肿瘤的起源.doc

肿瘤的起源高露摘要：肿瘤是危害人类健康的重大疾病之一。人类对肿瘤细胞起源的研究很多,提出的假说也很多。肿瘤组织中存在一小群能够自我更新、增殖和分化，对肿瘤的发生、发展、复发、转移起决定作用的细胞，即肿瘤干细胞(cancer stem cells, CSCs)。在传统理论方法已不能攻克癌症的情况下，肿瘤干细胞理论为我们重新认识肿瘤的起源和本质提供了新的方向和视角。从20 世纪50 年代至今，随着生物技术的发展，肿瘤干细胞理论经历了从设想到验证的漫长历程。但该理论提出之日起便受到来自各方面不同观点的质疑。关键词：肿瘤，起源，干细胞，历程前言：当今环境日趋加剧，人类的生活环境不断恶化，与致癌因素的杰出越来越紧密。癌症在当今人群中的爆发率也日益增高，其对人类生命安全已造成不可阻扰的危害，并已成为是人们最为恐慌的疾病之一。人体细胞的稳定性只能是相对的，人体细胞基因的改变是必然的和难以避免的，所以人体几乎每个部位都可能遭受癌症侵害。本来，人体这个生物机器运行得天衣无缝，然而癌症改变了这种情形，它的任务就是破坏。如果继续下去，就将拖垮人体。但是，肿瘤不像病毒，不是体外入侵者，它的成分和正常组织一样，因此机体无法对它进行识别免疫。但并不是所有肿瘤都是归属于癌症，只有大部分恶性的肿瘤才称作是癌症。正因为肿瘤给人体健康所带来的巨大危害，使得当今人们不得不探寻各种攻克癌症的方法，当今用于治疗癌症的治疗法中有中药治疗，西药治疗，手术治疗，化学治疗等，但实际上对于肿瘤细胞尤其癌细胞还是很难根除。所以对肿瘤细胞起源的研究一直是人们非常关注的热点，也是当今医学界除艾滋病以外的有一大难题。最新研究表明，肿瘤细胞生长、转移和复发的特点与干细胞的基本特性十分相似，因此，有学者提出肿瘤干细胞的理论。该理论的提出开启了肿瘤治疗领域的新纪元，是对癌症本质观念的一种突破。一、 肿瘤干细胞理论及其相关技术的发展历程早在1963 年，Bruce 等从8 10 个月大小的患有自发性白血病的雌性小鼠的胸腺中提取出淋巴瘤细胞，将其静脉注射受体小鼠后可在其脾脏上观察到明显的黄色细胞集落。由此证明了移植的淋巴瘤细胞中有一小群 (1% 左右) 具有干细胞性质的能够在受体小鼠的脾脏上形成集落的亚细胞群。随后Buick等证明髓系白血病小鼠原始成髓细胞可以在甲基纤维素培养基上形成集落，并表示如能对其中的集落细胞进行检测和分析，将会建立起其与白血病干细胞的关系。1967 1981 年，Fialkow 等运用将雌性细胞中一条X 染色体失活，并以X染色体-连锁基因(6-磷酸葡萄糖脱氢酶)作为标记的分析方法，对急性髓系白血病和慢性髓系白血病以及特发性血小板增多症患者的研究分析表明，白血病及骨髓异常增生是由其中具有干细胞样的细胞或祖细胞增殖分化而形成的克隆性集落。随后Griffin 和Lowenberg报道了人类急性髓系白血病(AML)细胞能以较低的频率在羧甲基纤维素培养基上形成集落，并对AML 中的成集落细胞的性质和特点做了大量的分析，但没能对其进行分离纯化。在当时针对血液系统实验的同时，有关实体瘤的实验也取得了一些成绩。1961 年，Southam 和Brunschwig从35 例晚期癌症患者体内提取出肿瘤细胞，并将这些细胞以皮下注射的方式分别输入到同一患者体内，结果显示这些细胞致瘤的频率很低，只有达到100 万个细胞时才能使肿瘤发生。1977年，Hamburger 和Salmon发现只有0.02% 0.1%的小细胞肺癌、卵巢腺癌、神经母细胞瘤、黑色素瘤等实体瘤细胞能够在特制的培养基上形成集落。这些实验初步证明肿瘤组织中的大部分细胞可能来自其中一些具有干细胞性质的亚细胞群，即肿瘤干细胞。事实上，肿瘤干细胞学说与19 世纪人们提出的胚胎静息假说类似，当时认为是由于处在静息期的胚胎残余部分得以激活而导致了癌症的发生，并且这个假说当时被很多实验所支持。Sell 和Pierce及Potter进一步延伸和修正了这个假说，他们的结果表明肿瘤中存在一些具有增殖分化功能的细胞，这些细胞与正常组织中的干细胞有着相似的自我更新途径，可能是正常干细胞分化停滞的结果，故两者之间有着十分密切的联系。先前的实验虽表明肿瘤中存在干细胞性质的细胞群体，但由于技术手段的限制并未对这些细胞进行分离和鉴定。自荧光技术的诞生到流式细胞术的运用，再到各种实验小鼠模型的建立，大大推进了细胞技术的发展。与此同时，肿瘤干细胞理论也得到了迅猛的发展。根据细胞表面上的可标记抗原，利用荧光抗体技术及由此发展而来的高通量多参数的流式细胞技术，可以对血液系统和实体组织中多种类型的细胞进行鉴定与分析。在细胞技术发展的同时，实验小鼠模型的建立对研究干细胞的自我更新和无限繁殖功能具有重要的意义。1985 年Czitrom 等在对抗原呈递细胞的功能和来源进行研究时构建了重症联合免疫缺陷小鼠模型。随后，在SCID 小鼠模型基础上逐步完善了异体移植系统，但是SCID 小鼠模型不能满足对于肿瘤细胞连续的传代移植和AML多亚型分析等的研究。因此，在1992 年，Prochazka 等建立了非肥胖型糖尿病/ 重症联合免疫缺陷小鼠模型。John Dick 等随后利用这个模型对各类型的白血病进行大量研究，并在1997 年与Bonnet 首次鉴定出白血病干细胞，这是在肿瘤干细胞研究领域的一大突破，同时也开辟了肿瘤治疗的另一片天地。2001 年，Reya 等在Nature 上发表文章提出当代肿瘤干细胞学说，认为肿瘤组织存在一小部分具有干细胞性质的肿瘤干细胞，其具有无限的自我更新、多向分化潜能与高度增殖能力，能够产生不同表型的肿瘤细胞，并赋予肿瘤异质、增殖、浸润等特性。随后，对于这个假说的验证试验进行得如火如荼。继1977 年Hamburger 等对实体瘤干细胞的研究，由于当时条件限制未对这部分细胞进行纯化，2003 年，Al-Hajj 等首次从实体瘤组织中分离纯化肿瘤干细胞。他们将乳腺癌病理组织标本制成单细胞悬液，筛选出细胞表面标志为ESA+CD44+CD24-/low Lin- 的致瘤性癌细胞，发现这类细胞在NOD/SCID 小鼠中可持续地形成肿瘤，并有很强的致瘤性。研究表明，200 个ESA+ CD44+ CD24-/low 乳腺癌细胞便可在受体小鼠体内形成移植瘤，而1 万个ESA- CD44+ CD24-/low 的乳腺癌细胞在相同的时间内未形成肿瘤。同样数量两种表型的细胞，前者的致瘤时间要早于后者2 3 周。这种干细胞样特性的肿瘤细胞，虽然在数量上只占整个乳腺肿瘤细胞的2%，但通过有限稀释分析发现，其致瘤的能力至少是其他表型肿瘤细胞的50 倍。至此，血液系统与实体瘤中的肿瘤干细胞均得到成功的分离与鉴定，开启了肿瘤干细胞研究的大门。随后几年内，脑瘤、前列腺癌、肺癌、胰腺癌、鼻咽癌等肿瘤中的干细胞样细胞相继得以成功分离，奠定了肿瘤干细胞理论的研究基础。二、当今关于不同组织肿瘤起源的研究1. 睾丸生殖细胞肿瘤类型及起源据最新研究，睾丸生殖细胞TGCT的起源很可能为原始生殖细胞，（PGC）或早期生殖母细胞。胚胎性干细胞分化多能性导致组织学的显著异质性；TGCT可具有模拟躯体任何一种组织的成分，包括形成畸胎瘤内早期胚胎的模仿性结构；此外，生殖细胞肿瘤还可发生于生殖腺外，通常靠近躯体中线的部位。TGCT形态的复杂性多年来曾使病理学者感到迷惑，并造成分类命名和诊断上的混乱。 有专家指出，TGCT很可能是IGCNU的前驱病变，而后者源于PGCs/gono2cytes。IGCNU在诊断后5年内有50%发展成侵袭性肿瘤。关于IGCNU向侵袭性TGCNU演变的途径，学者们有以下设想：（1）IGCNU经小管内SEM或小管内N2SEM分别发展成侵袭SEM或侵袭性N2SEM。Biermann等根据CIS基因表达谱包括胚胎干细胞与生殖细胞两方面高表达的现象认为IGCNU本身的异质性导致侵袭性TGCT不同类型的形成。（2）IGCNU经小管内SEM发展成侵袭性SEM，SEM可演变成N2sem。Looi jenga等把CIS/IGCNU细胞也SEM细胞是为等同，认为二者不同之处仅在于原位或侵袭，主张N2sem是SEM转变而来。组织学与基因学水平上，SEM与N2sem的中间型即是有力证据之一。 综上，IGCNU是由PGCS/gonocytes肿瘤性转化形成的病变，由兼具胎儿生殖细胞与胚胎早期发育相关基因表达的瘤细胞构成。演变成侵袭性TCGT时，或维持其原有细胞基本特点即SEM，或转向N2sem如EC及其它模拟胚内胚外结构表型分化的亚型。TGCT瘤细胞分化的转变，可发生在睾丸小管原位肿瘤、TGCT肿瘤侵袭以外转移等不同阶段。2肿瘤干细胞与胃肠道肿瘤胃肠道肿瘤组织是一种不均质的混合体, 由具备不同分化潜能、处于不同分化阶段的多种类型的细胞组成。肿瘤组织中不是所有的细胞都是恶性的, 仅有部分细胞具有无限增殖和恶变潜能, 这部分具有干细胞性质的细胞群体称为肿瘤干细胞（CSCs), 是形成不同分化程度的肿瘤细胞和瘤体不断扩大的源泉, 决定着肿瘤组织的生长、增殖、转移、复发。研究发现, 虽然不同部位肿瘤组织中的肿瘤细胞呈现各种不同的组织形态, 但具有遗传同源性, 说明其可能来源于一个共同的祖细胞, 提示了CSCs的存在。近年已有实验在不同肿瘤组织中分离出CSC s, 证实了CSCs的存在。最近在胃肠道肿瘤中也分离出CSCs, 并证实了它们作为干细胞的一些特性: 可塑性、无限增殖潜能、凋亡抵抗等。这些证据充分证明了CSC s的存在, 表明了肿瘤的侵袭、转移、复发是由CSC s的这些生物学特性决定的, 也提示了CSC s在肿瘤治疗中的不容忽视性。3关于肝细胞癌克隆起源的研究1976年提出的肿瘤的单克隆性增生是肿瘤的重要特征之一，为随后肿瘤性病变和增生性病变的鉴别奠定了重要的理论基础。20世纪80-90年代有学者相继应用分子生物学的方法检测HBV-DNA整合模式、p53突变类型和DNA倍体模式等来确定肝克隆起源。据国外研究报告，原发性肝细胞癌线粒体DNA发生D环区突变的频率介于39%-68%。国内黄学文等对20例原发性肝癌线粒体DNA D环区突变情况进行检测，结果显示D环区突变率为40%（8/20），共发现突变位点53个，其中包括2个插入、11个缺失和40个点突变。X染色体的突变具有遗传稳定性，所有来源于这一细胞的子代细胞，无论是正常的还是发生了转化的肿瘤细胞，都是相同的染色体失活。国内和国外的数据表明，约1/3女性具有PKG基因的多态性，而人雄激素受体和单胺氧化酶基因杂合性比率更高，分别为90%和75%。在肝癌发生的分子基础中，遗传和表观遗传机制均起着重要的作用。按照表观表观遗传学理论，肿瘤特异的CpG岛高甲基化在细胞分裂和增殖中能够稳定传递，且肝癌DNA异常甲基化谱式作为肝癌克隆性分析的分子标志。19例患者中每例至少存在1种基因的异常甲基化，每例患者的肿瘤组织均可通过11个抑癌基因的甲基化检测谱来确定多结节以及复发性肝癌的克隆性起源。有实验选用多种探针对19例肝癌的43个癌结节的LOH模式进行分析，结果发现经组织学诊断的11例多中心肝癌有8例至少在1个或多个位点上检测到染色体16的LOU。总之，肝癌术后复发一直是制约肝癌治疗效果的主要原因，鉴别多结节和复发性肝癌的克隆起源不仅对肝癌复发机制有重大理论价值且更有实践意义。4脑肿瘤干细胞与肿瘤的起源脑肿瘤干细胞的定义实际上是基于NSC 而提出的, 目前研究BTSC的方法, 包括分离, 培养, 分化等,也主要是参照NSC。由于二种细胞很相似, 在BTSC和肿瘤起源的问题上, 目前倾向于NSC 的假说。第一, 肿瘤起源部位, 与NSC分布区域一致。多年来室管膜下和脑室旁一直被认为含有胚胎残余细胞。在用致瘤物质诱导肿瘤的试验中, 脑室周围较皮层肿瘤发生率高, 提示这些区域可能是肿瘤发源地, 而现在研究也证实, 这些区域也存在NSC。第二,许多恶性脑肿瘤的细胞结构和组织学特点, 提示它们可能起源于NSC或相应的前体细胞。儿童髓母细胞瘤和其它儿科肿瘤, 肿瘤细胞非常原始, 称为母细胞, 极有可能起源于干细胞 。第三, 肿瘤干细胞与NSC在功能和遗传学上很相似, 这是最重要的证据之一。在原发脑肿瘤中, 肿瘤干细胞往往缺乏已分化细胞的标记, 如神经元和胶质细胞标记, 相反却有NSC 标记, 如nestin或CD133等。另外, 很多脑肿瘤中, 最典型的是多形性胶质母细胞瘤, 细胞表现出高度不均一性, 可以出现多个谱系的表形, 用单一细胞起源很难解释, 可能来源于一种多能干细胞。髓母细胞瘤基因芯片研究发现肿瘤细胞与正常细胞有很大相似性, 来源于小脑颗粒细胞。与肿瘤相比, 正常脑组织也是由神经元和胶质细胞等不同谱系的细胞组成, 现在基本研究清楚, 脑的形成和生长是由于NSC 的自我更新平衡。因此, 脑肿瘤和正常脑组织的相似性提示它们可能有共同的细胞起源。第四, NSC 相对于已分化细胞而言, 容易发生突变, 更有可能转变为肿瘤细胞。Hollan等用逆转录病毒系统, 将癌基因分别导入GFAP和nestin阳性细胞, 观察它们成瘤情况, 结果发现nestin阳性细胞发生肿瘤机率明显增大。NSC具有自我更新和长期生存等特点, 因此, 相对于脑内其它细胞而言, NSC更容易转变为肿瘤细胞。三、肿瘤起源研究的讨论与展望随着肿瘤在当今人群中的恶性蔓延，攻克癌症已成为当今人类最紧迫任务之一。而探索肿瘤的起源问题随之成为攻克癌症的首要任务，关于肿瘤的起源问题，国内外有很多的科学说法，但均还处于最初理论阶段，且有很大领域还处于未知阶段。肿瘤干细胞学说的提出，使我们对肿