高被引综述

关注综述新解公众号即可领取本篇原文，详细方法见文末说明。

近年来，上皮-间质转化（epithelial to mesenchy-mal transition，EMT）备受科学家的青睐，其研究数量也迅速增长，因此，EMT研究中采取统一的术语，可以帮助减少诸多实验模型产生的研究数据之间错误的理解和分析。

2020年4月16日，来自美国加州大学、英国伦敦大学、比利时根特大学等高校的研究人员以及上皮-间充质转化研究协会（TEMTIA）的研究人员，共同合作在Nature Reviews Molecular Cell Biology（IF=113.915）期刊上发表了题为“Guidelines and definitions for research on epithelial–mesenchymal transition”的综述文章，重点为未来的EMT研究出版物提供了规范术语、定义和指南。

这篇共识经研究人员多次讨论、耗时两年才刊出，目前已被引780次，想要了解或研究EMT的朋友千万别错过！

摘要

上皮-间充质转化（EMT）是指细胞组织表型由上皮向间充质的动态转化，会导致在细胞迁移和侵袭中细胞功能的改变。EMT可在多种生理和病理条件下发生，由一组保守诱导信号、转录调节因子和下游因子驱动。仅在2019年Web of Science就收录了5700余篇研究EMT的论文，可见EMT研究的数量增长迅速。国际EMT协会（TEMTIA）的这项共识声明由EMT研究人员经过长达2年的讨论后发布，旨在为未来的EMT研究出版物提供规范术语、定义和指南。我们相信，这些指南可以帮助减少诸多实验模型产生的研究数据之间错误的理解和分析，并促进在EMT研究领域中的跨学科合作，从而确定关键的未解决问题，并对这些问题进行处理。保持多元的实验手段和概念框架固然重要，但我们也要强调，只有在EMT研究中采取统一的术语，才能持续强化我们对发育过程的理解，不断帮助我们与癌症和其他疾病作斗争。

简介

上皮-间充质转化（EMT）是一种细胞过程，在该过程中上皮细胞获得间充质表型，细胞行为表现为上皮细胞特征的下调。细胞从微环境中收到的信号会触发EMT响应。上皮细胞间紧密稳定的连接、顶端-基底面极性和细胞与基膜的相互作用是发生EMT的细胞的上皮状态的特征。在EMT过程中，基因表达机制和翻译后调控机制发生改变，导致细胞的上皮特征受到抑制，并使细胞获得间充质特征。之后，细胞会呈现出一种类成纤维细胞的形态和结构，同时迁移能力增强。此外，这些细胞在成为迁移细胞后往往会获得侵袭能力。

EMT最开始是由研究具备明确细胞特征的早期胚胎发生阶段的学者提出的。现在普遍认为EMT在早期胚胎发生阶段会自然发生，从而引起一系列的形态发生，并且EMT也会发生在发育后期和成年人伤口愈合的过程中。此外，EMT还会在癌症发病和组织纤维化过程中被激活。EMT的逆向过程，也就是间充质-上皮转化（MET），也常会在发育过程中发生。不管是在正常发育中还是病理状态下，上皮细胞向间充质的转化往往并不完全，这是体内EMT的一个显著特征，并且这会导致细胞处于一个中间状态，使细胞既有上皮特征，也具备间充质特征。重要的是，这些中间状态可以是多种多样的，具体情况取决于生物学环境。

在过去的20年里，EMT相关研究呈爆炸性增长。仅在过去5年发表的EMT文献就超过了所有EMT文献的一半，而在这些文献中，又有半数都和癌生物学有关。EMT文献的复杂性和多样性与日俱增，导致EMT的定义和相关术语出现混乱，常常令人困惑。传统来讲，细胞生物学家都是着眼于EMT过程中可用显微镜观察到的或者变化很大的细胞互作、细胞运动性、细胞骨架、细胞增殖以及细胞对多种胁迫因子的对抗。分子生物学家则着眼于EMT相关转录因子（EMT-TF）的活性变化及其调控，常会涉及调控EMT相关基因表达改变的各种染色质修饰。癌症生物学家常会将重点放在各种恶性肿瘤相关的细胞表型、显著的侵袭能力以及转移能力，还有细胞对各种治疗模式的反应程度。然而，这些用来定义或者指代EMT的标准是背景特定的，甚至是专属某个研究团体的，并不能反映出当前在实验中鉴别EMT事件方面存在的缺点。随着我们进一步了解EMT相关的细胞变化，EMT表型越来越明显地表现出强大的多样性。由此一来，狭义的定义已经不合适或者不准确，需要采用更广义的定义来对细胞的这一复杂生物程序进行描述。

图1：上皮-间充质可塑性模型展现的EMT多样性。许多和上皮细胞状态或间充质细胞状态相关的细胞特征都是组合出现，在不同发育背景的细胞中细胞特征变化程度不同。上皮细胞通过包括黏附连接、桥粒连接、缝隙连接和紧密连接在内的多种上皮细胞连接方式彼此相连。黏附连接与皮质肌动蛋白束相关，而桥粒与角蛋白中间丝相关。紧密连接发生在顶端-侧壁的连接点，帮助维持上皮极性。顶端-基底面极性对上皮细胞中的紧密连接、黏附连接和桥粒连接进行正确引导。包括蛋白酶激活受体Par、极性蛋白Crumbs和极性蛋白Scribble复合体在内的极性复合体决定上皮细胞的顶端和基底外侧的结构域。上皮细胞通过半桥粒黏附于下层基底膜，半桥粒中的整合蛋白可以让细胞结合到基底膜上，并和细胞内的角蛋白相关联。相反，间充质细胞没有具备功能的上皮细胞连接方式，其肌动蛋白应力纤维具备的是一种前后的极性。间充质细胞包含以波形蛋白为基础的中间丝，通过具有整合蛋白的黏着斑附着于胞外基质。上皮/间充质（E/M）特征的反复得失使细胞进入多种中间状态（从左下角到右边），以一种流动且可逆的方式，介于完全的上皮状态（中间偏左）和完全的间充质（中间偏右）状态之间。EMT，上皮-间充质转化。

图2：EMT主要文献的数量增长。第一篇关于发育中上皮-间充质转化（EMT）的实验分析的文献发表于1979年。1989年发现了EMT和生长因子之间的关系。1994年确定了EMT的转录调控。之后，EMT与癌转移、器官纤维化和干细胞的关联促进了研究数量的增长。2003年首届TEMTIA会议召开后，EMT领域的研究开始呈对数增长。本图显示了每年发表的主要论文数量，数据来源于Web of Science数据库的搜索结果。2018年和2019年，文献的发表总量分别超过了5000份和5700份。EMT-TF，EMT相关转录因子。

本项共识声明的目的

在诸如发育生物学、细胞生物学、组织稳态和疾病（尤其是癌症和纤维化）的多个研究领域中，EMT这一术语的使用已经导致EMT研究数据的分析出现差异，并导致人们对于所研究的细胞过程是否为EMT产生持久分歧，这些很大一部分是因为低估了EMT程序的可塑性和异质性。EMT最开始被认为是在胚胎发育中的一个重要过程，在这一过程中上皮细胞的表型转换为间充质表型。这些早期的分析研究利用了一组数量有限的分子标记，描述了EMT相关的表型变化，并在后续的细胞培养中进行了确认。然而，在稍后的研究中， EMT被确定为癌症进展中的一个关键程序，这说明EMT包含的不只是最初认为的发育过程中的EMT程序，而且EMT过程很明显存在许多不同类型，不能通过有限的几组分子标记准确识别。

随着发育和癌症中的EMT事件和EMT调控因子的复杂性得到深入认识，EMT研究领域的专家需要在许多关键节点上达成一致。这些关键节点包括：EMT相关的主要术语的定义，EMT相关现象的描述，不同背景下各种EMT的描述，不同背景下EMT调控因子的功能和活性，以及EMT-TF中EMT的核心功能和非核心功能之间的关系。就癌症而言，还需要进一步考虑到遗传学改变的作用，肿瘤环境改变带来的复杂性，以及在黑素瘤、肉瘤和白血病这类非上皮癌的癌症中发生的类EMT变化。国际EMT协会（TEMTIA）在2017至2019年举办的会议中展开了热烈讨论，并随即提出了指导方案，指导如何定义EMT程序及其表型可塑性和EMT导致的多种上皮-间充质中间状态。通过建立这样一个EMT相关概念的共识，我们力求消除讨论EMT时的语义问题，并促成关于在正常发育中和病理条件下EMT的作用的真正的跨学科讨论。

EMT简史

现代EMT研究始于为了了解发育过程中的组织形态、细胞培养中的细胞行为和癌症进展中的癌侵袭性而开展的研究。Elizabeth Hay发现了胚胎发生中EMT的重要性，并于20世纪70年代末期开始探讨“上皮-间充质变态”这一概念。在这之后，在神经嵴形成、心瓣膜形成、穆勒氏管退化以及上皮组织组织块培养中都有观察到EMT。这个“上皮-间充质变态”过程有时会被称为“上皮-间充质转化”，从而与癌症研究团体常用的恶性转化区分开来。2003年，第一届TEMTIA会议之后，“上皮-间充质转化”成为了术语，从此开拓了EMT的研究领域。

早在25年以前，许多观察都把EMT描述为一个被各种各样不同背景的信号因子介导的过程。比如，在一个添加了白细胞培养物的环境中，人羊膜细胞从上皮细胞表型“转化”成了类成纤维细胞；心内细胞通过EMT来响应临近心肌的信号；肝细胞生长因子（HGF）可诱导上皮细胞转化为迁移性成纤维细胞；成纤维细胞生长因子1（FGF1）通过诱导“上皮可塑性”来响应膀胱癌，这一发现将EMT和癌症联系了起来；研究发现在癌症中会过量表达的转化生长因子β（TGFβ）（同时也是发生心内EMT所必须的物质）是人工培养细胞的EMT强效诱导因子。这些早期发现表明，包括可溶性因子和胞外基质（ECM）成分在内的多种细胞外信号分子可以共同激发上皮细胞的EMT过程。

上述的这些早期的描述性研究并没有揭示EMT在单细胞内的诱导机制。黑腹果蝇发育遗传学的研究成果确定了EMT的关键调控因子——例如，Snail和Twist这两个转录因子，可在原肠形成期多向性地调控中胚层的形成。这些相关转录因子在脊索动物中的确定表明，在后生动物进化过程中这些转录因子高度保守，由此也凸显出研究不同的动物发育系统模型对于了解EMT调控的重要性，以及二者之间的关联。

在20世纪90年代，人们开始大量研究EMT的分子调控机制。例如，Snail相关的转录因子Slug（也叫Snai2）被确认为在鸡胚原条发育过程中和神经嵴细胞形成过程中的一个EMT诱导因子，这表明一些特定的转录因子可以起到EMT关键上游调控因子的作用。研究发现，Slug的表达可以将上皮癌细胞转变成间充质细胞的衍生物，这一发现强化了胚胎EMT和癌症进展之间的联系。另一项发现也进一步佐证了上述发现。转录因子中的Snail家族可以诱导正常上皮细胞发生EMT并产生侵袭能力（指细胞离开上皮组织并迁移到下层组织的能力），部分通过抑制基因编码的上皮钙黏素的转录实现。其他EMT-TF，尤其是E47，Twist1，Zeb1和Zeb2，均是通过其具备的激发EMT相关的形态改变或分子改变的能力确定的。尤其值得注意的是，这些EMT-TF一般以相互合作的方式来对EMT进行调控。还有大量研究表明，EMT诱导的信号因子可以调控这些EMT-TF的表达和活性，这种调控机制可以发生在转录中，也可以发生在转录后。

随着对EMT感应信号分子及EMT转录调控的进一步了解，我们已经明确知道，EMT的激活和进行并不需要DNA序列发生改变，并且EMT过程是可以逆转的。反过来，我们也已明确，EMT的发生是多项复杂的表观调控程序的结果，很像那些在不同发育阶段发生的调控程序。在发育期间，有的细胞群体可能会经历好几轮EMT和MET，说明这些细胞的表型可塑性非常强。例如，在形态发生过程中，排列在肾小囊中的上皮细胞是从肾脏间充质细胞经由MET过程获得的，而这些间充质细胞反过来又是从外胚层经由EMT过程演化而来的。在体节的形成过程中，轴旁间充质细胞需通过MET过程来形成上皮化的体节，随后上皮化体节又通过EMT形成生骨节。同样，在癌症和纤维化的发病机制中，EMT呈不同程度激发（从部分激发到全部激发），而且往往可逆，使细胞展现出可塑性，导致细胞处在一系列介于完全的上皮表型和完全的间充质表型（可以看做是EMT的终点）之间的状态。由此可见，EMT导致的不是单一的间充质状态，而是一系列的中间状态，伴随不同程度的上皮特征和间充质特征。这一发现给EMT研究团体带来了一个巨大挑战：在不同的生物学环境下，如何最好地把握EMT程序的多样性和可塑性。

发育、癌症和纤维化中的EMT

EMT研究领域的发展的一个驱动力是在发育和伤口愈合过程中发生在正常组织中的EMT，不过还有另一个驱动力是癌症和纤维化的发病机制。不同EMT的共同起点都是上皮表型中某些特征的下调。不过最重要的是，虽然现在人们已经意识到EMT程序并不是一个让细胞非上皮即间充质的二进制分流开关，但人们还不能确定这些离散的表型状态到底是沿着从上皮向间充质的方向（从E到M）依次排列，还是说这些离散的表型状态其实是连在一起作为一种缺乏明确边界或界限不可定义的状态而存在。这些中间状态对特定生物学环境中稳定状态的可指代程度也尚不明确。一系列的EMT中间状态可能导致同时具有这些中间特征的细胞之间的快速变换，这一过程被认为是细胞表型可塑性高的表现。此外，这些处于完全上皮表型和EMT终点的完全间充质表型之间的表型状态可能并不是呈谱状紧密排列的，而且在两种状态之间可能存在许多其他途径，也能将上皮细胞向间充质状态推进。最后一点，成年人体组织中在病理条件下激活了EMT程序的细胞通常会同时表达上皮分子标记和间充质分子标记，而且这些细胞很少会完成整个EMT程序，这说明“不完整的EMT过程” 并不是个例，而是常态。

1

发育

动物发育过程中，上皮来源细胞常常从初始位置长距离迁移至最终位置。细胞从上皮层分离并离开上皮层，以及之后的长距离迁移，都依赖于通过EMT获得的间充质状态。而且，在许多情况下，细胞会随后经历一个永久或暂时的逆转过程，通过MET转变为上皮状态（比如内胚层细胞），或者转变为另一个不同的状态（比如神经嵴细胞）。这种形态上的多变很大程度上和参与发育的EMT的上皮细胞密切相关，这些上皮细胞的范围包括从完全形成上皮细胞连接（包括紧密连接、黏附连接和/或桥粒连接）的细胞和完全形成下层基底膜（通过半桥粒与细胞相连，如羊膜的多能性外胚层细胞）的细胞，到非洲爪蟾和斑马鱼体内可以形成中内胚层的原始上皮细胞（这种细胞只具有顶端-基底面极性，细胞连接不完整）。

在很多情况中，类间充质状态的形成并不是因为细胞失去了全部的细胞连接，而是由于细胞连接和细胞溶解的本质与动力学因素，这或许也能解释为什么具有间充质特征的细胞会发生群体细胞迁移——即指迁移的细胞群似乎被各种类型的细胞连接固定在一起。在发生群体迁移并且部分通过钙黏蛋白介导的细胞接触作用固定在一起的细胞中，在黑腹果蝇、斑马鱼、非洲爪蟾和小鼠的内胚层和中胚层细胞中，以及在斑马鱼、鸡和非洲爪蟾的神经嵴细胞中，都可以观察到这种可塑的、类间充质表型。重要的是，并不是所有的上皮细胞迁移过程都涉及EMT，比如鸡胚原条形成之前鸡外胚层的形成过程。

2

癌症

最初为良性的癌症的多阶段过程中，上皮细胞会获得一些明显的间充质特性，使得这些细胞具有对相邻组织进行局部侵袭的能力，之后这些细胞会向远处的组织转移。这种侵袭能力增加的表型变化大多通过EMT的激活实现。癌症细胞也许能够在不激活EMT的情况下进行局部的群体细胞迁移，这可能是通过和发育过程中类似的群体细胞迁移机制实现的。然而，尚不清楚原发性癌细胞是否能够在不激活（至少不短暂激活）EMT过程的组成部分的情况下完成整个细胞转移播散的过程。癌细胞向上皮/间充质状态（E/M状态）转化的行为（也就是不完整的EMT）呼应了正常发育过程中上皮细胞的行为。癌症细胞经历的是一系列不同层次的表型状态，每一个状态都跟与上皮分子标记和间充质分子标记的结合相关。

其他EMT过程的激活，以及单细胞沿着从E到M的方向朝着不同状态变化的过程，都能广泛地在肿瘤内引发表型异质性。皮肤和乳腺原发性肿瘤的研究证实了这一观点，研究中发现了许多具有不同染色质景观和基因表达特征的E/M细胞亚群，这些细胞亚群在空间上常常位于肿瘤的特定区域。此外，混合的E/M状态在由原发性乳腺癌和肺癌及其转移释放的循环肿瘤细胞（CTC）中富集，表面上反映了正在形成的原发性肿瘤的细胞异质性。这种表型可塑性和异质性可能为癌细胞提供了更强的适应性和抗力性，使癌细胞能够对各种外部信号和生理压力作出响应。介于此，由于在随着转移性级联（框1）的多个步骤在不同组织之间迁移并到达不同组织的过程中，肿瘤细胞会遇到不同的微环境，所以各种混合的E/M表型可能会为肿瘤细胞在不同的环境中提供生存优势，如血液和淋巴管以及原发和继发肿瘤部位这类环境。肿瘤细胞起源的组织、EMT-TF表达产物的特定组合以及染色质修饰也可能对各种混合的E/M状态的表型异质性起到决定作用。

人体肿瘤实验观察结果和病理组织观察结果之间存在差异，引发了围绕EMT在癌症进展中的作用的长期争论，反映了在EMT相关的癌细胞表型存在的多样性。这种差异常常被认为是不同EMT分子标记的使用以及把特定EMT-TF作为EMT程序的分子标记来分析造成的；此外，不同组织中的EMT程序之间也可能存在差异。例如，在多瘤病毒中间 T 抗原（PyMT）驱动的乳腺癌模型中，转录因子Snai1和Twist1对癌细胞的转移起到重要作用，而胰腺癌模型中的癌细胞转移则不同，起作用的是转录因子Zeb1。更令人困惑的是，观察表明，处于不完整EMT过程的癌细胞可以通过翻译后调控的机制减少上皮表型，这就使得单纯着眼于EMT-TF对转录组的干扰的研究变得极具挑战。上述这些例子以及其他的一些例子说明，EMT程序的形式和相关EMT-TF的功能都是随组织环境背景变化的。而且，正如在胚胎发育中经常观察到的，癌症相关的EMT只会被部分激活或被短暂激活，导致完全的间充质表型的终末期标志物不能为癌症研究提供信息。还有另一个复杂的因素，就是EMT程序额外具备一些与典型的EMT调控不相关的特征，如细胞干性、细胞存活率、代谢变化，以及癌细胞对抗癌辅助治疗药物的耐药性。

框1| 转移性级联

转移过程被认为由以下几个连续的步骤组成（如图）。从最初位点开始逃逸（侵袭）需要上皮肿瘤细胞的细胞连接发生松动，变成运动性细胞（步骤1），并降解基底膜和胞外基质（ECM）；随着物理屏障被打破，这些细胞可以迁移并侵袭到附近的正常组织中（步骤2）。转移的下一步被称为“血管侵袭”，在这一过程中，肿瘤细胞沿内皮层入侵，渗入血管或淋巴管中，从而进入全身循环（步骤3）。似乎只有一小部分肿瘤细胞可以在循环中躲过剪切力的攻击，并从与稳定ECM的脱离导致的细胞凋亡（细胞与周围ECM分离时发生的一种程序性细胞死亡）中幸存。最后，部分幸存的细胞可能会滞留在远处器官的毛细血管内皮中，并通过毛细血管内皮渗出到这些器官的实质中（细胞渗出）（步骤4）。在新的基质环境中，一个更小的亚群成功形成（步骤5），从微小的生长（微转移）增殖发展为临床上可检测到的完全恶性的继发性肿瘤，并最终危及生命（次生生长）（步骤6）。上皮-间充质转化（EMT）的激活可以使肿瘤细胞具备迁移、侵袭、血管侵袭和渗出的能力。这些间充质细胞一旦抵达远处器官，就可以通过间充质-上皮转化（MET）逆转为更具有上皮特征的细胞，从而重新获得增殖能力，并在远处器官中形成次生生长。

3

纤维化

观察表明，EMT在许多不同类型的纤维化（包括肺纤维化、肝纤维化和肾纤维化）中都有发生，并对纤维化起到一定作用，在小鼠模型中EMT-TF的表达是纤维化发展的先决条件。在癌症进展中，EMT在器官纤维化中的作用一直是争论的焦点。纤维化组织中积聚的肌成纤维细胞的起源是这场辩论的一个中心问题。这些细胞代表一种特殊的成纤维细胞群，参与胶原分泌，从而参与间质纤维化的发展和进展，而间质纤维化是不同组织中疾病的主要成因。虽然早期的谱系示踪研究支持了肌成纤维细胞起源于EMT驱动的转化的假设，但是之后的谱系示踪分析没有提供令人信服的证据来证明上皮细胞是纤维化相关肌成纤维的前体。最近的研究表明，肾上皮细胞经历了对疾病进展至关重要的不完整EMT过程，但不直接参与肌成纤维细胞群的形成。相反，这些肾上皮细胞失去了正常的肾小管功能，这些受损的细胞向肾间质释放旁分泌信号，对微环境进行重塑。TGFβ的释放将现有的成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，而额外的细胞因子和趋化因子的分泌可能会将巨噬细胞招募到基质中。因此，受损的肾上皮细胞既可以促进纤维化，也可以促进炎症，这两者都是肾纤维化的标志。虽然，关于EMT对不同类型纤维化的作用的争论仍在继续，但对于证明EMT-TF表达的证据的需要，有力地说明EMT的激活确实是多种类型纤维化的发展所必需的。

EMT和EMT相关术语的定义

为了促进众多EMT过程的研究，加强EMT不同研究团体之间的讨论，我们提出以下有关EMT及相关术语的定义作为参考。我们建议研究人员遵循以下定义。

1

EMT

EMT是一个细胞表型变化的过程，该过程形式多样，常为可逆变化，在该过程中上皮细胞失去顶端-基底面极性，调节细胞骨架，细胞黏附的特征减少。细胞可以单独获得或群体获得间充质特征，细胞运动性和侵袭能力增强。通常，在一个完整的EMT之后，可以在中间丝内观察到角蛋白向波形蛋白的转换。在EMT过程中，上皮细胞中的皮层肌动蛋白微丝也会发生显著的重排。虽然完全的上皮细胞特征相对明确，但我们目前的知识还不允许我们用特定的细胞特征或分子标记物（也是所有EMT程序共同的终末产物）来定义间充质状态。

2

MET

MET是一种对EMT诱导的细胞表型的逆转变化，在该过程中，类间充质细胞可能会获得顶端-基底面极性，细胞骨架重组，细胞黏附增强，形成密集的上皮。MET发生在胚胎发育（如心脏发育、肾脏形态发生和体节形成）和癌症中。

3

内皮-间充质转化

与上皮细胞一样，内皮细胞的完整性取决于细胞连接、顶端-基底面极性以及与基底膜的相互作用。准确来讲，内皮-间充质转化（EndoMT）更多的是内皮细胞群中的现象，而且在很多方面都和EMT非常相似，除了E-钙黏蛋白被VE-钙黏蛋白取代这一点。由此，EndoMT可以削弱或破坏内皮细胞的功能完整性以及顶端-基底面极性，从而使内皮细胞获得运动性并发生侵袭行为，并且改变由某些EMT-TF驱动的基因表达。和EMT中的上皮细胞类似，已经激活EndoMT程序的内皮细胞会展现出一系列的中间状态或者不完整的表型，就和刚刚讨论的EMT一样。EndoMT最开始是在胚胎心脏发育中发现的，之后在心脏纤维化的背景中也有发现。

4

上皮-间充质可塑性

我们支持使用“上皮-间充质可塑性”（EMP）这一术语，并推荐大家使用该术语来描述细胞获得混合的E/M特征的能力，以及细胞在这些我们基于目前知识不能轻易分辨的、沿着上皮-间充质表型谱排列开来的E/M的中间表型之间来回切换的能力。这种可塑性有多种叫法，如不完整的EMT、混合的E/M状态、EMT亚稳态、EMT连续体和EMT谱；在所有这些情况中，细胞都会处于一种上皮特征（比如角蛋白）和间充质特征（比如细胞迁移）的混合状态，并表达分子标记。EMP指的是可以轻易在这些不同状态之间变换的能力，虽然这些状态在不同生物学环境下的稳定性是不同的。在发育、伤口愈合和癌症中可以广泛观察到EMP。除了间充质类型的细胞迁移之外，在中胚层的形成过程中还观察到EMP参与群体迁移——例如在管腔化形成和伤口愈合的过程中。EMP也和EMT程序的可逆性有关。经历EMT的上皮细胞产生的细胞群可能会进入一种具有不同比例的上皮和间充质特征的状态，且该过程可逆。人们认为EMP能够为细胞提供适应性和灵活性，从而满足发育或病理过程的各种条件。

5

EMT-TF

EMP或多或少会涉及转录调控，会出现这个现象的细胞培养和体内环境即使不占绝大多数，也有很多。研究发现，许多属于Snail、Twist和Zeb家族的转录因子都对细胞黏附、细胞迁移和ECM降解有控制作用，在许多生物学环境和生物体的EMT中发挥进化上高度保守的中心作用（表1）。值得注意的是，目前所有已报道的发育中的EMT过程都至少会涉及这些核心EMT-TF家族的成员中的一个。其他转录因子也会对某些环境条件下的EMT产生影响（补充材料表1）。不过，这些转录因子也参与其他细胞过程（如增殖、凋亡和细胞干性）。此外，这些EMT-TF中有许多也可由非上皮细胞表达，从成纤维细胞到造血前体细胞都可以表达，在涉及非上皮衍生物的癌症类型（黑色素瘤、胶质母细胞瘤和白血病）中也有表达，在这些癌症的肿瘤进展中发挥重要作用，常常超过了典型的EMT阶段。虽然我们用“EMT-TF”来描述EMT相关的转录因子，但是我们也要记住，单凭这些转录因子的表达不能说明有EMT发生。

表1 核心EMT转录因子及其首次报道的关键文献

关于EMT定义标准的建议

在现有的EMT相关文献中，细胞和分子描述符都有用于定义不同生物学系统中的EMT。对于如何更好地利用上述信息对EMT程序在不同的发育环境和病理环境中的巨大的复杂性和可塑性加以概括，我们在以下的内容中提出了许多关键性的建议。

EMT状态

不能只依据一个或几个分子标记评定

涉及某些上皮特征缺失和某些间充质特征获得的细胞行为的变化由EMT构成。EMT过程中发生的一系列复杂的细胞变化需要大量细胞因子的配合。根据这些细胞因子对EMT的参与，可以把这些细胞因子分为三组：EMT诱导信号、EMT-TF和定义并构成各种上皮细胞特征和间质细胞特征的EMT分子标记。在文献中，不同的细胞和分子描述符被用于定义不同的生物学环境中的EMT，这是造成语义混乱的首要因素。比如，有的研究把E-钙黏蛋白的缺失定义为EMT的指示现象，然而其他研究对此表示反对，认为角蛋白等上皮分子标记以某种水平持续表达说明该细胞没有经历EMT。考虑到EMT程序错综复杂的表现形式，很明显，推断任何生物过程中是否有EMT的参与都不能仅仅依靠一些类似E-钙粘蛋白和波形蛋白的显著的分子标记。

更重要的是，单个肿瘤细胞的表型状态可以用不同的EMT分子标记来表征，这就表明这些细胞可以同时表达上皮和间质基因，如前所述。为了对复杂的EMT程序进行调控，核心EMT-TF常以各种组合形式共表达，并涉及多个EMT-TF家族的成员，如Snai（Snai1和Snai2）和Zeb（Zeb1和Zeb2），具体取决于特定的生物学环境。重要的是，EMT调控因子在mRNA水平和蛋白水平的转录后调控都对EMT的控制十分关键。这种调控在只利用RNA的表达来探究EMT分子标记的研究中往往被忽视。这种专注于只用某种分子标记的表达来定义EMT程序的研究，不能体现EMT程序在不同发育环境和病理环境中的巨大的复杂性和可塑性。

定义的首要标准

细胞特征的变化和分子标记的表达，而非只靠分子标记

所有这些变化多端的EMT程序都有一个主要特征，就是上皮表型在最开始会发生不同程度不同形式的衰减和解构。上皮细胞具有一种复合体，可介导细胞间的作用，其中最显著的细胞间作用是黏附连接、紧密连接和桥粒连接。顶端-基底面极性会对上皮细胞中的紧密连接、黏附连接和桥粒连接进行正确引导。包括蛋白酶激活受体Par、极性蛋白Crumbs和极性蛋白Scribble复合体在内的极性复合体决定上皮细胞的顶端-侧壁结构域和基底部-侧壁结构域（图1）。在EMT的初期阶段，顶端-基底面极性的缺失往往是最先被观察到的，并可导致诸如侧膜的紧密连接和黏附连接一类的黏附复合体失去稳定，而且会激活EMT-TF。连接蛋白的编码基因的核心EMT-TF发挥转录抑制作用，使上皮的黏附连接和桥粒连接发生衰减和损失。通过转录后调控对E-钙黏蛋白等黏附连接蛋白进行胞质再定位是许多EMT模型中EMT启动的一项早期特征。

EMT程序的另一个关键功能，就是通过上皮细胞和间充质细胞分泌的胞外基质侵入细胞，给静止的上皮细胞提供迁移能力。这样一来，在EMT过程中，上皮细胞常常需要破坏基底膜，从而迁移离开其起源的上皮。经历过EMT的细胞，其迁移不一定需要失去所有的上皮特征，而中间丝由角蛋白向波形蛋白的转换可以强化细胞迁移。根据细胞黏附的损失程度，上皮细胞要么以间充质细胞行为方式发生单细胞迁移，要么发生群体迁移；通过虽被弱化但还有一定效用的相互作用，细胞间仍可保持连接。这说明，选定的分子标记的单一表达或表达缺失，不能准确体现EMT过程中这些受到严格调控的上皮结构的破坏、细胞运动性的获得和降解ECM的能力的获得。此外，关键蛋白复杂的翻译后修饰对于调控EMT过程中发生的复杂的细胞过程起着关键作用。基于这些原因，研究人员应该把EMT和MET描述为细胞生物学特性的功能性改变，而不要把大部分重点放在一小撮易于监测的分子标记的变化上。正是通过这种观点，我们对EMT的理解才能忠实地反映EMT在动物发育和病理事件中的作用（图1）。因此，只要是实验可以实现的EMT的评估，都应该把细胞特性和多重分子标记结合起来。

EMT的关键指示

EMT-TF等分子标记（但需结合细胞特征变化）

EMT过程中观察到的细胞的形态改变和功能改变一般是由基因表达的改变引起的。EMT-TF的功能直接或间接地造成了许多EMT（不是所有EMT）相关基因表达的改变，对EMT的驱动起到关键作用。大部分EMT程序确实和一个或多个核心EMT-TF表达的激活有关。虽然核心EMT-TF经常能激活EMT相关基因表达的改变（表1），但是研究显示有其他大量的EMT-TF和无数微小RNA以及长链非编码RNA（IncRNA）也都对多种EMT有影响，或者起着关键作用（补充材料表1）。通过翻译后修饰削弱β-连环蛋白或p120连环蛋白同E-钙黏蛋白之间的联系也可以大幅削弱黏附连接的黏附作用。EMT过程中一般可以观察到连接蛋白和极性蛋白表达减少。根据细胞类型和细胞在EMT程序中的进展，处于EMT过程中的细胞可能会开始发生波形蛋白的表达，角蛋白表达的抑制，关键整合蛋白表达的改变等等。这些基因表达的变化一般被视作EMT的指示或者EMT的标记，不过，考虑到EMT的复杂多变，在利用这些基因表达的变化对EMT的发生进行确定时需要谨慎思考。除了这几个小小的共性特征，很难确定其他变化对快速增长的文献中描述的所有EMT程序的不同形式是否有共同的影响。此外，利用我们现有的知识无法确知细胞在EMT过程中是否存在一种线性的生物学变化，也无法知道上皮细胞从连接的衰减或缺失开始是否有不同系列、不同方向的变化路线。

综合手段

找到可靠的EMT分子标记以及区分功能是否与EMT相关的方法

要分析EMT过程中细胞的状态一般需要用到特定生物学背景下的特定分子标记。为了能够评估细胞处于什么EMT阶段，可能需要用到一系列在特定生物学背景下制定的评价标准。要获得EMT分子标记的量化方法，就应该始终与EMT各状态的细胞分析和功能分析相结合（如前文所述）。重要的是，最新研究已将EMT和很多其他的细胞程序和细胞功能联系了起来，这些细胞程序和细胞功能包括癌细胞干度、抗凋亡作用、基因组不稳定性、癌细胞耐药性和代谢适应性。包括EMT-TF在内的许多EMT调控途径的组成部分也影响着其他重要的细胞功能和细胞表型，其自身也受到许多不同信号分子的调控，不过这些信号分子不一定参与典型的EMT。例如，Snai1/2和Twist1这类EMT-TF也能调控癌细胞的存活和癌细胞耐药性，目前还不知道细胞存活和耐药性是不是独立于EMT进行调控。同样，许多对基底膜破坏有重要作用的ECM重塑蛋白的调控既可以依赖于EMT，也可以独立于EMT。此外，虽然细胞可以通过EMT向不同的细胞命运转换，但是与EMT相关的细胞从上皮表型向更间充质的表型改变是与细胞分化或细胞去分化无关的。因此，应当着重注意，EMT的严格的细胞生物学定义是指细胞从上皮到间充质表型的细胞特征，而我们在检测不同生物学环境中的EMT作用时，需要时刻牢记这些EMT相关的细胞表型。

展望

基于Betty Hay的开创性发现，EMT的概念历经50年，发表了38000多份文献，现在这一概念已在生物医学研究中得到广泛应用。EMT的概念为发育和癌症的研究提供了一个统一的框架，EMT相关出版物数量的指数增长证明了这一点。在癌症诊断和治疗方面，这一框架为癌症生物学家取得进一步突破带来了希望；对于正常上皮和病理上皮的组织形成和形态发生，这一框架也为弥合发育生物学家和细胞生物学家在理解上的分歧带来了希望。为实现这一愿望，我们期待EMT研究团体就EMT相关术语的定义达成一致，在把EMT作为一个生物学过程的概念框架上形成共识，并为EMT实现可量化的分子描述符和细胞算法。本共识声明的所有作者都同意在未来的研究出版物中遵守本文提出的命名建议，并建议其他EMT研究团体和更大的生物研究团体的研究人员也遵循本文的定义指南。只有做到语义误解和数据错误的最小化，我们才能开始理解每种EMT的多样性，揭示EMT调控一直围绕发育和疾病的主要问题。

有些研究利用细胞系、发育系统和癌症模型发现，EMT诱发的表型具有多样性；这些研究还着重指出，EMT的发生和调控具有显著的复杂性。未来，为解析EMT程序的复杂性和可塑性，我们建议EMT相关研究在保持与传统发育生物学、细胞生物学和癌症生物学相联系的同时，也要向更加广阔的背景概念进行探索。近年来，EMT领域已经吸引了许多不同领域的研究人员，这些人中不乏系统生物学、生物物理学、干细胞生物学、病理学和数学建模的专家。这一有生力量势必会加强跨学科合作，推动EMT领域发展。我们期待未来EMT的研究可以采取多学科手段来增加对EMT机制的理解。特定的E/M混合状态的稳定性、或者E/M状态之间为响应微环境的不同信号发生的动态转换到底对癌症转移有多大影响，是癌症EMT领域的一项尚未解决的问题。鉴于EMT尚有诸多重要方面有待探索，EMT相关研究的推进需要技术的革新，从而实现从单细胞水平对发育中的EMT和癌症相关的EMT进行研究。这些技术革新将涵盖单细胞实时成像、谱系追踪、基因表达分析、基因修饰和表观遗传修饰。最后，数学建模与严谨实验分析的结合将为我们认识EMT可塑性的机制带来重要影响。

将目前所了解的EMT的异质性和可塑性代入临床实践是EMT领域的另一项重大挑战。虽然我们远没有理解EMT的异质性的功能意义，但一些临床试验已经纳入了EMT的可塑性这一概念，由此为新疗法应用EMT的异质性开辟了道路。通过对正常组织、原发性肿瘤、循环肿瘤细胞和肿瘤转移进行单细胞测序，结合细胞分析和功能验证，就可以把握EMT的多样性和可塑性，并有可能揭示肿瘤进展的分子变化和对治疗的不同反应。深入理解与这些肿瘤行为相关的EMT机制，可以给预防癌症转移的靶向治疗带来可能。例如，抑制EMT相关的细胞变化可能会减少早期癌症中癌细胞的转移，阻止发生转移的肿瘤细胞中的MET也许同样能够抑制癌症在远处器官中的转移性生长。实验和临床研究已经表明，癌症对各种疗法（包括化疗和免疫疗法）的耐药性的发展与EMT表型密切相关。这些研究说明，对EMT或能发生EMT的细胞进行靶向治疗有望可以克服耐药性，这也是癌症治疗中的一个主要挑战。

—END—

： ， 。   视频 小程序 赞 ，轻点两下取消赞 在看 ，轻点两下取消在看

Tags： 被引780次的113分Nature顶级子刊重磅综述，我帮你榨干了喂到嘴边！