王伟  中国医学科学院肿瘤医院撰稿

摘要：循环肿瘤细胞（circulating tumor cells，CTC）作为肿瘤转移和复发的关键因素，在肿瘤精准医疗领域具有重要意义。本文全面阐述了 CTC 的生物学特性、分离检测技术的最新进展，以及在肿瘤诊断、预后评估和治疗监测等方面的临床应用现状，并对未来研究方向和挑战进行了展望，旨在为相关领域的研究和临床实践提供参考。

一、引言

肿瘤严重威胁人类健康，尽管治疗手段不断进步，但转移和复发仍是导致患者死亡的主要原因。CTC 是从原发肿瘤或转移灶脱落进入外周血液循环的肿瘤细胞，其检测为肿瘤的早期诊断、预后评估和个体化治疗提供了新的途径。对 CTC 的深入研究有望揭示肿瘤转移机制，为肿瘤治疗策略的优化提供关键依据。

二、循环肿瘤细胞的生物学特性

2.1 来源与产生机制

肿瘤细胞在肿瘤发展过程中，由于肿瘤微环境的改变，如肿瘤组织的缺氧、炎症反应以及细胞外基质的重塑等，使得肿瘤细胞与周围细胞的连接减弱，从而易于脱离原发肿瘤。上皮 - 间质转化（EMT）过程在这一过程中起着关键作用，它使上皮细胞失去极性和细胞间连接，获得间质细胞特性，增强了肿瘤细胞的迁移和侵袭能力，促进其进入血液循环 。肿瘤干细胞也被认为是 CTC 的重要来源之一，因其具有自我更新和多向分化潜能，可能在肿瘤转移过程中发挥独特作用。

2.2 异质性

CTC 具有高度异质性，这种异质性体现在多个层面。在形态学上，CTC 的大小、形状各异；在分子水平上，其基因表达、蛋白质表达和表面标志物存在显著差异。部分 CTC 可能保留上皮细胞标志物如上皮细胞黏附分子（EpCAM），而另一些则可能呈现间质细胞特征，表达波形蛋白（Vimentin）等。这种异质性不仅反映了肿瘤细胞在转移过程中的动态变化，也增加了 CTC 检测和研究的复杂性 。不同表型的 CTC 可能具有不同的转移潜能和对治疗的反应，例如间质型 CTC 可能更具侵袭性，更容易在远处器官定植。

2.3 CTC 簇

除了单个 CTC，CTC 簇（CTM）也是重要的研究对象。CTM 由多个肿瘤细胞聚集形成，相较于单个 CTC，它们具有更强的转移潜能。研究表明，CTM 在血液循环中更稳定，抵抗机体免疫清除的能力更强，且更容易在远处器官形成转移灶 。在肺癌等多种肿瘤中，已发现 CTM 与患者预后不良密切相关。其形成机制可能与肿瘤细胞间的黏附分子、细胞外基质成分以及肿瘤微环境中的信号通路有关。

三、循环肿瘤细胞分离检测技术进展

3.1 基于物理特性的分离技术

3.1.1 密度梯度离心法

密度梯度离心法是一种较为经典的 CTC 分离方法。该方法利用肿瘤细胞与外周血中其他细胞（如红细胞、白细胞）密度的差异，通过在离心力作用下不同细胞在密度梯度介质中的沉降速度不同来实现分离。常用的密度梯度介质有 Ficoll-Paque 等 。其优点是操作相对简单，成本较低，能够处理较大体积的血液样本。然而，该方法的分离纯度和灵敏度有限，易受到血液中其他细胞碎片和杂质的干扰，且可能对 CTC 造成损伤，影响后续分析。

3.1.2 微流控技术

微流控技术是近年来发展迅速的 CTC 分离技术。它利用微通道内流体的物理特性，如惯性、黏弹性等，以及细胞的大小、变形性等差异来实现 CTC 的分离 。基于惯性微流控的芯片通过精确设计微通道的几何形状和流速，使 CTC 和白细胞在微通道中沿不同轨迹流动，从而实现分离。这种技术具有高通量、无需标记、对细胞损伤小等优点。例如，一些微流控芯片能够在短时间内处理大量血液样本，且分离得到的 CTC 可保持较好的活性，便于后续的培养和分子分析 。

3.2 基于生物学特性的分离技术

3.2.1 免疫磁珠分离法

免疫磁珠分离法是利用抗体与抗原的特异性结合原理，将针对肿瘤细胞表面标志物（如 EpCAM）的抗体偶联到磁性微珠上，与血液样本孵育后，带有抗体的磁珠会特异性地结合 CTC，在磁场作用下，CTC 与磁珠一起被分离出来 。这种方法具有较高的特异性和灵敏度，能够有效富集 CTC。但该方法依赖于特定的表面标志物，对于一些低表达或不表达常见标志物的 CTC 可能无法有效捕获，且可能因抗体与细胞表面抗原的结合导致细胞表面分子改变，影响后续分析。

3.2.2 核酸适配体技术

核酸适配体是一类通过指数富集配体系统进化技术（SELEX）筛选得到的单链 DNA 或 RNA 分子，能够特异性地与靶标分子结合 。在 CTC 分离检测中，核酸适配体可针对肿瘤细胞表面的特定蛋白或其他分子设计。与传统抗体相比，核酸适配体具有易于合成、修饰，稳定性好，免疫原性低等优点 。研究表明，核酸适配体组合可以有效提高非小细胞肺癌患者 CTC 的检出率，且检测结果与患者临床治疗具有良好相关性 。

3.3 新型检测技术

3.3.1 基于微气泡的分离检测技术

近期，受章鱼吸盘结构启发，研究人员设计并构筑了自驱动的点击微气泡。该技术协同 DNA 自组装的吸盘状多价界面和防污纳米层，不仅大幅降低了血液样本中干扰物的非特异吸附，还利用超快的生物正交点击反应在分钟量级实现 CTC 的快速捕获，效率高达 98% 。自驱动微气泡可进一步在液面聚集进行界面重构，实现被捕获细胞的计数、3D 悬浮培养以及单细胞原位表型分析 。整个分离分析过程无需贵重的流式分选、多步外场力（如磁场）和复杂的微流体程序，在肿瘤细胞研究和临床应用中展现出巨大潜力。

3.3.2 单细胞分析技术

随着对 CTC 异质性认识的加深，单细胞分析技术在 CTC 研究中愈发重要。单细胞测序技术能够对单个 CTC 的基因组、转录组进行全面分析，揭示不同 CTC 之间的遗传差异和分子特征 。通过单细胞测序，可发现肿瘤转移过程中 CTC 的基因突变、基因表达变化等，为肿瘤的精准治疗提供更详细的信息。此外，单细胞蛋白质组学技术也逐渐应用于 CTC 研究，能够分析单个 CTC 表面和内部蛋白质的表达和修饰情况，有助于深入了解 CTC 的生物学功能和转移机制 。

四、循环肿瘤细胞在临床中的应用

4.1 肿瘤诊断与早期筛查

CTC 检测在肿瘤诊断和早期筛查方面具有潜在应用价值。在一些肿瘤的早期阶段，虽然影像学等传统检测手段可能无法发现明显的肿瘤病灶，但外周血中可能已存在少量 CTC 。例如，在乳腺癌、结直肠癌等肿瘤的高危人群筛查中，通过高灵敏度的 CTC 检测技术，有可能实现肿瘤的早期发现。研究表明，结合 CTC 数量、表型以及分子特征等多维度信息，可提高肿瘤诊断的准确性 。然而，目前 CTC 检测在肿瘤早期筛查中的灵敏度和特异性仍有待进一步提高，需要大规模临床研究验证其在不同肿瘤类型中的应用效果。

4.2 预后评估

大量临床研究证实，CTC 的数量和特征与肿瘤患者的预后密切相关。在多种实体瘤中，如肺癌、前列腺癌、乳腺癌等，治疗前外周血中 CTC 数量较高的患者往往预后较差，无进展生存期和总生存期较短 。此外，CTC 的表型和分子特征也可作为预后评估的指标。例如，间质型 CTC 的存在与肿瘤的高转移潜能和不良预后相关 。通过动态监测治疗过程中 CTC 数量和特征的变化，可实时评估肿瘤的进展情况，为临床治疗决策提供重要参考。

4.3 治疗监测与个体化治疗

4.3.1 评估治疗疗效

在肿瘤治疗过程中，CTC 检测可用于评估治疗疗效。化疗、靶向治疗或免疫治疗后，若外周血中 CTC 数量明显下降，提示治疗有效；反之，若 CTC 数量持续升高或无明显变化，可能意味着肿瘤对治疗耐药 。在非小细胞肺癌患者接受 EGFR-TKI 治疗时，监测 EGFR-TKI 敏感型 CTC 的动态变化有助于评估该药物的疗效 。通过 CTC 检测，可及时调整治疗方案，避免无效治疗给患者带来的不良反应和经济负担。

4.3.2 指导个体化治疗

由于 CTC 具有肿瘤细胞的全部遗传信息，对其进行分子分析可揭示肿瘤的基因突变、耐药机制等信息，为个体化治疗提供依据 。例如，通过对 CTC 进行基因测序，若发现肿瘤细胞存在特定的基因突变，可针对性地选择相应的靶向治疗药物。在乳腺癌患者中，对 CTC 进行 HER2 基因扩增检测，可指导抗 HER2 靶向治疗药物的使用 。此外，基于 CTC 的药敏试验也在探索中，有望通过检测 CTC 对不同化疗药物或靶向药物的敏感性，为患者选择最有效的治疗方案。

五、研究展望与挑战

5.1 技术改进与标准化

尽管 CTC 分离检测技术取得了显著进展，但仍面临诸多挑战。目前各种技术在灵敏度、特异性和重复性方面存在差异，缺乏统一的标准和规范，导致不同实验室的检测结果难以比较 。未来需要进一步优化现有技术，提高检测的准确性和可靠性，并建立标准化的操作规程和质量控制体系 。开发更加高效、简便、低成本的 CTC 检测技术也是研究的重要方向，以推动其在临床广泛应用。

5.2 深入研究生物学机制

虽然对 CTC 的生物学特性有了一定认识，但仍有许多未解之谜。例如，CTC 如何在血液循环中存活并逃避机体免疫监视，CTC 簇形成的具体分子机制及其在转移过程中的作用等 。深入研究这些生物学机制，将有助于揭示肿瘤转移的奥秘，为开发新的治疗靶点和策略提供理论基础 。此外，CTC 与肿瘤微环境之间的相互作用也是未来研究的重点，了解肿瘤微环境如何影响 CTC 的产生、存活和转移，有望为肿瘤治疗开辟新的思路。

5.3 临床应用拓展

目前 CTC 检测在肿瘤临床应用中主要集中在预后评估和治疗监测等方面，在早期诊断和筛查中的应用仍有限 。未来需要通过大规模临床研究，进一步验证 CTC 检测在不同肿瘤类型和不同临床阶段的应用价值，拓展其临床应用范围 。同时，探索将 CTC 检测与其他肿瘤标志物、影像学检查等相结合的综合诊断模式，以提高肿瘤诊断和治疗的精准性。此外，基于 CTC 的细胞治疗、疫苗研发等新兴领域也具有广阔的研究前景，有望为肿瘤治疗带来新的突破。

六、结论

循环肿瘤细胞（Circulating Tumor Cells，CTC）作为肿瘤转移和复发的关键介质，在肿瘤精准医疗领域发挥着不可替代的作用。近年来，随着对 CTC 生物学特性的深入探究，以及相关分离检测技术的持续创新，CTC 在肿瘤临床应用方面取得了令人瞩目的显著进展。研究表明，CTC 不仅能作为肿瘤早期诊断的潜在生物标志物，还能为肿瘤的预后评估和个性化治疗方案的制定提供关键信息。然而，要将 CTC 检测全面、高效地应用于临床实践，仍然面临诸多挑战，涵盖技术的稳定性、生物学机制的复杂性以及临床验证的严谨性等多个方面。例如，现有的 CTC 分离技术在灵敏度和特异性上还有提升空间，对于 CTC 的起源、播散途径等生物学机制尚未完全明晰，且大规模临床验证的成本高、周期长。未来，通过多学科交叉合作，如联合肿瘤学、生物学、工程学等领域的专业力量，深入开展基础研究和临床转化研究，有望进一步揭示 CTC 的奥秘，推动肿瘤诊断和治疗水平的持续提高，为广大肿瘤患者带来更多生存希望，切实改善他们的生活质量和预后情况。

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