結(jié)直腸癌干細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制及靶向干預(yù)研究進(jìn)展

陳寅波 劉 卓 邱彭年 王 剛 蔣 來

（浙江省腫瘤醫(yī)院結(jié)直腸外科 浙江杭州 310022）

結(jié)直腸癌是我國最常見的消化道惡性腫瘤之一，2016年國家癌癥中心發(fā)布的中國最新癌癥數(shù)據(jù)顯示，城市地區(qū)大腸癌發(fā)病率位居男性的第5位、女性的第3位［1］。由于進(jìn)展期結(jié)直腸癌潛在微轉(zhuǎn)移灶的存在，約有近一半的患者接受規(guī)范治療后仍出現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā)。在新一代的鉑類藥物（奧沙利鉑）與生物靶向藥物（西妥昔單抗、貝伐單抗）的應(yīng)用以來，仍有部分腸癌患者能從現(xiàn)有的外科手段與內(nèi)科藥物中獲益［2］。如何進(jìn)一步殺滅逃離原發(fā)病灶且化療耐藥的腫瘤細(xì)胞，是結(jié)直腸癌治療的瓶頸之一。

腫瘤干細(xì)胞的概念最早出現(xiàn)于血液系統(tǒng)惡性腫瘤，被認(rèn)為是在惡性腫瘤組織中占極少數(shù)的一類具有無限分化潛能與自我增殖更新能力的細(xì)胞［3］。腫瘤干細(xì)胞的特性之一是能夠在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下分化出與原本表型相異的腫瘤細(xì)胞，最終導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移灶的形成，另一特性是這些細(xì)胞可表達(dá)與正常人類組織干細(xì)胞類似的分子表達(dá)譜，如CD44、CD133等。在人類正常腸壁細(xì)胞隱窩中，存在著一小群結(jié)腸干細(xì)胞，接受周圍微環(huán)境中間質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞因子與細(xì)菌分泌物的調(diào)節(jié)，不斷增生分化出不同類型的腸黏膜細(xì)胞以應(yīng)對腸上皮的更新修復(fù)，其中就包括Wnt信號、Notch 信號、TGF-β 信號和 PDGF 信號的激活［4］。 基于腸黏膜干細(xì)胞的理論，結(jié)直腸癌的發(fā)生在一定程度上來源于結(jié)直腸干細(xì)胞的突變導(dǎo)致的惡性增殖。在從腸黏膜干細(xì)胞到結(jié)直腸癌干細(xì)胞的轉(zhuǎn)變過程中，基因的調(diào)節(jié)失常常與結(jié)腸干細(xì)胞增生分化過程中細(xì)胞信號通路的異常調(diào)節(jié)相關(guān)，包括Wnt通路、Notch通路及TGF-β通路等［5］，以下就該三條通路進(jìn)行綜述。

1 Wnt通路

Wnt信號是動(dòng)物細(xì)胞在進(jìn)化過程中保守不變的細(xì)胞信號之一，在細(xì)胞中主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)增殖分化、細(xì)胞極性運(yùn)動(dòng)與干細(xì)胞的轉(zhuǎn)化等功能，其主要通過抑制胞質(zhì)中的β-Catenin蛋白的降解而發(fā)揮作用［6-9］。在人正常的腸黏膜細(xì)胞中，Wnt/β-Catenin信號通路在腸黏膜隱窩底部的腸上皮細(xì)胞中呈現(xiàn)持續(xù)激活的狀態(tài)，起到維持腸黏膜細(xì)胞干性與腸黏膜的正常形態(tài)的作用［10］。Wnt信號通路在大部分腸癌細(xì)胞中都呈現(xiàn)過激活的狀態(tài)，并可促進(jìn)LGR5、ASCL2等干性相關(guān)基因的表達(dá)。有研究結(jié)果顯示［11］，Wnt通路在受DKK1蛋白阻斷的情況下，可導(dǎo)致結(jié)腸黏膜結(jié)構(gòu)的紊亂；而ALCL2、LGR5、CD44等Wnt通路蛋白表達(dá)缺失，均可誘導(dǎo)結(jié)腸黏膜上皮細(xì)胞不典型增生與干性特征的丟失，并上調(diào)MUC2、KRT20等上皮分化相關(guān)基因表達(dá)［12］。 CD133+CD24+CD29+或 CD44+CD166+的腫瘤干細(xì)胞常表現(xiàn)出高度的Wnt活力。Krause等［13］與Utispan等［14］的研究提示，DKK1蛋白持續(xù)高表達(dá)與β-Catenin表達(dá)的缺失，可通過抑制Wnt通路影響結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖能力與細(xì)胞群落的形成，進(jìn)而調(diào)控ALDH1表達(dá)水平，影響腫瘤的干性生物學(xué)行為并影響腫瘤患者預(yù)后。

2 Notch通路

Notch信號主要通過調(diào)節(jié)下游基因如Deltex/Hes-1/Asp21的表達(dá)，調(diào)控人體內(nèi)胚胎形成、細(xì)胞增殖與分化、細(xì)胞遷移與粘附以及細(xì)胞凋亡等生物學(xué)行為［15-17］。在人結(jié)腸黏膜隱窩的底部，Notch信號通路是結(jié)腸干細(xì)胞與杯狀細(xì)胞分化不可缺少的一部分［18］。研究發(fā)現(xiàn)［19-20］，在胰腺癌、前列腺癌、宮頸癌、尤文氏肉瘤、結(jié)直腸癌等惡性腫瘤中，Notch通路的下游蛋白在腫瘤組織中呈現(xiàn)過表達(dá)狀態(tài) （與正常組織相比），Notch1/Hes1/Jagged受體等Notch通路相關(guān)蛋白在結(jié)腸癌中的表達(dá)比正常腸黏膜隱窩細(xì)胞中高，且表達(dá)水平與腫瘤的進(jìn)展密切相關(guān)。相比于普通腸癌細(xì)胞，在腸癌干細(xì)胞中Notch通路的激活水平高10～30倍。激活Notch信號可通過抑制細(xì)胞周期抑制因子p27，進(jìn)而避免結(jié)腸癌干細(xì)胞的凋亡。另外，Hes1蛋白還可促進(jìn)CD133、ABCG2、ALDH1等干性分子的表達(dá)，增強(qiáng)腸癌干細(xì)胞的自我更新能力［21］。通過阻斷Notch信號通路，可降低CD133+腫瘤細(xì)胞的增殖與遷移能力，提示該信號通路是潛在的腸癌靶向治療靶點(diǎn)［22］。

3 TGF-β通路

TGF-β蛋白家族有超過40個(gè)成員，其中包括TGF-β與BMP蛋白。TGF-β信號通過激活SMAD蛋白磷酸化而發(fā)揮作用，在體內(nèi)與細(xì)胞增殖遷移、細(xì)胞分化粘附、細(xì)胞外基質(zhì)的調(diào)節(jié)與細(xì)胞凋亡等密切相關(guān)，在體內(nèi)起到維持器官功能穩(wěn)態(tài)的作用，該通路的異常激活，常與腫瘤的血管生成、免疫抑制密切相關(guān)［23-24］。在正常腸黏膜中，TGF-β通路通過激活死亡相關(guān)激酶（death associated protein kinase，DAPK），抑制下游Akt信號，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與抑制增殖，起到抑癌的作用［25］。然而在結(jié)直腸癌患者中，TGF-β通路激活可促進(jìn)腫瘤形成，與腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后密切相關(guān)［23］。已有研究提示［26］，TGF-β 通路可通過調(diào)節(jié)下游蛋白FGF-10的表達(dá)來調(diào)節(jié)上皮干細(xì)胞的增殖活力，其機(jī)制與TGF-β的失活密切相關(guān)。另一方面，TGF-β通路的重要組分之一BMP蛋白分子可促進(jìn)結(jié)直腸癌干細(xì)胞的分化。抑制BMP蛋白，可促進(jìn)間質(zhì)干細(xì)胞向上皮細(xì)胞分化，并下調(diào)Snail、Slug等EMT相關(guān)蛋白表達(dá)［27］。BMP4蛋白可通過與GATA6蛋白結(jié)合，在Wnt通路調(diào)控結(jié)直腸癌干細(xì)胞中起到平衡的作用：GATA6基因的抑制可提高BMP蛋白分子表達(dá)水平，繼而抑制腫瘤干細(xì)胞的自我更新增殖［28］。

4 結(jié)直腸癌干細(xì)胞的靶向干預(yù)前景

腫瘤干細(xì)胞在腫瘤進(jìn)展過程中具有化療耐藥與高度成瘤能力的特性，而常規(guī)的化療手段往往難以殺滅這一群占據(jù)極少數(shù)的復(fù)發(fā)根源細(xì)胞，特異性靶向干預(yù)腫瘤干細(xì)胞便在預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移顯得格外重要。抑制劑OMP-18R5通過特異性靶向結(jié)合Wnt信號受體Frizzled，進(jìn)而干預(yù)腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力。目前已有相關(guān)的I期臨床研究在乳腺癌、胰腺癌和結(jié)腸癌中開展［29］。 DLL4（delta like canonical Notch ligand 4），是Notch信號通路的重要組分之一。研究提示，抗-DLL4抗體可通過下調(diào)Notch信號，進(jìn)而抑制腫瘤干細(xì)胞的自我更新與血管形成［30］。目前已有相應(yīng)的II期臨床研究在進(jìn)行，初步結(jié)果提示抗-DLL4抗體可減少腫瘤復(fù)發(fā)率［31］。然而，由于腫瘤的異質(zhì)性以及腫瘤干細(xì)胞在整個(gè)人體腫瘤群落中僅占據(jù)少數(shù)比例，靶向干預(yù)腫瘤干細(xì)胞如何在整個(gè)抑癌治療中起到更好的作用在未來仍需探討。有觀點(diǎn)認(rèn)為［32］，在結(jié)直腸癌干細(xì)胞中存在著三個(gè)不同的亞群集落：（1）自我更新型腫瘤干細(xì)胞，在腫瘤轉(zhuǎn)移灶形成過程中更具主要地位；（2）瞬間擴(kuò)增型腫瘤干細(xì)胞，主要負(fù)責(zé)腫瘤原發(fā)部位的形成與增殖；（3）遲鈍型腫瘤干細(xì)胞，僅在異位移植或多次動(dòng)物體內(nèi)傳代時(shí)才表現(xiàn)出強(qiáng)大的腫瘤形成能力。綜上，結(jié)合這一理論，在未來結(jié)直腸癌干細(xì)胞靶向干預(yù)的研究仍有一段較長的路要走。如何在腫瘤患者中建立個(gè)體化的腫瘤干細(xì)胞干預(yù)策略，進(jìn)而最大程度預(yù)防腫瘤的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，是未來腫瘤干細(xì)胞靶向干預(yù)研究的方向。

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