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癌細胞有3個基本特征：不死性、遷移性和失去接觸抑制。當然，癌細胞還有許多不同于其他正常細胞的生理、生化和形態特征。
（一）癌細胞的形態特征
癌細胞大小、形態不一，通常比它的源細胞體積要大，核質比顯著高于正常細胞可達1：1，正常的分化細胞核質之比僅為1：4--6。并可出現巨核、雙核或多核現象。核內染色體呈非整倍態（aneuploidy），某些染色體缺失，而有些染色體數目增加。正常細胞染色體的不正常變化，會啟動細胞凋亡過程。但是癌細胞中，細胞凋亡相關的信號通路產生障礙，也就是說癌細胞具有不死性。
線粒體表現為不同的多型性、腫脹、增生，如肝癌細胞中出現巨線粒體。細胞骨架組裝不正常。同時，細胞表面特征改變，產生腫瘤相關抗體。
（二）癌細胞的生理特征
細胞周期失控，具有遷移性，細胞黏著和連接相關的成分（如ECM、CAM）發生變異或缺失，相關信號通路受阻，細胞失去與細胞間和細胞外基質間的聯結，易于從腫瘤上脫落。許多癌細胞具有變形運動能力，并且能產生酶類，使血管基底層和結締組織穿孔，使它向其他組織遷移。正常真核細胞，除成熟血細胞外，大多需黏附于特定的細胞外基質上才能抑制凋亡而存活，稱為定著依賴性（anchoragedependence）。腫瘤細胞失去定著依賴性，可以在瓊脂、甲基纖維素等支撐物上生長。去分化現象，已知腫瘤細胞中表達的胎兒同工酶達20余種。胎兒甲種球蛋白（甲胎蛋白）是胎兒所*的。但在肝癌細胞中表達，因此可做肝癌早期檢定的標志特征。
體外培養的癌細胞對生長因子的需要量顯著低于正常細胞，因為自分泌或其細胞增殖的信號途徑不依賴于生長因素。某些固體瘤細胞還能釋放血管生成因子，促進血管向腫瘤生長，獲取大量繁殖所需的營養物質。正常細胞移植到宿主體內后，由于免疫反應而被排斥，多不易存活。但是腫瘤細胞具有可移植性，如人的腫瘤細胞可移植到鼠類體內，形成移植瘤。
腫瘤組織代謝旺盛，DNA和RNA聚合酶活性均高于正常組織，核酸分解過程明顯降低，DNA和RNA的含量均明顯增高。蛋白質合成及分解代謝都增強，但合成代謝超過分解代謝，甚至可奪取正常組織的蛋白質分解產物，結果可使機體處于嚴重消耗的惡病質（cachexia）狀態。線粒體功能障礙，即使在氧供應充分的條件下也主要是糖酵解途徑獲取能量。與3個糖酵解關鍵酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶）活性增加和同工酶譜的改變，以及糖原異生關鍵酶活性降低有關。
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