腫瘤干細(xì)胞在化療耐藥機(jī)制中的研究進(jìn)展

郭海嘯 欒婷 王海峰 王劍松

昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院泌尿外科，云南省泌尿外科研究所（昆明650101）

腫瘤長期以來被認(rèn)為是異質(zhì)性的實(shí)體［1］，近年來解決腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性的起源問題已經(jīng)成為腫瘤化療耐受研究的核心挑戰(zhàn)之一?？寺∵M(jìn)化模型認(rèn)為腫瘤是隨機(jī)進(jìn)化的結(jié)果，而腫瘤干細(xì)胞模型認(rèn)為腫瘤的異質(zhì)性是由于腫瘤干細(xì)胞的存在［2?3］。腫瘤干細(xì)胞被定義為“具有自我更新能力，可以起始腫瘤的細(xì)胞”［4］。正是這種能夠分化各種具有高增殖潛能子代細(xì)胞的干樣特性細(xì)胞導(dǎo)致了腫瘤的異質(zhì)性。目前，完全地清除腫瘤仍然是腫瘤學(xué)家面臨的一大問題，這是由于90%轉(zhuǎn)移性腫瘤的化療失敗都?xì)w因于化療耐受［5］。而腫瘤干細(xì)胞具有高致瘤性、強(qiáng)耐藥性以及自我更新與維持的特性，與腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和高死亡率密切相關(guān)［6?8］。因此腫瘤干細(xì)胞被認(rèn)為是化療耐受的主要原因，那么了解腫瘤干細(xì)胞的化療耐受機(jī)制對于腫瘤的治療就尤為重要。本文主要從以下幾種分子機(jī)制探討腫瘤干細(xì)胞在化療耐藥機(jī)制中的研究進(jìn)展。

1 ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ATP?bindingcassette transporter，ABC transporters）即ATP結(jié)合盒式轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是一種能利用ATP水解產(chǎn)生的能量對不同底物進(jìn)行跨膜運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)［9］。這種蛋白質(zhì)一般位于細(xì)胞質(zhì)膜上，保護(hù)細(xì)胞免受有害毒素和異物的傷害［5］。ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)體包括 ABCG2、ABCB1、ABCC1等，其中ABCG2有能力轉(zhuǎn)運(yùn)阿霉素、甲氨蝶呤等化療藥物，而ABCB1即P?糖蛋白在一半以上的化療耐藥腫瘤中都可見其表達(dá)［10］。QU等［11］證明了在乳腺癌化療后的殘基中ABCG2和P?糖蛋白的表達(dá)量與腫瘤干細(xì)胞的表面標(biāo)記CD44成正相關(guān)。同樣地，SUN等［12］將阻礙ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)的siRNA連同化療藥物一起加入乳腺癌腫瘤干細(xì)胞培養(yǎng)液時，發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞表現(xiàn)出增強(qiáng)的化療敏感性。通過對前列腺癌腫瘤干細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)Notch1信號通路可以作為反式作用因子反式激活A(yù)BCC1的表達(dá)，使得前列腺癌腫瘤干細(xì)胞獲得更強(qiáng)的化療耐受能力［13］。因此，ABC蛋白作為腫瘤干細(xì)胞的表面標(biāo)記可以用來識別腫瘤干細(xì)胞，并且其本身轉(zhuǎn)運(yùn)藥物的能力使得腫瘤干細(xì)胞能夠?qū)够熕幬锏那忠u。

2 Toll樣受體

Toll樣受體 4（Toll?like receptors 4，TLR4）是一種跨膜蛋白，其激活會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)信號通路NF?κB的啟動以及與先天性免疫系統(tǒng)相關(guān)的炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生［14］。而NF?κB在感染免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)中占據(jù)重要的地位，它的調(diào)節(jié)失控被認(rèn)為與腫瘤發(fā)生有關(guān)。在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中，脂多糖（LPS）與TLR4的相互作用能夠誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞的增殖和化療耐受，并且細(xì)胞毒T細(xì)胞對腫瘤干細(xì)胞的殺傷能力能被LPS所緩解，但是這種效應(yīng)在TLR4基因敲低后并不是那么明顯［15?16］。LIU等［17］認(rèn)為人肝癌中TLR4的表達(dá)和腫瘤干細(xì)胞特性存在相關(guān)性，即TLR4可能作為腫瘤干細(xì)胞的表面標(biāo)記，促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。同樣的，人類乳腺腫瘤干細(xì)胞中會同時表達(dá)TLR2及其相應(yīng)的配體高遷移率族蛋白1（HMGB1），這種自分泌循環(huán)對腫瘤干細(xì)胞的自我更新和化療耐受極為重要［18］。因而Toll樣受體及其后信號通路（NF?κB等）的激活能夠增強(qiáng)腫瘤干細(xì)胞的干樣特性，同時還會增加與腫瘤干細(xì)胞化療耐受有關(guān)細(xì)胞因子（TNF?α、IL?6等）的表達(dá)。

3 乙醛脫氫酶

乙醛脫氫酶（acetaldehyde dehydrogenase，ALDH）屬于19種同工酶超家族的一員，能夠參與體內(nèi)重要的生物合成過程，包括對特異性內(nèi)源性和外源性醛基的解毒作用［19］。最近的研究表明ALDH同樣涉及到腫瘤的化療耐受過程，因其能夠保護(hù)腫瘤干細(xì)胞免受胞體內(nèi)持續(xù)增加的活性氧簇（ROS）所帶來的潛在毒性傷害［20］。MENG等［21］的研究表明在卵巢癌中ALDH的表達(dá)水平與化療耐受呈正相關(guān)，即ALDH1能夠通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期關(guān)卡和DNA修復(fù)網(wǎng)絡(luò)來維持卵巢癌腫瘤干細(xì)胞的化療耐受特性。因此，食管癌細(xì)胞ALDH1的表達(dá)水平可以預(yù)測化療反應(yīng)療效也就無可厚非［22］。同樣在胸膜間皮瘤中，CD44陽性腫瘤細(xì)胞表達(dá)高水平的ALDH并表現(xiàn)出對順鉑等化療藥物的耐受［23］。而通過對ALDH的靶向抑制則可以阻止由ALDH陽性肺癌腫瘤干細(xì)胞導(dǎo)致的腫瘤復(fù)發(fā)［24］。所以ALDH作為一種解毒酶在腫瘤干細(xì)胞中高表達(dá)能夠緩解活性氧的毒性作用同時能夠控制細(xì)胞周期使得細(xì)胞有足夠的時間進(jìn)行DNA的修復(fù)，這使得腫瘤干細(xì)胞能夠?qū)够熕幬锏募?xì)胞毒作用。

4 Rho蛋白

Rho蛋白（Ras homolog gene family，Rho）是小G蛋白超家族的成員，因其能夠調(diào)控細(xì)胞骨架重組過程，所以Rho蛋白對細(xì)胞遷移和腫瘤細(xì)胞侵襲性方面起至關(guān)重要的作用［25］。Rho相關(guān)蛋白激酶（rho?associated protein kinase，ROCK）是Rho蛋白的效應(yīng)器，ZHENG等［26］研究發(fā)現(xiàn)Sox2基因能夠通過Rho?ROCK信號通路來調(diào)控結(jié)直腸癌腫瘤的運(yùn)動性并促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。在對來自黑色素瘤和乳腺癌腫瘤干細(xì)胞進(jìn)行Rho?ROCK通路靶向藥物治療過程中，可以發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞運(yùn)動性和侵襲性均下降［27］。同樣地，靶標(biāo)為ROCK的小分子抑制劑能夠通過阻斷Rho通路作用來抑制Survivin蛋白表達(dá)，并且能夠增加胰腺癌腫瘤干細(xì)胞對化療藥物的敏感性［28］?？偠灾?，Rho?ROCK通路的激活可以促進(jìn)Survivin蛋白表達(dá)，而Survivin蛋白作為一種抗凋亡蛋白能夠保護(hù)腫瘤干細(xì)胞免受化療藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，因此這種通路使得腫瘤干細(xì)胞能夠?qū)够熞约氨磉_(dá)更強(qiáng)的干樣特性。

5 Numb蛋白

Numb蛋白（Numb protein）涉及到細(xì)胞發(fā)育、粘附和遷移、細(xì)胞不對成分裂以及目標(biāo)蛋白內(nèi)吞和泛素化過程［29］。干細(xì)胞對稱性分裂和非對成性分裂之間的平衡控制著組織穩(wěn)定性，這種平衡失調(diào)則會導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。在結(jié)直腸癌腫瘤干細(xì)胞中，Numb蛋白表達(dá)被miR?146a?5p抑制，并導(dǎo)致Wnt信號通路激活來維持腫瘤細(xì)胞干樣特性［30］。而BU P等［31-32］在早期結(jié)腸癌腫瘤干細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)？miR?34a能夠通過直接抑制Numb蛋白，建立一種靶向目標(biāo)是Notch信號通路的前饋回路，這種回路能夠提供一種保護(hù)機(jī)制來對抗由致瘤基因突變引起的干細(xì)胞增殖。同樣肝癌中Nanog蛋白能夠使Numb磷酸化進(jìn)而導(dǎo)致p53的不穩(wěn)定性，最終使得腫瘤干細(xì)胞自我更新和致瘤能力增強(qiáng)［33］。Numb蛋白既能夠通過影響Notch通路和破壞p53蛋白穩(wěn)定性從而促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞增殖以及干樣的維持，又能夠通過影響Wnt通路抑制腫瘤干細(xì)胞的干樣特性，這主要取決于其分布在組織中的不同亞型。

6 Musashi蛋白

Musashi蛋白（MSI）是RNA結(jié)合蛋白家族中的一員，這種MSI蛋白家族能夠通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制或激活相關(guān)蛋白表達(dá)從而維持干細(xì)胞無限增殖的能力［34?35］。哺乳動物MSI蛋白家族作為癌基因蛋白在一系列腫瘤中占據(jù)重要地位，包括白血病、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、胰腺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌等［36］。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中MSI?1過表達(dá)能夠通過下調(diào)促凋亡基因保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受由化療藥物所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［37］。研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌細(xì)胞中MSI?1作為干性基因是CD44陽性腫瘤干細(xì)胞發(fā)育過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，并且能夠通過引發(fā)抗凋亡應(yīng)激顆粒（SGs）的形成而增強(qiáng)腫瘤干細(xì)胞化療耐受能力［38］。FANG 等［39］研究表明MSI?2 在肝癌腫瘤干細(xì)胞中通過上調(diào)調(diào)節(jié)自我更新基因Lin28A的表達(dá)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞化療耐受，并且敲低MSI?2基因會導(dǎo)致腫瘤干細(xì)胞自我更新和化療耐受的改變。因此MSI蛋白作為腫瘤干細(xì)胞抗凋亡過程中的重要蛋白是腫瘤干細(xì)胞能夠?qū)够熕幬锛?xì)胞毒作用不可或缺的分子基礎(chǔ)。

7 ID蛋白

ID蛋白（inhibitor of differentiation，ID）即分化抑制因子，主要是螺旋?環(huán)?螺旋轉(zhuǎn)錄因子亞家族的成員，其作為DNA結(jié)合抑制劑能夠調(diào)控與細(xì)胞分化相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄，因此這種蛋白主要在祖細(xì)胞和干細(xì)胞中表達(dá)［40］。許多人類惡性腫瘤中都可以檢測到ID基因表達(dá)的失控，ID蛋白是腫瘤干細(xì)胞自我更新、增殖以及維持的必需蛋白，此外ID蛋白還能促進(jìn)腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移［41?42］。SHIN 等［43］研究表明ID1能夠通過Wnt/c?Myc信號通路增加乳腺癌腫瘤干細(xì)胞數(shù)量和活動能力進(jìn)而使乳腺癌致瘤能力增強(qiáng)。ID1在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的表達(dá)水平與腫瘤細(xì)胞侵襲性成正相關(guān)，并且敲低ID1基因會導(dǎo)致明顯的腫瘤細(xì)胞侵襲性、自我更新能力抑制以及腫瘤干細(xì)胞表面標(biāo)記下調(diào)［44］。同樣的，在胃癌中敲低ID1基因可以發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞自我更新能力下降以及隨后出現(xiàn)的細(xì)胞增殖和化療耐藥能力的抑制，其機(jī)制有可能是破壞了 Nanog和 Oct?4 通路［45］。ID 蛋白與 Wnt/c?Myc、Nanog和Oct?4等信號通路密切相關(guān)，而這些通路與腫瘤干細(xì)胞的自我更新和干樣特性的維持密不可分，因此ID蛋白對腫瘤干細(xì)胞的調(diào)控是其對抗化療藥物的又一重要機(jī)制。

8 非編碼RNA

近年來研究表明，不同類型的非編碼RNA（non?coding RNA，ncRNA）例如微小RNA（miRNA）和長鏈非編碼RNA（IncRNA）能夠通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子和下游信號通路控制腫瘤干細(xì)胞的生長和分裂［46］。因此這些非編碼RNA對涉及到細(xì)胞內(nèi)信號通路、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡及細(xì)胞干性維持基因的影響是包括腫瘤在內(nèi)許多疾病發(fā)生發(fā)展的基礎(chǔ)。大量證據(jù)證實(shí)miRNA對腫瘤干細(xì)胞干性的維持、自我更新及分化的調(diào)節(jié)至關(guān)重要［47］。例如LIU等的研究證明由Snail基因通過Wnt通路上調(diào)的miR?125b能夠促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞的生成和化療耐藥［48］。在胰腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)同時抑制miR?21和miR?221能夠降低腫瘤干細(xì)胞的種群數(shù)并減少其分化，從而導(dǎo)致胰腺癌整體增殖能力，侵襲能力以及耐藥能力的下降［49］。而IncRNA是一組長度超過200個核苷酸的非編碼RNA，研究表明IncRNA與腫瘤干細(xì)胞密切相關(guān)。例如在對肺腺癌的研究表明IncRNA ROR能夠調(diào)節(jié)與腫瘤侵襲，轉(zhuǎn)移以及化療耐藥獲取相關(guān)的EMT的表達(dá)［50］。WANG等［51］對前列腺癌的研究發(fā)現(xiàn)，IncRNA HO?TAIR可以被化療藥物吉西他濱所誘導(dǎo)，并且能夠通過抑制腫瘤化療敏感性進(jìn)而促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞自我更新和遷移能力。綜上，ncRNA主要是通過控制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的表達(dá)以及相關(guān)信號通路的激活來實(shí)現(xiàn)對腫瘤干細(xì)胞的調(diào)控，這使得腫瘤干細(xì)胞能夠維持其干樣特性并對抗化療藥物的毒性作用。

9 總結(jié)與展望

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)這幾種分子機(jī)制的一個共同點(diǎn)就是對腫瘤干細(xì)胞干樣特性維持的作用，這種作用是腫瘤干細(xì)胞能夠?qū)够熕幬锒拘宰饔玫幕A(chǔ)。腫瘤干細(xì)胞之所以能夠逃避化療藥物的細(xì)胞毒作用，無外乎其自身的藥物排泄機(jī)制，抗凋亡機(jī)制以及DNA損傷修復(fù)機(jī)制等。通過對腫瘤干細(xì)胞耐藥機(jī)制的研究可以探索新的靶向目標(biāo)，改善傳統(tǒng)的抗腫瘤方案。例如，在傳統(tǒng)化療方案的基礎(chǔ)上增加腫瘤干細(xì)胞的靶向治療，通過這種聯(lián)合治療方案能夠同時清除腫瘤細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞，提高腫瘤患者化療的整體效果，具有很好的前景。目前靶向腫瘤干細(xì)胞的治療策略主要包括針對腫瘤干細(xì)胞的特異表面標(biāo)記和胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞分化以及改變腫瘤干細(xì)胞微環(huán)境。但是有研究表明腫瘤細(xì)胞在一定條件下受其周圍環(huán)境的影響可以去分化成腫瘤干細(xì)胞以補(bǔ)充消耗的腫瘤干細(xì)胞，而這種新生腫瘤干細(xì)胞的化療耐受能力就不得而知了。腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性和其周圍微環(huán)境的復(fù)雜性使得腫瘤治療變得異常困難，那么了解腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性和其外部環(huán)境，以及腫瘤細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞之間的關(guān)系就變得尤為迫切了。