腫瘤干細(xì)胞的研究進(jìn)展

馬福軍 王占東 王占紅

腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells，CSCs)是腫瘤組織中具有無限增殖潛能的極少量干細(xì)胞樣癌細(xì)胞亞群，腫瘤的復(fù)發(fā)、抗輻射、轉(zhuǎn)移以及耐藥等特征都可能與腫瘤干細(xì)胞有關(guān)，腫瘤治療的關(guān)鍵應(yīng)是針對(duì)CSCs，以其為治療靶點(diǎn)，即針對(duì)干細(xì)胞的治療既要?dú)缒[瘤干細(xì)胞又要保護(hù)正常干細(xì)胞。因此，針對(duì)CSCs進(jìn)行靶向治療可能是未來腫瘤綜合治療最有希望的有效策略之一，將成為治療癌癥的新靶點(diǎn)?，F(xiàn)在關(guān)于CSCs的研究已成為腫瘤研究的最前沿［1-4］。相信不久的將來，針對(duì)實(shí)體瘤干細(xì)胞的有效的藥物也會(huì)產(chǎn)生。為了提高對(duì)CSCs的認(rèn)識(shí)，文本綜述如下。

1 CSCs的研究現(xiàn)狀

CSCs是一群具有自我更新、多潛能分化、具有啟動(dòng)和重建腫瘤組織表型能力的腫瘤細(xì)胞。CSCs起源學(xué)說最早可以追溯到150年前，英國外科醫(yī)生Paget［5］早在1889年就提出了著名的“土壤與種子”學(xué)說，觀察到乳腺癌細(xì)胞因血液供應(yīng)和轉(zhuǎn)移部位不同而出現(xiàn)差異，他推斷癌細(xì)胞(種子)只有在適合的環(huán)境中(土壤)才能生長。但直到近年由于干細(xì)胞分離技術(shù)的進(jìn)步，該領(lǐng)域研究才得以快速進(jìn)展，并使得腫瘤學(xué)研究跨入CSCs研究熱點(diǎn)。CSCs學(xué)說認(rèn)為CSCs可能是惡性腫瘤的種子和源泉，間質(zhì)、血管生成遷徙和粘附分子之間的相互作用是CSCs生長的土壤。CSCs在腫瘤形成、生長以及浸潤和轉(zhuǎn)移中起著決定性作用，只有殺死所有的CSCs才能最終治愈腫瘤，對(duì)其特性進(jìn)行深入研究有助于闡明腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制，進(jìn)而尋找徹底殺死CSCs的方法以達(dá)到最終治愈腫瘤的目的。隨著對(duì)CSCs生物學(xué)特性的進(jìn)一步研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，消滅所有的腫瘤細(xì)胞不是目的，最主要的是消滅CSCs，因?yàn)槟[瘤組織失去干細(xì)胞后，其余腫瘤組織細(xì)胞會(huì)逐步凋亡［1，2］。CSCs假說最先是由Mackillop等［6］于1983年提出，他認(rèn)為在所有的腫瘤中都可能存在著一小部分細(xì)胞具有類似干細(xì)胞的特殊功能。1997年Bonnet等［7］發(fā)現(xiàn)表型為的急性混合細(xì)胞白血病(AML)細(xì)胞在非肥胖性糖尿病型/重度聯(lián)合免疫缺陷小鼠(nonobese diabetic/severe combined immunodeficient immunocomp romised mice，NOD/SCID)骨髓中可以形成AML，這些細(xì)胞擁有分化和增殖能力，這是第一次鑒別出人AML干細(xì)胞。借鑒AML的研究，學(xué)者們提出實(shí)體CSCs理論:惡性腫瘤組織中并非所有腫瘤細(xì)胞都具有惡性特征，僅少量腫瘤細(xì)胞在惡性腫瘤的發(fā)展過程中起著干細(xì)胞(可能為腫瘤干細(xì)胞)的作用，它們具有不斷自我更新和分化的能力，可以維持惡性腫瘤組織的生長和轉(zhuǎn)移，還可以分化成各種腫瘤細(xì)胞和非腫瘤細(xì)胞;它們在惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中起著決定性的作用;而腫瘤組織中大部分細(xì)胞經(jīng)過短暫的分化后，即使沒有化療藥物和放射線的作用也會(huì)最終走向死亡［8］。

2 CSCs的特性

隨著干細(xì)胞研究的深入，發(fā)現(xiàn)CSCs和正常組織干細(xì)胞具有許多共同的特性:它們均具有自我更新能力和多向分化潛能，有類似的細(xì)胞表面標(biāo)志，細(xì)胞表型兩者均表現(xiàn)出相對(duì)幼稚化的特性，均具有Notch、Wnt、Sonic hedgehog(Shh)等3條細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑，提示CSCs可能起源于正常的干細(xì)胞，后者通過積累突變獲得不確定的增殖能力而轉(zhuǎn)化為CSCs，再由這些CSCs的不斷增殖形成大量的腫瘤細(xì)胞并最終決定腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與轉(zhuǎn)歸進(jìn)程。CSCs具有以下幾個(gè)突出特點(diǎn):(1)無限的自我更新能力?，F(xiàn)在認(rèn)為腫瘤不斷生長的另一個(gè)重要原因是干細(xì)胞自我更新調(diào)節(jié)機(jī)制中的某些基因發(fā)生紊亂，使得腫瘤組織中具有自我更新能力的腫瘤細(xì)胞的數(shù)量不斷增加，腫瘤組織能夠不斷增大。(2)高致瘤性。CSCs在體內(nèi)外只要極少的數(shù)量即可成瘤，而一般的腫瘤細(xì)胞很難形成集落或體內(nèi)成瘤。(3)強(qiáng)耐藥性。導(dǎo)致腫瘤治療失敗的原因很多，多藥耐藥是主要原因之一。CSCs膜上多數(shù)表達(dá)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體家族膜蛋白，可運(yùn)輸并外排包括代謝產(chǎn)物、藥物、毒性物質(zhì)、多肽、核苷酸等物質(zhì)，使許多對(duì)腫瘤非干細(xì)胞具有抑制或殺傷作用的化療藥物對(duì)CSCs殺傷作用明顯減弱。(4)特殊的生長微環(huán)境。改變CSCs的干細(xì)胞穴(tumourstem cell niche)，破壞CSCs的自我更新能力，取得了較好的療效。通過靶向抑制CSCs微環(huán)境血管生成，也可誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞分化，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖。(5)異質(zhì)性。腫瘤細(xì)胞是高度異質(zhì)性的群甚至同一腫瘤群體的CSCs間也存在不同的特性。(6)特殊的細(xì)胞因子，如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、神經(jīng)生長因子(NGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF-β)和血管生成素樣蛋白，其中VEGF是最有潛力的治療靶點(diǎn)。(7)具有廣闊的分化潛能，既在體內(nèi)外具有分化成不同表型的成熟細(xì)胞能力，其子代細(xì)胞應(yīng)呈現(xiàn)分化特征的表型及其相應(yīng)的標(biāo)志［9-11］。

3 CSC在腫瘤防治中的潛在價(jià)值

由于CSC的耐藥性及大多處于休眠狀態(tài)，傳統(tǒng)的腫瘤化療藥物只靶向正在分裂的腫瘤細(xì)胞，不能有效殺滅CSC，最終導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和治療失敗。為獲得對(duì)腫瘤的有效治療，必須針對(duì)CSC進(jìn)行靶向治療才有可能控制腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和治療失敗。因此針對(duì)CSC進(jìn)行靶向治療可能是未來腫瘤綜合治療最有希望的有效策略之一［12-14］。

3.1 針對(duì)CSC表面標(biāo)志的靶向治療 對(duì)于白血病而言，靶向抗原可選擇CD123分子，其表達(dá)于白血病干細(xì)胞(LSC)而非正常造血干細(xì)胞的特性很適合作為靶向治療的目標(biāo)?，F(xiàn)已應(yīng)用于臨床的吉姆單抗(gemtuzumab)/奧佐米星(ozogamicin)是人源化的抗CD33單抗和細(xì)胞毒抗腫瘤抗生素刺孢霉素(calicheamicin)的偶聯(lián)物，用于治療復(fù)發(fā)的AML。利用CSC特異的表面標(biāo)志及其抗體與細(xì)胞毒藥物偶聯(lián)進(jìn)而殺傷腫瘤干細(xì)胞，將給腫瘤治療帶來曙光。

3.2 誘導(dǎo)針對(duì)CSCs的特殊免疫反應(yīng) 從患者體內(nèi)分離純化CSC，并進(jìn)行致死性輻射后，回輸給患者以激活其抗宿主CSC的特異性免疫反應(yīng)，是針對(duì)CSC的靶向治療方法之一。誘導(dǎo)CSCs自噬是細(xì)胞自我穩(wěn)定的重要機(jī)制之二，也是一些治療過程介導(dǎo)的重要環(huán)節(jié)。GSCs具有不健全自噬系統(tǒng)成為對(duì)治療不敏感的原因之一。

3.3 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路阻滯劑對(duì)腫瘤的抑制 正常組織和腫瘤均由相同的信號(hào)通路調(diào)節(jié)，腫瘤組織中信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)呈現(xiàn)明顯異常。Cyclopamine是shh信號(hào)通路的特異性阻滯劑，可以抑制由shh信號(hào)引起的細(xì)胞反應(yīng)，其可以用于治療各種動(dòng)物移植腫瘤，可引起腫瘤明顯消退，并且停藥后無復(fù)發(fā)。Hedgehog信號(hào)途徑抑制劑HhAntag具有比Cyclopamine更強(qiáng)的活性，在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中能阻止成神經(jīng)管細(xì)胞瘤形成。Notch信號(hào)途徑由一分泌酶控制，研究表明該酶的抑制劑具有抗過表達(dá)Notchl乳腺癌的活性。為探索腫瘤的靶向性治療提高了新的線索。

3.4 利用正常干細(xì)胞靶向CSC 神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell NSC)具有驚人的遷移和趨向腫瘤的能力。Brown等［15］將NSC經(jīng)尾靜脈注入裸鼠神經(jīng)或非神經(jīng)源性腫瘤模型中發(fā)現(xiàn)NSC可通過周圍脈管系統(tǒng)遷移定位至顱內(nèi)和顱外非神經(jīng)腫瘤區(qū)域，包括前列腺癌和惡性黑色素瘤。因此我們是否可設(shè)想將NSC作為一種攜帶治療基因的載體，利用其趨向腫瘤的能力從而發(fā)揮抗腫瘤藥物有效的靶向治療作用。

3.5 誘導(dǎo)CSCs分化 促進(jìn)CSCs分化可以使細(xì)胞失去自我更新能力。誘導(dǎo)分化是指在體內(nèi)外誘導(dǎo)分化劑的作用下，向正常細(xì)胞或接近正常細(xì)胞方向分化逆轉(zhuǎn)的想象。其目的不是殺滅腫瘤，而是將腫瘤細(xì)胞向好的方向進(jìn)行改造。1988年上海維甲酸協(xié)作組首先使用全反式維甲酸(All-Trans Retinoic Acid，ATRA)誘導(dǎo)分化治療人急性早幼粒細(xì)胞性白血病，獲得顯著療效，完全緩解率86%。

3.6 磷酸三腺苷結(jié)合蛋白(ATP-binding casssette，ABC)抑制劑增敏化療 CSCs和正常干細(xì)胞一樣能高效表達(dá)特異性ABC藥物轉(zhuǎn)運(yùn)子。在腫瘤組織中也存在CSCs并帶有ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體，有關(guān)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體在CSCs的功能和作用已成為目前癌癥治療中關(guān)注的焦點(diǎn)。惡性腫瘤難以根除的原因之一是CSCs或腫瘤中的側(cè)群(SP)細(xì)胞表達(dá)ABCG2因而形成抗藥性，導(dǎo)致化療治療效果不理想。因此，有可能通過抑制ABCG2在CSCs中的表達(dá)以除去CSCs從而達(dá)到治愈癌癥的目的。

總之，CSCs學(xué)說認(rèn)為腫瘤中存在CSCs，是腫瘤發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移及耐藥的決定因素。隨著人們對(duì)CSCs生物學(xué)特性的進(jìn)一步研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到腫瘤組織失去干細(xì)胞后，其余腫瘤組織細(xì)胞會(huì)逐步凋亡。因此，若完善腫瘤干細(xì)胞特異性標(biāo)記物方面的研究，開發(fā)出可鑒定相應(yīng)的診斷性試劑，在臨床上可輔助醫(yī)生對(duì)疑似病例的診斷及化療提供有力幫助。CSCs的研究盡管給腫瘤治療帶來了新的希望，但目前尚有很多不確定的因素，距離實(shí)際的臨床應(yīng)用還有較大的距離，需要進(jìn)行更深入的研究。

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