胰腺癌干細(xì)胞的研究進(jìn)展

闞美佳， 張尤歷， 徐 岷

1.江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院消化科，江蘇 鎮(zhèn)江 212000； 2.常州市第一人民醫(yī)院消化內(nèi)科

胰腺癌是一種具有高度侵襲性和轉(zhuǎn)移性的消化道惡性腫瘤，預(yù)后極差，5年生存率不足5%[1]。由于早期缺乏典型臨床表現(xiàn)，診斷困難，80%的患者在確診時(shí)已是晚期，失去手術(shù)的最佳時(shí)機(jī)[2]。傳統(tǒng)的放化療雖然可以殺死部分腫瘤細(xì)胞，縮小腫瘤的體積，但由于少數(shù)腫瘤細(xì)胞存在明顯的放化療抵抗，無法根除，使得胰腺癌治療效果欠佳。即使在根治性手術(shù)后大多數(shù)患者仍會(huì)發(fā)生腫瘤復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移，總體生存率無明顯改善[3]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cells，CSCs)具有多系分化、不對(duì)稱分裂和自我更新的能力，并參與了肺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌等多種惡性腫瘤的起病及轉(zhuǎn)歸[4-6]。研究認(rèn)為，胰腺癌干細(xì)胞(pancreatic cancer stem cells，PCSCs)可能是誘導(dǎo)胰腺癌發(fā)生發(fā)展的啟動(dòng)因子，在其轉(zhuǎn)移、侵襲、放化療抵抗等方面起著重要作用[7-8]。本文將從PCSCs的表面標(biāo)志物、可塑性、能量代謝特點(diǎn)及其在胰腺癌轉(zhuǎn)移、耐藥、治療中的作用等方面進(jìn)行闡述。

1 CSCs

CSCs是腫瘤細(xì)胞中極少數(shù)處于靜止?fàn)顟B(tài)的未分化細(xì)胞，不僅具有自我更新的能力，同時(shí)還具有獨(dú)特的可塑性、代謝能力以及較強(qiáng)的放化療抵抗能力[9]。美國癌癥研究協(xié)會(huì)將其定義為腫瘤中具有自我更新能力并能分化為其他異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞的一類細(xì)胞[10]。1997年，Bonnet和Dick首次在人急性髓系白血病中發(fā)現(xiàn)了CSCs，他們將不同類型的白血病細(xì)胞亞群移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)僅有極少部分表面標(biāo)志有CD34+CD38-的白血病細(xì)胞能夠在小鼠體內(nèi)持續(xù)增殖，引發(fā)白血病。因此，研究人員將這種能夠在小鼠體內(nèi)增殖致病的CD34+CD38-白血病細(xì)胞定義為白血病干細(xì)胞(leukemia stem cells，LSCs)[11]。此后，CSCs的存在在乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌、結(jié)直腸癌、黑色素瘤等多種實(shí)體腫瘤中得到證實(shí)，并且隨著干細(xì)胞分離與鑒定技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的CSCs表面標(biāo)志物逐步被鑒定出來[12-14]。

2 PCSCs表面標(biāo)志物

在胰腺癌中，研究認(rèn)為，PCSCs驅(qū)動(dòng)了腫瘤的發(fā)生發(fā)展，并且在腫瘤轉(zhuǎn)移、耐藥、復(fù)發(fā)等過程中起到了重要作用，胰腺癌高度惡性的生物學(xué)行為可能由PCSCs決定[7-8]。2007年，Li等通過異種移植小鼠模型，首次從人源性胰腺癌細(xì)胞株中分選出了PCSCs，研究人員將胰腺癌患者的腫瘤細(xì)胞移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)只有極少數(shù)表面標(biāo)記有CD44+CD24+ESA+的腫瘤細(xì)胞在注射到小鼠體內(nèi)后能夠再現(xiàn)原發(fā)腫瘤的特征。這些能夠使小鼠致病的細(xì)胞被認(rèn)為是PCSCs，雖然只占原始腫瘤細(xì)胞的不到1%，但其致瘤性卻是普通腫瘤細(xì)胞的近百倍[15]。隨后，CD133、CXCR4、c-Met、ALDH1等PCSCs表面標(biāo)志物也不斷被鑒定出來。Hermann等發(fā)現(xiàn)，從人胰腺癌組織中分離出來的CD133+細(xì)胞接種到免疫缺陷小鼠體內(nèi)后可形成原位腫瘤，且CD133+胰腺癌細(xì)胞對(duì)吉西他濱的耐藥性明顯高于CD133-胰腺癌細(xì)胞。同時(shí)，CD133+CXCR4+胰腺癌細(xì)胞與胰腺癌轉(zhuǎn)移性相關(guān)，減少CD133+CXCR4+細(xì)胞的數(shù)量可大大降低胰腺癌的轉(zhuǎn)移潛能，有利于改善腫瘤的晚期預(yù)后[16]。此外，Bailey等研究發(fā)現(xiàn)，DCLK1標(biāo)志著一類侵襲前胰腺癌中具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞，抑制DCLK1的活性可減少小鼠上皮內(nèi)瘤變的發(fā)生[17]。在存在胰腺炎和KRAS的情況下，DCLK1能夠作為胰腺癌起源的候選基因啟動(dòng)KRAS突變從而導(dǎo)致胰腺腫瘤的發(fā)生[18]。PCSCs表面標(biāo)志物的不斷發(fā)現(xiàn)有助于進(jìn)一步了解PCSCs在胰腺癌中的作用機(jī)制，同時(shí)為探索新的治療靶點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。

3 PCSCs可塑性

細(xì)胞可塑性是指在一定環(huán)境條件下細(xì)胞改變其原有的表型及發(fā)生轉(zhuǎn)化的能力[9]。當(dāng)胰腺腺泡細(xì)胞受到損傷、發(fā)生炎癥反應(yīng)或代謝環(huán)境改變時(shí)易發(fā)生腺泡導(dǎo)管化生(ADM)，即由腺泡細(xì)胞向胚胎學(xué)上更為原始的導(dǎo)管細(xì)胞轉(zhuǎn)化[19]。研究認(rèn)為這種化生是可逆的，當(dāng)外界刺激因素消失，損傷及炎癥好轉(zhuǎn)，化生后的導(dǎo)管細(xì)胞可重新分化為腺泡細(xì)胞[20]。但如果ADM發(fā)生的同時(shí)還存在著KRAS突變或TP53、SMAD4等基因的失活，那么這種化生將變?yōu)椴豢赡?，從而促進(jìn)導(dǎo)管上皮內(nèi)瘤變的發(fā)生[21]。PCSCs同樣具有細(xì)胞可塑性，可特征性地從靜止?fàn)顟B(tài)、未分化或分化程度較低的干細(xì)胞樣表型分化為增殖活躍、分化程度高的腫瘤細(xì)胞表型，從而構(gòu)成腫瘤主體[22]。當(dāng)外界刺激持續(xù)存在，腫瘤細(xì)胞可能會(huì)發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，失去細(xì)胞極性，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)移的發(fā)生[23]。

4 PCSCs能量代謝

細(xì)胞的能量代謝通常是通過線粒體氧化磷酸化途徑進(jìn)行，而大部分腫瘤細(xì)胞則將有氧糖酵解作為主要的生物能量來源，我們稱之為“Warburg效應(yīng)”[24]。腫瘤細(xì)胞通過調(diào)節(jié)代謝關(guān)鍵酶、調(diào)控腫瘤微環(huán)境、引發(fā)線粒體損傷及基因改變等途徑增加有氧糖酵解的生物學(xué)行為被定義為能量代謝重組[25]。由于CSCs處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，其對(duì)能量和物質(zhì)的需求不同于快速增殖的腫瘤細(xì)胞，近年來越來越多的研究致力于探討CSCs能量代謝的相關(guān)途徑及分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的CSCs依賴不同的能量代謝途徑，例如肝癌、鼻咽癌依賴有氧糖酵解途徑，而肺癌、胰腺癌、結(jié)腸癌等則依賴線粒體氧化磷酸化途徑[26]。在有氧條件下，PCSCs可通過氧化磷酸化途徑產(chǎn)生ATP獲能，而在缺氧條件下，其能量代謝途徑可轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒猓踔赁D(zhuǎn)變成線粒體脂肪酸氧化途徑[27]。Isayev等研究發(fā)現(xiàn)，3-溴丙酮酸能夠抑制有氧糖酵解的速率從而抑制PCSCs的干細(xì)胞特性并增強(qiáng)其對(duì)吉西他濱的化療敏感性[28]。同樣，Zhao等研究發(fā)現(xiàn)，2-脫氧-D-葡萄糖通過抑制有氧糖酵解抑制了細(xì)胞干性并促進(jìn)耐吉西他濱胰腺癌細(xì)胞的化療敏感性[29]。抑制PCSCs的能量代謝有望成為胰腺癌治療的新靶點(diǎn)。

5 PCSCs與轉(zhuǎn)移

胰腺癌早期易發(fā)生轉(zhuǎn)移是其預(yù)后欠佳的重要原因之一。研究認(rèn)為，相比較于普通胰腺癌細(xì)胞，PCSCs具有更強(qiáng)的侵襲能力以及發(fā)生EMT的能力，促進(jìn)了腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[30]。Hermann等研究發(fā)現(xiàn)，同時(shí)表達(dá)趨化因子受體CXCR4的CD133+胰腺癌細(xì)胞較不表達(dá)CXCR4的CD133+胰腺癌細(xì)胞具有更強(qiáng)的細(xì)胞增殖與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移能力，并在模型小鼠體內(nèi)得到了驗(yàn)證[16]。隨后，研究人員發(fā)現(xiàn)，抑制PCSCs表面標(biāo)志物c-Met的表達(dá)可抑制小鼠體內(nèi)胰腺腫瘤向肺和肝臟的轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步證明了PCSCs參與了胰腺癌向遠(yuǎn)處臟器轉(zhuǎn)移的發(fā)生[31]。同樣，研究人員探討了PCSCs表面標(biāo)志物與EMT之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)ALDH+細(xì)胞更容易發(fā)生EMT，使細(xì)胞極性喪失，粘附性降低，從而促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移[32]。ZEB1是EMT的關(guān)鍵啟動(dòng)子，研究認(rèn)為，ZEB1與PCSCs表面標(biāo)志物CD44相互調(diào)控。ZEB1通過抑制胰腺癌上皮細(xì)胞剪接調(diào)控因子ESRP1來增強(qiáng)CD44亞型(CD44s)的剪接，而CD44s又能夠增加ZEB1的表達(dá)，這種相互關(guān)系促進(jìn)了胰腺癌的腫瘤形成與轉(zhuǎn)移[33]。

6 PCSCs與放化療抵抗

由于CSCs的存在，惡性腫瘤往往具有較強(qiáng)的放化療抵抗能力，使其對(duì)傳統(tǒng)治療敏感性較差。研究認(rèn)為，CSCs具有增強(qiáng)的抗凋亡能力、DNA損傷修復(fù)能力以及較低的有絲分裂率，這些特點(diǎn)提高了CSCs對(duì)放化療的耐受性[34]。有研究指出，胰腺癌的放化療抵抗可能與其干細(xì)胞表面標(biāo)志物相關(guān)[35]。Hermann等研究發(fā)現(xiàn)，在長期處于吉西他濱化療條件下，存活的胰腺癌細(xì)胞中CD133+細(xì)胞數(shù)明顯高于CD133-細(xì)胞數(shù)。同樣通過小鼠原位胰腺癌模型進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)吉西他濱治療后雖然腫瘤體積較前縮小，但腫瘤組織中CD133+細(xì)胞的比例卻明顯增加[16]。同樣，Lee等研究發(fā)現(xiàn)，表面標(biāo)志有CD44+CD24+ESA+的PCSCs較其他胰腺癌細(xì)胞具有更強(qiáng)的放化療耐受能力[36]。同時(shí)，Hong等用吉西他濱對(duì)胰腺癌細(xì)胞進(jìn)行化療，并得出了同樣的結(jié)論，他們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)腫瘤細(xì)胞死亡，而極少數(shù)的CD44+CD24+ESA+細(xì)胞群卻得以存活[37]。近年來，關(guān)于PCSCs促進(jìn)放化療抵抗的機(jī)制也在不斷被探討。研究發(fā)現(xiàn)，Wnt、Hedgehog、Notch等信號(hào)通路參與了胰腺的胚胎發(fā)育與分化，在PCSCs中起著重要作用[38]。Cao等通過生信分析發(fā)現(xiàn)，GPC4基因促進(jìn)了胰腺癌細(xì)胞干性及5-氟尿嘧啶(5-FU)耐藥，并通過體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抑制GPC4基因的表達(dá)能夠抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路，從而抑制PCSCs特性，提高5-FU化療敏感性[39]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，共同靶向CXCR4和Hedgehog信號(hào)通路能夠抑制吉西他濱耐藥胰腺癌細(xì)胞的干細(xì)胞特性[40]。以上結(jié)果均表明，PCSCs較其他胰腺癌細(xì)胞具有更強(qiáng)的放化療抵抗能力，靶向PCSCs可以提高胰腺癌放化療敏感性。

7 PCSCs與治療

通過靶向CSCs能量代謝途徑及信號(hào)傳導(dǎo)通路等方法，越來越多的臨床藥物被研究用于治療惡性腫瘤。研究發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素類抗生素通過阻斷線粒體蛋白的翻譯來抑制線粒體能量代謝相關(guān)的生物學(xué)效應(yīng)，從而抑制了肺癌、乳腺癌、胰腺癌等惡性腫瘤中CSCs的生長[41]。此外，二甲雙胍被認(rèn)為能夠降低2型糖尿病患者胰腺癌發(fā)病率并遏制腫瘤細(xì)胞生長，這或許與其抑制了線粒體能量代謝從而抑制PCSCs生長相關(guān)[42-43]。然而，在一項(xiàng)關(guān)于轉(zhuǎn)移性胰腺癌的Ⅱ期臨床隨機(jī)試驗(yàn)中，二甲雙胍對(duì)晚期胰腺癌患者的生存獲益并不顯著[44]。除了通過抑制能量代謝，還有部分研究對(duì)PCSCs相關(guān)信號(hào)通路的抑制進(jìn)行了探討。阿瑞匹坦是一種神經(jīng)激肽-1受體(NK1-R)拮抗劑，用于治療化療引起的惡心、嘔吐。研究發(fā)現(xiàn)，NK1-R拮抗劑能夠抑制AKT/mTOR和Wnt信號(hào)通路，從而抑制結(jié)腸癌和肝母細(xì)胞瘤的干細(xì)胞特性[45-46]。在胰腺癌中，NK1-R拮抗劑能夠調(diào)控CSCs轉(zhuǎn)錄因子FoxM1，使其從β-catenin復(fù)合物中分離出來，從而抑制Wnt信號(hào)通路[47]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，醌霉素A能夠抑制PCSCs腫瘤球的形成，降低PCSCs表面標(biāo)志物DCLK1、CD44、CD24和EPCAM的表達(dá)，并且抑制小鼠體內(nèi)腫瘤的形成，這可能與其抑制Notch信號(hào)通路相關(guān)[48]。藏紅花酸也被認(rèn)為可能通過抑制Hedgehog信號(hào)通路，顯著抑制表皮生長因子受體(EGFR)和蛋白激酶B(Akt)磷酸化，并降低了PCSCs表面DCLK-1的表達(dá)，從而抑制PCSCs的干性特征及腫瘤生長[49]。同時(shí)，研究表明，Hedgehog/GLI抑制劑GANT61聯(lián)合mTOR抑制劑能夠顯著降低PCSCs表面CD133的表達(dá)，并有效抑制其細(xì)胞成球能力，對(duì)PCSCs的清除效果顯著[50]。隨著PCSCs在胰腺癌發(fā)生發(fā)展中的機(jī)制不斷完善，越來越多的靶向藥物正在被研究，這對(duì)于改善胰腺癌患者的預(yù)后具有重要意義。

8 結(jié)語與展望

胰腺癌的形成、發(fā)展、轉(zhuǎn)移、耐藥乃至復(fù)發(fā)均與PCSCs有著密切的關(guān)系，抑制PCSCs的生長與代謝有望成為治療胰腺癌的有效手段。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的PCSCs表面標(biāo)志物被鑒定，針對(duì)PCSCs在胰腺癌中作用機(jī)制及相關(guān)信號(hào)通路的研究也越來越深入，這為進(jìn)一步的靶向治療奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，雖然部分藥物被認(rèn)為能夠抑制PCSCs從而抑制腫瘤生長，但其作用機(jī)理仍未完全闡明，將其運(yùn)用于臨床仍需要經(jīng)過大量的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)以及大數(shù)據(jù)的臨床隨機(jī)試驗(yàn)。與此同時(shí)，更多的靶向PCSCs能量代謝及信號(hào)傳導(dǎo)等方面的新型治療方法有待研究。