頭頸部癌腫瘤干細(xì)胞候選標(biāo)志物的研究進(jìn)展

劉 涵，肖 晶

(大連醫(yī)科大學(xué) 口腔醫(yī)學(xué)院 口腔基礎(chǔ)教研室，遼寧 大連 116044)

近年來，許多學(xué)者提出了腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cell，CSC)假說，即腫瘤組織中存在極少量的腫瘤細(xì)胞，此類細(xì)胞具有無限自我更新的潛能，在啟動腫瘤形成和生長過程中起著決定性的作用。

1994年，Lapidot等[1]首次通過特異細(xì)胞表面標(biāo)志分離出了人急性粒細(xì)胞性白血病干細(xì)胞(leukemic stem cell，LSC)，發(fā)現(xiàn)只有LSC才具有不斷自我更新維持其惡性顯型的能力，從而證明了腫瘤干細(xì)胞的客觀存在。2003年，Al-Hajj等[2]率先在人乳腺癌中分離純化出了乳腺腫瘤干細(xì)胞(breast cancer initiating，BRCa-IC)。這類細(xì)胞僅占腫瘤細(xì)胞的2%，并且具有極強(qiáng)的自我復(fù)制更新能力與不斷分化能力。BRCa-IC的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了實(shí)體腫瘤干細(xì)胞的存在。

研究腫瘤干細(xì)胞的首要工作就是其表面標(biāo)志物的篩選與鑒定。國內(nèi)外利用腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物已從多種上皮性來源的實(shí)體瘤中篩選出了腫瘤干細(xì)胞，但對頭頸部癌干細(xì)胞表面特異性標(biāo)志物尚無統(tǒng)一的結(jié)論。本文就近年來腫瘤干細(xì)胞候選標(biāo)志物在頭頸部癌和其他上皮性實(shí)體瘤中的研究進(jìn)展綜述如下。

1 腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物在上皮性實(shí)體瘤中的研究

1.1 CD44

CD44是細(xì)胞粘附分子(CAM)家族中的一種糖蛋白，是透明質(zhì)酸類的主要受體。人類CD44基因位于11q13，全長約50 kb，共由20個(gè)高度保守的外顯子組成。正常情況下，CD44主要參與淋巴細(xì)胞的激活以及細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與間質(zhì)間的特異性粘附過程。

2003年，Al-Hajj等[2]通過特異性的細(xì)胞表面標(biāo)志率先在人的乳腺癌中分離純化出了以Lin-ESA+CD44+CD24-/LOW為特異細(xì)胞表面標(biāo)志的BRCa-IC。這類細(xì)胞僅占腫瘤細(xì)胞的2%，并且在NOD/SCID小鼠的成瘤能力至少是其他腫瘤細(xì)胞的50倍，即使少于100個(gè)細(xì)胞也能夠在體內(nèi)成瘤，同時(shí)也可在小鼠體內(nèi)連續(xù)傳代。這種轉(zhuǎn)移瘤既有BRCa-IC，又含有其他腫瘤細(xì)胞。這提示，極強(qiáng)的自我復(fù)制更新能力與不斷分化能力是BRCa-IC的兩個(gè)主要特性。Ponti等[3]對從患者乳腺癌組織來源的癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞系進(jìn)行體外培養(yǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)液中均含具有自我更新能力的未分化細(xì)胞，其表面標(biāo)志為CD44+/CD24-/Cx43-。CD44+細(xì)胞過表達(dá)于新生血管因子和細(xì)胞保護(hù)因子，將103個(gè)CD44+細(xì)胞注射到NOD/SCID 小鼠乳腺脂肪墊時(shí)可形成新的腫瘤。

1.2 CD133

CD133是一種人造血干細(xì)胞的跨膜糖蛋白，分子量為120 kDa，為單拷貝的基因產(chǎn)物。該基因位于4p15，包含37個(gè)外顯子，由865個(gè)氨基酸組成。

當(dāng)用可引起細(xì)胞分化的丁酸鈉處理結(jié)腸癌HT29 和Caco2細(xì)胞系后，其CD44和CD133陽性表達(dá)均下降，且CD44下降率高于CD133。因此，CD44被認(rèn)為更適合作為未成熟癌細(xì)胞的表面標(biāo)志物[4]。為了進(jìn)一步證明CD44+/CD133+的致瘤性，將CD44+/CD133+、CD44+/CD133-、CD44-/CD133+及CD44-/CD133-細(xì)胞分別注入同一只小鼠的不同部位，發(fā)現(xiàn)僅有CD44+/CD133+組具有致瘤性。O’Brien 等[5]將CD133抗體注入來源于患者結(jié)腸癌的腫瘤細(xì)胞并植入NOD/SCID小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)僅需 100 個(gè)具有 CD133+表型的結(jié)腸癌細(xì)胞就能形成腫瘤，而 CD133-表型則至少需 2.5×105才能形成腫瘤。因此，CD44+/CD133+被認(rèn)定為人結(jié)腸癌干細(xì)胞標(biāo)志物。

Collins等[6]用免疫磁珠和膠原粘附法從前列腺癌中篩選純化出了分子標(biāo)記為 CD44+/α2β1hi/CD133+的腫瘤細(xì)胞。此類細(xì)胞只占細(xì)胞總量的0.1%，可分化成多種細(xì)胞類型，有高度的增殖潛能，同時(shí)在體外培養(yǎng)的細(xì)胞克隆形成率和增殖潛能明顯大于同一組織來源的表型為CD44+/α2β1hi/ CD133-或 CD44+/α2β1low的細(xì)胞群。

Milsom等[7]發(fā)現(xiàn)在高致瘤性的人皮膚基底細(xì)胞癌細(xì)胞系A(chǔ)431中有小群細(xì)胞亞型(占腫瘤細(xì)胞的0.5%)具有異質(zhì)性，均呈CD133強(qiáng)表達(dá)。利用免疫磁珠分選法發(fā)現(xiàn)CD133陽性細(xì)胞表面高表達(dá)凝血激酶抗原，提示了此群腫瘤細(xì)胞具有較強(qiáng)侵襲性和促凝血作用。

1.3 ABCG2

ABCG2 (ATP-binding cassette superfamily G2)是ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族的成員之一，是一種P-糖蛋白。其基因定位在4q22，由16個(gè)外顯子和15個(gè)內(nèi)含子組成。

1996年，Goodell等[8]首次利用流式細(xì)胞儀在小鼠骨髓中分離出一小群SP(side population)細(xì)胞，因其有極強(qiáng)的外排染料功能而呈現(xiàn)Hoechst33342(核酸結(jié)合染料)低染。這群細(xì)胞不僅表達(dá)造血干細(xì)胞的表面標(biāo)志，而且僅正常量的千分之一即可重建骨髓造血系統(tǒng)，因此此法常被用于未知表面標(biāo)志的干細(xì)胞分選。近幾年研究顯示SP表型與ABCG2表達(dá)呈強(qiáng)相關(guān)[9]，即在不同來源的SP細(xì)胞均呈高表達(dá)，提示ABCG2可作為SP細(xì)胞的表型標(biāo)記物。

張弦等[10]利用免疫磁珠分離技術(shù)獲取了人卵巢癌A2780細(xì)胞系中ABCG2+表型細(xì)胞，占總細(xì)胞數(shù)2%左右，與流式細(xì)胞法分選出SP細(xì)胞數(shù)量相近。在細(xì)胞體外克隆形成實(shí)驗(yàn)中，ABCG2+細(xì)胞克隆率略高于ABCG2-細(xì)胞，差異無顯著性意義，但ABCG2+細(xì)胞對化療藥物耐受能力則明顯高于ABCG2-細(xì)胞。

1.4 Oct-4

Oct-4屬于POU轉(zhuǎn)錄因子家族中的一員，是由POU5F1基因編碼產(chǎn)生的，定位于6p21.3，是胚胎早期發(fā)育中起重要作用的干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子。它不僅是細(xì)胞全能性的重要標(biāo)志，也是維持細(xì)胞多能性的重要轉(zhuǎn)錄因子。在低密度細(xì)胞培養(yǎng)的卵巢癌細(xì)胞系中，可分選出的具有卵巢癌干細(xì)胞特性的兩種細(xì)胞系A(chǔ)2和A4-T，均表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)記分子Oct-4、Nestin及Nanog，將該細(xì)胞注入小鼠體內(nèi)可形成腫瘤[11]。

2 腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物在頭頸部癌中的研究進(jìn)展

2007年，Prince等[12]首次利用免疫缺陷小鼠模型，測試原發(fā)性未經(jīng)治療的人頭頸部鱗癌病例里不同類型腫瘤細(xì)胞的成瘤能力。發(fā)現(xiàn)有一小群CD44+腫瘤細(xì)胞(占腫瘤細(xì)胞比例<10%)，具有自我更新、增殖分化和體內(nèi)成瘤能力，在RNA和蛋白水平都高表達(dá)于干細(xì)胞相關(guān)基因Bmi-1。同年，在頭頸部鱗癌CaLH2和CaLH3細(xì)胞系的克隆集落中，發(fā)現(xiàn)增殖活性強(qiáng)的全克隆細(xì)胞表面高表達(dá)β-catenin和CD44，高表達(dá)β-catenin和CD44的克隆集落被認(rèn)為存在不斷自我更新增殖的腫瘤干細(xì)胞[13]。

Atsumi等[14]從頭頸部咽癌Gun-1細(xì)胞系中分離出CD44+細(xì)胞。同時(shí)，高表達(dá)CD133和ABCG2，并具有體外腫瘤形成、增殖、轉(zhuǎn)移、侵襲以及一定的抗化療能力，在CD44+細(xì)胞群中與抗化療相關(guān)的基因ABCB1，ABCG2，CYP2C8和TERT等也呈正調(diào)節(jié)。在對人喉癌細(xì)胞系Hep-2的研究中，發(fā)現(xiàn)有3.22%的微量細(xì)胞CD133呈陽性表達(dá)，CD133+癌細(xì)胞有比其他細(xì)胞亞群強(qiáng)的體外分化和增殖能力[15]。

Zhang等[16]利用流式細(xì)胞術(shù)在口腔鱗癌細(xì)胞中分離篩選出的SP細(xì)胞，在裸鼠體內(nèi)具有成瘤能力，可高表達(dá)ABCG2、ABCB1、CD44、Oct-4、Bmi-1、NSPc1和CK19基因。在其他的研究中，體外培養(yǎng)口腔鱗癌細(xì)胞可形成腫瘤球，此細(xì)胞球富含腫瘤干細(xì)胞并可高表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物和ABC運(yùn)載體基因(Oct-4， Nanog， CD117， Nestin， CD133和ABCG2)[17]。而Nanog/ Oct-4/ CD133三者的陽性表達(dá)與口腔癌患者較差的預(yù)后具有相關(guān)性。

宋娟等[19]研究發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子Oct-4在口腔鱗癌的小部分癌細(xì)胞中呈高表達(dá)。這些少量的具有多潛能分化的腫瘤干細(xì)胞具有誘發(fā)并維持口腔鱗癌惡性表達(dá)的能力。同時(shí)認(rèn)為惡性程度越高，腫瘤干細(xì)胞所占的比例越大。王開等[20]在對舌鱗癌細(xì)胞系Tca-8113研究時(shí)發(fā)現(xiàn)其具有異質(zhì)性，僅有約5.09%的腫瘤細(xì)胞具有持續(xù)增殖并形成細(xì)胞克隆的能力。

目前認(rèn)為，腫瘤治療后的復(fù)發(fā)可能與腫瘤干細(xì)胞的存在有關(guān)，消除腫瘤干細(xì)胞是腫瘤治療成功、防止復(fù)發(fā)的關(guān)鍵。然而迄今為止，雖然通過特定表面標(biāo)記物，已從多種上皮性來源的實(shí)體瘤中篩選出了腫瘤干細(xì)胞，如乳腺癌[2]、前列腺癌[6]、卵巢癌[11]、結(jié)腸癌[4]以及頭頸部鱗癌[14]等。但由于實(shí)體性腫瘤本身干細(xì)胞數(shù)量少，腫瘤干細(xì)胞標(biāo)記物的特異性較低，仍給分離及鑒定腫瘤干細(xì)胞帶來很大的困難。大多數(shù)研究者都是通過體外細(xì)胞系培養(yǎng)和動物體內(nèi)成瘤模型方式來研究腫瘤干細(xì)胞的自我更新及增殖能力的。但此結(jié)果是否能真實(shí)反映腫瘤干細(xì)胞在體內(nèi)及腫瘤組織內(nèi)的存在、作用及機(jī)制，仍有待研究。

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