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腫瘤是正常細胞癌變、失控所造成的結果。其生物學特徵主要表現爲了異常的形態、功能和代謝以及不受節制地生長。其中，無節制地生長這個特徵是産生衆多腫瘤特異性表現，如形態、細胞和病理特徵的主要原因。由於大量細胞快速堆積而導致腫塊形成，並且快速增生的癌細胞能夠向周圍的組織以及身體的其他部位轉移，從而産生了一系列的臨床症狀如疼痛、體重減低，甚至死亡。
1． 腫瘤的發生機制:
引起腫瘤細胞的原因有很多，即包括外界各種致癌因素，如化學物質、電離輻射、病毒等，又與DNA、遺傳、免疫和內分泌有關。
雖然人們都有機會接觸致癌因子，但並不是每個人都會得腫瘤。因此腫瘤的易感性在很大程度上取決於個人的遺傳素質。惡性細胞異常增殖和發展是因爲它們逃過了正常的細胞控制機制，而細胞之所以出現生長失控是由於控制細胞分裂的基因出現了異常或缺陷，例如白細胞中的基因異常導致了白血病的發生。因此，腫瘤也可以稱得上是一種遺傳或基因性的疾病。遺傳物質的改變特別容易出現在細胞增殖旺盛的階段，例如懷孕、幼年和早期童年。在這些階段中，許多器官和系統快速生長、發育，有無數的細胞分裂，因此正常細胞發生一個或幾個基因改變而轉變成惡性細胞的機會也相應增加。
腫瘤是一種多原因、多階段、多次突變所導致的疾病。幾乎所有的腫瘤都是起源於一個發生突變的細胞。在它們出現臨床表現時，一般都已存在了十年以上的時間。在這段時間內，癌變的細胞一般需要經歷4次突變，但突變數不會超過10個(圖1)。第一個突變使得突變細胞變得比正常細胞更容易分裂。這個突變細胞及其後代分裂十分活越，
被稱爲增生。
 在這階段的某一時刻，其中的一個細胞再次出現突變，這個細胞及其後代無節制分裂並表現出異常的外觀，通常稱之爲生長異常。其間，一個細胞又發生了一次突變，這個細胞及其後代無論從生長和外觀上來看，都呈異常表現。如果異變的細胞仍留在原位，則稱之爲原位癌。但如果其中一些細胞再次發生突變而使得腫瘤産生入侵其他器官的能力，則該腫瘤已轉變成惡性。由此可以看出，腫瘤的發生是上述突變積累的結果。這些突變使惡化的細胞具有增殖的迅速和/或阻斷了細胞凋亡的特點，或二個因素皆有。目前，分子生物學的研究結果表明，兩組基因（癌基因和腫瘤抑制基因）的異常在腫瘤的發生方面起著重要作用。當癌基因被啟動和/或腫瘤抑制基因發生丟失時，會導致癌變的出現。癌基因在正常情況下對細胞的生長、發育和發展起著調控作用。但是染色體片段的易位、點突變以及基因複製等過程卻可導致癌基因被異常地啟動，從而使細胞生長的調控出現異常而致癌；而腫瘤抑制基因的缺失則是通過一個細胞再次出現突變，丟失、重組、點突變等方式來達到的，這些變化的結果使得細胞的生長失去了抑制而導致癌症的産生。
2．腫瘤的生長特徵：腫瘤的生長特徵主要包括生長速度和生長方式兩方面。相對于正常細胞，腫瘤細胞的生長速度要快得多。一般來說，分化好的良性瘤生長較緩慢，而分化差的惡性瘤生長則較快速。臨床上腫瘤增加一倍的時間約爲20-120天；如果一個腫瘤是從一個細胞開始的，大概需要30個倍增時間才能形成一個含有10億個細胞、約1釐米大小的腫瘤結節。從生長方式來看，腫瘤的生長包括膨脹性生長、浸潤性生長和外生性生長。膨脹性生長是大多數惡性瘤的生長方式。隨著腫瘤的增大，它向四周擴張，擠壓周圍的組織，但不侵入鄰近組織。這種腫瘤在臨床上主要表現爲壓迫和阻塞症狀。浸潤性生長是惡性腫瘤的主要生長方式（圖2A）。惡性腫瘤細胞由於失去了接觸性抑制，具有侵襲和轉移的能力。腫瘤向周圍組織延伸，如樹根一樣侵入周圍組織間隙、血管和淋巴管等，與周圍組織難以分開。因此，手術不易切除，術後易復發。
3．腫瘤形態與組織結構特徵：
腫瘤的數目可以是單一的，也可在多個組織同時或先後出現，呈多發瘤形式。從外觀上來看，腫瘤的形態多種多樣，
可以呈結節狀、分葉狀、息肉狀、乳頭狀、菜花狀、囊狀及潰瘍等（圖2B）。生長在皮膚及粘膜表面的腫瘤常呈息肉狀、乳頭狀和菜花狀，而生長在器官及組織內部的多爲結節狀、分葉狀或囊狀。另外，腫瘤的大小也不一致，從肉眼觀察不見到幾十公斤，例如卵巢囊腺瘤可達40公斤。從顔色上來看，腫瘤多呈灰白色，但也根據瘤組織中的血液多少而呈現不同的顔色。腫瘤的硬度取決於主質的性質和間質纖維的多少，如脂肪瘤最軟，而骨瘤則非常堅硬。
組成腫瘤的組織種類繁多，但基本上可分爲主質（parenchyma）和間質（stroma）。主質指癌細胞，它決定著腫瘤的特性。而間質是含有血管和淋巴管的纖維組織，用於供給主質營養和起支架的功能。
一般來說，良性腫瘤與其起源組織很相似，因此可以從腫瘤的結構來判斷其來源。例如，纖維瘤與正常纖維組織很相似，只是其排列方式與正常組織不同，程編織狀。惡性腫瘤則與其起源組織相差很多，細胞排列混亂、失去了正常的層次與結構，例如在纖維細胞瘤中，腫瘤細胞多、纖維少、排列紊亂，與正常的正常纖維組織結構相差很遠。
4．腫瘤細胞的形態學特徵：腫瘤細胞與正常細胞的區別在於其分化程度相對低下，達不到正常細胞的成熟程度。良性腫瘤細胞分化程度高，與其起源組織相似；而惡性腫瘤細胞則分化程度差，其形態與功能代謝與正常細胞差別很大，表現爲大小不一、形狀不規則。其中，較突出的變化包括細胞核及細胞骨架的改變，它們在決定腫瘤的臨床特性方面具有重要作用。
① 細胞核：腫瘤細胞的細胞核形狀和結構都與其起源的正常細胞産生了明顯的差異。細胞核變大，形狀不規則。由於DNA合成增加，染色質數量也相應增加，因此，出現染色體粗大、深染、分佈不均。同時，由於蛋白質合成需求量增加，核仁中的rRNA也增多，核仁明顯增大、數目增加。另外，常出現病理核分裂相，如不對稱性、多極性分裂相等（圖3）。這些變化成爲腫瘤診斷和分期的重要指標。
② 細胞骨架：電子顯微鏡下發現細胞的微絲和微管的分佈和活性發生了變化。這些變化導致了細胞外形、與鄰近細胞的關係、以及細胞的粘著性和運動的改變。腫瘤細胞的細胞與細胞間、細胞與細胞基質間的粘著性降低了，這種粘著性的降低使得細胞能夠運動、遷移以致擴散。這是惡性腫瘤容易脫落，發生浸潤和轉移的原因之一。
③ 其他的變化：腫瘤細胞的其他細胞器如線粒體、內質網和高爾基器等往往不發達，大小不一，形狀怪異、分佈不規則。另外，腫瘤細胞還可以産生一些酶，這些酶將周圍屏障消化，使得它們能夠侵襲的鄰近的組織。
5．腫瘤細胞的代謝特徵：腫瘤細胞由於生長活躍，所以代謝很旺盛。雖然在質方面，腫瘤細胞的
代謝與正常細胞相同，但在量上，有明顯的改變。例如，腫瘤細胞主要利用無氧糖酵解來獲取能量，這可能是由於線粒體的功能障礙所造成的。另外，如前所述，腫瘤細胞中DNA和RNA的合成也顯著增高，這些遺傳物質的升高與腫瘤細胞的分裂和繁殖相關。腫瘤細胞中酶的變化則較複雜，有的升高而有的酶含量降低。例如，氧化酶（細胞色素氧化酶及琥珀酸脫氫酶）減少，而前列腺癌中酸性磷酸酶則明顯增加。另外，蛋白質代謝也明顯增高，用以滿足細胞生長的需要。
6．腫瘤標誌物（tumor markers）：腫瘤標誌物是腫瘤細胞合成的或是機體針對腫瘤發生反應所産
生的蛋白質，這些蛋白有些是腫瘤特異性的，而有些在其他腫瘤中也含有。其中特異性標誌物包括腫瘤特異性抗原，腫瘤特異性酶和腫瘤特異性激素。可以用這些標誌物對臨床腫瘤的早期診斷、治療效果評價、預後有重要意義。用來篩選的標誌物應該對那些處於早期、無症狀並且可以治療的腫瘤病人具有高度特異性，例如前列腺抗原（PSA）可以用於前列腺癌的篩選。用於預後和殘存腫瘤的檢測的標誌物的例子有癌胚抗原（CEA），可以用它來測量結腸直腸的惡性程度。CEA水平升高提示腫瘤復發及預後較差。目前只有爲數不多的標誌物較爲明確，而大多數仍處於研究當中。對這些標誌物的研究將對腫瘤的診斷和預防具有重大意義。
7．其他的腫瘤相關特徵：除了上述的腫瘤生物特徵之外，目前正在廣泛研究的領域還包括腫瘤相關基因（癌基因、抑癌基因、易感基因）；細胞凋亡與細胞分化；細胞周期與信號傳遞；基因工程和基因工程抗體；細胞因數；腫瘤耐藥與逆轉；腫瘤轉移與逆轉，腫瘤免疫學等。闡明這些機制，將對腫瘤的預防和治療産生深遠的影響。
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