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结肠癌干细胞研究进展

收稿日期:2009-07-13

基金项目:973计划前期预研专项(2008CB517304)作者简介:陈志刚(1984-),男,湖北仙桃人,浙江大学医学院附属第二医院硕士生,从事肿瘤干细胞相关研究.

结肠癌干细胞研究进展

陈志刚 综述,黄 建 审校

(浙江大学医学院附属第二医院肿瘤外科,浙江杭州310009)

摘要:肿瘤干细胞(cancer ste m ce l,

l CSC )是一群具有自我更新能力和多向分化潜能的肿瘤细胞,许多研究已证实在包括结肠癌在内的多种实体瘤中存在肿瘤干细胞。虽然CSC 在肿瘤细胞总数中只占很小比例,但是在肿瘤的起源、发展、转移以及复发等方面均有重要的作用,本文为此就其相关进展作一综述。

关键词:结肠肿瘤;肿瘤干细胞;肿瘤标记,生物学;信号传导;肿瘤转移;复发

中图分类号:R 735.3+5 文献标志码:A 文章编号:1001-1692(2010)01-0103-03

自1997年Bonnet 等

[1]

首次通过细胞表面标志CD34+

CD38-

分离出人急性粒细胞白血病干细胞来,人们又相继在乳腺癌

[2]

、脑瘤

[3]

、结肠癌

[4-5]

等实体肿瘤中证实了肿瘤干细胞(cancer ste m cel,l

CSC )的存在。CSC 是一群具有自我更新能力和多向分化潜能的细胞,虽然在肿瘤细胞总数中只占很小比例,但与肿瘤复发、转移和治疗失败等密切相关。由于CSC 多处于休眠状态,且存在ABCG2等天然的耐药机制,所以传统抗癌药物难有效杀灭。

结肠癌是西方国家常见的肿瘤,占肿瘤相关死亡的第二位。我国结肠癌发病率以每年4.2%的速度递增,排第三或第四位。如能从研究CSC 角度深入分析结肠癌的临床生物学特性,则为结肠肿瘤的防治提供新线索和思路,为此本文就结肠癌干细胞相关进展作一综述。1 结肠癌发生、发展的干细胞起源

结肠癌干细胞和正常干细胞都具有自我更新能力和多向分化潜能,是否表示结肠癌干细胞起源于正常干细胞?事实上多数结肠上皮细胞存活时间很短,而结肠癌发生、发展则需要累积数年的突变,结肠干细胞寿命较长,其突变可导致肠上皮组织结构功能异常和内环境稳定失调,进而促使肿瘤的发生。

关于正常干细胞发展为结肠癌的潜能,Odoux 等[6]

提供了证据。最近Ver m eulen 等

[7]

又提出结肠癌是

单细胞起源,他们证实起源于单个干细胞克隆球的结肠癌具有相似的异质性。

此外,Bo m an 等

[8]

证明结肠癌干细胞主要通过

对称分裂来进行过度扩增,这种扩增在肿瘤起始与进展中均有着重要作用。为了研究结肠癌干细胞在肿瘤转移中的作用,B rabletz 等

[9]

提出了/迁移的

CSC 0的概念。他们认为静止的CSC 可经过上皮-间质(epithe li a -l m esenchy m al transition ,E MT )转化为

/迁移的CSC 0,从而可以导致肿瘤播散。一旦肿瘤干细胞到达新的部位,可通过间质-上皮转化形成转移灶。但是Odoux 等

[6]

认为并不是每一个CSC 都

能转移,他们提出了一种随机模型,即每一个干细胞获得随机突变,但只有那些适于生存、增殖、侵袭的CSC 才能转移。

2 结肠癌干细胞相关信号通路

E MT 过程涉及多个信号通路,包括W n t 信号途径、PI3K /AKT 途径、受体酪氨酸激酶Ras -MAPK 途径等

[11]

,同时这些通路还与干细胞的增殖和分化相

关。W nt 信号通路(APC /B -caten i n /Tcf4)异常是结肠癌进展过程中最关键的事件之一[10]

。Bo m an

[8]

认为:APC 基因突变后,W nt 蛋白与细胞膜表

面的受体结合,APC 蛋白不能与Ax in 形成支架蛋白,导致B -ca ten i n 在胞内大量累积并进入核内,作为转录因子TCF -4的辅助因子,共同激活Survivi n 基因。Survivin 具有抑制细胞凋亡,维护细胞活性和调节细胞有丝分裂的功能。Survivin 高表达导致增殖性细胞数量增多和细胞S 期的调控机制失控,破坏细胞增殖分化之间的平衡,CSC 也因之过度增殖,进而起始结肠癌。且已有证据表明Survi v in 仅在腺泡基底部有表达

[12]

。Chu 等

[13]

也证实结肠癌中

CD44high 细胞核B -caten i n 高表达。此外还有研究

表明,No tch 信号通路与W nt 信号通路有交通,对维持细胞的未分化和增殖状态有重要作用

[14]

S MAD /B MP 信号通路可抑制干细胞生长,可与W nt

#

103#实用肿瘤杂志2010年 第25卷 第1期

促增殖信号通路形成一个平衡来维持干细胞的自我更新。一旦这个平衡被破坏就会导致干细胞过度扩增,进而促使肿瘤的发生[15]。另外,V er m eu len 等[7]报道PI3K通路在调控结肠癌干细胞分化方面也有着重要的作用。

3结肠癌干细胞重要标记CD133及其临床意义尽管结肠癌一直被认为起源于肿瘤干细胞,但因缺乏可靠的生物学标记,直到最近这个假说才得以证实。O.B rien[4]和R icc-i V itian i等[5]利用CD133作为表面标记,分选出CD133+与CD133-两种细胞。异种移植后发现只有CD133+细胞具有成瘤性,同时移植瘤与原发瘤表型和CD133阳性率都相似。此外CD133+的长期致瘤性也通过连续的异种移植得以证实。这些特征表明CD133+结肠癌细胞具有干细胞特性。自此学者们试着从外周血、免疫组化、组织芯片等方面来研究其临床意义。汪春良等[16]发现结肠癌患者术前外周静脉血CD133+细胞数量与血清CEA水平呈正相关,并且CD133+细胞数量与肿瘤进展也密切相关。同时,Lin等[17]也报道TNM I V期结肠癌患者外周血CD133mRNA表达水平\4.79预示复发可能大。免疫组化方面, Bo m an等[18]则通过分析结肠癌干细胞表面标记(ALDH1,CD133,CD44)来比较从正常结肠上皮进展到腺瘤各个阶段标记阳性的细胞数量和分布变化。他们发现这3种标记阳性的细胞在这个过程中数量逐渐增加且分布越为广泛。另外,H o rst等[19]也对77例结直肠癌组织标本进行了免疫组化分析,他们发现CD133高表达者预后较差,提出可将CD133作为一个判断预后的独立指标。在CD133抗体研制方面,Xu等[20]利用杂交瘤技术得到了一种单克隆抗体CC188,这种抗体可以结合到CD133+干细胞及其分化细胞CD133-表面的碳末端抗原表位来抑制肿瘤转移。同时他们还通过组织芯片发现这种抗原表位在不同临床病理分期的结肠癌中均有表达;而在正常的乳腺、胰腺及皮肤上皮表达量却很低,外周血中不表达。这表明碳末端抗原表位可作为潜在的分子靶点,而CC188可特异性结合到这个靶点继而靶向治疗结肠癌。在临床结肠癌的治疗方面,Todaro等[21]发现I L-4可抑制CD133+细胞凋亡,导致这些细胞对5-氟尿嘧啶和奥沙利铂的耐药,而使用I L-4单克隆抗体后可逆转这种耐药现象。

4结肠癌干细胞其他表面标记

有学者对CD133作为肠癌干细胞特异性标记提出了质疑,H uang等[22]认为O.B rien等研究中的结肠癌标本有转移表明这是一种高侵袭的表型,而O.B rien等利用有限稀释法推算出结肠癌干细胞占CD133+细胞的1/262,在未分选的肿瘤细胞中为1/ 5.7@104,可见CD133+细胞中并非每一个都是CCS。此外,R icc-i V itiani等研究结果中表明CD133+不适合作为Dukes分期中A期的肿瘤生物学标记,且有一部分结肠癌干细胞为CD133-。Sh m e l k ov等[23]制作出一种转基因小鼠模型,模型中C D133基因的启动子被用于启动lac Z报告基因,证实CD133在成熟和未分化的结肠组织中都有表达。同时Ieta等[24]也发现12种结肠癌细胞系分别给裸鼠皮下注射104CD133+或CD133-细胞均可成瘤。所有这些说明CD133不是结肠癌干细胞理想的生物学标记。

为了纯化结肠癌干细胞,学者们试着通过发现更多的CSC表面标志物来进一步分选。H araguch i 等[25]利用CD133、CD44作为筛选标记,发现CD133+CD44+有致瘤性而CD133+CD44-、CD133-CD44-均无致瘤性,认为CD133CD44共同作为生物标记更可取。D aler ba等[26]认为CD44+细胞为CD133+细胞一亚群,且CD44更适合作为CD133-结肠癌干细胞的生物标记。他们以CD44/EpC AM 作为筛选标记,皮下注射分选后的细胞至NOD/ SCI D小鼠,发现仅CD44+/EpCAM high可致瘤且与原发瘤表型相同。同时他们也证明CD166可作为结肠癌干细胞分选的指标。但最近H uang等[18]报道乙醛脱氢酶1(ALDH1)可作为结肠癌干细胞的表面标记且特异性较CD133、CD44都要好。到底哪种标记能最好地区分CSC和正常干细胞,目前还没有达成共识。

5结语

结肠癌干细胞的发现为肿瘤干细胞理论提供了进一步的支持,也为结肠癌干细胞靶向治疗提供依据。但是由于结肠癌干细胞迄今缺乏高特异性生物标记,生物学特性复杂,要开展CSC靶向治疗还有待探索。此外如何更好地区分正常与肿瘤干细胞也是值得深入研究的课题。目前利用基因改良的间质干细胞作为载体靶向治疗CSC还处于实验阶段[27]。Gupta等[28]通过高通量方法已从化合物库中筛选到可以特异性杀伤小鼠乳腺癌干细胞的盐霉素,但要应用于临床还需进一步验证。

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