鄭 磊,張學(xué)彥,孔令建
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綜 述
肝癌干細(xì)胞的細(xì)胞分子標(biāo)志物和信號(hào)通路的研究進(jìn)展
鄭 磊,張學(xué)彥,孔令建
癌,肝細(xì)胞;干細(xì)胞研究;信號(hào)傳導(dǎo)
肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是世界上第7種常見腫瘤,在我國(guó)位列腫瘤的第2位,僅次于肺癌,尤其在亞洲和非洲等受肝炎病毒影響嚴(yán)重的地區(qū)死亡率很高[1]。HCC的常規(guī)治療方法有多種:如外科手術(shù)治療、肝動(dòng)脈插管栓塞化療(TACE)、射頻消融(RFA)和化療藥物治療等,但各種方法都有其治療的局限性[2]。目前,肝癌靶向治療正在不斷地取得進(jìn)展,分離和鑒定特異性肝癌干細(xì)胞(liver cancer stem cells, LCSCs)的表面分子標(biāo)志物,對(duì)探索肝癌的發(fā)病機(jī)制以及開展靶向治療至關(guān)重要。由于LCSCs的特異性標(biāo)記物還未被發(fā)現(xiàn),只能根據(jù)LCSCs的干細(xì)胞所具有特異性的表面標(biāo)志物來(lái)篩選其非特異性表面標(biāo)志物。近來(lái)發(fā)現(xiàn)肝癌內(nèi)部的一些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的異常激活或抑制與肝癌的發(fā)生有著密切的聯(lián)系。本文就肝癌相關(guān)的分子標(biāo)志物和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究進(jìn)展作一綜述。
目前,實(shí)驗(yàn)研究確定為肝癌干細(xì)胞分子標(biāo)志物的有:CD133、乙醛脫氫酶、CD90、CD44、CD13、OV6、K19、c-kit、ABCG2、SALL4等。
1.1 CD133 CD133分子是一種5次跨膜糖蛋白,又被命名為prominin-1和AC133。研究發(fā)現(xiàn),CD133(+)肝癌細(xì)胞具有明顯的自我更新、分化和增值的能力,包括其分化成非肝細(xì)胞樣譜系的能力和自我更新的能力[3]。采用免疫組化檢測(cè)人肝癌手術(shù)標(biāo)本,發(fā)現(xiàn)肝癌組織中頻繁出現(xiàn)CD133(+)腫瘤細(xì)胞,高表達(dá)的CD133細(xì)胞占40%。有關(guān)臨床資料分析顯示,CD133的高表達(dá)更能體現(xiàn)出干細(xì)胞的自我更新、增殖的潛能與移植入免疫缺陷的小鼠后形成腫瘤的能力[4]。目前有實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞系Huh-7中CD133(+)細(xì)胞高表達(dá),并且比CD133(-)細(xì)胞表現(xiàn)為體外更強(qiáng)的增殖潛能和更低的分化程度。研究還顯示CD133(+)肝癌細(xì)胞成瘤能力與MAPK/PI3K信號(hào)通路的異常激活相關(guān)[5]。
1.2 乙醛脫氫酶(Aldehyde dehydrogenase,ALDH) ALDH主要存在于人體肝臟和腎臟細(xì)胞中,此類酶主要參與乙醇和乙醛的代謝。ALDH參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖,并在腫瘤干細(xì)胞中高表達(dá),是一種新型的腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物[6]。通過對(duì)ALDH和CD133相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),ALDH的亞型表達(dá)與CD133表達(dá)呈正相關(guān),不同的亞型表達(dá)與它們的致瘤能力密切相關(guān),致瘤能力從高到低依次為:CD133(+)ALDH(+)>CD133(+)ALDH(-)>CD133(-)ALDH(-),因此,聯(lián)合檢測(cè)這兩種表面標(biāo)記物對(duì)HCSCs致瘤性有著重要的意義[7]。最近實(shí)驗(yàn)表明,雖然CD133(+)ALDH(+)在肝癌細(xì)胞中致瘤性最高,但其在肝癌中所占的比率很低[8]。
1.3 CD90 CD90又稱為Thy-1,是卵圓細(xì)胞的表面標(biāo)志物。在裸鼠移植實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),從人類肝癌細(xì)胞系分離出來(lái)的CD90(+)在免疫缺陷的小鼠體內(nèi)可以成瘤,而CD90(-)無(wú)成瘤性[9]。最新研究發(fā)現(xiàn),在肝癌標(biāo)本中分離到了CD45(-)CD90(+)細(xì)胞,這些細(xì)胞在裸鼠體內(nèi)顯示出了致瘤特性,因此對(duì)CD45(-)CD90(+)這兩種標(biāo)志物的聯(lián)合檢測(cè)對(duì)肝癌診斷有一定的意義[10]。以上實(shí)驗(yàn)提示,CD90是一個(gè)較理想的LCSCs的候選標(biāo)志物,將來(lái)可能發(fā)展成為新的治療靶點(diǎn)。
1.4 CD44 CD44是由單基因編碼的糖蛋白家族,目前作為實(shí)體腫瘤干細(xì)胞的重要標(biāo)志物,它參與細(xì)胞與基質(zhì)的粘連、組織重塑和細(xì)胞遷移。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CD90(+)CD44(+)細(xì)胞惡性程度比CD90(+)CD44(-)細(xì)胞高,抑制CD44表達(dá)可阻止其種植瘤的形成[9]。實(shí)驗(yàn)證實(shí)CD133(+)CD44(+)細(xì)胞具有干細(xì)胞的特性。進(jìn)一步研究表明CD133(+)CD44(+)肝癌細(xì)胞較CD133(+)、CD44(-)細(xì)胞呈現(xiàn)出更強(qiáng)的體內(nèi)致瘤性[11]。因此對(duì)CD133(+)CD44(+)這兩種標(biāo)志物的聯(lián)合檢測(cè)對(duì)鑒定LCSCs有著積極的意義。
1.5 CD13 CD13又稱氨肽酶N,早期被定義為髓樣細(xì)胞表面標(biāo)志物,它參與細(xì)胞的多個(gè)生物學(xué)過程,后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)它是肝癌起源以及半數(shù)靜止期HCSCs的標(biāo)志物。實(shí)驗(yàn)通過對(duì)肝癌細(xì)胞系Huh7的側(cè)群細(xì)胞進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)CD13高表達(dá),而且CD13(+)主要存在于G1/G0期,治療后,這些幸存的細(xì)胞通常在癌灶內(nèi)形成細(xì)胞群[12]。隨后的實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),CD13(+)細(xì)胞致瘤能力較強(qiáng),用化療藥物5-FU處理后,仍表現(xiàn)出顯著的耐藥性。實(shí)驗(yàn)通過使用CD13中和抗體下調(diào)CD13發(fā)現(xiàn),可以成功地誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的凋亡[13]。以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,CD13通過其蛋白水解功能,干擾抗原呈遞,逃避免疫識(shí)別,在腫瘤細(xì)胞的形成和發(fā)展中扮演重要的角色。
1.6 OV6 OV6是肝祖細(xì)胞的表面標(biāo)志物。通過對(duì)218位OV6(+)的肝癌患者標(biāo)本時(shí)發(fā)現(xiàn),肝癌中OV6(+)患者預(yù)后不良,表現(xiàn)出侵襲性和致瘤性的升高,與其臨床病理特征密切相關(guān)。OV6(+)的肝癌患者的總體生存率和無(wú)瘤生存率較低。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)OV6(+)細(xì)胞組會(huì)形成更多的微轉(zhuǎn)移病灶,而OV6(-)組則未發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)移,并且觀察到了OV6(+)細(xì)胞存在于肺轉(zhuǎn)移灶中,而且OV6(+)細(xì)胞與OV6(-)細(xì)胞比較表現(xiàn)出更強(qiáng)的體內(nèi)成瘤性[14]。目前,作為HCSCs的表面標(biāo)志物之一,關(guān)于OV6的研究較少,有待進(jìn)一步的研究。
1.7 K19 K19是一種膽管型細(xì)胞角蛋白。研究人員采用微陣列研究方法對(duì)肝癌干細(xì)胞性相關(guān)蛋白表達(dá)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)K19(+)常與CD133、EpCA等干細(xì)胞性相關(guān)蛋白聯(lián)合出現(xiàn),并表現(xiàn)出更強(qiáng)的致瘤性。K19(+)細(xì)胞與K19(-)細(xì)胞相比,與AFP的水平、腫瘤的惡性程度、血管的侵犯密切相關(guān)。此外,實(shí)驗(yàn)也證實(shí),K19(+)表達(dá)的肝癌患者總生存期和無(wú)病生存期較短,而表達(dá)K19(-)的患者則體現(xiàn)不明顯[15]。所以,聯(lián)合檢測(cè)K19(+)、CD133和EpCA對(duì)肝癌的診斷和治療有著積極的意義。
1.8 c-kit c-kit又稱干細(xì)胞因子受體(CD117)、肥大細(xì)胞因子受體,作為III型跨膜受體蛋白酪氨酸激酶受體的蛋白家族成員之一,與各類細(xì)胞的異常增殖有密切關(guān)系。有免疫組化研究已表明,c-kit廣泛表達(dá)于HCC中,數(shù)量約在2.4%~80%[16]。也有報(bào)道稱,c-kit高表達(dá)在腫瘤患者中體現(xiàn)出存活期長(zhǎng),預(yù)后較好[17]。由于c-kit受體與肝癌的發(fā)生、發(fā)展密不可分,目前,針對(duì)其的臨床藥物的有效性也表明,它也將成為肝癌治療的潛在靶點(diǎn)。
1.9 ABCG2 ABCG2即三磷腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G2,在各種腫瘤細(xì)胞及正常組織干細(xì)胞中高表達(dá),它也廣泛表達(dá)于側(cè)群細(xì)胞中,被認(rèn)為是干細(xì)胞的通用標(biāo)志物。有實(shí)驗(yàn)采用化療藥物作用和RNA干擾技術(shù)使ABCG2水平下降,表現(xiàn)為癌細(xì)胞增殖能力明顯下降,說(shuō)明ABCG2 可能通過主動(dòng)外排抗腫瘤藥物或其他機(jī)制來(lái)影響腫瘤的增值能力[18]。而ABCG2能否作為肝癌治療的新靶點(diǎn)需要進(jìn)一步的研究。
1.10 SALL4 SALL4是與果蠅基因同源的人類基因,包括SALL4A和SALL4B兩個(gè)亞型,其可以編碼鋅指轉(zhuǎn)錄因子C2H2[19]。它在全能性胚胎干細(xì)胞自我更新維護(hù)中起關(guān)鍵性作用,并且與Nanog基因、Sox2和Oct4起相互作用[20-21]。最新研究顯示,SALL4被認(rèn)為是肝癌的一種亞型的標(biāo)志物,與肝癌的預(yù)后不良有關(guān)[22]。
肝干細(xì)胞的自我更新和表型特征的多樣化需要大量的信號(hào)來(lái)維持,這些信號(hào)包括Wnt /β-catenin信號(hào)通路、Hedgehog(Hh)信號(hào)通路、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β、EpCAM和Notch信號(hào)通路,它們?cè)诟杉?xì)胞的調(diào)節(jié)和腫瘤的形成中起著決定性作用。這些通路的異常激活可導(dǎo)致腫瘤的形成[23]。
2.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路 Wnt/β-catenin信號(hào)通路是Wnt經(jīng)典信號(hào)通路之一,目前研究的比較透徹。它由β-catenin基因、Wnt蛋白、Wnt蛋白配體frizzled蛋白、相關(guān)調(diào)控蛋白構(gòu)成。Wnt/β-catenin信號(hào)通路是細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、再生和自我更新的正常過程,它在進(jìn)化上是保守的[24]。最新研究發(fā)現(xiàn),在約85%的肝癌中可以檢測(cè)到β-catenin的異常,其與Wnt/β-catenin信號(hào)通路異常活化有關(guān)[25]。
2.2 Hedgehog(Hh)信號(hào)通路 Hedgehog(Hh)信號(hào)通路控制細(xì)胞的增殖、分化和組織形成等過程,在肝癌的形成過程中起著調(diào)控的作用。Hh信號(hào)通路主要由核轉(zhuǎn)錄因子Gli以及下游目的基因、Hedgehog配體、2個(gè)跨膜蛋白受體Ptch和Smo組成。激活Hh信號(hào)通路時(shí),Hh配體與Ptch受體結(jié)合,以自分泌或旁分泌的方式釋放Smo,隨后Smo進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),激活下游轉(zhuǎn)錄因子Gli,從而調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化。此通路在成熟肝組織中無(wú)表達(dá),而在肝癌中異常激活[26-27]。研究人員通過小分子抑制劑作用于靶點(diǎn)Gli基因,通過上調(diào)p27和下調(diào)c-myc、Bcl-2的表達(dá),阻斷Gli蛋白轉(zhuǎn)錄,對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)節(jié),從而抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[28]。
2.3 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)是一組調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的超家族分子(targeting the TGF-beta signaling pathway in disease),它由結(jié)構(gòu)相近、功能類似的多肽組成。在人體發(fā)育和生長(zhǎng)過程中,TGF-β參與了原癌基因表達(dá)、傷口愈合、胚胎發(fā)育等階段,它的異常表達(dá)與慢性肝炎、肝纖維化、酒精性肝病及肝癌等疾病有關(guān)[29]。在HCC中,TGF-β表現(xiàn)出抑制癌細(xì)胞增殖和增強(qiáng)癌細(xì)胞遷移黏附能力的雙向調(diào)節(jié)作用,在HCC患者中發(fā)現(xiàn),Smad3的磷酸化反應(yīng)會(huì)因TβRⅡ的表達(dá)減少而抑制,由此表明了TGF-β信號(hào)通路的信號(hào)強(qiáng)度下調(diào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,外源性TGF-β1刺激后,HCC細(xì)胞的生長(zhǎng)受到TGF-β/Smads信號(hào)通路的抑制,然而敲除TβRⅡ后,自分泌型TGF-β不但對(duì)HCC細(xì)胞的生長(zhǎng)沒有表現(xiàn)出抑制,反而有利于其存活[30]。
2.4 EpCAM EpCAM又稱為CD326,是一種新的腫瘤干細(xì)胞特征的表面標(biāo)志物,它在正常成人肝臟組織中不表達(dá),而在肝癌組織和肝干細(xì)胞中高表達(dá),可通過促進(jìn)細(xì)胞增殖、免疫逃逸等機(jī)制促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[31]。有研究發(fā)現(xiàn),肝癌組織中的EpCAM(+)細(xì)胞具有自我更新、多向分化能力等干細(xì)胞特征,參與并引導(dǎo)肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[32]。EpCAM也可通過Wnt信號(hào)通路活化細(xì)胞,使靶細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯,進(jìn)而增殖,從而參與調(diào)控細(xì)胞周期。近年來(lái)更多研究發(fā)現(xiàn)EpCAM(+)細(xì)胞亞群更容易形成細(xì)胞群落,較EpCAM(-)細(xì)胞亞群具有更為顯著的成瘤能力[33]。目前,EpCAM的作為肝癌的干細(xì)胞治療潛在靶點(diǎn)的研究越來(lái)越多。
2.5 Notch信號(hào)通路 Notch信號(hào)通路雖然在進(jìn)化過程中是高度保守的,但它也參與多種惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移[34]。有研究證明,Notch信號(hào)誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞凋亡可能與蛋白磷酸激酶途徑有關(guān),誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞周期可能會(huì)導(dǎo)致Notch1的停滯和凋亡,進(jìn)而抑制肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)[35]。最新實(shí)驗(yàn)證明,下調(diào)Notch信號(hào)通路可以抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng),并且誘導(dǎo)其凋亡[36]。綜上所述,肝癌細(xì)胞中存在Notch信號(hào)通路的失活,腫瘤的發(fā)生與Notch受體表達(dá)的異常有關(guān),但是其在肝癌發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移中的確切機(jī)制尚未明確,尤其是Notch信號(hào)通路在肝癌中起促癌作用還是抑癌作用尚有爭(zhēng)議。因此,Notch信號(hào)通路對(duì)肝癌增殖的影響尚需進(jìn)一步研究。
目前,雖然研究人員已發(fā)現(xiàn)幾種表面標(biāo)志物可以用于分離、鑒定HCSCs,但是關(guān)于HCSCs標(biāo)志物的研究還只局限于從正常肝干細(xì)胞的表面標(biāo)志物去推定,因此,需要進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)更多的、更特異的標(biāo)志物來(lái)鑒定和分離HCSCs。HCC的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)多因素影響的復(fù)雜病理過程,已知多因子和多種信號(hào)通路共同參與其中,但是關(guān)于HCC發(fā)生的具體機(jī)制仍未明了,因此對(duì)其相關(guān)的多種信號(hào)通路的進(jìn)一步研究顯得尤為重要。今后,隨著分子生物學(xué)的發(fā)展,對(duì)HCC的表面標(biāo)志物和相關(guān)信號(hào)通路的研究越來(lái)越多,必將會(huì)發(fā)掘出更多潛在的HCC靶向治療途徑,為肝癌患者的治療帶來(lái)福音。
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國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(81370557)
150086哈爾濱,哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科
張學(xué)彥,E-mail:zxycxw@sina.com
R730.261
A
2095-140X(2015)04-0099-04
10.3969/j.issn.2095-140X.2015.04.026
2015-01-06 修回時(shí)間:2015-02-10)