頭頸部鱗癌腫瘤干細(xì)胞的研究進(jìn)展*

王景濤綜述,季 平審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院 400016）

鱗癌占口腔頜面部惡性腫瘤的90%[1],盡管在腫瘤學(xué)和手術(shù)學(xué)方面取得了巨大的進(jìn)展,但是頭頸部鱗癌的復(fù)發(fā)率和病死率仍然居高不下。近年來隨著對(duì)腫瘤研究的不斷發(fā)展,研究者發(fā)現(xiàn)某些腫瘤細(xì)胞與干細(xì)胞具有相似的生長(zhǎng)調(diào)控機(jī)制,腫瘤細(xì)胞中也存在等級(jí)現(xiàn)象和異質(zhì)性,由此提出了腫瘤干細(xì)胞的概念,也稱之為癌干細(xì)胞[2]。目前對(duì)腫瘤干細(xì)胞的研究越來越多,并在多種器官的腫瘤中已證實(shí)了腫瘤干細(xì)胞的存在。本文將對(duì)頭頸部鱗癌腫瘤干細(xì)胞的研究進(jìn)展作一綜述。

1 干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞

干細(xì)胞指的是具有自我更新、無限增殖及多向分化能力的細(xì)胞群體,可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。當(dāng)機(jī)體新陳代謝受到外傷、疾病等損傷時(shí),這些干細(xì)胞被激活,并按照發(fā)育途徑通過分裂而產(chǎn)生分化細(xì)胞,替代衰老死亡或損傷的細(xì)胞。

干細(xì)胞的研究是從造血干細(xì)胞開始的。1961年 Till和Mcculloch利用小鼠脾結(jié)節(jié)實(shí)驗(yàn)技術(shù)首次證實(shí)造血干細(xì)胞的存在,并描述了造血干細(xì)胞的生物學(xué)性質(zhì),即具有自我更新能力和多向分化的潛能。這也是目前認(rèn)為的干細(xì)胞的基本特征[3]。直到1997年Dick實(shí)驗(yàn)室首次分離到急性白血病干細(xì)胞,腫瘤干細(xì)胞的研究才逐漸升溫。Reya等[2]在2001年提出腫瘤干細(xì)胞學(xué)說,認(rèn)為在腫瘤組織中存在極少量腫瘤細(xì)胞充當(dāng)干細(xì)胞的角色,具有無限增生的潛能,在啟動(dòng)腫瘤形成和生長(zhǎng)中起著決定性的作用。自此根據(jù)腫瘤干細(xì)胞學(xué)說,眾多學(xué)者開始關(guān)注腫瘤干細(xì)胞領(lǐng)域,開始尋找各種腫瘤中的腫瘤干細(xì)胞。但是由于實(shí)體瘤的特殊性,直到2003年AI-Hajj等[4]在乳腺癌中發(fā)現(xiàn)了表型為CD44+/CD24-的一群細(xì)胞具有腫瘤干細(xì)胞的各種特性。這是第一次在實(shí)體瘤中發(fā)現(xiàn)了腫瘤干細(xì)胞,并鑒定了其生物學(xué)特性,為人類研究腫瘤并最終治愈腫瘤打開了新的一頁。Taga[5]和Patrawala等[6]研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)腫瘤細(xì)胞系中存在少數(shù)側(cè)群（side population,SP）細(xì)胞,體外培養(yǎng)的SP細(xì)胞具有干細(xì)胞的特性。另外,與非SP細(xì)胞不同的是,它能在裸鼠體內(nèi)高效地生成移植瘤。至今研究人員已經(jīng)分別從白血病[3,7]、乳腺癌[4]和膠質(zhì)瘤[8-9]中分離到具有自我更新和分化能力以及特異表面標(biāo)志的腫瘤干細(xì)胞[10-12]。由此證實(shí)了腫瘤是干細(xì)胞疾病的理念,腫瘤具有功能異質(zhì)性,在腫瘤組織中只有一小部分腫瘤細(xì)胞才有成瘤及維持惡性顯型的作用[4],而其余的大多數(shù)細(xì)胞,則經(jīng)過短暫的分化,最終凋亡[13],即腫瘤干細(xì)胞是腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移的源泉[2]。腫瘤組織的異質(zhì)性是解釋腫瘤干細(xì)胞之所以具有多向分化潛能的原因[2,14]。

干細(xì)胞之所以更有可能是腫瘤干細(xì)胞來源的原因有：（1）干細(xì)胞在機(jī)體內(nèi)存留的時(shí)間最長(zhǎng),這就使其比其他的細(xì)胞更有可能獲得突變而成為腫瘤的機(jī)會(huì)[15]；（2）干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞具有相似的表面標(biāo)志物和信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)[16]；（3）具有極強(qiáng)的自我復(fù)制更新能力,能夠產(chǎn)生與上一代完全相同的子代細(xì)胞。因此干細(xì)胞以及其祖細(xì)胞或者是具有多向分化潛能的細(xì)胞都有可能受到遺傳因素、表觀遺傳因素影響惡性轉(zhuǎn)移而成為腫瘤干細(xì)胞繼而發(fā)展成為腫瘤[17-18],從而使腫瘤組織具有抗凋亡和對(duì)放、化療不敏感的特性。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)祖細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞具有相似的表型而認(rèn)為祖細(xì)胞也可能是腫瘤干細(xì)胞的來源[19],同樣也有學(xué)者認(rèn)為去分化的細(xì)胞也有可能因各種原因而再次激活干細(xì)胞的程序,從而獲得祖細(xì)胞或成體干細(xì)胞自我更新和無限增殖能力,進(jìn)而成為腫瘤干細(xì)胞來源[20-21]。

而干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞兩者也有本質(zhì)的區(qū)別,因此關(guān)于腫瘤干細(xì)胞來源還需進(jìn)一步研究和驗(yàn)證[22-23]。Kim等[24]通過比較正常復(fù)層鱗狀上皮組織中干細(xì)胞與鱗癌組織中干細(xì)胞的不同發(fā)現(xiàn)了一些在正常組織中表達(dá)的標(biāo)志物,而在鱗癌組織的干細(xì)胞中不表達(dá)。在初始腫瘤細(xì)胞中其加強(qiáng)分化作用和低分化有關(guān)的富含亮氨酸重復(fù)序列的免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域（leucinerich repeats and immunoglobulin-like domains 1,LRIG 1）、微管結(jié)合蛋白4（microtubule associated protein 4,M AP4）成下調(diào)趨勢(shì),而M CSP（一種易變的細(xì)胞表面糖原）呈上調(diào)趨勢(shì),揭示了腫瘤細(xì)胞打破了原來在正常干細(xì)胞調(diào)節(jié)控制下的穩(wěn)定狀態(tài),并且拮抗了那些維持干細(xì)胞處于靜止期的因素,這也成為腫瘤組織來源于正常干細(xì)胞的佐證。因此對(duì)于干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞關(guān)系和機(jī)制的研究,需要尋找腫瘤干細(xì)胞與干細(xì)胞的不同表面標(biāo)志物,并利用特異性標(biāo)志物為手段在殺傷腫瘤干細(xì)胞的同時(shí)也要減少成體干細(xì)胞的損傷,而不妨礙干細(xì)胞的正常功能。

2 頭頸部鱗癌干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

Prince等[25]通過對(duì)頭頸部鱗癌細(xì)胞移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)再經(jīng)過流式細(xì)胞儀分離的方法發(fā)現(xiàn)像其他上皮腫瘤一樣,頭頸部鱗癌中也存在著一群異質(zhì)性細(xì)胞。這群表型為CD44+的細(xì)胞群與成體干細(xì)胞性質(zhì)相似,它可能參與了頭頸部鱗癌的形成。通過免疫組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn)其具有初始的細(xì)胞形態(tài),并且表達(dá)基底細(xì)胞標(biāo)志物——細(xì)胞角蛋白 5/14（cytokeratin 5/14,CK5/14）,而CD44-腫瘤細(xì)胞則與分化的上皮細(xì)胞相似,并且表達(dá)上皮細(xì)胞分化標(biāo)志物——外皮蛋白。同時(shí)CD44+細(xì)胞具有極強(qiáng)的克隆形成能力,能夠自我更新；接種裸鼠后能夠在裸鼠體內(nèi)自我更新,并分化成同性質(zhì)的腫瘤；通過免疫組織化學(xué)分析,該表型的細(xì)胞在蛋白和RNA水平高表達(dá)Bmi-1基因。Bmi-1類型在其他類型干細(xì)胞自我更新方面發(fā)揮著重要的作用。同樣Atsushi等[26]發(fā)現(xiàn)在頭頸部鱗癌實(shí)體瘤中有一小群表型為CD44+的細(xì)胞具有維持和使腫瘤增長(zhǎng)的作用。通過體外遷移和侵襲實(shí)驗(yàn)證明其具有很強(qiáng)的遷移和侵襲能力,并且通過免疫化學(xué)組織染色發(fā)現(xiàn)其還高表達(dá)CD133和三磷酸腺苷結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G超家族成員2（ABCG2）,通過藥物敏感性試驗(yàn)證明其具有抵抗化療藥物的能力,并且通過RTPCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)4種與抗化療藥物相關(guān)的基因,即ABCB1、ABCG2、CYP2C8和TERT。Zhang等[27]也發(fā)現(xiàn)在口腔鱗癌細(xì)胞系中存在著這樣的SP細(xì)胞,并發(fā)現(xiàn)ABCG2、ABCB1、CD44、Oct-4、Bmi-1、NSPc1和CK19在SP細(xì)胞中高表達(dá)。從以上研究可以看出,頭頸部鱗癌中的確存在SP細(xì)胞。

現(xiàn)在雖然眾多學(xué)者發(fā)現(xiàn)了口腔鱗癌中存在具有腫瘤干細(xì)胞特性的SP細(xì)胞,但是由于其缺乏特異性的標(biāo)志而不能夠被準(zhǔn)確的鑒定出來進(jìn)而分析其生物學(xué)特性,并通過其特異性或多分子標(biāo)志物來進(jìn)行臨床的早期診斷、治療和評(píng)價(jià)預(yù)后。

3 頭頸部鱗癌干細(xì)胞體外培養(yǎng)和分離方法

腫瘤干細(xì)胞既能發(fā)生對(duì)稱性分裂,引起腫瘤干細(xì)胞的自我更新,也能發(fā)生非對(duì)稱性分裂產(chǎn)生干細(xì)胞與祖細(xì)胞,后者進(jìn)一步分化成后代細(xì)胞。因此如何使分選出來的干細(xì)胞只發(fā)生對(duì)稱性分裂而不發(fā)生分化是一個(gè)值得深入探討的問題。研究表明,在無血清含堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（basic fibroblast growth factor,bFGF）、表皮生長(zhǎng)因子（epidermal growth factor,EGF）的培養(yǎng)液中培養(yǎng)頭頸部鱗癌細(xì)胞可以形成微球體,并且此種微球體富含CD44+細(xì)胞[25]。提示通過微球體培養(yǎng)能成功地富集頭頸部鱗癌干細(xì)胞,并成為頭頸部鱗癌干細(xì)胞體外培養(yǎng)的一種常規(guī)方法。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)經(jīng)過流式細(xì)胞儀分選出的SP細(xì)胞經(jīng)過培養(yǎng)之后仍然能夠產(chǎn)生一些SP細(xì)胞與非SP細(xì)胞,而非SP細(xì)胞經(jīng)過同樣的條件培養(yǎng)之后則只能產(chǎn)生非SP細(xì)胞,從某種程度上證明了具有成瘤能力的SP細(xì)胞是非SP細(xì)胞的來源[26]。

由于腫瘤干細(xì)胞在腫瘤組織中的數(shù)量極少,因此常規(guī)從患者實(shí)體瘤中獲得的腫瘤干細(xì)胞數(shù)目非常少,而且缺乏通用的形態(tài)學(xué)特征,并且至今還未找到確切可靠的頭頸部鱗癌干細(xì)胞表面標(biāo)志物,但是研究人員常常運(yùn)用流式細(xì)胞儀從不同的癌組織中分離出了具有干細(xì)胞樣的腫瘤細(xì)胞,即SP細(xì)胞的分離方法[24-26]。

4 CD44與頭頸部鱗癌干細(xì)胞

Prince等[25]和Atsushi等[26]都發(fā)現(xiàn)在頭頸部鱗癌細(xì)胞系中存在表型為CD44+腫瘤干細(xì)胞樣SP細(xì)胞,而Zhang等[27]最近也發(fā)現(xiàn)在口腔鱗癌中也存在這樣的一群細(xì)胞,并且還通過RT-PCR發(fā)現(xiàn)了CD44在SP細(xì)胞中高表達(dá),并推測(cè)CD44可能作為口腔鱗癌腫瘤干細(xì)胞的表面標(biāo)志物。同樣Atsumi等[28]也發(fā)現(xiàn)在鱗癌細(xì)胞系A(chǔ)431中podoplanin和CD44高表達(dá),提示其可能成為預(yù)后及治療效果檢測(cè)的指標(biāo)。

但是,近年來也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)CD44s和CD44v6不能區(qū)分正常的和癌變的頭頸部上皮細(xì)胞,即CD44s和CD44v6不僅在頭頸部大部分組織中高表達(dá),在頭頸部鱗癌中也高表達(dá)[29]。因此CD44s作為頭頸部鱗癌干細(xì)胞的表面標(biāo)志物還需進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

5 展望

頭頸部鱗癌干細(xì)胞的研究對(duì)認(rèn)識(shí)鱗癌的發(fā)病機(jī)制、早期診斷以及根治方法提出了新的方向。頭頸部鱗癌干細(xì)胞的研究剛剛起步,與其相關(guān)的細(xì)胞表面標(biāo)志物雖有報(bào)道但其缺乏特異性。本文綜述了頭頸部鱗癌干細(xì)胞研究的新進(jìn)展,隨著人們對(duì)腫瘤干細(xì)胞生物學(xué)特性及其調(diào)控機(jī)制認(rèn)識(shí)的不斷深入,通過改變腫瘤干細(xì)胞的微環(huán)境,改變其內(nèi)部異常的信號(hào)傳導(dǎo)從而誘導(dǎo)其向正常干細(xì)胞轉(zhuǎn)化；通過開發(fā)出調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞的分子制劑并將其應(yīng)用于腫瘤治療,有望達(dá)到根治腫瘤的目的；通過尋找正常干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞不同的信號(hào)傳導(dǎo)途徑或者能引起不同效應(yīng)的同一信號(hào)傳導(dǎo)途徑對(duì)于靶向殺傷腫瘤干細(xì)胞而不損傷正常干細(xì)胞、最終靶向治療腫瘤干細(xì)胞具有重要的意義。

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