腫瘤干細(xì)胞的研究新進(jìn)展

徐　富　姜　燕

【關(guān)鍵詞】腫瘤干細(xì)胞；干細(xì)胞；腫瘤

近年來隨著腫瘤干細(xì)胞(Cancer stem cells,CSC；或Tumour stem cells,TSC)在腫瘤組織中分離成功，并提出了腫瘤干細(xì)胞學(xué)說，為腫瘤研究提供了新的思路。腫瘤干細(xì)胞是存在于腫瘤組織中的一小部分具有干細(xì)胞性質(zhì)的細(xì)胞群體，均具有自我更新能力和不定向分化潛能，并可導(dǎo)致腫瘤發(fā)生?，F(xiàn)認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞是腫瘤形成及其不斷生長的根源。

1 腫瘤干細(xì)胞的分離及鑒定

1997年Bonnet等^[1]首次確認(rèn)了人類急性髓性白血病中腫瘤干細(xì)胞的存在，并成功分離出來。研究發(fā)現(xiàn)只有0．2%~1%的細(xì)胞亞群有持續(xù)的克隆形成能力,與造血干細(xì)胞有相似的表型，即CD34+CD38-Thy-細(xì)胞,這種細(xì)胞移植到NOD/SCID小鼠后能形成類似AML的腫瘤細(xì)胞。

Al-Hajj^[2]和Clarke^[3]等首次從人類乳腺腫瘤中分離出了腫瘤干細(xì)胞，即CD44+CD24-/lowLin-細(xì)胞，只需100個(gè)即能100%形成腫瘤，CD44+CD24+細(xì)胞不能形成腫瘤。這是首次在實(shí)體瘤中發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞的存在。

Ignatova^[4]等在人類腦部腫瘤中發(fā)現(xiàn)了CD133+腫瘤干細(xì)胞，為腫瘤干細(xì)胞的存在再次提供了強(qiáng)有力證據(jù)。Singh等^[5]從人腦瘤中分離出CD133+和CD133-腦瘤細(xì)胞，只有CD133+的腫瘤細(xì)胞才能在體外培養(yǎng)中形成腫瘤球，具有較強(qiáng)的自我更新能力及增殖致瘤能力，僅需100個(gè)細(xì)胞就可以使NOD/SCID小鼠形成新的腫瘤，并能連續(xù)傳代致瘤。而CD133-的腫瘤細(xì)胞數(shù)量雖占多數(shù)，卻不能使小鼠形成腫瘤。

Houghton等^[6]研究發(fā)現(xiàn)在慢性螺旋桿菌感染時(shí)，骨髓來源的干細(xì)胞會(huì)聚到胃黏膜處，并不斷增殖，久之發(fā)生化生、不典型增生及癌腫。

Baumann等^[7]發(fā)現(xiàn)肝癌干細(xì)胞不僅可分化為肝細(xì)胞癌,還可能為膽管細(xì)胞癌,或者兩者皆有的混合型腫瘤。原發(fā)性肝癌在早期階段受阻則表現(xiàn)為低分化肝癌，其表型介于肝細(xì)胞癌與膽管細(xì)胞癌之間；而在后期階段受阻則表現(xiàn)為肝細(xì)胞癌或膽管細(xì)胞癌。肝癌干細(xì)胞不同分化階段和不同程度的分化受阻，決定了肝癌的病理多態(tài)性。

Heidt等^[8]用人胰腺癌組織制成的細(xì)胞懸液中，候選干細(xì)胞標(biāo)志CD44、CD24和ESA的表達(dá)率為3%~8%，在傳代細(xì)胞中亦保持較為恒定的比例。以CD44、CD24和ESA為表型分選細(xì)胞分別在6/9和3/11只小鼠中成瘤，而未分選的細(xì)胞需相應(yīng)分選細(xì)胞數(shù)量的100倍始有腫瘤生長。因此認(rèn)為，CD44、CD24和ESA是胰腺腺癌腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志。

Collins等^[9]從前列腺癌組織中成功分離出表面標(biāo)志為CD44+/α2β1 hi/CD133+的腫瘤細(xì)胞,這種表型的細(xì)胞占來源惡性腫瘤細(xì)胞的0．3%~1．6%，具有克隆增殖及高度致瘤性，因此認(rèn)為，CD44+/α2β1 hi/CD133+表型細(xì)胞即為前列腺癌干細(xì)胞。

Kondo等^[10]發(fā)現(xiàn)體外長期培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞系中也存在類似的腫瘤干細(xì)胞，稱為邊緣細(xì)胞群(side population,SP)。這種SP細(xì)胞具有干細(xì)胞的特點(diǎn)，能夠?qū)⑼庠葱缘娜玖限D(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞而自身不被染色,普通細(xì)胞表面沒有這種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的存在而被染色。并在C6神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系、MCF7人類乳腺癌細(xì)胞系、B104神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系、Hela細(xì)胞系中分別找到了SP細(xì)胞，其含量0．4%~2．0%不等。

另外在室管膜瘤、皮膚癌、甲狀腺癌、膀胱癌及肺癌等^[11]也相繼發(fā)現(xiàn)了與正常干細(xì)胞相似表型的腫瘤干細(xì)胞。

2 腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)特點(diǎn)

腫瘤干細(xì)胞具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①無限的自我更新能力。腫瘤干細(xì)胞能夠產(chǎn)生與上一代完全相同的子代細(xì)胞，并通過自我更新維持著腫瘤的持續(xù)生長；②分化潛能，腫瘤干細(xì)胞能夠產(chǎn)生不同分化的子代瘤細(xì)胞,在體內(nèi)形成新的腫瘤；③高致瘤性，即很少量的腫瘤干細(xì)胞即能在體外培養(yǎng)生成人集落，很少量的腫瘤干細(xì)胞注入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)即可形成腫瘤，而一般腫瘤細(xì)胞形成腫瘤非常困難，或需要大量細(xì)胞；④耐藥性，腫瘤干細(xì)胞膜上多數(shù)表達(dá)ATP-bindingcassette(ABC)家族膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，這類蛋白大多可運(yùn)輸并外排包括代謝產(chǎn)物、藥物、毒性物質(zhì)、內(nèi)源性脂類物質(zhì)、多肽、核苷酸及固醇類等多種物質(zhì)，使之對(duì)許多化療藥物產(chǎn)生耐藥^[12]。目前認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞的存在是導(dǎo)致腫瘤化療失敗的主要原因。

3 腫瘤干細(xì)胞的起源

關(guān)于腫瘤干細(xì)胞的起源目前有不同的觀點(diǎn)和學(xué)說。但大多數(shù)學(xué)者支持來源于正常干細(xì)胞的觀點(diǎn)，認(rèn)為腫瘤的發(fā)生是因?yàn)轶w內(nèi)干細(xì)胞分化過程的停滯和阻斷，細(xì)胞失去正常調(diào)控而停止在分化的某一階段無限增殖形成。腫瘤干細(xì)胞的形成也是一個(gè)多階段的過程，也就是基因突變的捕獲及累積的過程，包括遺傳學(xué)及表遺傳學(xué)的改變。

3．1 正常干細(xì)胞在特定的分化階段停止分化或分化失常 正常干細(xì)胞存活時(shí)間長，有較多機(jī)會(huì)突變，并且可將突變傳給子代細(xì)胞。腫瘤干細(xì)胞與正常干細(xì)胞有許多共同的特性：①二者均具有自我更新和無限增殖能力；②均有較高的端粒酶活性以及擴(kuò)增的端粒重復(fù)序列，而人類終末分化體細(xì)胞不具或具有極低的端粒酶活性；③正常干細(xì)胞具有遷移的特性，腫瘤干細(xì)胞具有轉(zhuǎn)移的能力;④二者有許多相似的生長調(diào)控機(jī)制，如Wnt,Shh,Notch途徑。正常干細(xì)胞在體內(nèi)分化過程中受阻，細(xì)胞失去正常調(diào)控而停止在分化的某一階段并無限增殖，最后形成腫瘤。

根據(jù)胚胎干細(xì)胞能生成畸胎瘤的事實(shí)，提示正常干細(xì)胞與腫瘤發(fā)生很可能存在著密切的關(guān)聯(lián)。

3．2 成熟細(xì)胞的去分化 Uhrbom等^[13]研究證實(shí):缺失腫瘤抑制位點(diǎn)INK4a-ARF后，已分化的星形膠質(zhì)細(xì)胞可去分化為神經(jīng)前體細(xì)胞，在致癌因素條件下很容易產(chǎn)生惡性轉(zhuǎn)化引起神經(jīng)膠質(zhì)胚細(xì)胞瘤，由此看來，已分化成熟的細(xì)胞在某些關(guān)鍵基因突變的情況下也可能發(fā)生細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化，并變成腫瘤干細(xì)胞而獲得成瘤能力。另外，成熟細(xì)胞甚至可以通過不對(duì)稱核出芽分裂方式使細(xì)胞逃避衰老和凋亡而重新獲得自我更新的能力。

3．3 融合細(xì)胞學(xué)說 細(xì)胞融合是從酵母到人類所有生物體發(fā)育和生理活動(dòng)所必須的。當(dāng)干細(xì)胞和分化細(xì)胞融合后，融合細(xì)胞就具有干細(xì)胞特性。Bjerkvig等觀察到在病理?xiàng)l件下，干細(xì)胞和已經(jīng)出現(xiàn)腫瘤相關(guān)基因突變的細(xì)胞發(fā)生融合而成為腫瘤起源細(xì)胞。融合給予細(xì)胞更多去分化機(jī)會(huì)和對(duì)致瘤因子更易感，并重新獲得自我更新能力，在增殖中形成腫瘤。越來越多的證據(jù)表明細(xì)胞融合可能與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)。例如來源于移植腎的干細(xì)胞可遷徙到皮膚，通過分化或融合獲得角化細(xì)胞表型,并轉(zhuǎn)化成腫瘤。在人的成神經(jīng)管瘤和多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的腫瘤干細(xì)胞中觀察到染色體的紊亂也可能是由細(xì)胞融合引起的。細(xì)胞融合后的去分化或轉(zhuǎn)分化在腫瘤發(fā)生的起動(dòng)、形成和進(jìn)展期均可發(fā)生。

3．4 微環(huán)境與腫瘤干細(xì)胞的發(fā)生 微環(huán)境對(duì)于干細(xì)胞定位、增殖和分化具有關(guān)鍵意義，甚至決定干細(xì)胞的分化方向。細(xì)胞的增殖水平與分化方向要接受外界信息的指令。慢性組織損傷是腫瘤發(fā)生的原因之一,吸煙、飲酒、胃潰瘍、胃酸反流、炎性腸炎等因素均可引起損傷組織的不斷更新,干細(xì)胞長期處在細(xì)胞分裂和信號(hào)傳導(dǎo)途徑的激活狀態(tài)，如果無法還原到靜止期，干細(xì)胞就發(fā)展成為了腫瘤干細(xì)胞?；チ黾?xì)胞注入鼠囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)可以形成正常胚胎?；蛐驼５呐咛ジ杉?xì)胞向同系小鼠腹腔移植可產(chǎn)生極度惡性的腫瘤。上述結(jié)果提示正常干細(xì)胞，在異常微環(huán)境下可轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤干細(xì)胞。

6 研究腫瘤干細(xì)胞的意義

隨著腫瘤干細(xì)胞在更多的不同腫瘤組織中分離成功，更有力的證明了腫瘤干細(xì)胞的存在，同時(shí)為深入探討腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及評(píng)價(jià)預(yù)后等提供了新的理論依據(jù)，同時(shí)也為腫瘤的治療帶來了新的思路。研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌轉(zhuǎn)移的病灶、含前列腺癌干細(xì)胞數(shù)量明顯高于原發(fā)病灶比例，提示腫瘤干細(xì)胞越多，越容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)移，預(yù)后越差。乳腺癌也有類似情況。說明腫瘤干細(xì)胞與腫瘤的轉(zhuǎn)移及預(yù)后有關(guān)。由于腫瘤干細(xì)胞的耐藥性及大多處于休眠狀態(tài)，傳統(tǒng)的腫瘤化療藥物只對(duì)正在分裂的腫瘤細(xì)胞有效，不能有效殺滅腫瘤干細(xì)胞，最終導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和治療失敗。因此，只有殺滅腫瘤干細(xì)胞，才能達(dá)到根治腫瘤的目的。

根據(jù)腫瘤干細(xì)胞的特點(diǎn)，以及對(duì)微環(huán)境的要求，可通過對(duì)微環(huán)境的改變，來誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞的分化及凋亡，抑制腫瘤干細(xì)胞的增殖。尋找誘導(dǎo)分化的藥物。Jin等報(bào)道針對(duì)黏附分子CD44的單克隆抗體可顯著減少人AML小鼠模型體內(nèi)白血病細(xì)胞的增殖，其可能機(jī)制是通過改變維持干細(xì)胞特性的微環(huán)境從而誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞的分化。最近等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素不僅可以抑制白血病起始細(xì)胞，而且有助于恢復(fù)正常造血干細(xì)胞的功能。分離鑒定不同腫瘤患者的腫瘤干細(xì)胞的特異性標(biāo)志物，為腫瘤的個(gè)體化治療提供可能。通過對(duì)腫瘤干細(xì)胞的形成、分化、轉(zhuǎn)移等多方面來設(shè)計(jì)靶向治療藥物，是今后研究腫瘤治療的一個(gè)重要的方向。

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