肾癌是来自肾小管上皮，生长速度一般较慢，但有时可很快，绝大多数有一层纤维包膜包裹，可生长于肾实质的任何部位。质硬，表面血管大多呈扩张。发现时体积大小不一。大多是单个的，少数有多个的。肿瘤可侵入肾实质，也可浸润肾包膜并穿入肾周围脂肪。其切面大多呈淡黄色或橘黄色，生长速度较快的区域呈白色，有出血的区域呈暗红色，含脂质较多的部分呈金黄色并发亮。较大的肿瘤常可见到有坏死区，坏死组织液化后质地呈囊状。有时肿瘤中有血肿。少数肿瘤可见到有不规则散在的钙化区。钙化的是否存在与肿瘤的恶性程度无关。
在显微镜下构成肾癌的主要细胞是透明细胞。这些细胞的核小而染色很深。胞浆透明含有丰富的脂质和糖原。另一类是颗粒细胞（又称暗细胞），这种细胞的胞浆充满细小的颗粒。80%左右的肿瘤组织由透明细胞或透明细胞和颗粒细胞混合组成。一般认为如颗粒细胞比较活跃，其恶性程度就较透明细胞为高。有时肾癌细胞可形成乳头状，称为乳头状腺癌，细胞核染色较深但分裂相不多，这种肾癌较易出血。此外还可有恶性程度很高的未分化癌。细胞呈梭形，核较大，分裂相很多，呈肉瘤样结构。
肾癌可通过原发肿瘤逐步向邻近组织和器官侵犯而播散，也可通过淋巴管或静脉向外转移。 低度恶性的肿瘤常保持完整的包膜，虽然体积巨大，仍可没有转移。恶性较高的肾癌，虽肉眼看来肿瘤包膜完整，但在显微镜下癌细胞往往已浸润和穿出包膜，随着肿瘤的长大而侵入肾周围脂肪。肾癌的继续向外发展可穿破肾周围筋膜而侵入邻近器官，其中较常见者为结肠。此外，尚可侵入肝、脾、胰腺、肾上腺及横膈等。向内侵入肾盂后常发生血尿，在肾盂造影图上的表现类似肾盂肿瘤。
据统计，有25%左右的肾癌都有淋巴结转移，主要是肾蒂、主动脉及下腔静脉周围的淋巴结（区域淋巴结）。 肾癌有向静脉侵入的倾向。在静脉（肾内静脉、肾静脉及下腔静脉）内形成癌栓，并可通过静脉向远处转移。
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