肿瘤细胞获得侵袭转移能力的首要因素。肿瘤细胞可以通过激活多种信号通路抵抗失巢凋亡，包括酪氨酸激酶受体途径、整合素途径、Wnt信号通路、NF-κB通路、TGF-β通路、Rho-GTP酶和PI3K-AKT-GSK3等信号通路。
渗入循环系统的肿瘤细胞还面临来自具有免疫监视功能的外周免疫细胞的威胁。自然杀伤（natural killer，NK）细胞作为机体固有免疫的重要成员，是抗肿瘤免疫的先行者，在肿瘤免疫方面发挥至关重要的作用。NK细胞的活性受抑制性受体和激活性受体之间的平衡调控，激活型受体主要包括自然细胞毒性受体、Fc受体CD16、NKG2D及激活性杀伤细胞Ig样受体（killer cell Ig-like receptor，KIR）；抑制性受体主要包括抑制性KIR和异源二聚性NKG2A/CD94受体。与T细胞和B细胞不同，NK细胞不需要特异性的抗原刺激，可以辨识并杀伤细胞表面Ⅰ类主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex class Ⅰ，MHC class Ⅰ）分子表达水平低的细胞。当机体内出现肿瘤时，NK细胞表面的激活型受体识别肿瘤细胞表面相应配体，释放穿孔素和颗粒酶，发挥抗肿瘤的细胞毒性作用。NK细胞功能缺陷或耗竭显著促进肿瘤生长和转移。肿瘤细胞从多个方面抑制NK细胞的杀伤作用，逃逸先天免疫监视。例如，肿瘤细胞表面的NKG2D配体可被金属蛋白酶切割，导致肿瘤细胞表面的配体量减少。肿瘤细胞还可以分泌TGF-β、前列腺素E2，以及腺苷或吲哚胺2，3-双加氧酶等免疫调节分子抑制NK细胞活性。
尽管肿瘤细胞通过各种调控机制在血管内环境中生存下来，它们最终的转移潜能取决于其快速外渗到周围实质中的能力。外渗的机制及侵袭与内渗相似，其过程可以是主动的，也可以是被动的。循环中的细胞在某个特定部位的外渗或归巢取决于该部位循环系统的组织学特征，以及肿瘤细胞和内皮细胞之间的特定相互作用模式。例如，骨髓中的血管具有单层内皮细胞，这种结构有利于红细胞进出骨髓，也因此为CTC外渗提供了便利，使骨髓成为多种癌症（如乳腺癌、胃癌和前列腺癌）转移的首选目的地。在结直肠癌，门静脉循环直接从肠系膜引流到肝脏，将肿瘤细胞输送到肝脏微血管系统；而肝窦是肠胃道血液回流的部位，也是肿瘤细胞较容易着床之处。因此，尽管肿瘤细胞本身可能对肝脏环境的适应能力较差，但由于这种解剖学优越性，结直肠癌仍然具有很强的肝脏转移倾向。
肿瘤细胞渗出血管壁的过程需要整合许多因素及事件，包括黏附到内皮、调节内皮屏障和跨内皮迁移到达内皮下层组织。肿瘤细胞到达转移部位后，首先由于毛细血管的物理性截留而停滞，继而与内皮细胞黏附，在血管内迁移或增殖，然后外渗。单个肿瘤细胞也可以直接穿过内皮细胞间隙，侵入周围实质组织。外渗的主要方式是细胞旁迁移，即肿瘤细胞在两个内皮细胞之间的间隙中迁移，这个过程需要细胞骨架重排以及破坏内皮细胞之间连接。在极其罕见的情况下，肿瘤细胞也可以通过穿透单个细胞体穿过内皮细胞，这一过程称为跨细胞迁移。
除了毛细血管对肿瘤细胞的物理截留，肿瘤细胞和内皮之间的主动黏附过程也是外渗和转移所必需的，这种主动黏附过程通常与特定器官的转移倾向性有关。选择素、钙黏着蛋白、整合素、CD44和免疫球蛋白超家族受体在内的多种黏附分子及其受体有助于促进肿瘤细胞和内皮细胞之间的异型黏附过程。
中性粒细胞也参与外渗过程的调节。被肿瘤细胞激活的中性粒细胞的内容物发生脱颗粒化，释放DNA及相关蛋白水解酶，形成中性粒细胞胞外陷阱（neutrophil extracellular trap，NET）。NET可将CTC隔离起来并促进其与内皮的黏附，并通过释放MMP9等金属蛋白酶促使细胞外基质降解，从而促进肿瘤细胞外渗。
单核细胞/巨噬细胞的募集也可以促进肿瘤细胞外渗。例如，肿瘤细胞分泌CCL2，直接募集炎性单核细胞；或通过诱导E-选择素等分子的表达活化局部内皮细胞，间接募集炎性单核细胞，从而促进肿瘤细胞的外渗和转移。此外，肿瘤细胞可以通过诱导内皮细胞高表达血管细胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）和VAP-1来募集髓系细胞，一方面促进肿瘤细胞的存活，另一方面导致血管通透性增加，促进外渗。募集到转移部位的单核细胞在下层组织内分化成转移相关巨噬细胞，这些巨噬细胞通过释放血管内皮生长因子来促进新生血管形成，并增加血管通透性，从而介导肿瘤细胞外渗。
趋化因子是细胞因子中的一个大家族，被分为四个不同的亚家族：CXC、CC、XC、CX3C。肿瘤到达转移部位并外渗的过程涉及多种类型细胞间的相互作用，趋化因子在此过程中发挥重要作用。趋化因子通过自分泌或旁分泌方式，增强细胞生存和增殖能力，调节抗肿瘤免疫反应，或促进血管生成。趋化因子不仅参与髓系来源细胞的趋化和运输，也参与肿瘤细胞的迁移、归巢和转移。趋化因子在结直肠癌转移中至关重要，来自不同器官的趋化信号促进结直肠癌细胞的定向迁移。研究表明，趋化因子受体（如CXCR4、CXCR3、CCR6、CCR7和CCR5）高表达有利于结直肠癌细胞向淋巴结和肝脏的定向转移。
转移的肿瘤细胞到达远处器官的实质组织后，增殖形成微小转移灶，一部分微小转移灶最终成长为临床上可以检测到的转移瘤，这一过程称为转移性定植或克隆形成。侵袭-转移级联的所有步骤中，转移性定植形成的成功率很低，这是整个级联中的限速步骤。由于缺乏适宜其生长的微环境因素支持，从循环中外渗的肿瘤细胞将迅速死亡或者被清除，幸存者作为单个播散的肿瘤细胞进入惰性状态或长期休眠状态，或者开始增殖形成微转移灶，这种状态可持续数周、数月，甚至数年之久。成功的转移性定植主要取决于三个先决条件：①维持并启动肿瘤起始癌症干细胞群的能力。一旦休眠的播散性肿瘤细胞从其惰性状态中被唤醒，就可能在转移部位形成克隆性增殖生长。②适应性重编程能力。播散性肿瘤细胞需克服新环境中的各种压力，从而在特定器官的定植并增殖生长。③建立支持性的转移前微环境生态位（详见第三节）。
休眠的播散性肿瘤细胞既具有潜在而且持久的肿瘤初始分化功能，又具备多能干细胞所特有的细胞生物学特性，能够在长时间保持低水平增殖状态，因而具有较高的适应和生存能力。休眠肿瘤细胞的激活受多种因素的调控，这些因素包括表观遗传学调控、新生血管生成、免疫抑制及外科手术等。例如，骨组织中处于休眠状态的微转移灶癌细胞通过表达VCAM-1来募集表达整合素α4β1的破骨细胞，继而促进骨吸收，并促使休眠细胞进入活跃的定植阶段。TGF-β配体的分泌型拮抗剂Coco可以通过抑制骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信号传导，特异性地在肺部重新激活先前休眠的转移性乳腺癌细胞。癌细胞从休眠状态重启增殖状态并形成克隆性定植的过程也依赖于局部微环境的支持，包括细胞外基质和间质细胞。例如，层粘连蛋白LAMA4有助于播散性肿瘤细胞在多个器官中的初始增殖；胶原蛋白受体DDR1与TM4SF1相互作用促进肿瘤干细胞增殖，从而使原本处于休眠状态的癌细胞能够在多个器官部位生长形成转移灶。新生血管形成过程中，内皮尖端细胞通过分泌TGF-β1和骨膜素打破休眠并促进肿瘤细胞增殖。
“种子和土壤”假说认为，某些类型的癌细胞比其他类型的癌细胞更易于在特定的远处器官产生转移，意味着播散性肿瘤细胞必须经历某种形式的表型适应才能在这些部位增殖生长。例如，与原发灶相比，播散性肿瘤细胞在远处器官的实质中经历更高水平的氧化应激压力，抗氧化产物的合成增加等代谢适应可能会促进其存活和转移性生长。MET及黏附分子表达上调可以增强细胞间及细胞与细胞外基质之间的连接，从而促进定植。在脑组织中，播散性癌细胞通过表达丝氨酸蛋白酶抑制剂来对抗纤溶酶介导的癌细胞死亡。在肺组织中，播散性癌细胞表面的VCAM-1与巨噬细胞上的整合素a4结合，激活其自身的AKT信号通路，从而促进细胞克隆性增殖。在肝组织中，播散性肿瘤细胞利用细胞外微环境中的肌酸和腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）来产生或摄入磷酸肌酸，从而克服代谢应激的压力。此外，支持性细胞外基质也是转移性定植所必须的因素。肿瘤细胞自身可能产生细胞外基质组分，也可以促进驻留基质成纤维细胞分泌细胞外基质组分，从而影响细胞外基质刚性度、增强癌细胞定植的能力。
转移性定植也受到先天和适应性免疫系统细胞的影响。NK细胞和CD8 + T细胞都与转移抑制有关。肺中的富氧环境则可抑制T细胞活性，为转移性定植提供了较为友好的环境。结直肠癌肝转移过程中，肝组织中骨髓来源细胞的浸润也有利于转移性微环境形成（转移前微环境生态位），这些细胞包括MDSC和TAM，其中独特的转移相关巨噬细胞群可能不仅负责引发转移性生长，还负责维持转移性生长。中性粒细胞可以充当促进癌细胞与肝实质相互作用的桥梁，促进肿瘤细胞在肝脏定植。
肿瘤血管新生是指微环境内毛细血管发生和血管生成的过程，是肿瘤生长和转移的关键步骤，也是恶性肿瘤治疗的重要靶点。目前，抗血管新生的靶向药物（如贝伐单抗）已广泛用于结直肠癌等实体肿瘤的一线治疗。因此，对临床医师而言，在肿瘤的诊疗实践中，了解肿瘤血管新生的形成过程、分子机制及在肿瘤演进过程中的作用具有重要的意义。
目前机体正常组织的血管形成主要有两种方式，即血管发生和血管生成，两阶段合称为血管新生。血管发生是指在胚胎发育阶段，中胚层的血管母细胞迁徙、聚集，相互连接形成早期原始的血管结构，这一过程形成人体主要的大血管。血管生成是指源于已存在的毛细血管和毛细血管后微静脉，以出芽方式发展出来的新生血管。血管发生与血管生成在体内是紧密相关的连续过程，血管发生一般指胚胎血管网形成的早期阶段，而血管生成指胚胎血管网形成的成熟阶段。
在正常的生理条件下，血管新生是一个受到严格控制的过程；而肿瘤中血管新生则由于肿瘤微环境中持续存在的促血管生成因子而失去控制。肿瘤除利用血管发生、血管生成这两个正常组织血管形成的方式外，还可以利用其他血管形成机制，包括：①肠套叠性血管生成，即在原有血管的基础上，以“一分为二”的方式形成新的脉管系统；②血管内皮祖细胞的募集，即通过募集血液循环中血管内皮祖细胞在肿瘤微环境中形成血管；③血管拟态（vasculogenic mimicry，VM），即由肿瘤细胞与周围富含糖蛋白的基质膜共同形成，无内皮细胞参与的管状结构；④癌症干细胞（cancer stem cell，CSC）的分化，即通过CSC向血管内皮细胞分化，在肿瘤中形成新生血管。
有效的循环取决于血管系统的有序划分，即动脉、小动脉、毛细血管、静脉和微静脉等。然而，在肿瘤中存在持续的促血管生成信号的情况下，肿瘤血管的形成过程是一种失去正常控制的无序状态。与正常血管相比，肿瘤血管在细胞组成、组织结构及功能特点方面均有所不同。新生的肿瘤血管网络无法成熟和修剪，表现为高度无序、迂曲、膨胀、粗细不匀、分支过多等，导致血流的紊乱、缺氧及酸性物质堆积。肿瘤血管缺乏完整血管周细胞，使其对氧浓度或激素浓度改变的承受力降低。肿瘤血管的内皮连接常常被破坏或者形成VM，并且有大量的血管盲端、动静脉间短路及血管的局部膨出等，导致通透性增强，组织间液压力增加。肿瘤血管的这些特点使肿瘤细胞通常无须经过复杂的侵袭过程就可以进入血流，并在远处部位形成转移灶。
肿瘤血管新生对肿瘤的生长、侵袭转移发挥着重要的作用。肿瘤血管新生是肿瘤细胞、内皮细胞等相互作用的复杂过程，受到多种促血管生长因子、抑制因子及相关信号通路的调控；抑制肿瘤新生血管的生成、促进肿瘤血管正常化，能够改善肿瘤微环境中缺氧、间质高压等特性，从而提高放化疗、靶向治疗及免疫治疗的疗效，改善肿瘤患者的预后。
缺氧是肿瘤组织血管生成的主要诱因。2019年诺贝尔生理学或医学奖授予William G. Kaelin Jr、Peter J.Ratcliffe、Gregg L. Semenza，表彰他们在理解细胞如何感知和适应氧气供应方面做出的贡献，主要是缺氧诱导因子（hypoxia-inducible facto，HIF）的发现和调节机制。肿瘤细胞为了适应缺氧微环境，细胞内许多基因的转录及蛋白表达会发生一系列适应性改变。在这个过程中HIF起关键性作用。HIF激活VEGF等血管生成因子，启动异常的血管新生程序；结构和功能异常的新生肿瘤血管进一步加剧微环境的缺氧状况，从而形成恶性循环，促进肿瘤的发展与转移。
20世纪70年代的一项研究发现，肿瘤植入无血管性角膜或带血管蒂的鸡绒毛膜可诱导新毛细血管的生长，表明肿瘤释放了可扩散的血管新生因子。该结果推动了体内外生物检测技术的发展，促进了肿瘤血管新生因子的研究。VEGF、Notch、Wnt/β联蛋白、血管生成素（angiopoietin，Ang）1和2/tie2、PI3K-AKT等多个信号通路参与肿瘤血管新生的过程，对血管新生的各个阶段产生影响，其中VEGF联系诸多其他信号通路，对血管新生整个过程进行调节，发挥了极为重要的作用。
现已发现的VEGF家族成员包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盘生长因子（placental growth factor，PLGF）。肿瘤微环境中，缺氧是促进VEGF合成的最主要的因素，细胞在缺氧状态下VEGF的合成量会显著增加，细胞缺氧会引起HIF-1的释放，继而促进 VEGF 基因转录。存在于细胞外基质中的VEGF-A与血管内皮细胞膜上的VEGFR 2结合后，激活Src信号通路，最终促进血管内皮细胞上整合素α6β1与其配体层粘连蛋白的分离，激活MMP，从而促进基底膜的降解。局部血管基底膜分解后，内皮细胞在该局部增殖后逐渐向血管外迁移，细胞外基质中的VEGF介导胞内Notch-Dll4等信号通路促进内皮细胞分化为顶端细胞和茎细胞，逐渐形成血管芽。此外，VEGF家族的成员通过与其受体［血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGF）1/2/3］结合，还可以提高血管特别是微小血管的通透性，使血浆大分子外渗沉积在血管外的基质中，促进新生毛细血管网的建立，为肿瘤细胞的生长提供营养支持。抗VEGF靶向药物因其可以抑制肿瘤血管生成、促进血管正常化、改善肿瘤微环境已广泛应用于结直肠癌、乳腺癌等临床治疗。
Ang是一组分泌型的促血管生成因子，参与血管的生长发育、重塑；Ang是Tie2的配体，Ang/Tie2信号是近年来发现的除VEGF以外的一种新的血管生成通路，在调节血管生成、发育中发挥重要作用。Ang家族成员包括4种亚型，即Ang1、Ang2、Ang3、Ang4，其结构主要由三部分组成，包括蛋白信号肽、螺旋结构域及纤维蛋白样结构。 Ang1 基因位于8q22-q23染色体上，包含498个氨基酸，是Tie2的激动剂，与Tie2结合后能激活并诱导其磷酸化，维持内皮细胞黏附、迁移，从而促进血管成熟、维持血管稳定及完整性。 Ang2 基因位于8p23染色体上，包含496个氨基酸，最初是作为Ang1的天然拮抗剂，用于抑制Ang1诱导的Tie2磷酸化，促进血管重塑。而后发现Ang2也可充当激动剂与Tie2结合，Ang2的这种相反作用可能是基于环境变化而决定的。Ang/Tie2不仅参与正常生理血管的形成，在病理状态如炎症、损伤、肿瘤等疾病的血管生成、增殖、侵袭中也有重要作用，尤其在肿瘤血管生成中研究广泛，随着以后的深入研究，Ang/Tie2通路有希望成为未来新型靶向治疗的靶点。
FGF是一类生长因子，以旁分泌或自分泌的方式参与多种生物学过程，包括细胞增殖与分化、胚胎发育、血管生成、伤口愈合、组织修复及调控糖脂代谢等。目前在哺乳动物中发现的FGF家族成员共有23个，FGF含有150～300个氨基酸，其中保守序列约为120个氨基酸，成员间具有30%～87%的氨基酸同一性。基于序列相似性、进化史及生化功能特征，FGF家族细分为7个亚家族。FGF主要依赖其与辅因子肝素/硫酸乙酰肝素或Klotho蛋白结合，进而与成纤维细胞生长因子受体形成二聚体发挥多种生物学功能。体内外实验均表明FGF具有促血管生成的作用，研究显示内皮细胞FGF信号可上调VEGFR 2表达。FGF在血管生成中的作用主要包括：促进血管内皮细胞的增殖和迁移，加速具有降解基底膜作用的蛋白激酶释放，促进内皮细胞形成管状结构。
PDGF是1987年从人的血管中分离出来的促血管生成因子，主要包括PDGF-A/B/C/D四个亚型，在纤维化、组织修复、免疫应答、肿瘤细胞增殖等过程中起重要作用。在血管生成过程中，周细胞的更新及内皮细胞与周细胞的相互作用在血管生成中是至关重要的，缺乏周细胞将导致内皮细胞增生及血管形态异常。研究显示，与正常血管相比，肿瘤血管系统表现为周细胞连接疏松、密度降低。PDGF-B是周细胞最重要的生长因子，主要表达于内皮细胞，而血小板源生长因子受体则表达于周细胞；PDGF-B与周细胞表达的血小板源生长因子受体结合维持着周细胞的密度和数量。
血管生成依赖于血管生成刺激因子和抑制因子之间的平衡。血管形成抑制因子主要通过促进内皮细胞凋亡，诱导血管退化。内源性血管生成抑制剂包括血管抑素、内皮抑素、肿瘤抑素、血小板应答蛋白1（thrombospondin 1，TSP1）、干扰素-α、血小板因子等。
血管抑素是一种大小为38kDa的纤溶酶原片段，是从皮下Lewis肺癌的荷瘤小鼠的血清和尿液中分离纯化而获得的，它能够通过抑制肺癌转移灶的血管新生来抑制其生长。血管抑素不是由肿瘤细胞分泌的，而是由肿瘤细胞释放的一系列酶水解循环纤溶酶原产生的。这些肿瘤产生的酶中至少有一种，尿激酶纤溶酶原激活剂，能将纤溶酶原转化为纤溶酶，而低氧肿瘤细胞中的磷酸甘油激酶则能降低纤溶酶原，使其能被几种不同的MMP转化为血管抑素。血管抑素抗血管新生的几种可能机制包括：诱导内皮细胞凋亡；抑制血纤维蛋白溶酶结合整合素αvβ3引起的内皮细胞迁移；抑制HGF诱导的c-MET、AKT和ERK-1/2通路活化，下调VEGF在肿瘤细胞中的表达。
内皮抑素是胶原蛋白ⅩⅧ的C端片段，首先从鼠血管内皮细胞瘤细胞株中分离获得。它能阻断胶原酶，阻碍基质重塑，尤其能抑制内皮细胞增殖，其作用类似于血管抑素。内皮抑素抗血管新生的几种可能机制包括：阻断血清中TGF-β1表达，进而抑制肿瘤血管生成；内皮抑素可使VEGFR 2发生磷酸化来阻断VEGF表达，进而抑制肿瘤血管生长，减少瘤周水肿发生；内皮抑素可通过抑制β-FGF/FGF-2诱导的血管生成和β-FGF激活的MAPK信号转导途径发挥其抗肿瘤作用。
肿瘤抑素α3（Ⅳ）NC1是一种来源于Ⅳ型胶原α3链蛋白水解的C-末端非胶原结构，α3（Ⅳ）NC1具有潜在的抗血管生成作用而引起关注，其主要机制是结合不同细胞表面的整合素并通过多种机制发挥其作用，包括诱导内皮细胞凋亡，抑制细胞增殖及内皮细胞形成管形，抑制或改变血管形成的功能，抑制或改变促进血管新生生长因子。α3（Ⅳ）NC1能抑制肿瘤细胞的增殖和转移，有望成为未来治疗癌症的药物。
TSP-1是一种内源性血管生成抑制剂，主要由血小板和其他多种细胞（包括肿瘤细胞、内皮细胞等）分泌，存在于血浆和细胞外基质中，至少包括5种蛋白质，但主要以TSP-1和TSP-2为主。TSP-1是能与多种细胞表面受体如整合素、整合素相关蛋白（IAP/CD47）、CD36和细胞外分子如硫酸肝素蛋白聚糖和硫脂类结合的复杂的异源三聚体糖蛋白。TSP-1的血管生成抑制作用被认为与它能诱导内皮细胞凋亡、抑制内皮细胞增殖及抑制内皮细胞的迁移及管道形成有关。
血管新生既能为肿瘤增殖提供营养支持，还能促进肿瘤的血源性转移播散。在无血管生成期，肿瘤极少发生转移；肿瘤增殖至临界细胞数值时，便启动了血管新生程序。在结直肠癌中，VEGF是刺激血管新生的主要因素。VEGF水平升高见于结直肠肿瘤（腺瘤）的早期阶段，并且在肿瘤后期（转移期）升高水平尤为明显；VEGF水平和VEGFR活性增强与结直肠癌的不良预后显著相关。肿瘤微环境中缺氧等因素、 KRAS 和 TP53 等基因突变以及COX-2等蛋白分子的表达升高均能够调节VEGF/VEGFR的活性，从而促进结直肠癌的增殖与转移。随着肿瘤微血管密度（microvessel density，MVD）的增加，结直肠癌等恶性肿瘤的侵袭转移等潜能也明显增加，MVD被认为是预测肿瘤复发、转移和预后的一项重要指标。
肿瘤新生血管结构缺乏完整性、管壁薄弱，或者肿瘤细胞与周围富含糖蛋白的基质膜共同构成VM，使肿瘤细胞进入血液循环的机会明显增加。血管生成本身就具有一定的组织侵袭性，肿瘤细胞可以沿着新生血管所开启的胶原裂隙侵袭。再者，肿瘤细胞释放的血浆蛋白酶原激活剂及胶原酶能诱导组织纤维蛋白的形成，进而形成肿瘤细胞转移所必需的基质，通过黏附作用使游离的肿瘤细胞通过基质迁移进入血液循环。此外，血液循环中的血小板及受体、中性粒细胞等能够保护CTC避免免疫细胞的攻击，促进肿瘤细胞的外渗，最终在远离肿瘤的部位形成转移灶。
运动侵袭是肿瘤细胞转移的必要条件。肿瘤细胞从原发灶脱落，通过运动侵袭穿过细胞外基质及血管壁，进入血液循环，而后在远处穿出血管壁，进入转移靶器官定植并生长，最终形成转移灶。肿瘤细胞可通过EMT失去细胞间黏附，获得高运动侵袭能力。经EMT获得侵袭和迁移能力的肿瘤细胞要侵入血管，需要克服主要由细胞外基质形成的基底膜等屏障的束缚。MMP是细胞外基质降解的重要酶类。MMP9作为MMP家族成员中与肿瘤转移关系最为密切的一员，它介导的细胞外基质重塑参与了结直肠癌等肿瘤转移的多个序贯步骤的调控；MMP9本身的表达除受低氧诱导信号通路和VEGF等信号通路诱导外，还受非编码RNA（circ0001361和LINC00346等）的调控。
进入循环系统的肿瘤细胞称为CTC，由于脱离了原发部位肿瘤微环境的保护，CTC直接面对血液流体切应力等机械损伤以及免疫监视等攻击，能在循环系统中存活的CTC比例极低，仅10%左右。CTC与血小板的结合以抵抗血流切应力损伤的认识已较为深入，这种结合还有助于保护CTC免受其他因素诱导的失巢凋亡。研究显示，CTC表型的动态可塑性使其可部分表达E-钙黏着蛋白，并经由其或细胞表面CD44分子介导聚集成团；此外，CTC还可以直接与其他细胞如CAF及嗜中性粒细胞等结合后附着于血管内壁，黏附后不仅可以抵御机械损伤或免疫攻击，还有利于CTC在合适的时机穿出脉管系统播散并定植到远端转移靶器官。
肿瘤患者的血液中除了单个CTC，还有保留细胞间黏附的CTC簇，它们是从原发肿瘤脱落的多细胞团块，而非多个独立的肿瘤细胞在血管中聚集形成的细胞团。在肿瘤细胞经血管转移的过程中，CTC簇特殊的物理特性导致其远处转移的能力较游离CTC显著提高，具有更强的生存能力和转移潜能。研究显示，CTC簇成转移灶的能力是单个CTC的23～50倍。CTC簇比单个游离的CTC具有更高地细胞间黏附蛋白及干细胞特性，同时更易发生EMT，以及逃避免疫攻击。分离检测技术的快速进步为探究CTC簇在血液循环中促转移的分子机制提供重要的支持，并促进了恶性肿瘤治疗的进展。
经典转移理论主要是关注肿瘤细胞EMT及运动侵袭的调控机制。然而，近年来的研究提示，体内可能还存在着不依赖于运动侵袭的新型转移模式。肿瘤包绕型血管是新近发现的一种独特的血管结构，它们相连成网，将肿瘤组织分隔成小块并完全包绕。肿瘤包绕型血管在肝癌、肾癌、胆管癌等人类恶性肿瘤中普遍存在，它可帮助癌细胞成团释放进入血循环，从而为肿瘤提供一种不依赖于运动侵袭且更加高效的转移模式。肿瘤包绕型血管介导的转移并不需要癌细胞发生EMT或运动侵袭，肿瘤包绕型血管的临床意义被越来越多的研究者所关注。
VM是实体肿瘤内部由肿瘤细胞独立形成的，具有供氧及血液循环功能的管状结构。自1999年由美国俄亥俄州立大学Hendrix教授提出后，其功能、结构及临床意义存在着一定的争议。尽管如此，学术界众多研究还是倾向于这种管状结构符合血管的形态及功能特征。VM是高侵袭性癌细胞在不依赖内皮细胞的情况下生成血管样结构，是一种全新的供血模式，与肿瘤的发生发展、转移预后密切相关。VM为恶性肿瘤的生长提供了更加有利的条件，从而影响抗癌药物治疗效果。
VM无内皮细胞被覆，肿瘤细胞模拟机体血管新生而形成瘤细胞条索并围成通道，而血液则在这无内皮细胞的通道中流动，通道外周是一层厚薄不一的过碘酸希夫染色（periodic acid-schiff staining，PAS）阳性的基底膜。用血管内皮细胞的标志物CD31进行免疫组化检测，VM呈阴性。通过免疫组化和PAS染色可以对肿瘤组织中的VM进行标记，含有红细胞、PAS（+）/CD31（-）的空腔结构为VM。VM有两种不同分型：Ⅰ型（管型），由肿瘤细胞围成的管道，无内皮细胞衬覆；Ⅱ型（图案样基质型），呈环状，包裹肿瘤细胞，由富含纤维连接蛋白、层粘连蛋白的基底膜组成。
研究表明，VM与肿瘤患者的不良预后密切相关。相关荟萃分析研究比较了20种不同病理类型肿瘤中VM（+）和VM（+）的总生存期（overall survival，OS）水平，除滑膜肉瘤外，其余19种肿瘤显示VM（+）与 OS 降低有关，其中卵巢癌和结直肠癌中VM（+）对生存期的影响最明显。VM（+）的胃癌患者易出现较高地组织学分级、转移、远处复发和 OS 下降。同样，VM（+）的前列腺癌患者与Gleason评分、术前前列腺特异性抗原水平、病理分期、淋巴结和远处转移相关。总之，目前多数研究认为VM更常见于高度侵袭性恶性肿瘤，与不良预后密切相关。
VEGF、黏着斑激酶、基质金属蛋白酶等通过相关信号通路调节VM的形成。缺氧是肿瘤微循环中最常见的现象之一，肿瘤的迅速生长和血供不足都会导致肿瘤的微环境缺氧，缺氧提高肿瘤细胞的可塑性、促进VM的形成。MMP在缺氧等微环境下高表达，促进VM的形成，比如MMP9通过表达成明胶酶B来募集内皮干细胞为VM的形成创造条件，并且通过降解和重塑细胞外基质，调节肿瘤细胞的可塑性，有助于VM的形成。VE-钙黏着蛋白是一种黏着斑蛋白，正常在内皮细胞中特异性表达，介导细胞之间相互黏附，稳定内皮细胞的连接。VE-钙黏着蛋白激活EphA2，EphA2与相应的配体结合使其磷酸化，从而激活PI3K等下游信号通路，PI3K通过MMP14上调MMP2的表达，引起LN-5γ2片段的裂解，最终促进VM的形成。此外，瘦素通过激活JAK-STAT3、MAPK/ERK、PKC、JNK、p38和PI3K-AKT等不同通路诱导各种血管生成因子的表达，促进VM形成。
肿瘤细胞与血小板的相互作用是成功的血行转移播散的重要条件。当肿瘤细胞进入血液循环时，肿瘤细胞立即激活血小板形成一个有利于肿瘤细胞存活的微环境。血小板主要通过以下几条途径促进肿瘤转移：降低血液流体剪切力对肿瘤细胞造成的机械损伤；帮助肿瘤细胞逃避免疫监视；促进肿瘤细胞在血管内的迁移和停滞；促进肿瘤细胞发生EMT；促进肿瘤细胞穿出血管；构建适合肿瘤细胞生存的转移微环境。
肿瘤细胞在血液循环中存活是其转移的先决条件。肿瘤细胞从原发部位脱落进入血管，所处的环境发生了巨大的变化，肿瘤细胞需要面对血液高流体剪切力带来的损伤以及免疫细胞的攻击。肿瘤细胞进入血管，可通过释放组织因子和凝血酶等激活血小板，在黏附分子介导下，二者相互结合并进而形成瘤栓。黏附于肿瘤细胞表面的血小板不仅能够降低血液流体剪切力对肿瘤细胞造成的机械损伤，还能帮助肿瘤细胞逃避NK细胞、T细胞的免疫监视，从而促进肿瘤细胞在血液循环中的存活。
黏附于肿瘤细胞表面的血小板不仅有利于肿瘤细胞在血液中存活，还能介导肿瘤细胞与血管内皮细胞的黏附，从而促进肿瘤细胞在血管内的迁移和停滞。血小板膜上含有多种黏附分子，肿瘤细胞在血管内皮细胞表面的滚动和黏附主要由P-选择素介导。当血小板被激活时，α颗粒中的P-选择素被转移到血小板表面，介导血小板与内皮细胞的黏附。血小板整合素αⅡbβ3可通过与肿瘤细胞上的整合素αvβ3结合，促进肿瘤细胞在血管壁上的停滞，进而促进肿瘤细胞的穿出血管。肿瘤细胞已被发现表达多种黏附分子，例如αⅡb β 3、αv β 3和GPⅠbα，这也可能有助于肿瘤细胞与血管内皮细胞的直接黏附。
血小板与肿瘤细胞的相互作用能够促进肿瘤细胞的EMT过程。血小板主要通过黏附分子介导与肿瘤细胞直接接触，以及分泌TGF-β的方式促进肿瘤细胞EMT，不仅能增强肿瘤细胞的侵袭能力，还有助于其穿过血管内皮屏障并迁移至靶器官。比如，血小板可以通过与肿瘤细胞直接接触以及分泌TGF-β的方式，协同激活结直肠癌和乳腺癌细胞中的TGF-β/Smad和NF-κB信号通路，导致肿瘤细胞EMT并促进肿瘤转移；阻断血小板中TGF-β1的表达或抑制肿瘤细胞中NF-κB信号通路，则可抑制肿瘤转移。
肿瘤细胞穿出血管是肿瘤转移的关键步骤之一。在血液循环系统中存活下来并黏附于血管内皮细胞表面的肿瘤细胞，需穿过血管壁进入新的组织，最终形成转移灶。血小板参与并促进了肿瘤细胞的穿出血管，其中血小板释放的多种活性介质发挥了关键作用。血小板被肿瘤细胞激活后所释放的ATP能够与内皮细胞上的嘌呤受体P2Y2受体结合，通过耦联Gq/G11导致细胞内蛋白激酶C的激活和Ca 2+ 浓度的升高，最终导致内皮屏障功能受损和血管通透性增加，从而帮助肿瘤细胞穿出血管。血小板通过组胺介导血管通透性增加和肿瘤细胞的跨内皮迁移。此外，储存在血小板α颗粒中的MMP通过降解血管基底膜和内皮细胞的细胞外基质参与肿瘤细胞穿出血管。活化的血小板还能通过释放溶血磷脂酸来破坏内皮屏障，从而促进肿瘤细胞穿出血管。
肿瘤在转移过程中能够在特定组织器官诱导形成一个有利于肿瘤细胞转移和生长的微环境，即转移微环境。血小板参与了肿瘤转移微环境的形成。血小板嘌呤受体P2Y12能够介导纤维连接蛋白的沉积和VEGFR 1阳性的骨髓源性细胞团的募集，从而在肺部形成支持肿瘤细胞定植的微环境，促进肿瘤细胞的肺转移。血小板被肿瘤细胞激活后所释放的CXCL5和CXCL7能通过与粒细胞表面的CXCR2结合，介导粒细胞向肿瘤细胞/血小板聚集体的募集。血小板中的COX-1-血栓素A2通路，能够介导血小板/肿瘤细胞聚集体形成、内皮激活、肿瘤细胞与内皮细胞黏附以及单核/巨噬细胞的募集，从而促进转移前生态位的形成；而阿司匹林能够干扰这一信号通路，抑制血小板聚集，降低肿瘤转移的发生。
肿瘤转移是导致癌症患者死亡的主要原因之一。大量研究显示肿瘤发生转移前会在靶器官建立肿瘤转移前微环境，为转移的肿瘤细胞提供适合其存活、有利于其定植的微环境。在此过程中，肿瘤转移前微环境建立所需的相关信号被激活，原发肿瘤释放的信号分子直接或间接地改变靶器官部位细胞的生物学行为，进而刺激MDSC、中性粒细胞、巨噬细胞、组织驻留细胞及基质细胞等分泌黏附因子、炎性因子、MMP等，最终形成肿瘤转移前微环境。
肿瘤转移器官倾向性理论由斯蒂芬·佩吉特在1889年首次提出，他认为肿瘤转移并不是随机的，而是有明显的器官倾向性。基于佩吉特的假说认为原发肿瘤可以在肿瘤播散之前分泌一些促进肿瘤转移前微环境形成的因子，从而促进转移前微环境的形成。肿瘤转移前微环境以丰富的髓系细胞聚集、成纤维细胞增生以及促肿瘤生长的癌基因蛋白和细胞因子分泌为主要特点。研究发现，骨髓来源的VEGFR 1阳性细胞在肿瘤细胞转移之前就已聚集在转移靶器官，提示原发肿瘤与继发转移靶器官之间存在着相互的信号沟通。再如，定植到继发器官的乳腺癌干细胞能够诱导固有的成纤维细胞分泌骨膜蛋白重建原发肿瘤的微环境。诱导骨膜蛋白表达对肿瘤的定植和生长是非常必要的，它能促进Wnt信号在肿瘤细胞内的激活。骨膜蛋白基因敲除小鼠能减少90%的肺转移。
肿瘤转移前微环境形成的建立过程涉及信号的传递和响应，信号分子在导致靶器官部位细胞转变、促进接受和支持肿瘤转移细胞定植的微环境形成过程中起重要作用。这些信号分子主要是原发瘤分泌的可溶性分子，包括肿瘤细胞来源的分泌因子（tumor derived secreted factor，TDSF）、外泌体和细胞外囊泡等。
TDSF是由肿瘤细胞分泌的可溶性蛋白，可以通过不同的方式促进转移前微环境的形成，其中VEGF和PLGF最早被发现，高表达的VEGF及PLGF能够招募表达VEGFR 1和VLA-4的骨髓来源的树突状细胞（BMDC）（VEGFR 1+VLA-4+BMDC），该类细胞进一步上调整合素和MMP以促进转移前微环境的建立。肿瘤细胞分泌的CD44v6能够激活c-MET和尿激酶型纤溶酶原激活物受体（urokinase-type plasminogen activator receptor，u-PAR）增强基质可溶性，有利于外泌体发挥作用建立转移前微环境。CCL2可以募集TAM，进而刺激血管新生和抑制免疫细胞功能，促进肿瘤转移前微环境的建立。转移性强的乳腺癌细胞释放的高水平ATP可以激活核苷酸受体P2Y2R诱导HIF-1α表达、赖氨酰氧化酶分泌和胶原交联，促进转移前微环境形成。这些肿瘤衍生的分泌因子通过不同的信号传递途径，诱导转移前微环境中多样的细胞生物学行为变化，在转移前微环境的信息交流中起关键作用。
肿瘤细胞分泌细胞外囊泡的作用对象并不仅仅局限于肿瘤所处的微环境，还能通过循环细胞到达远处器官，在肿瘤细胞到达之前将靶器官的微环境改造为更适于肿瘤细胞定植的状态。根据来源的癌细胞不同，细胞外囊泡可以通过血液和淋巴管循环，到达它们的预转移微环境起始位置。肿瘤细胞分泌的细胞外囊泡在肿瘤转移前微环境形成中的作用主要有以下方面。
肿瘤细胞来源外泌体诱导肿瘤细胞的免疫耐受，使其抗免疫能力增加，进而改变转移前微环境，促进肿瘤转移的发生。比如，结直肠癌细胞分泌含有miRNA-21的外泌体，可以与TLR7结合并诱导肝巨噬细胞向M2型极化；M2型巨噬细胞分泌IL-6和S100A等细胞因子重塑转移前微环境，从而促进结直肠癌肝转移。乳腺癌患者血浆中分离出的人表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER-2）阳性外泌体可以结合曲妥珠单抗，抑制曲妥珠单抗对乳腺癌细胞增殖的影响，并能诱导肿瘤细胞表达HER-2，以增强免疫耐受和促进转移瘤形成。
肿瘤细胞来源外泌体参与肿瘤血管新生的调控。肝细胞癌来源外泌体含有赖氨酰氧化酶样4，通过旁分泌途径分泌至人脐静脉内皮细胞，促进血管生成；LAMA84细胞分泌的外泌体与人脐静脉内皮细胞共培养，显著促进了内皮细胞的CAM-1、VCAM-1及IL-8表达，在体内可促进血管生成。在卵巢癌细胞外泌体中高表达可溶性E-钙黏着蛋白，使血管内皮细胞上的钙黏着蛋白异构化，激活β联蛋白和NF-κB信号通路，促进肿瘤血管生成。肿瘤细胞来源外泌体还参与血管通透性调控。肿瘤细胞来源外泌体可以将信号分子直接作用于内皮细胞，改变内皮细胞形态学特征，以促进转移。肝癌细胞来源的外泌体富含miRNA-103，可以靶向抑制内皮细胞ZO-1表达，增加血管通透性以促进肿瘤细胞转移；结直肠癌细胞来源的外泌体将促转移的miRNA-25-3p转移到内皮细胞，靶向KLF2和KLF4，从而促进血管通透性。
外泌体从原发肿瘤的细胞中释放出来，进入血液循环，将蛋白质、脂质和核酸运输到身体远端组织中。不同肿瘤细胞分泌的外泌体表面的整合素不同，整合素的类型决定了外泌体黏附的细胞类型。例如，整合素α6β4和整合素α6β1在肺转移中起关键作用，而整合素αvβ5在肝转移中起关键作用。外泌体内成分会引起转移靶器官细胞的生物学行为发生变化，吸引MDSC、中性粒细胞、巨噬细胞等，从而为肿瘤转移做准备。
乳腺癌细胞分泌的外泌体中的miRNA-122被远端器官中的间质细胞摄取后，可下调后者的糖酵解酶丙酮酸激酶表达，导致后者的代谢重编程，减少间质细胞对微环境中的葡萄糖的摄取，从而为即将到来的肿瘤细胞提供足够的营养物质。胰导管腺癌细胞分泌的细胞外囊泡中的巨噬细胞游走抑制因子被肝库普弗细胞摄取后，可促进其分泌TGF-β1，引起肝星状细胞重编程，分泌更多的纤维连接素导致肝纤维化，纤维化的微环境可招募更多巨噬细胞，进而为肿瘤转移创造条件。
TAM来源于外周循环血中的单核细胞，起源于骨髓干细胞。肿瘤转移前微环境形成的过程中，分泌巨噬细胞趋化因子如CC趋化因子、集落刺激因子21和胎盘生长因子（placental growth factor，PLGF）等，招募单核细胞，使其迁移浸润在转移靶器官，随后便在肿瘤转移前微环境中分化成TAM。
巨噬细胞主要有两种功能表型，即经典活化型（classically activated macrophage，caMphi，又称M1型）及替代活化型（alternatively activated macrophage，aaMphi，又称M2型）。M1型巨噬细胞主要存在于促炎环境中，由病原微生物刺激产生的炎性介质如脂多糖、γ-干扰素（γ-interferon，IFN-γ）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte macrophage colony stimulating factor，GMCSF）等诱导产生，其特征是能大量分泌NO、反应性氧中间物等杀伤分子，以及多种炎症因子（IL-1、IL-6、IL-12、IL-13和TNF等）和趋化因子CCL2、CCL3、CXCL9、CXCL10等，还能表达大量的MHCⅡ和B7分子，具有较高的抗原提呈能力，从而参与辅助性T细胞1（T helper cell 1，Th1）型免疫应答，杀伤感染病原体和肿瘤细胞。然而M2型巨噬细胞与M1型的作用截然相反，主要参与体内平衡过程，如血管生成、组织重塑、伤口愈合和抗炎，并高表达抗炎细胞因子IL-10和低表达IL-12。TAM表现出与M2型巨噬细胞相似的功能，高表达巨噬细胞甘露糖受体和IL-10，抗原提呈能力较弱。在TAM与肿瘤微环境间直接或间接的相互作用之下，TAM合成并释放出各种各样的生长因子、细胞因子、趋化因子、细胞外基质成分及蛋白酶，这些TAM源性的因子随后诱导基质重塑、血管再生、抗免疫应答反应，促进肿瘤转移前微环境形成。
MDSC是在肿瘤、炎症和感染过程中存在的一群未成熟的异质性细胞群，可抑制T细胞应答并参与免疫逃逸和免疫耐受等过程。在正常状态下，髓系祖细胞及未成熟髓系细胞是骨髓中髓系细胞分化过程中的中间阶段细胞，这些细胞会继续分化为成熟的巨噬细胞、粒细胞或树突状细胞，进而发挥免疫功能。然而，在肿瘤、急/慢性感染或一些自身免疫性疾病等病理情况下，髓系细胞分化过程受阻，造成处于不同分化阶段的髓系祖细胞及未成熟髓系细胞在骨髓、脾、外周血、淋巴结、肺及病灶局部大量聚集，并获得免疫抑制功能。
MDSC在肿瘤组织中的聚集和活化受肿瘤微环境中多种信号通路及转录因子的调控。肿瘤组织释放的CCL2、CCL5、CCL7、CXCL1、CXCL5、CXCL6、CXCL8和CXCL12等细胞因子通过识别其位于MDSC上的表面受体，促进MDSC在肿瘤组织中的募集。肿瘤微环境中的各种细胞因子［如GM-CSF、巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor，M-CSF）、粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）、IL-6等］能促进MDSC的扩增，扩增的MDSC在促炎性细胞因子（如IFN-γ、IL-1、IL-13等）的参与下，通过STAT1、STAT6和NF-κB等信号通路活化，促进肿瘤的血管生成，并通过影响树突状细胞的抗原提呈功能，抑制T细胞的活化、M1型巨噬细胞的极化和NK细胞的杀伤作用，获得免疫抑制功能。在荷瘤小鼠和肿瘤患者体内，活化的MDSC具有强大而广谱的免疫抑制功能。
肿瘤浸润MDSC几乎参与了肿瘤转移的所有步骤。MDSC除通过发挥其免疫抑制活性，直接作用于免疫系统，促进转移性微环境的形成以外，还能通过其他作用机制，促进肿瘤转移。例如，MDSC可通过产生MMP9、分化成内皮细胞等机制促进肿瘤组织的血管生成及肿瘤转移。另外，MDSC能通过诱导EMT、提高肿瘤细胞的干细胞特性、促进血管生成等促进肿瘤转移。
调节性T细胞（regulatory T cell，Treg细胞）是CD4 + T细胞的一个亚群，表达IL-2受体（CD25）、细胞毒性T细胞相关抗原4及最为重要的谱系分化特异因子Foxp3。Treg细胞自身具有免疫无能性，表现为对IL-2及共刺激分子的反应低下，而其免疫抑制能力则通过抑制T细胞的增殖、分化，阻碍抗原提呈细胞的抗原提呈作用和直接介导靶细胞死亡等方式来实现。对许多不同肿瘤的研究表明，Treg细胞大量存在于肿瘤微环境、肿瘤转移前微环境中，其高密度浸润往往预示着不良的临床预后。许多恶性肿瘤细胞表达自身抗原，而Treg细胞的存在能够有效地削弱自身抗原引起的抗肿瘤免疫，协助肿瘤细胞逃避免疫监视和杀伤。Treg细胞介导的肿瘤免疫逃逸机制复杂，包括分泌可溶性或膜结合的抑制性细胞因子抑制效应细胞的功能、以颗粒酶和穿孔素依赖的方式介导效应细胞溶解以及通过阻断代谢影响效应细胞的功能等。
中性粒细胞在肿瘤发生发展过程中的作用具有双面性。中性粒细胞分为抗肿瘤N1亚型和促肿瘤N2亚型。中性粒细胞和巨噬细胞的极化及扩增在转移前微环境中发挥着重要作用。在不同分子调节的情况下，中性粒细胞发生极性改变，进一步诱导分泌物的改变，促进转移前微环境的建立。肿瘤相关的中性粒细胞在TNF-α和一氧化氮存在条件下，可以诱导未活化的CD8 + T细胞的凋亡，形成免疫抑制性微环境。
研究表明，骨髓中的造血干细胞在肿瘤分泌的可溶性分子诱导下能够分化为促肿瘤N2亚型CD11b+Ly6G+中性粒细胞，后者在肿瘤细胞分泌的G-CSF的刺激下活化，造成活性氧表达上调和视网膜母细胞瘤基因1表达缺失，从而产生抑制细胞免疫活性和T细胞功能的特性。同时，骨髓中的造血干细胞还能在G-CSF或TGF-β作用下更多地分化为CD11b+Ly6G+中性粒细胞，从而使N2亚型中性粒细胞的数目在外周组织中迅速增加。中性粒细胞极化后有利于转移前微环境免疫抑制性环境的建立。
转移靶器官局部微环境建立过程中，虽然被招募的外来细胞如MDSC、肿瘤相关的中性粒细胞和巨噬细胞能够创造一定的免疫抑制性、促血管生成的微环境，为肿瘤细胞的定植创造条件，但转移细胞能否在靶器官部位存活和形成转移瘤还依赖于组织驻留细胞的变化，组织驻留细胞是转移具有器官选择性的基础。研究显示，不同器官组织中的驻留细胞可以识别并摄取带有不同整合素的外泌体，如肺中表达S100A4的成纤维细胞和表达表面活性物质关联蛋白C的上皮细胞能够摄取靶向肺部的外泌体，肝脏中库普弗细胞摄取靶向肝脏的外泌体，脑组织中表达血小板-内皮细胞黏附分子1的内皮细胞可以摄取靶向脑部的外泌体。靶器官部位的组织驻留细胞在肿瘤分泌性分子作用下改变原本性质，促进转移瘤的形成。研究表明，肝脏中的库普弗细胞可以摄取胰腺导管腺癌外泌体，使肝星状细胞分泌更多的TGF-β和纤维连接蛋白，导致肝脏部位呈现纤维化特性，进而促进巨噬细胞的招募，建立转移前微环境。肺泡巨噬细胞通过补体C5a受体接收C5a传递的增殖讯号，抑制肺部的Th1免疫反应，促进转移前微环境形成。
CAF是大多实体瘤微环境中最丰富的细胞成分。CAF具有高度异质性，肿瘤微环境中的CAF主要从正常的成纤维细胞分化而来，也可来自骨髓来源干细胞的分化及周细胞等其他类型细胞的转分化。TGF-β、PDGF、FGF2和YAP等是CAF激活的主要诱导因子。CAF细胞表面表达平滑肌肌动蛋白、成纤维细胞表面蛋白和成纤维细胞活化蛋白（fibroblast-activated protein，FAP）、血小板源生长因子受体β或平足蛋白等分子。在肿瘤发生的早期增生阶段，成纤维细胞可能起到抑制肿瘤的作用；随着肿瘤的发展，CAF合成、分泌大量的细胞外基质蛋白、金属蛋白酶、细胞因子，调控肿瘤细胞增殖与迁移、细胞外基质重塑、免疫细胞招募、肿瘤血管新生等多个方面，诱导炎症反应和血管生成，进而促进肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭。
CAF还可以分泌多种生长因子和细胞因子，在多个层面上调控肿瘤的发展、转移。①通过激活Wnt、HGF等信号通路，维持肿瘤干细胞活性；②通过激活TGF-β、Wnt、HGF、TNF-α、JAK-STAT3等信号通路，上调EMT相关生长因子如 Snail 、 TWIST 等基因的表达，促进肿瘤细胞发生EMT，增强其侵袭迁移能力；③ CAF不仅通过分泌VEGF、CXCL12、CTGF等细胞因子诱导血管新生，而且通过细胞外基质重塑调控肿瘤血管新生过程，促进免疫抑制微环境的形成。CAF分泌的CXCL12、IL-6等细胞因子调控TAM的招募及其向促肿瘤的M2-TAM类型的分化。除影响固有免疫外，CAF还调控适应性免疫。FAP阳性CAF抑制了抗肿瘤免疫；CAF表达CXCL12，导致胸腺基质淋巴细胞生成素合成增加，并通过树突状细胞促进T细胞的Th2极化，肿瘤中FOXP3 + Tr细胞的比例大大升高，从而抑制了CD8 + T细胞的活化。TGF-β在CAF中高表达，除了通过自分泌方式调控CAF的活化状态，还可诱导杀伤性T细胞的凋亡，促进Treg细胞的存活，抑制Th1的分化，从而调控肿瘤炎性微环境与肿瘤免疫。
肿瘤细胞成功播种到继发器官并不能保证其存活和扩增，继发器官的微环境对转移的肿瘤细胞的生存和增殖具有显著的抑制作用。当播散性肿瘤细胞（disseminated tumor cell，DTC）转移到新的组织器官时，长期处于慢速增殖状态，具有更强的免疫逃逸及耐药性并且保持临床无症状，此时DTC可能进入休眠状态。肿瘤休眠的概念最初由Rupert Willis提出，1952年被Geoffrey Hadfield重新定义为肿瘤细胞暂时的有丝分裂阻滞。肿瘤休眠可分为三种：①细胞休眠，即单个或部分细胞进入静止状态；②血管生成休眠，即细胞凋亡与增殖平衡导致的血管生成受阻；③免疫介导休眠，即免疫系统调节导致肿瘤体积不变。
肿瘤细胞休眠即细胞保持一种静止、细胞周期阻滞的处于增殖与非增殖之间的特殊平衡状态，休眠细胞有重新激活和形成新的转移性病变的能力，重新激活后保留恶性肿瘤生物学行为，与肿瘤复发、耐药和侵袭性行为密切相关。研究发现，在36%～56%乳腺癌患者的骨髓中发现了非增殖状态的休眠细胞，这类细胞的出现与肿瘤复发、转移及不良预后密切相关。细胞周期阻滞是肿瘤细胞休眠的主要特征，由微环境介导的信号通路所调控，如胞外基质中整合素之间的相互作用，或促有丝分裂/压力信号的解除，并不一定是血管生成不足引起的。u-PAR可以配体不依赖性诱导表皮生长因子受体表达，通过纤维连接蛋白/整合素αvβⅠ和ERK激活促进肿瘤细胞增殖，下调u-PAR可以导致肿瘤休眠。细胞休眠的特征是肿瘤细胞停止增殖和进入静止样状态，这种非增殖的状态可能会持续存在数月甚至数年；但无论休眠状态持续多久，一些细胞仍保留着重新激活并进入增殖状态的能力。
伯内特和托马斯在20世纪50年代首次提出：肿瘤细胞可以被免疫系统识别和清除，但由于早期的实验不能成功地支持他们的理论，该理论在早期广受争议。然而，我们现在知道肿瘤细胞确实能被免疫监视作用识别和杀伤，并可以筛选出引发免疫反应较小的肿瘤细胞。与达尔文的自然选择学说相似，对免疫系统攻击敏感的肿瘤细胞被清除，而获得逃逸免疫监视能力的肿瘤细胞得以生存并演进的过程称为免疫编辑。免疫编辑概念也在小鼠模型中得到证实，研究发现来源于免疫缺陷小鼠的肿瘤比来源于具有免疫活性的小鼠的肿瘤更容易引发免疫反应，这是由于不同宿主的免疫选择压力不同造成的。
肿瘤细胞的变体能够逃避免疫监视并达到一种动态平衡的状态，此时残留的肿瘤细胞的生长受到抑制，这就是免疫介导的肿瘤休眠。这个肿瘤-免疫平衡的状态是由具有适应性的免疫系统在强大的选择性压力下实现的，包括T细胞和TH1细胞因子（如IFN-γ或IL-12），并且不需要效应细胞的识别。相关研究也证实了这一点，致癌物质诱导的肿瘤在具有免疫活性的小鼠中常常处于潜伏和无症状状态，而T细胞抗体IFN-γ处理小鼠后肿瘤就在诱导部位生长。临床上，复发患者中的肿瘤细胞可以几年甚至几十年处于潜伏和无症状状态，完全康复的患者仍有肿瘤细胞在血液循环中。这些观察是令人鼓舞的，通过指导免疫编辑过程使其处于平衡阶段可以协同标准治疗最大限度地缓解肿瘤患者疾病发展进程。
与原发肿瘤一样，肿瘤在继发器官中生长的首要步骤也是建立血供。由于血管生成不足而导致肿瘤不能生长到一定大小的现象被称为血管生成休眠。在继发器官中，血管生成休眠的特点是形成不足2mm的无血管的微小转移病变，此时肿瘤细胞的增殖和凋亡间处于一种平衡状态。血管生成开关的开启标志着休眠状态的结束，此时肿瘤的增殖超过凋亡，由于血管的浸润，肿瘤能够长成大于2mm的较大的病变。肿瘤生长依赖于其招募脉管系统的能力，这与肿瘤相关基质的组成密切相关。肿瘤休眠微环境的形成与成熟的血管和内皮细胞来源的血小板应答蛋白1相关，而转移性生长与出芽性生长的新生毛细血管、骨膜蛋白和TGF-β生成相关。BMDC招募在肿瘤克服血管生成休眠中发挥重要作用，例如，VEGFR 1+造血祖细胞（hematopoietic progenitor cell，HPC）和VEGFR 2+内皮祖细胞的存在是介导继发器官血管生成所必需的。
（梁莉 廖雯婷 冶亚平）
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