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    胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞系研究進(jìn)展

    2014-08-04 05:59:54楊建宇孫勇偉花榮
    中華胰腺病雜志 2014年1期
    關(guān)鍵詞:細(xì)胞系胰腺癌基因

    楊建宇 孫勇偉 花榮

    胰腺癌約占全身所有惡性腫瘤的2%,它是一種惡性程度極高,早期難以診斷,預(yù)后極差的惡性腫瘤,其中超過90%的類型為導(dǎo)管腺癌(PDAC)[1]。胰腺癌細(xì)胞系是用于了解胰腺癌生物學(xué)特征,闡明其發(fā)生、發(fā)展規(guī)律并尋找有效診治方法的重要實(shí)驗(yàn)材料。自Dobrynin等[2]1963年建立了第一個(gè)胰腺癌細(xì)胞系CAPA以來,美國、日本、中國、德國及以色列等國的科學(xué)家已相繼建立了近百個(gè)人胰腺癌細(xì)胞系供科研使用,其中大多數(shù)為PDAC細(xì)胞系。本文就PDAC細(xì)胞系的建立及其在胰腺癌研究方面取得的一些進(jìn)展做一綜述。

    一、PDAC細(xì)胞系的建立

    1.PDAC細(xì)胞系建立方法:PDAC細(xì)胞系的建立方法主要包括:(1)常規(guī)原代培養(yǎng)法:常規(guī)建系是經(jīng)剪切分離法、機(jī)械分散法或消化分離法將人或動(dòng)物的胰腺腫瘤組織塊制備成單細(xì)胞懸液,原代培養(yǎng)后經(jīng)傳代獲得。新鮮瘤組織接種于裸鼠成瘤后取材培養(yǎng)更易建系。北京協(xié)和醫(yī)院病理科從一57歲女性胰頭中分化腺癌的標(biāo)本中取材后經(jīng)剪切分離法培養(yǎng)得到了PC-3細(xì)胞系[3]。Liu等[4]將人胰腺癌手術(shù)標(biāo)本直接移植于裸小鼠胰腺內(nèi),通過腫瘤異體移植和連續(xù)傳代成功獲得能產(chǎn)生大量癌胚抗原(CEA)的PTNMP-2 PDAC細(xì)胞系。(2)化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)法:Chen等[5]利用阿霉素(ADM)體外濃度梯度倍增法誘導(dǎo)培養(yǎng)人胰腺癌細(xì)胞株SW1990得到耐藥細(xì)胞株SW1990/ ADM。SW1990/ADM形態(tài)學(xué)上發(fā)生了明顯的改變,其倍增時(shí)間延長以及對(duì)4種化療藥物5-氟尿嘧啶(5-FU)、吉西他濱、ADM及絲裂霉素(MMC)均顯示出一定的耐藥性,尤以對(duì)ADM和MMC最為明顯。Guo等[6]利用相似的方法建立了SW1990/ FU細(xì)胞系。

    2.目前已建立細(xì)胞系及其特點(diǎn):目前特征明確、廣泛使用的PDAC細(xì)胞系有PANC1、SW1990、SUIT-4、AsPC-1、PK-1、HPAC、CFPAC-1、PL-45、PaCa5061等(表1)。國內(nèi)建立較早并且廣泛使用的為北京協(xié)和醫(yī)院病理科于1992年建立的PC-3細(xì)胞系[3]。研究顯示雖然有些細(xì)胞系已經(jīng)連續(xù)培養(yǎng)使用了近40年,但長時(shí)間的培養(yǎng)傳代不會(huì)導(dǎo)致其基因結(jié)構(gòu)與親本腫瘤基因產(chǎn)生明顯差異[7]。

    PANC1、PK-9、JoPaca-1、PC-3、BxPC-3、PL45、HPAC、MIA PaCa-2、KMP-4、PP109及PaCaDD-43細(xì)胞系建自胰腺癌患者原發(fā)灶。JF305細(xì)胞系建自裸鼠移植瘤。CFPAC-1,SUIT-2,RWP-1,RWP-2,PK-1、-8、-12,CaPan-1和KMP-1、-2、-5、-6細(xì)胞系建自胰腺癌患者肝轉(zhuǎn)移灶。SW1990細(xì)胞系建自胰腺癌患者脾臟轉(zhuǎn)移灶,KMP-3和PaCaDD-135細(xì)胞系建自胰腺癌患者的轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)。而HPAF-Ⅱ、AsPC-1及SUIT-4細(xì)胞系建自患者癌性腹水,p34、MZ-PC-1和PaCaDD-60細(xì)胞系建自癌性胸水。

    PDAC細(xì)胞系染色體數(shù)目多為非整倍體,如PaCa5061、p34、PANC1為超三倍體,CFPAC-1為超二倍體,MIAPaCa-2為亞三倍體,CaPan-2為假三倍體。胰腺癌細(xì)胞系中最顯著的染色體異常為8號(hào)染色體的改變[8]。Sato等[9]曾報(bào)道8號(hào)染色體的異常與惡性腫瘤的生長及侵襲性相關(guān)。此外某些細(xì)胞系還包含特異性的染色體異常,如SW1990及SUIT-4細(xì)胞系Y染色體的缺失[10-11],p34細(xì)胞系中2號(hào)染色體短臂的缺失[8]。胰腺癌有獨(dú)特的基因特征:K-ras基因突變概率超過95%,p16突變率幾乎為100%[12],p53及DPC4的突變率都超過50%,DPC4基因失活的概率大約為50%[13](表2)。某些細(xì)胞系還有其獨(dú)特的基因表達(dá),PaCa5061最突出的過表達(dá)基因?yàn)镸ucin 4和癌胚抗原家族相關(guān)分子CEACAM-1、CEACAM-5和CEACAM-6[14];CFPAC-1表達(dá)囊性纖維化基因(CF)[15];SUIT-4表達(dá)某些金屬蛋白酶(MMP)基因和金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)基因[11];HPAC則為第一個(gè)被報(bào)道的具有表達(dá)功能性糖皮質(zhì)激素受體的人胰腺癌細(xì)胞系[16]。

    雖然胰腺癌的侵襲轉(zhuǎn)移能力很強(qiáng),但有報(bào)道顯示僅有5個(gè)細(xì)胞系(CaPan-1、SUIT-2、PCT-1、SUIT-4 和 PaCa5061)會(huì)在裸鼠體內(nèi)自發(fā)轉(zhuǎn)移到區(qū)域淋巴結(jié)、肺或腹部器官。其中SUIT-4和PaCa5061可轉(zhuǎn)移到肺組織,PaCa5061具有高侵襲性可以在75%的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)移[11,14]。Luo等[17]于2012年建立了國內(nèi)首個(gè)在裸鼠體內(nèi)具有高侵襲性、高淋巴轉(zhuǎn)移能力的BxPC-3-LN細(xì)胞系。CaPan-1、CaPan-2、CFPAC及MPanc96對(duì)人有神經(jīng)侵襲性,其中具有高神經(jīng)侵襲性的CaPan-1和CaPan-2對(duì)小鼠也顯示有神經(jīng)侵襲性。具有低神經(jīng)侵襲性的HPAF-Ⅱ、AsPC-1及PANC1在人和小鼠身上都沒有發(fā)現(xiàn)有神經(jīng)侵襲性[18]。

    表1 常見國內(nèi)外已建立的PDAC細(xì)胞系

    表2 胰腺癌基因改變

    從PDAC細(xì)胞系產(chǎn)物上來看,絕大部分的細(xì)胞系都會(huì)產(chǎn)生CA19-9及CEA等腫瘤標(biāo)記物。SUIT-2細(xì)胞系是第一個(gè)被報(bào)道的分泌CA19-9的人胰腺癌細(xì)胞系[19]。到目前為止,在所有報(bào)道的PDAC細(xì)胞系中SUIT-4的CA19-9的表達(dá)量最高。有報(bào)道顯示腫瘤的體積與血清中的CA19-9水平呈正相關(guān)性[11]。此外,KMP細(xì)胞系會(huì)分泌鱗狀細(xì)胞癌抗原(SCC)及細(xì)胞角蛋白19片段,CaPan-1可分泌胃型黏蛋白。一般來說,胰腺導(dǎo)管來源的腫瘤不產(chǎn)生胰腺相關(guān)酶類,如在SW1990、MIAPaCa-2和PANC1,而COLO357細(xì)胞系可產(chǎn)生胰淀粉酶、胰蛋白酶及糜蛋白酶,PK-8和PK-9細(xì)胞系也會(huì)產(chǎn)生胰蛋白酶。

    二、胰腺癌細(xì)胞系的用途

    1.分子生物學(xué)研究:胰腺癌細(xì)胞系K-ras基因的突變幾乎都局限在12密碼子上,如SUIT-4、PANC1、KP-3、PaCa-2、BxPC-3、KP-2、AsPC-1和SUIT-2。而其中最常見的為發(fā)生在第2位置上由GGT到GAT的突變。PDAC中所有p53的突變均為點(diǎn)突變。到目前為止,胰腺癌細(xì)胞系的表現(xiàn)型與其基因突變并無明確關(guān)系。有研究表明K-ras基因突變是PDAC發(fā)生中的早期事件,而p53基因突變則代表了導(dǎo)管惡性腫瘤進(jìn)展中從低等級(jí)發(fā)展到高等級(jí)的過程[20],p53基因的狀態(tài)還與胰腺癌體內(nèi)轉(zhuǎn)移行為相關(guān)[21]。但也有研究表明K-ras、p53、p16及MADH4基因的突變狀態(tài)與胰腺癌細(xì)胞的分化及生物學(xué)行為并無關(guān)系[22-23]。

    細(xì)胞因子具有廣泛調(diào)節(jié)功能,它不僅作用于免疫系統(tǒng)、神經(jīng)內(nèi)分泌等系統(tǒng),還在腫瘤的發(fā)生、浸潤轉(zhuǎn)移、凋亡過程中起著重要作用。鄭正榮等[24]發(fā)現(xiàn)趨化因子配體16(CXCL16) 可誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞系PANC1和AsPC-1增強(qiáng)對(duì)基質(zhì)的粘附性、侵襲性和遷移性,并協(xié)同癌的發(fā)展。Zhang等[25]發(fā)現(xiàn)表皮生長因子(EGF)通過活化核因子-κB(NF-κB)促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)表達(dá)和侵襲力,采用NF-κB抑制劑阻斷NF-κB通路有利于胰腺癌的綜合治療。此外,學(xué)者們還對(duì)轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、β-神經(jīng)生長因子(β-NGF)、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)等細(xì)胞因子進(jìn)行了大量研究,希望能在未來胰腺癌綜合治療中找到更有效的方法。

    2.腫瘤轉(zhuǎn)移性及侵襲性研究:Kawano等[11]從胰腺癌患者腹水中建立了SUIT-4細(xì)胞系,并發(fā)現(xiàn)它是少數(shù)幾個(gè)可以自發(fā)在裸鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)移至區(qū)域淋巴結(jié)、肺臟及腹部器官的細(xì)胞系。同時(shí)發(fā)現(xiàn)MMP尤其是MMP-1在癌轉(zhuǎn)移過程中起著重要的作用。腫瘤細(xì)胞微環(huán)境中的信號(hào)物質(zhì)對(duì)腫瘤細(xì)胞侵襲能力的影響備受關(guān)注,這些信號(hào)物質(zhì)包括兩類:趨化因子和神經(jīng)遞質(zhì)。郭坤等[26]通過逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)以及Transwell侵襲實(shí)驗(yàn)等方法研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)——去甲腎上腺素通過β受體介導(dǎo)上調(diào)MMP-2、MMP-9和VEGF的表達(dá)而增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞的侵襲能力。Eppinga等[27]通過對(duì)BxPC-3中動(dòng)力蛋白2(Dyn2)的研究發(fā)現(xiàn),磷酸化Dyn2的高水平表達(dá)通過增加細(xì)胞板狀偽足的生成增強(qiáng)了細(xì)胞的侵襲能力。De Oliveira等[28]通過對(duì)T3M4、Su8686及PANC1胰腺癌細(xì)胞系中SDC-2基因表達(dá)及其與K-ras基因關(guān)系發(fā)現(xiàn),SDC-2是一個(gè)新的神經(jīng)侵襲相關(guān)基因,并與K-ras協(xié)同誘導(dǎo)胰腺癌侵襲性的增強(qiáng)。

    3.胰腺癌治療的研究:隨著癌基因、抑癌基因、細(xì)胞因子研究的深入及分子生物學(xué)研究手段的進(jìn)步,基因治療已向傳統(tǒng)的腫瘤治療方法提出挑戰(zhàn)并日益體現(xiàn)出其活力。Satoh等[29]通過研究PANC1等胰腺癌細(xì)胞系與正常胰腺細(xì)胞中MSX2基因的差異表達(dá)發(fā)現(xiàn)其可以增強(qiáng)PDAC的惡性程度及其侵襲性,因此MSX2基因可應(yīng)用于PDAC早期診斷及基因靶向治療。Huang等[30]應(yīng)用RNA干擾技術(shù)通過沉默PANC1中OCT4基因表達(dá),證明了OCT4基因可抑制PANC1細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其凋亡。王葆春等[31]將合成的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄因子3(STAT3)siRNA轉(zhuǎn)染SW1990細(xì)胞,通過檢測轉(zhuǎn)染前后STAT3mRNA及蛋白的表達(dá)變化發(fā)現(xiàn)STAT3siRNA能特異性地阻斷胰腺癌細(xì)胞中STAT3信號(hào)的活化,并進(jìn)一步通過下調(diào)MMP-2和MMP-9的表達(dá)從而抑制胰腺癌細(xì)胞的侵襲能力。近年來研究者對(duì)USP9X、GFP-TRAIL、ACVR1B、MDR1、PTEN、KAI1、Bad等大量胰腺癌表達(dá)基因進(jìn)行了深入的研究,相信未來在胰腺癌基因診斷及治療方面會(huì)取得更多、更有臨床意義的成果。

    目前用于胰腺癌化療的經(jīng)典化療藥物有5-FU、吉西他濱、順鉑等,臨床實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)胰腺癌治療在過去10年中并未有大的提高,其主要原因在于胰腺癌對(duì)化療的耐受。胰腺癌主要耐藥機(jī)制包括胰腺癌個(gè)別基因及信號(hào)通路的改變、微環(huán)境的改變和高耐受干細(xì)胞的存在。Chen等[5]報(bào)道,SW1990/ADM耐藥性與多藥耐藥基因mdr1的mRNA表達(dá)上調(diào)呈正相關(guān)。Hong等[32]研究發(fā)現(xiàn),Nrf2基因在PANC1、AsPC-1等胰腺癌細(xì)胞系及胰腺癌組織中高表達(dá),并在胰腺癌耐藥性中起重要作用,敲除該基因后AsPC-1等細(xì)胞系對(duì)藥物更敏感。

    除手術(shù)外,放射治療是目前治療胰腺癌、預(yù)防術(shù)后復(fù)發(fā)、延長患者生存時(shí)間和提高生活質(zhì)量的重要手段之一,但不同患者放療療效不一。吳巍巍等[33]使用6MV X線照射SW1990、CaPan-1、AsPC-1、MIAPaCa-2、PANC1、P3等6株胰腺癌細(xì)胞系后計(jì)算其存活分?jǐn)?shù),結(jié)果顯示,胰腺癌細(xì)胞系MIAPaCa-2對(duì)放射治療最敏感,CaPan-1對(duì)放射治療最不敏感,而其他細(xì)胞系的放射敏感性無顯著差異,從而為胰腺癌臨床放療的個(gè)體化提供了有效的參考。最近有研究發(fā)現(xiàn)MEK抑制劑可增強(qiáng)AsPC-1、MIAPaCa-2、PANC1等胰腺癌細(xì)胞系對(duì)輻射的敏感性,聯(lián)合Akt抑制劑效果更好[34],這將有助于提高胰腺癌患者放療療效。

    4.其他方面研究:微小RNA(microRNA,miRNA)是一類高度保守的非編碼RNA,在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá),近年來研究發(fā)現(xiàn)其在PDAC診斷、治療和預(yù)后評(píng)估中有重要作用。Szafranska等[35]通過對(duì)胰腺癌組織及6株胰腺癌細(xì)胞系miRNA表達(dá)譜的檢測發(fā)現(xiàn)miR-196特異性表達(dá)于PDAC,可作為潛在的檢測腫瘤標(biāo)志物。Hwang等[36]發(fā)現(xiàn)低表達(dá)miR-21的BxPC3、HPAF-Ⅱ、HPAC、PANC1及PL45 PDAC細(xì)胞系對(duì)吉西他濱更敏感,因此miR-21可能成為一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。Laurials等[37]發(fā)現(xiàn)上調(diào)或下調(diào)低表達(dá)胰腺癌細(xì)胞系或高表達(dá)胰腺癌細(xì)胞系中的miR-31均可抑制腫瘤的增生轉(zhuǎn)移及侵襲。

    綜上所述,由于胰腺癌細(xì)胞系具有各自的特殊結(jié)構(gòu)及不同的生物學(xué)特性,因而對(duì)于研究胰腺癌的病因、發(fā)病機(jī)制及診斷治療具有特殊意義。隨著時(shí)代的發(fā)展,胰腺癌的發(fā)生及發(fā)展不可避免地受到了更多因素的影響,人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)也在逐步深入。胰腺癌的基礎(chǔ)研究在很大程度上依賴于胰腺癌細(xì)胞系,建立更多在基因改變、耐藥性等方面具有自身特點(diǎn)的細(xì)胞系有利于對(duì)胰腺癌進(jìn)行更加深入的研究。

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