食管癌干細胞特性及相關(guān)蛋白的研究進展

閆俊濤，李洪霖，朱亞輝，常思思，高付彥，馬純政，

(1．河南中醫(yī)藥大學，河南 鄭州 450046；2．河南省中醫(yī)院/河南中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450002)

食管癌發(fā)病率居全球癌癥發(fā)病率第8位，每年造成超過50萬例死亡，占全球癌癥死亡總數(shù)的5.3%[1]。我國是食管癌的高發(fā)地區(qū)，2020年中國新增食管癌死亡病例數(shù)為30.1萬例，占全球死亡病例的50%以上，居中國惡性腫瘤死因第4位[2]。食管癌干細胞參與并促進了食管癌的復發(fā)、轉(zhuǎn)移及治療抵抗，與食管癌的高死亡率密切相關(guān)[3]。因此，深入了解食管癌干細胞的特性及其相關(guān)的影響因素可能為食管癌的診治提供新的方向。

1 食管癌干細胞特性

腫瘤中并非每一個細胞都有再生能力，其中一部分細胞能夠自我更新，并在治療后再生構(gòu)成腫瘤的異質(zhì)細胞譜系，促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、耐藥、復發(fā)和轉(zhuǎn)移，這些細胞就是腫瘤干細胞[4]。腫瘤干細胞的幾個特點如下：①自我更新能力，腫瘤干細胞可以產(chǎn)生與上一代相似的子代細胞，從而保持持續(xù)生長；②分化潛能，體外分化的腫瘤干細胞可形成新的腫瘤；③高致瘤性，在動物實驗中，將少量腫瘤干細胞注射到動物體內(nèi)時，可以生成腫瘤；④治療抵抗，腫瘤干細胞的膜轉(zhuǎn)運蛋白可攝取和分泌多種與細胞能量代謝相關(guān)的物質(zhì)，導致其對多種抗癌藥物產(chǎn)生抵抗[5]。食管癌干細胞的這些特性，促進了食管癌的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移與治療抵抗。

2 食管癌干細胞特性相關(guān)蛋白

2.1 ATP結(jié)合盒蛋白G亞家族成員2

ATP 結(jié)合盒蛋白G 亞家族成員2 ( ATP binding cassette subfamily G member 2，ABCG2)是ABC細胞膜轉(zhuǎn)運蛋白家族中的一員，是最重要的多藥耐藥轉(zhuǎn)運體之一，其轉(zhuǎn)運底物包括許多常用的化療藥物[6]，可以將多種內(nèi)源性和外源性化合物泵出細胞，ABCG2參與的抗癌藥物外排或其他機制影響了癌癥的治療效果[7]。研究[8]發(fā)現(xiàn)，ABCG2可能是腫瘤干細胞的一種新的生物標志物，其不僅在正常食管上皮細胞頂膜中大量表達，在食管鱗癌手術(shù)標本中也高表達，并與食管癌的病理分級、TNM分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。Huang 等[9]的研究發(fā)現(xiàn)ABCG2 的表達在腫瘤干細胞增殖、維持干細胞表型和促進腫瘤細胞發(fā)育中發(fā)揮了重要作用。

2.2 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1

DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA methyl transferases 1，DNMT1)在DNA 的甲基化修飾中發(fā)揮主要作用。研究發(fā)現(xiàn)DNMT1 的高表達可以抑制P53的轉(zhuǎn)錄從而促進腫瘤生長，DNMT1也參與了干細胞的干性維持，在干細胞分化過程中DNMT1 的表達呈下降趨勢[10]。滕穎[11]進行了DNMT1對食管癌干細胞影響的研究，發(fā)現(xiàn)在抑制DNMT1 的表達后，食管癌細胞系中干細胞的比例降低，懸浮培養(yǎng)形成腫瘤球的數(shù)量及體積均減少，裸鼠體內(nèi)形成的移植瘤體積及質(zhì)量也減小，食管癌細胞的增殖、克隆、轉(zhuǎn)移及耐藥能力均受到抑制，干細胞標記物Sox2的表達也下降。這表明DNMT1 對于維持食管癌干細胞的數(shù)量和干細胞特性有著重要作用。最近有研究表明，新型抗癌藥RX-3117可通過抑制DNMT1 直接抑制腫瘤生長，表明DNMT1 可作為一個潛在的食管癌治療靶點[12]。

2.3 畸胎瘤衍生生長因子1

畸胎瘤衍生生長因子1(cripto-1，CR-1)是表皮生長因子富含半胱氨酸家族(EGF-CFC)的成員，能編碼一種與胚胎發(fā)育有關(guān)的蛋白[13]。CR-1在成人組織中不表達，但在腫瘤細胞特別是腫瘤干細胞中重新表達[14]，促進了腫瘤細胞的增殖、存活、轉(zhuǎn)移和侵襲，也促進了腫瘤組織中的血管生成。Xu等[15]發(fā)現(xiàn)CR-1的表達水平與腫瘤的侵襲深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、較晚的TNM分期和較差的總體生存呈正相關(guān)。

在食管癌中，CR-1 高表達的細胞系中干細胞相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Sox2、Oct4 和Nanog 的表達水平更高，而抑制CR-1 會使食管癌干細胞相關(guān)基因的表達水平顯著降低，也會使食管癌細胞的自我更新能力和腫瘤球形成能力顯著降低，提示CR-1 可視作食管癌干細胞的特異性標志物，且在調(diào)節(jié)食管癌細胞的干細胞特性方面發(fā)揮作用[16]。宋爽等[17]實驗證實，轉(zhuǎn)染CR-1基因過表達載體的食管癌干細胞的存活率明顯升高，凋亡率明顯降低，即CR-1 的過表達對食管癌干細胞的存活具有促進作用。Liu等[16]研究證實，CR-1還參與了誘導食管癌細胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的過程，促進了食管癌干細胞的生成。最近，針對CR-1 的反義核酸技術(shù)和針對CR-1 的CfC 結(jié)構(gòu)域的拮抗劑已被報道能抑制人乳腺癌、結(jié)腸癌和睪丸癌細胞的生長，提示CR-1 是針對食管癌干細胞的一個有價值的治療靶點。

2.4 CXCL12-CXCR4趨化因子軸

趨化因子與其受體之間的相互作用在腫瘤干細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移中起著重要作用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，趨化因子配體12(CXCL12)及其同源受體(CXCR4)在腫瘤的增殖、侵襲、血管生成、微環(huán)境和化療耐藥等方面發(fā)揮了重要作用[18]。腫瘤細胞及其所處微環(huán)境產(chǎn)生的大量CXCL12 會促進腫瘤細胞發(fā)生EMT，也會上調(diào)腫瘤細胞上的CXCR4 來阻止細胞凋亡[19]。CXCL12 還能吸引CXCR4陽性的炎性細胞、血管細胞和間質(zhì)細胞進入腫瘤組織，從而支持腫瘤的發(fā)展[18]。CXCR4是介導食管癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠處器官轉(zhuǎn)移的一個主要趨化性受體，抑制CXCR4可以顯著降低食管癌細胞的轉(zhuǎn)移和增殖潛力，CXCR4在食管癌干細胞中的高表達促進了食管癌干細胞的遠處轉(zhuǎn)移，增加了食管癌的惡性潛能[19]。Wang等[20]的實驗發(fā)現(xiàn)食管癌干細胞能自分泌大量CXCL12并高表達CXCR4，且CXCL12-CXCR4趨化因子軸對食管癌干細胞上的ERK1/2 信號通路具有激活作用，從而促進了食管癌干細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

2.5 YAP1-SOX9軸

Hippo 信號通路(Hippo pathway)及其轉(zhuǎn)錄輔助激活因子Yes相關(guān)蛋白1(Yes-associated protein 1，YAP1)是調(diào)節(jié)器官大小和增殖的主要因子，YAP1和Hippo通路的去調(diào)控在惡性腫瘤進展過程中的重要性正在顯現(xiàn)[21]。Song等[21]研究發(fā)現(xiàn)YAP1驅(qū)動Y染色體性別決定區(qū)-盒轉(zhuǎn)錄因子9(sex-determing region of Y-box transcription factor 9，Sox9)的表達是細胞獲得干細胞特性的關(guān)鍵，且YAP1 能通過保守的TEAD 結(jié)合位點直接上調(diào)Sox9，從而賦予多種胃腸道來源的非轉(zhuǎn)化細胞(包括食管癌細胞)的干細胞特性。在這些非轉(zhuǎn)化細胞中，包括腫瘤球形成、增殖和致瘤性在內(nèi)的多種干細胞特性均依賴于YAP1的表達，抑制YAP1會使由YAP1-Sox9 軸誘導的食管癌干細胞的體外腫瘤形成能力、體內(nèi)致瘤性和干細胞標記物的表達量顯著降低。Sox9在多種癌癥中被認為是腫瘤干細胞的標志，在食管癌細胞中，敲除YAP1基因會使Sox9 的表達降低，腫瘤球形成能力減弱，因此Wei等[22]認為YAP1對Sox9的激活可能是賦予食管癌細胞干細胞特性的重要因素。YAP1 抑制劑維替普芬，已被發(fā)現(xiàn)可抑制食管癌的腫瘤干細胞和腫瘤細胞生長?？傊?，YAP1-Sox9通路可以視作抑制食管癌惡性進展的基因或藥理學靶點[23]。

2.6 GASC1-Notch1軸

鱗狀細胞癌擴增基因1(gene amplified in squamous cell carcinoma 1，GASC1)，對維持胚胎干細胞的特征至關(guān)重要[24]。賈瑞諾[25]進行了GASC1參與食管癌干細胞維持的研究，發(fā)現(xiàn)對GASC1進行遺傳和藥理學抑制后，食管癌干細胞的數(shù)量、增殖能力、靜止狀態(tài)、致瘤性和侵襲轉(zhuǎn)移能力均顯著下降。該研究另外發(fā)現(xiàn)Notch1基因在食管癌細胞系的表達隨著GASC1的抑制而顯著下調(diào)，且Notch1基因敲減后也會引起食管癌干細胞的比例和懸浮培養(yǎng)成球率下降，但Notch1基因的過表達卻可以補償GASC1表達下調(diào)引起的“干細胞性削減”[25]，這表明Notch1對于GASC1誘導食管癌干細胞形成是必不可少的。Jia等[26]后續(xù)發(fā)現(xiàn)GASC1是通過促進Notch1啟動子區(qū)域去甲基化來調(diào)控食管癌干細胞的，提示GASC1-Notch1軸參與食管癌干細胞的干性維持。

3 上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

EMT是一個生物學過程，上皮細胞經(jīng)歷該過程會失去細胞極性，并失去與基底膜的連接等上皮細胞表型，獲得較高的轉(zhuǎn)移能力、侵襲性和抗凋亡能力，呈現(xiàn)間質(zhì)細胞表型[27]，從而促進腫瘤的侵襲性和轉(zhuǎn)移性生長，這可能是上皮細胞獲得惡性表型的關(guān)鍵[28]。目前認為EMT和腫瘤干細胞之間可能存在直接關(guān)系，Liu 等[29]進行的食管癌干細胞與EMT 過程的相關(guān)性研究證實，食管癌干細胞中上皮蛋白生物標記物的表達降低，而間質(zhì)蛋白生物標記物和轉(zhuǎn)錄因子的表達增加，表明食管癌干細胞具有了EMT 特征，抑制EMT 進程可以視作食管癌的一種潛在治療方法。

4 缺氧微環(huán)境

各種組織的正常干細胞均處在一個微環(huán)境中，該微環(huán)境密切影響它們的生存和自我更新。有學者認為腫瘤干細胞可能也存在于特定的微環(huán)境中，使它們對放射治療和化療更具抵抗力，從而導致腫瘤的再生和遠處轉(zhuǎn)移[4]。研究發(fā)現(xiàn)，與正常干細胞增殖和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的微環(huán)境組成成分或信號通路，在腫瘤細胞的侵襲和擴散中也起著關(guān)鍵作用[30]。缺氧已被證明是正常干細胞和腫瘤干細胞微環(huán)境的組成成分，缺氧微環(huán)境通過激活缺氧誘導因子來維持細胞靜止狀態(tài)而使腫瘤干細胞保持未分化狀態(tài)[4]，進而誘導腫瘤干細胞的放化療抵抗，為轉(zhuǎn)移創(chuàng)造條件。劉靈[31]進一步明確了缺氧微環(huán)境對食管癌細胞干細胞化的影響，她發(fā)現(xiàn)經(jīng)過缺氧培養(yǎng)后，食管癌細胞內(nèi)的腫瘤干細胞標志物的表達量、食管癌細胞系中腫瘤干細胞的比例及食管癌細胞的體外侵襲能力均明顯增加。這提示缺氧能夠誘導食管癌細胞干細胞化，缺氧微環(huán)境及缺氧誘導因子對食管癌干細胞的干性維持十分重要，逆轉(zhuǎn)缺氧微環(huán)境或殺滅缺氧誘導因子可視作一種潛在的食管癌治療方法。

5 細胞靜止狀態(tài)與DNA損傷抵抗

增殖會誘導干細胞的分化和衰竭并增加大多數(shù)成體組織中突變的積累從而誘導細胞凋亡，而當細胞處于靜止狀態(tài)時DNA的復制和代謝下降，細胞凋亡明顯減少。Fleming等[32]由此認為腫瘤干細胞的靜止狀態(tài)在腫瘤維持過程中發(fā)揮了重要作用，是腫瘤細胞躲避傷害的必要條件。Chen等[33]實驗發(fā)現(xiàn)，與非干細胞相比，食管癌干細胞處在靜止狀態(tài)的細胞比例更多，對DNA損傷劑的抵抗能力更強，還能誘導DNA 損傷應答(DNAdamage response，DDR)的衰減，以此來抵抗DNA 損傷引起的細胞死亡，這可能是食管癌對放化療抵抗的主要原因之一。

6 結(jié) 語

綜上所述，分子通路、EMT、微環(huán)境、細胞靜止狀態(tài)和DNA損傷抵抗共同維持了食管癌干細胞的自我更新能力、分化潛能、高致瘤性和放化療抵抗，使食管癌成為消化系統(tǒng)常見的高危惡性腫瘤。食管癌干細胞可視作一個潛在的治療靶點，為改善患者預后提供了更多的可能性。