類固醇激素在乳腺癌中的作用及對(duì)腫瘤干細(xì)胞的影響

王 宇 喬娟娟 張 磊 劉四衛(wèi) 楊樹才

類固醇激素尤其雌激素和孕激素在乳腺癌的發(fā)病、進(jìn)展和治療中起著重要作用。近年來，類固醇激素在乳腺干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中作用的研究取得了重大進(jìn)展。乳腺腫瘤干細(xì)胞(Breast cancer stem celles，BCSCs)是乳腺癌進(jìn)展?jié)撛诘恼T導(dǎo)因素，其干細(xì)胞表型是動(dòng)態(tài)變化的，易受到細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和外部環(huán)境的影響，尤其易受到雌孕激素的影響。孕激素已被確定是調(diào)節(jié)正常小鼠乳腺干細(xì)胞和正常人乳腺干細(xì)胞的關(guān)鍵激素。合成孕激素可能通過誘導(dǎo)干細(xì)胞的增殖增加乳腺癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。孕激素可能通過轉(zhuǎn)錄因子、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和microRNA的調(diào)節(jié)來增加乳腺癌細(xì)胞系中的BCSCs的數(shù)量。另有研究報(bào)道雌激素也可以調(diào)節(jié)BCSCs的數(shù)量，類固醇激素可能是控制BCSCs數(shù)量和功能的關(guān)鍵參與者。

1 BCSCs概述

BCSCs來源于人乳腺腫瘤，細(xì)胞表面有多種標(biāo)志物，包括CD44、CD24、CD133、上皮細(xì)胞粘附分子(Epithelial cell adhesion molecule，EpCAM)、巢蛋白、神經(jīng)節(jié)苷脂GD2、CD49f、CD61、CXCR4、CXCL1、HMGCS、CD166、CD47、ALDH1和ABCG2[1]。其中CD44+/CD24-是BCSCs的分子量最小的表面標(biāo)志物。CD44是一種跨膜糖蛋白，與許多細(xì)胞外基質(zhì)蛋白結(jié)合。乳腺癌中CD44 mRNA和蛋白高表達(dá)與患者預(yù)后不良相關(guān)，在其他腫瘤細(xì)胞系中也可發(fā)現(xiàn)CD44的高表達(dá)[2]。因此，CD44被認(rèn)為是腫瘤干細(xì)胞(Cancer stem cells，CSCs)的有效生物標(biāo)志物[3]。同時(shí)，ALDH1的表達(dá)也被認(rèn)為是乳腺中CSCs的特征性標(biāo)志物，亦與乳腺癌不良預(yù)后相關(guān)。盡管乳腺癌的不同亞型之間存在差異，但與其他CSCs標(biāo)志物相比，ALDH1陽性表達(dá)更加穩(wěn)定[4]。目前，通過使用CD44+/CD24-和ALDH+可以實(shí)現(xiàn)BCSCs的最大程度的富集[5]。有研究證實(shí)，激素作為調(diào)節(jié)BCSCs活性的主要信號(hào)因子，可以通過影響腫瘤微環(huán)境而影響腫瘤的進(jìn)展[4]。

2 雌激素及其受體在乳腺癌與BCSCs中的作用

2.1 雌激素及其受體與乳腺癌的關(guān)系

雌激素能夠促進(jìn)乳腺上皮細(xì)胞增殖，在乳房正常發(fā)育中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，另外雌激素可與乳腺腫瘤細(xì)胞上的雌激素受體(Estrogen receptor，ER)結(jié)合而刺激乳腺腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。雌激素可與ERα和ERβ結(jié)合，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄[6]。生理形態(tài)的雌激素17β-雌二醇與ERα結(jié)合的親和力高于ERβ，雌激素與乳腺上皮細(xì)胞上的ERα結(jié)合，而轉(zhuǎn)錄因子需要核受體共調(diào)節(jié)因子介導(dǎo)才能對(duì)靶DNA序列進(jìn)行調(diào)控。在這種情況下，ER信號(hào)依賴于FOXA1表達(dá)，F(xiàn)OXA1能夠促進(jìn)局部DNA解旋，進(jìn)而促進(jìn)ER與DNA結(jié)合[7]。女性絕經(jīng)后，體內(nèi)雌激素過度暴露可增加乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)。但是用作激素替代療法的外源性雌激素卻可以降低絕經(jīng)期女性罹患浸潤(rùn)性乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)，也降低了乳腺癌致死率[8]。雌激素在乳腺癌發(fā)生和發(fā)展中的矛盾的作用可能是雌激素對(duì)不同類型乳腺癌細(xì)胞的作用不同而導(dǎo)致的。雌激素可以促進(jìn)ERα+的乳腺癌細(xì)胞增殖，而雌激素對(duì)ER-的BCSCs作用機(jī)制值得深入研究。

2.2 雌激素在BCSCs中作用的研究

盡管大量研究探討了激素對(duì)BCSCs調(diào)節(jié)的作用，但雌激素在BCSCs中的作用機(jī)制仍不清楚。大多數(shù)研究認(rèn)為，雌激素通過旁分泌機(jī)制刺激CSCs而發(fā)揮作用[9]。下調(diào)胚胎干細(xì)胞的基因后，用雌激素處理富含CSCs的乳球群能夠降低ERα+乳腺癌細(xì)胞中BCSCs的比例。這一結(jié)果可以解釋雌激素能夠改善ERα+腫瘤患者預(yù)后的臨床事實(shí)[10]。另有研究表明，ERα+乳腺癌細(xì)胞可以分泌FGFR和EGFR配體來結(jié)合雌激素，雌激素可以作為旁分泌介質(zhì)促進(jìn)CSCs活性并增加CD44+/CD24-/low細(xì)胞的比例[11]。也有少數(shù)研究提出雌激素本身不會(huì)改變腫瘤干/祖細(xì)胞特性[12]。

雌激素可以通過非基因組信號(hào)傳導(dǎo)和ER突變體調(diào)節(jié)BCSCs。G蛋白偶聯(lián)受體30(G protein-coupled receptor 30，GPR30)是一種七跨膜結(jié)構(gòu)域受體，在ER+和ER-乳腺癌細(xì)胞和腫瘤中表達(dá)，GPR30能介導(dǎo)非基因組雌激素的信號(hào)傳導(dǎo)。GPR30可以通過激活tafazzin(TAZ)來調(diào)節(jié)Hippo信號(hào)通路[13]。CD44+/CD24-細(xì)胞中存在TAZ的高表達(dá)，敲減細(xì)胞中的TAZ顯著降低了CD44+/CD24-細(xì)胞群體和乳腺球形成能力[14]。另外，TAZ在原發(fā)性乳腺癌的CSC中過表達(dá)，與CSC介導(dǎo)的轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，當(dāng)TAZ被敲除后則顯著降低了原發(fā)性乳腺癌的化療耐藥性和致瘤能力[15]。通過以上研究發(fā)現(xiàn)雌激素能通過GPR30激活TAZ從而增加CD44+/CD24-細(xì)胞的數(shù)量和致瘤能力。

盡管BCSC沒有表達(dá)經(jīng)典的ERα，但雌激素可以通過ERα36突變體和ERβ作用在BCSCs上。ERα36突變體通過AKT/GSK3β信號(hào)途徑激活促有絲分裂信號(hào)，對(duì)維持ER+乳腺癌細(xì)胞的CD44+/CD24-BCSCs起到重要的作用[16]。ER-α36突變體缺乏配體依賴性和非依賴性反式激活結(jié)構(gòu)域(ATF-1和-2)，而保留了與DNA結(jié)合、寡聚化和配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域[17]。在MCF-7和T47D細(xì)胞系中，ER-α36能夠增強(qiáng)CD44+/CD24-細(xì)胞的自我更新能力從而增強(qiáng)他莫昔芬的藥物抵抗。敲除ER-α36顯著降低了CD44+/CD24-群體數(shù)量并阻斷了他莫昔芬或氟維司群介導(dǎo)的CD44+/CD24-表型細(xì)胞的增加及乳腺球的形成[16，18]。在HER2+乳腺癌細(xì)胞系SKBR3中敲除ER-α36可降低HER2表達(dá)和ALDH+CSC群體的數(shù)量[19]。上述研究證實(shí)在ER+和HER2+ER-的腫瘤中，ER-α36突變體有調(diào)節(jié)BCSCs的作用。

研究發(fā)現(xiàn)ERβ表達(dá)與BCSCs標(biāo)志物CD44和ALDH1密切相關(guān)，且三者對(duì)乳腺球形成至關(guān)重要[20]。另外在FACS分選的人乳腺干細(xì)胞中，亦發(fā)現(xiàn)ERβ基因明顯上調(diào)[21]。盡管有上面諸多的研究基礎(chǔ)，但是雌激素信號(hào)在BCSCs特征細(xì)胞上的作用機(jī)制仍不明確，尚需大量的實(shí)驗(yàn)研究加以豐富和證實(shí)。

2.3 抗雌激素藥物和BCSCs

抗雌激素療法常用于輔助和轉(zhuǎn)移ER+乳腺癌的治療。藥物主要有選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑(Selective estrogen receptor modulators，SERMs，如他莫昔芬)和下調(diào)劑(Selective estrogen receptor downregulators，SERDs，如氟維司群)以及減少雌激素合成的芳香酶抑制劑[22]。由于BCSCs大多數(shù)為ER-，因此它們并不是抗雌激素療法的靶點(diǎn)。上述治療不但不能抑制BCSCs，還能使這些干細(xì)胞明顯富集。來曲唑(芳香酶抑制劑)治療后能刺激乳腺癌細(xì)胞CD44+/CD24-表型細(xì)胞的增加并伴有乳腺球的形成[23]。Piva研究團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)他莫昔芬耐藥MCF-7細(xì)胞CD44+CD24-/low和ALDH陽性亞群增加并伴有乳腺球的形成，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其胚胎干細(xì)胞標(biāo)志物SOX2的表達(dá)及隨后WNT信號(hào)通路的激活是他莫昔芬治療后BCSCs存活的關(guān)鍵[24]。

另有研究發(fā)現(xiàn)，ERα-36可通過增加CD44+/CD24-/low細(xì)胞和形成乳腺球能力來促進(jìn)他莫昔芬抵抗[22]。在體外使用雌激素治療后，患者衍生的乳腺癌細(xì)胞可以進(jìn)行BCSCs(ALDH+細(xì)胞)富集，同時(shí)在體內(nèi)使用源自患者的異種移植物也可以進(jìn)行BCSCs的富集。ALDH+細(xì)胞中有JAG1配體和NOTCH4受體高表達(dá)，而高ALDH1表達(dá)與他莫昔芬治療的抗雌激素抵抗相關(guān)[9]。最近，Sansone研究團(tuán)隊(duì)將癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞中的miR-221或完整線粒體DNA轉(zhuǎn)移至乳腺癌細(xì)胞內(nèi)能夠改變BCSCs(CD133+)的休眠狀態(tài)，從而導(dǎo)致內(nèi)分泌治療抵抗[25]。

總之，這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)抑制乳腺癌細(xì)胞中的雌激素信號(hào)傳導(dǎo)可能導(dǎo)致BCSCs數(shù)目增加，同時(shí)在抗雌激素治療后存活的BCSCs可以進(jìn)入休眠狀態(tài)并最終重新啟動(dòng)腫瘤生長(zhǎng)。

3 孕激素及其受體在乳腺癌與BCSCs中的作用

3.1 孕激素及其受體與乳腺癌的關(guān)系

孕激素在妊娠期小鼠乳腺發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。孕激素信號(hào)傳導(dǎo)由孕激素受體(Progesterone receptor，PR)介導(dǎo)，包括PRA和PRB兩種亞型。在正常乳腺上皮中，PR兩種亞型的比例保持平衡，腫瘤微環(huán)境中這種平衡一旦被破壞，PRA的表達(dá)明顯增高[26]。PRA則在卵巢穩(wěn)態(tài)中起著重要作用，而乳腺形態(tài)主要與PRB有關(guān)[27]。小鼠模型實(shí)驗(yàn)證實(shí)，孕激素和PR信號(hào)傳導(dǎo)通過擴(kuò)大乳腺干細(xì)胞群來驅(qū)動(dòng)乳腺發(fā)育[28]；這種信號(hào)傳導(dǎo)也存在于致癌物誘導(dǎo)的乳腺腫瘤形成的過程中。孕激素刺激乳腺腫瘤細(xì)胞系中產(chǎn)生大量的祖細(xì)胞和BCSCs標(biāo)志物[29]。

在乳腺擴(kuò)張期間，PR通過旁分泌信號(hào)如RANKL(NF-κB配體的受體激活劑)和Wnt4介導(dǎo)乳腺上皮細(xì)胞的增殖。這些信號(hào)分子是PR+細(xì)胞分泌并作用到PR-祖細(xì)胞上，并表達(dá)RANK和Wnt受體Frizzled與LRP5/6等多種信號(hào)分子[28]。在多種嚙齒動(dòng)物模型中，PR或RANK/RANKL途徑的缺失或抑制可顯著減少乳腺癌的發(fā)生[30]。

使用雌激素/孕激素而非單獨(dú)使用雌激素會(huì)增加浸潤(rùn)性乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)，這與之前認(rèn)為孕激素是保護(hù)性激素的看法相沖突[31]。最初的研究認(rèn)為，孕激素對(duì)絕經(jīng)后正常乳腺的增殖刺激可增加罹患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)[32]。然而，最近的研究證實(shí)孕激素可以增加并轉(zhuǎn)化乳腺癌干細(xì)胞庫，或激活隱匿性惡性干細(xì)胞，加速ER+和PR+乳腺腫瘤的發(fā)生[33]。

3.2 孕激素在BCSCs中作用的研究

孕酮和合成孕激素可增加ER+，PR+乳腺癌細(xì)胞系中BCSCs群體的數(shù)量，這一結(jié)果在富含PR的T47D異種移植腫瘤中首次得到證實(shí)。該腫瘤在給予單獨(dú)的雌激素或雌激素加合成孕激素MPA的小鼠體內(nèi)生長(zhǎng)，孕激素治療后，腫瘤中CK5+細(xì)胞數(shù)量明顯增加，可高達(dá)總細(xì)胞的20%[34]。在導(dǎo)管型乳腺癌細(xì)胞系中，流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)孕激素治療后，總CD44+細(xì)胞群增加了8～12倍[35]。上述證據(jù)提出，在乳腺癌細(xì)胞系和細(xì)胞系種植的異種移植模型中，孕激素或其合成類似物增加了BCSCs群體的數(shù)量。

CXCR4/CXCL12是正常乳腺中孕激素誘導(dǎo)干/祖細(xì)胞功能的介質(zhì)之一。孕激素的信號(hào)以旁分泌方式作用在表達(dá)CXCL12的管腔細(xì)胞上，而CXCR4在基底和PR-的腔細(xì)胞中表達(dá)。抑制CXCR4/CXCL12信號(hào)軸可以抑制孕激素誘導(dǎo)的乳腺干/祖細(xì)胞的增殖[36]。

另有研究證實(shí)，PR信號(hào)能夠抑制miR-29和miR-141的表達(dá)，兩者能分別解除對(duì)KLF4和STAT5A的抑制[37]，而KLF4是維持BCSCs和胚胎干細(xì)胞多能性所需的轉(zhuǎn)錄因子[38]，STAT5A是調(diào)節(jié)乳腺腔內(nèi)祖細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子[39]。解除了對(duì)KLF4和STAT5A的抑制后，乳腺癌細(xì)胞中CK5+/CD44+CSC群體的擴(kuò)增、集落形成和體內(nèi)成瘤能力明顯增加。BCL6也是乳腺癌中孕激素誘導(dǎo)CK5+細(xì)胞必需的因子[40]，這種孕激素誘導(dǎo)的BCL6表達(dá)亦可被催乳素抑制，進(jìn)一步證實(shí)了BCSCs調(diào)節(jié)與激素信號(hào)傳導(dǎo)存在復(fù)雜的相互作用[41]。

綜上，正常乳腺上皮細(xì)胞和BCSCs的增加在很大程度上是由孕激素誘導(dǎo)的，盡管其確切的機(jī)制尚不清楚，但是直接抑制PR或其旁分泌/下游介質(zhì)可能成為乳腺癌預(yù)防和治療的藥物靶點(diǎn)。

3.3 抗孕激素藥物和BCSCs

由于抗孕激素治療藥物缺乏活性或耐受性，目前在癌癥治療中并沒有把抗孕激素治療作為推薦的治療方法[42]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，使用抗孕激素藥物如米非司酮和奧那司酮等可能靶向作用在ER+/PR+腫瘤中的BCSCs，雖然是假設(shè)，但值得進(jìn)一步研究。在衍生的乳腺癌異種腫瘤模型中，發(fā)現(xiàn)孕激素調(diào)節(jié)劑具有抗腫瘤的潛力。醋酸烏利司他是一種選擇性孕激素受體調(diào)節(jié)劑，亦具有顯著的抗腫瘤作用，并可減少腫瘤中Ki67和Cyclin D1表達(dá)[43]。通過PR起作用的孕激素能夠通過減少雌激素激活下游效應(yīng)物的來改善雌激素的作用。這可能解釋了為什么雙陽性內(nèi)分泌腫瘤(ER+/PR+)比單一ER+乳腺癌侵襲性弱，預(yù)后更好的原因[44]。PR作為潛在治療靶點(diǎn)，因其可通過孕激素對(duì)ER共調(diào)節(jié)或通過PR信號(hào)傳導(dǎo)減少祖細(xì)胞庫，而具有較好的臨床效益。盡管PR在乳腺癌BCSCs的作用研究有了一些新的進(jìn)展，但還需要更多的實(shí)驗(yàn)來完善。

4 小結(jié)與展望

在乳腺癌中，雌激素和孕激素信號(hào)對(duì)BCSCs活性均有影響。因BCSCs內(nèi)類固醇激素受體表達(dá)較低或?yàn)殛幮?，因此，激素效?yīng)是通過旁分泌或臨近分泌細(xì)胞-細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)來介導(dǎo)的。調(diào)節(jié)BCSCs的激素的下游也存在一定程度的自分泌信號(hào)傳導(dǎo)。在體外，雌激素治療血清饑餓的乳腺癌細(xì)胞后，BCSCs活性明顯上調(diào)，是受到EGF、FGF或Notch1受體的調(diào)節(jié)，亦可證實(shí)在這個(gè)過程中細(xì)胞間的間接、旁分泌或鄰分泌信號(hào)起了重要的作用。相反，抗雌激素藥物，如他莫昔芬或氟維司群，理論上應(yīng)該可以阻斷雌激素對(duì)細(xì)胞增殖的直接作用并對(duì)ER-BCSCs的間接信號(hào)的影響，但實(shí)際上他莫昔芬卻增加了乳腺球菌集落培養(yǎng)中的BCSCs活性[13-14]。綜上所述，雌孕激素與BCSCs的關(guān)系值得進(jìn)行更深入的研究，為乳腺癌治療提供更好的治療靶點(diǎn)。