乳腺癌干細胞在腫瘤復發(fā)與轉移中的作用機制研究進展

陳婷，羅序亮，陳雨劼，金梅

(南昌大學第二附屬醫(yī)院，南昌330006)

目前，乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和病死率均逐年上升。手術、化療、放療、內分泌及靶向治療等綜合治療提高了乳腺癌的控制率，而轉移和復發(fā)是治療失敗的主要原因。隨著生物學技術的不斷發(fā)展，人們對腫瘤發(fā)生、發(fā)展等機制有了更深入的探索。多項研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織中極小部分的腫瘤干細胞(CSCs)在其中發(fā)揮著重要作用，CSCs是腫瘤起源、復發(fā)和轉移的根源?，F(xiàn)就乳腺癌干細胞(BCSCs)在腫瘤復發(fā)與轉移中的作用機制研究進展綜述如下。

1 BCSCs在腫瘤復發(fā)中的作用

1.1 BCSCs高表達三磷酸腺苷結合(ABC)轉運蛋白 ABC蛋白本質是一類跨膜ATP驅動泵，利用ATP分解產生的能量能將胞內的肽類、脂類、核苷酸、藥物以及疏水性物質等轉運至胞外，利用此特性也可進行BCSCs的分選，即側群細胞分選法。Patrawala等[1]發(fā)現(xiàn)，癌組織側群BCSCs數(shù)雖僅占總細胞數(shù)的0.2%，但與非側群細胞相比，在小鼠體內接種成瘤所需細胞數(shù)更少，成瘤性更強，成瘤周期更短。在一項體內外研究中發(fā)現(xiàn)，若抑制BCSCs中ABC轉運蛋白的表達或敲除ABCG2基因，均能使其對化療藥物的敏感性增強[2]。

1.2 BCSCs長期處于靜止期,且具有較強修復能力 Mare等[3]發(fā)現(xiàn)，使用紫杉醇預處理乳腺癌MCF-7及MCF-12細胞后，乳腺癌細胞形成乳腺微球的能力及生長能力均增強，說明BCSCs對傳統(tǒng)化療藥物如紫杉醇等存在一定的耐藥性。目前，化療藥物的作用機制主要包括干擾細胞周期、破壞DNA結構、抑制蛋白質合成、誘導凋亡等。BCSCs多長期停留于G0期，既不合成DNA，也不進行細胞分裂，僅當受到外界刺激時才進入細胞周期。這一特點使得BCSCs能夠躲避化療藥物的打擊作用，最終引起腫瘤的復發(fā)轉移。此外，BCSCs含有的與DNA損傷修復相關的核酸內切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等酶的活性更強、合成更多。Shiotani 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，當BCSCs受到損傷時，p53、ATM-Chk2、ATR-Chk1 DNA等損傷應答通道自行啟動，導致BCSCs停留于當前細胞周期(G1、S、G2期)，給予受損細胞充足的自我修復時間，通過強大的DNA修復和抗凋亡能力實現(xiàn)持續(xù)生存。

1.3 BCSCs依靠微環(huán)境生長增殖 腫瘤微環(huán)境主要包括間質干細胞、細胞外基質、腫瘤相關成纖維細胞、脂肪細胞、內皮細胞、免疫細胞及相關細胞因子等，是腫瘤細胞和鄰近組織之間的部分，可作為屏障保護BCSCs，使其接觸到化療藥物的概率降低，是腫瘤耐藥復發(fā)的原因之一。此外，腫瘤微環(huán)境使得BCSCs處于特殊的低氧環(huán)境中。雖然低氧可誘導任何腫瘤細胞發(fā)生上皮間質轉化(EMT)，但僅BCSCs獲得遷移潛能，因而更有利于發(fā)生侵襲和轉移[5]。除低氧環(huán)境外，微環(huán)境中的IL-6及IL-8等細胞因子同樣可以影響B(tài)CSCs的形成。Korkaya等[6]發(fā)現(xiàn)，長期使用曲伐單抗治療可高度濃縮BCSCs，并且這些EMT表型細胞所分泌的IL-6是其親代細胞的100倍，而IL-6/NF-κB信號通路同樣可誘導EMT的細胞產生干細胞特性；同時，該研究發(fā)現(xiàn)曲妥珠單抗耐藥性的發(fā)展可能是通過激活IL-6炎癥反饋環(huán)路來介導的。這提示腫瘤微環(huán)境中的細胞因子對其治療抗性亦有重要作用，阻斷IL-6循環(huán)可能解決腫瘤細胞對曲妥單抗的耐藥性。另外，IL-8在乳腺癌中的高表達也與乳腺癌復發(fā)有關。體內外研究發(fā)現(xiàn)，阻滯IL-8受體CXCR1可減少BCSCs的數(shù)量，誘導腫瘤細胞群的大量凋亡，并且在小鼠體內可抑制腫瘤的生長，減少復發(fā)轉移灶[7]。這表明阻斷IL-8介導的信號傳導，可能成為一種新的靶向和消除BCSCs的方法。腫瘤微環(huán)境可重塑CSCs，對CSCs的復發(fā)和轉移有促進作用，因此對微環(huán)境進行調控可能成為預防乳腺癌復發(fā)轉移的另一途徑。

1.4 BCSCs具有更強的抗輻射能力 研究發(fā)現(xiàn)，無論放療前后，人與小鼠BCSCs內的活性氧(ROS)水平均明顯低于非致瘤細胞，而ROS是電離輻射誘導的細胞殺傷的關鍵介質。因此，BCSCs中的DNA損傷程度也明顯少于非BCSCs，對ROS防御能力更強[8]，可能有助于腫瘤的放療抵抗。相關研究還發(fā)現(xiàn)，經放射線照射后，可誘導人體乳腺癌細胞重組分化形成BCSCs，并可富集BCSCs；通過Notch信號途徑、轉錄因子Oct4和Y-box2的活化，以及Nanog和Klf4的重新表達實現(xiàn)放療抵抗[9]。

2 BCSCs在腫瘤轉移中的作用

腫瘤轉移是一個涵蓋了細胞轉化、細胞遷移、免疫逃逸、細胞黏附、血管生成、淋巴轉移等在內的多個環(huán)節(jié)的復雜過程，并需要腫瘤微環(huán)境在內的多個因素作用下才能實現(xiàn)。目前認為，腫瘤細胞需經歷EMT后才可離開原發(fā)灶進入血液系統(tǒng)；進入血液后的腫瘤細胞需克服失巢凋亡和血流應力，并能躲避機體的免疫監(jiān)視，才能到達相應的轉移靶器官；隨后，腫瘤細胞適應靶器官微環(huán)境并逐漸生長成臨床可見的轉移灶。越來越多的研究提示，BCSCs與乳腺癌的轉移密切相關，這些發(fā)現(xiàn)為探索抑制乳腺癌轉移的靶點提供新方向。

2.1 BCSCs與趨化因子 譚成等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在人乳腺癌組織中，BCSCs相比乳腺癌細胞高表達細胞趨化因子受體CCR5；而CCR5可調節(jié)與肌動蛋白有關的細胞運動，從而誘導腫瘤細胞的趨化性遷移，表現(xiàn)出更強的侵襲轉移能力。因此，CCR5可能是乳腺癌轉移性集聚的關鍵因素之一。此外，有研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌中CC類趨化因子5(CCL5)的表達與基質金屬蛋白酶9(MMP9)含量呈正相關；CCL5可能通過上調MMP9表達促使腫瘤細胞發(fā)生EMT形成BCSCs，進而促進乳腺癌的浸潤轉移過程。因此，CCL5可視為乳腺癌預后的重要指標之一[11]。

2.2 BCSCs與EMT EMT是指具有極性的上皮細胞向具有移行能力的間充質細胞發(fā)生轉化的過程，在正常生理過程如胚胎發(fā)育、細胞生長增殖中發(fā)揮重要作用，同時在病理現(xiàn)象如器官纖維化以及腫瘤侵襲轉移中同樣是不可缺失的環(huán)節(jié)。上皮腫瘤細胞經EMT轉變?yōu)殚g質細胞，其黏附力降低，并成為具有更強運動能力即高侵襲性、強移行性的細胞，更易發(fā)生淋巴結及遠處轉移；待到達轉移靶器官后，間葉型腫瘤細胞再經間質上皮轉化(MET) 恢復成為上皮細胞后繼續(xù)生長增殖。Zeisberg等[12]發(fā)現(xiàn)，TGF-β可誘導CD24+乳腺癌細胞發(fā)生EMT，并伴有CD24-細胞的出現(xiàn)，因此認為EMT是CD44+/CD24-表型BCSCs生成的關鍵步驟。

EMT過程涉及多條信號通路，其中研究最多是TGF-β/Smad、Wnt/β-catenin、TNF-α/NF-κB、Notch及Hedgehog等通路。此外，研究發(fā)現(xiàn)EMT存在特異性的生物學標志改變，其中最明顯的包括上皮細胞生物學標記物E型鈣黏蛋白(E-cad)及間質細胞生物學標記物波形蛋白(VIN)和纖連蛋白(FN)等[13]。尹燕雪等[14]研究發(fā)現(xiàn)，鹽霉素可靶向作用于乳腺癌細胞TGF-β1/Smad通路，進而降低MMP2、MMP9的表達水平，抑制CD44+/CD24-表型BCSCs的侵襲與遷移能力。Wnt信號通路能夠穩(wěn)定β-catenin，使得β-catenin在細胞核中積累和轉移，在細胞核中形成與T細胞因子(TCF)/淋巴增強因子(LEF)轉錄因子的復合物，調控Wnt靶基因的轉錄，致使Snail表達上調和E-cad表達下調，進而促進EMT發(fā)生[15]。相關研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α能夠增加細胞內NF-κB的生成，促使Snail過表達，同樣可促進EMT的發(fā)生[16]。在缺氧引起EMT增強的條件下，檢測到Gli表達上調，激活Hedgehog通路能夠促進乳腺微球的形成并增強干細胞標記物的表達[17]。Asiedu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，通過TGF-β/TNF-α誘導乳腺癌細胞發(fā)生EMT后，細胞呈現(xiàn)穩(wěn)定的干性，細胞自我更新能力和致瘤性均提高，并且增強了對奧沙利鉑、依托泊苷、紫杉醇等化療藥物的耐藥性。

乳腺癌細胞經EMT后可形成CD44+/CD24-表型的BCSCs，并且獲得更強的遷移與侵襲能力，因此EMT可被認為是乳腺癌發(fā)生浸潤轉移的重要早期步驟。對EMT更加深入的研究,可能為乳腺癌治療提供新的思路。

2.3 BCSCs與血管生成及淋巴轉移 于缺氧條件下形成的新生血管，在乳腺癌生長、浸潤和轉移中起著重要的作用。研究發(fā)現(xiàn),BCSCs血管內皮生長因子(VEGF)及基質細胞衍生因子1(SDF-1)受體CXCR4表達水平高于腫瘤細胞,可能促進BCSCs分化為血管內皮細胞并經血管轉移，是乳腺癌轉移的關鍵因素之一[19]。VEGF-C是目前已知的最主要的腫瘤淋巴管生成因子,與惡性腫瘤的淋巴道轉移密切相關[20]。但目前關于VEGF家族在BCSCs淋巴轉移中的作用機制研究相對較少。在尹燕雪等[14]的研究中發(fā)現(xiàn)，利用鹽霉素靶向作用于乳腺癌細胞TGF-β1/Smad 信號通路后可降低MMPs特別是MMP-2、MMP-9的表達水平，最終能夠抑制CD44+/CD24-表型BCSCs的侵襲與遷移能力。MMP-2、MMP-9 是目前研究最多的MMPs，與多種惡性腫瘤包括乳腺癌在內的浸潤轉移相關[21]，均屬于明膠酶，能降解基底膜Ⅳ型膠原，而Ⅳ型膠原又是細胞外基質的主要成分。除此之外，MMPs還能夠促進血管重塑并分化成熟形成穩(wěn)定的血管。腫瘤血管生成與淋巴轉移提示腫瘤預后較差，通過抑制與此過程發(fā)生相關因子如VEGF及MMPs等的表達，可能能夠實現(xiàn)控制乳腺癌復發(fā)轉移的目的。

2.4 BCSCs與miRNA miRNA是一種小型的非編碼RNA，可以調節(jié)基因的表達轉錄，通常能夠降低靶基因的翻譯或使得RNA降解。miRNA不僅能夠調控乳腺癌發(fā)生，也與腫瘤侵襲轉移的發(fā)生、發(fā)展過程聯(lián)系緊密。例如：相關研究[22]發(fā)現(xiàn)，miR-200家族成員與miR-205能夠降低E-cad轉錄阻滯蛋白即鋅指轉錄蛋白(ZEB)1和SIP1(也稱為ZEB2)的表達水平，最終影響腫瘤細胞EMT的發(fā)生；Shimono 等[23]使用干細胞自我更新調節(jié)劑BMI1提高乳腺癌細胞中miR-200的表達水平后，發(fā)現(xiàn)BCSCs形成腫瘤的能力以及正常乳腺干細胞形成乳腺導管的能力受到了強烈的抑制；miR-125b的過表達能夠顯著增加CD44+CD24-/low表型BCSCs的數(shù)量，而miR-125b的缺失表達能夠富集非干細胞群，并使得腫瘤細胞重獲對紫杉醇的化療敏感[24]；有研究[25]發(fā)現(xiàn)，TGF-β可以通過上調miR-181進而增強乳腺癌細胞的干性。此外，miRNA的異常表達還與乳腺癌的諸多特定的生物病理學特征相關[26]，如雌激素和孕激素受體的表達、腫瘤分期、血管浸潤和增殖狀態(tài)等。miRNA在基因層面調節(jié)著BCSCs的形成與轉移，與腫瘤的侵襲轉移密切相關。隨著對miRNA在腫瘤進展中調控機制更加深入的研究，將為特異性更強的抗乳腺癌藥物的研發(fā)提供新方向。

BCSCs理論為乳腺癌的治療開拓了新途徑，但BCSCs對放化療及內分泌治療的抵抗仍未找出有效的解決辦法，從而造成乳腺癌的復發(fā)與轉移。本文就BCSCs在乳腺癌發(fā)生、發(fā)展中所扮演的角色進行總結，希望有助于發(fā)現(xiàn)更多的可能治療靶點。但BCSCs與正常乳腺細胞之間可能存在重疊的信號傳導通路，在抑制BCSCs生長的同時，也同樣會造成正常乳腺細胞的損傷與凋亡。因此，尋找更具有特異性的治療靶點是目前迫切需要解決的問題。