对肿瘤干细胞的认识和可调控的意义.doc

对肿瘤干细胞的认识和可调控的意义The cognition and the significance of the regulation of the cancer stem cells孙靖中 江立玉SUN Jing zhong JIANG Li yu山东大学齐鲁医院乳腺外科 （中国 250012）Shandong University Qilu Hospital (China 250012) 中图分类号：R730.55 文献标识码：A 文章编号：18180086（2008）02摘要：恶性肿瘤严重地威胁着人类的健康，是危害人类生命的重要原因之一。尽管有关研究报告很多，遗憾的是其机制尚不清楚，至今尚无确切有效的抗癌、控癌措施。局部复发和远处转移一直是导致最终治疗失败的主要问题。WHO提出的新目标和理念肿瘤属于可调控的慢性疾病。 新的研究发现在肿瘤组织中有一类具有自我更新及分化潜能的细胞亚群，而且是肿瘤复发及转移的根源。这部分细胞被称为肿瘤干细胞。国内外相继从血液系统肿瘤及多种实体瘤中分离、鉴定了肿瘤干细胞。随着肿瘤干细胞学说的提出及确认，人们对肿瘤复发、转移机制和对策有了新的认识和期望，从而为恶性肿瘤治疗后的复发转移的预防提供了一个全新的途径。现综述如下。关键词:肿瘤，肿瘤干细胞，干细胞Abstract:Malignant disease still threatens the human health seriously. Though many anticancer approaches have been developed, no effective strategy could cure cancer yet. Recurrence and metastasis lead to the failure of treatment, but it is a pity that the mechanisms are unclear now. A new conception that cancer is a chronic regulatory disease has been raised by WHO.Recent researches revealed that theres a small group of cells with self renewal and indefinite potency are present in the tumors, and they are the sources of recurrence and metastasis. These special cells are called cancer stem cells. The cancer stem cells have been separated and identified from malignant hematological diseases tumor and malignant solid tumors. The cognition for the mechanism and treatment of recurrence and metastasis has changed with the introduction of the cancer stem cell theory, which provides a new pathway to the control of the cancer recurrence and metastasis.Key words:tumor; cancer stem cells;stem cells恶性肿瘤始终因其不可根治的特征而成为威胁人类健康的疾病之一。虽然生物工程技术及基因表达图谱研究的发展使我们对恶性肿瘤的认识趋向透彻，各种新药的开发、免疫治疗及靶向治疗的开展、手术方式的改进等综合治疗在一定程度上改善了肿瘤患者的生存质量，延长了生存时间，但是复发和转移仍然是恶性肿瘤治疗失败的最主要的原因，是目前肿瘤学研究亟待解决的问题。而肿瘤干细胞的发现及研究为该问题的解决提供了新的线索。1 定义 1.1 干细胞及肿瘤干细胞干细胞是一类具有自我复制、更新功能和多向分化潜能的原始未分化细胞，分为胚胎干细胞、生殖干细胞和成体干细胞1。而肿瘤干细胞是指肿瘤组织中具有自我更新及分化能力等干细胞性质的癌细胞亚群，是形成不同分化程度的肿瘤细胞和肿瘤不断增殖的根源。1958年Hewitt2将小鼠白血病细胞移植到同种小鼠体内时，发现仅有1%4%能够在小鼠脾脏内形成克隆，因此认为只有部分肿瘤细胞具有致瘤性。其他学者发现实体瘤体外培养也仅1/50001/1000 能够形成克隆。这些研究提示我们肿瘤细胞具有异质性。传统的观点认为肿瘤组织中的每一个瘤细胞均具有无限增殖及致瘤能力，但具体是哪些瘤细胞形成新的癌灶则是随机的；现在则认为肿瘤细胞之间存在固有的差异，在肿瘤组织中绝大部分肿瘤细胞只具备有限的增殖能力，而仅有极少细胞具备自我更新和不定分化潜能，作为肿瘤形成的起始细胞并维持肿瘤的生长，这就是所谓的肿瘤干细胞。 1.2 肿瘤干细胞学说随着研究的深入，学者们对肿瘤干细胞的认识逐渐达成一致，并产生了一系列相关理论，即肿瘤干细胞学说。其后，Reya及Pardal等人3、4通过研究分别提出并补充、丰富了肿瘤干细胞学说，他们认为肿瘤干细胞不仅存在于血液系统肿瘤中，还存在于众多实体瘤中。肿瘤干细胞学说主要包括以下两点内容：（1）肿瘤细胞存在异质性，其中一小群具有自我更新、无限增殖能力和不定分化潜能，是肿瘤形成的起始细胞并维持肿瘤的生长；（2）肿瘤干细胞对放疗化疗不敏感，可能是肿瘤转移、复发的根源。2 肿瘤干细胞的分离及鉴定随着干细胞生物学领域的发展及研究技术的日趋成熟，肿瘤干细胞的研究取得了突破，在多种肿瘤中发现了肿瘤干细胞。Bonnet5发现在急性粒细胞白血病中，仅表型为CD34+CD38-的癌细胞能够在NOD/SCID小鼠体内形成急性粒细胞白血病，这部分细胞只占0.2%，而其它绝大部分细胞（CD34-亚群和CD34+CD38+亚群）都不能形成移植瘤灶。进一步研究发现，这部分细胞与正常造血干细胞有许多相似之处，并且能够在NOD/SCID小鼠体内连续传代，所形成的移植瘤与原肿瘤具有相同的形态学特征。Cox等6用原代培养的人急性淋巴细胞白血病细胞进行研究时发现其中存在少量以CD34+CD19-或CD34+CD10-为特异细胞表型的肿瘤干细胞。Matsui等7在多发性骨髓瘤中也分离出一群CD138-/CD34-骨髓瘤细胞，将其移植入NOD/SCID小鼠体内能够形成多发性骨髓瘤，并且体外能够连续传代，而其他亚群骨髓瘤细胞不具备这些功能。2002年Clarke等首次从人类乳腺肿瘤中分离出了肿瘤干细胞，推动了实体瘤的研究8。他们将乳腺癌患者手术切除的标本制成单细胞悬液，经流式细胞仪筛选出具有特异表达CD44+、B38.1+和ESA+的细胞，注入NOD/SCID小鼠体内，结果发现12周后所有接种CD44+、B38.1+、ESA+、CD24-/lowLin-细胞的小鼠体内均长出了肿瘤，证明这部分细胞具有致瘤性。随后AI-Hajj M等9从人的乳腺组织中分离出预期的乳腺癌起始细胞，他们根据细胞表型利用流式细胞仪从乳腺癌组织或胸水转移癌细胞中筛选出CD44+CD24-/lowLin-细胞。将这群细胞接种在NOD/SCID小鼠乳腺脂肪板内，能够形成与原肿瘤类似的瘤灶，而其它亚群不能形成移植瘤灶。即使只有200个CD44+CD24-/lowLin-细胞，也能形成移植瘤，并且可以在NOD/SCID小鼠乳腺脂肪板内连续传代；与之相对的是，即使移植数千个其它表型的癌细胞，也不能形成移植瘤灶。进一步深入研究表明，在NOD/SCID小鼠所形成的瘤灶内既包括这群肿瘤源性细胞，又包括其它表型的肿瘤细胞。继乳腺癌干细胞被分离、鉴定之后，后续研究相继在不同的中枢神经系统肿瘤、胰腺癌、肠道肿瘤、肝癌、骨肉瘤、肺癌等肿瘤中发现了肿瘤干细胞。3 正常干细胞与肿瘤干细胞的关系3.1 肿瘤干细胞的来源众多研究得出的结论均支持肿瘤干细胞的干细胞源性。人造血干细胞的表型是CD34+CD38-Thy-1+， 而在大多数AML中白血病干细胞表型是CD34+CD38-Thy-1-，Thy-1的丢失导致了恶性转化，因此可以推测白血病干细胞是由造血干细胞衍生而来的10。Rubio的研究发现人间充质干细胞在体外较长时间( 45个月)体内比较短时间(68周)更易发生自身转化11。说明细胞恶变过程中干细胞有更长的生存时间来产生和积累突变，也支持肿瘤干细胞的干细胞来源学说。3.2 具有共同的标记物肿瘤干细胞与正常干细胞有许多相同的标记物， 如CD34+CD38-、CD133+、神经巢蛋白、Sox2、musashi-1、bmi-1、Survivin、磷酸丝氨酸磷酸酶、母源性胚胎亮氨酸拉链激酶等。3.3 一定条件下可以互相转化临床研究发现，人类的某些恶性肿瘤可以自动消失或者经诱导剂的诱导而继续分化成熟为正常的组织细胞。如视网膜神经母细胞瘤、恶性黑色素瘤、脂肪母细胞瘤等可以不经治疗而自动痊愈，急性早幼粒细胞白血病可用全反式维甲酸和三氧化二砷进行诱导而痊愈。而且体外实验均已表明，通过化学干预可以诱导恶性细胞向正常细胞分化。对间充质干细胞的研究中发现，将间充质干细胞注入裸鼠体内后均生长出恶性纤维瘤。3.4 生长调控机制相似大量基础和临床实验成果证明一些参与正常干细胞自我更新的基因和信号传导机制也参与肿瘤的发生，提示正常干细胞和肿瘤干细胞的自我更新机制存在很多相似性。这提示我们，需要研究探索一种方法调控肿瘤干细胞的分化，只要在合理手术切除复发病灶后能够控制、调控肿瘤干细胞的分化，就解决了复发和转移的问题，也就是说有可能从根本上达到治愈和确保生存质量的目的。3.5 均具有迁移或转移能力Tu SM等12认为两者皆受特异化学因子及其受体调节。正常干细胞可以迁移到特异的组织和器官，而这可以解释肿瘤转移也有一定器官和组织特异性。Kucia等13认为肿瘤干细胞和正常干细胞在体内的迁移均由CXCR4/SDF-1轴调控，表达CXCR4的肿瘤干细胞能向高表达SDF-1的组织(淋巴结、肺、肝、骨)迁移。4 研究肿瘤干细胞的临床意义首先，肿瘤干细胞的研究将使传统上对肿瘤转移、复发的认识发生了变化。以往认为任何单个的肿瘤细胞转移或残留均可能导致肿瘤的转移及复发，然而根据肿瘤干细胞学说，只有肿瘤干细胞才是肿瘤转移、复发的根源；尽管根治手术完成彻底清扫，化疗、放疗对全身和局部可能的残留予以辅助、补充杀伤，对癌组织和癌细胞已达到治愈目的，但是，肿瘤干细胞的存在使根治、治愈无法实现，解释了目前治愈率和生活质量无明显进展的原因，另外过去临床中的一些现象，外科综合治疗后5年、10年甚至20年又出现新的肿瘤，为什么？怎样认识？一直无法解释，目前肿瘤干细胞的认识可以明确认识了上述临床特点。从而认为肿瘤干细胞的发现为肿瘤的治疗提供了新的思路和方向。其次，干细胞能够表达多种耐药相关蛋白，如MDR1、ABC和BCL-2家族蛋白，从而导致干细胞对放、化疗以及诱导凋亡不敏感。由于肿瘤干细胞与干细胞的相似性，也表达了这些蛋白，从而造成了目前临床上肿瘤对治疗的抵抗，或者缓解后的再进展。这提示我们对肿瘤的治疗在针对全部肿瘤细胞的同时还应该辅助对肿瘤干细胞的靶向治疗，或者能取得较理想的疗效；最后，肿瘤干细胞学说在肿瘤复发的预防中也具有重要意义。例如，大约30%乳腺癌患者临床确诊时已经存在骨髓的微转移，但是5年后其中只有50%患者有肿瘤骨转移的临床表现。这可能与转移的癌细胞是不是与肿瘤干细胞有关？ 因此在预防肿瘤治疗后复发时，可以仅针对肿瘤干细胞转移的患者采取预防措施，从而使大部分患者有望不复发或延迟复发。5 问题及展望近年来对干细胞及肿瘤干细胞研究的深入为恶性肿瘤的诊治提供了一种全新的思路。随着对肿瘤干细胞来源、分子生物学标记物、分化特征、调控机理及其与恶性肿瘤发生发展关系的进一步研究，我们有理由相信，当肿瘤干细胞的所有特征被我们彻底了解以后，肿瘤的诊断治疗将会达到人类战胜肿瘤的预期目的。对肿瘤干细胞的特异性识别将会更早的对肿瘤做出准确的诊断，针对肿瘤干细胞的各种靶向治疗将会为患者带来更持久的生存期或无病生存期。目前亟待解决的问题仍然很多，如：来源于不同组织器官肿瘤的肿瘤干细胞的特异性识别：尚需更多的、科学的实验研究去确立一个标准，以便能方便、快捷、准确的识别出肿瘤干细胞，从而对其功能进行深入的研究，或为恶性肿瘤的早期诊断提供一种方法；肿瘤干细胞的来源、分化增殖及相应调控机理的进一步揭示，以便发现更多的有效的治疗靶点；我们的体会认识，这种调控途径不仅来自西药，中医中药也可能具备这种潜能，我们应当联合起来，充分发挥、挖掘这种潜能，并对此抱有希望和信心。肿瘤干细胞与恶性肿瘤的转移、复发之间潜在的机制，如信号传递和反响，通过针对性的治疗来进一步降低转移复发风险；与肿瘤耐药的关系，从根本上提高肿瘤对治疗的敏感性，从而改善恶性肿瘤患者的临床转归。总之，肿瘤干细胞的分离、鉴定为人类彻底征服肿瘤又打开一扇窗，实质性的中西医结合可能会使研究人员对肿瘤预防和治疗的认识又向前迈进一大步。参考文献：1Sell S. 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