肿瘤干细胞的研究现状

【摘要】 肿瘤干细胞是近年来肿瘤研究的一个新热点,它具有强大的自我更新和致瘤能力,以及细胞分化潜能。本文介绍了造血系统恶性肿瘤干细胞,乳腺癌干细胞,类神经肿瘤干细胞等其他肿瘤干细胞的研究现状,并对其耐药机制进行阐述。

【关键词】 肿瘤;肿瘤干细胞;多药耐药相关蛋白

【Abstract】 Recently, tumor stem cell is a new hotspot in the study of tumor genesis. It is intecelly capable of self-renewal and the growth of tumor cell, as well as cell differentiation potential. In this article we reviews the crrent progress on different tumor stem cells,including leukemia stem cells,breast cancer stem cells, brain tumor stem cells and hepatic cancer stem cells,etc.The mechanism of drug resistance in tumor stem cells is also presented.

1 肿瘤干细胞概念

干细胞是一类具有自我更新能力、无限增殖能力以及多向分化潜能的原始细胞,现已分离培养出多种组织来源的干细胞。分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞来自内细胞团,具有全能性;成体干细胞能够分化成特定功能的细胞,如造血干细胞能够分化成血液和免疫系统中的各种细胞。Reya等[1]提出的肿瘤干细胞学说认为:肿瘤组织中存在极少量瘤细胞充当干细胞的角色,具有无限增生的潜能,在启动肿瘤形成和生长中起着决定性的作用,而其余的大多数细胞,则经过短暂的分化,最终死亡。近年的研究已报道,从血液肿瘤、乳腺癌及神经系统肿瘤中初步分离出肿瘤干细胞[2-4],为这一理论提供了强有力证据。

2 肿瘤干细胞的研究现状

2.1 造血系统的恶性肿瘤 1997年Bonnet等[5]首次发现了白血病干细胞。在人类急性髓系白血病(AML) 的研究中, 他们分离得到了CD34+ CD38- 表型的AML 细胞。这些细胞所占的比例很少(约占012%), 但将这类细胞接种到非肥胖糖尿病/重症联合免疫缺陷(non-obese diabetic/severe-combined immunodeficient, NOD/SCID) 小鼠上, 可以产生类似人类的急性粒细胞白血病, 而CD34- CD38+ 细胞无论其数目多少均不易形成肿瘤, 因此认为,CD34+ CD38- 细胞是AML的肿瘤干细胞, 其与正常造血干细胞有相似的表型, 前者是CD34+ CD38- Thy-1-, 后者是CD34+ CD38- Thy-1+ 。目前认为, 突变可能发生于表达Thy-1- 的祖细胞或丢失Thy-1 +的正常造血干细胞[6]。

2.2 乳腺癌 最近对乳腺癌的研究进一步证实了实体瘤中也有肿瘤干细胞存在。2003 年AI-Hajj 等[7]报道了9 例转移性乳腺癌组织中有8 例中存在着一种表型特殊数目少量的肿瘤起始细胞与肿瘤的增殖有关, 表型为CD44+/CD24 -/low/lin-原发的肿瘤细胞接种到免疫缺陷的NOD/SCID 小鼠后可以形成肿瘤, 然而其他的细胞却不能形成肿瘤。更重要的是, 仅200 个纯化的细胞可以在第2 次接种小鼠形成肿瘤并且能够分化成多种细胞亚群; 由原发肿瘤分离的CD44+/CD24-/low 细胞也可以在第2 次接种后继续传代。具有肿瘤源性的乳腺癌细胞和早期多能上皮祖细胞有相似的表型, 后者也表达ESA 和CD44。

2.3 人类神经肿瘤干细胞的研究 继白血病、乳腺癌等重要发现之后, Ignatova 等[8]首次在人类脑部肿瘤中发现了CD133 + 肿瘤干细胞,为肿瘤干细胞的存在再次提供了强有力证据。Singh等[9]将脑部肿瘤细胞进行原代培养后制成单细胞悬液,进行细胞表面标志鉴别后分别在体内和体外均进行了研究。在将研究结果与普通神经干细胞(nervousstem cells, NSCs) 特征进行充分对比后,研究者确信成功分离和鉴定出了脑肿瘤干细胞(brain tumor stem cells, BTSCs) 。这种CD133 阳性脑部肿瘤干细胞总量仅为整个脑部肿瘤极少一部分。作者分别向NOD/SCID小鼠体内定量注射CD133+和CD133-亚群肿瘤细胞,12～24周后发现,仅需注射100个CD133+肿瘤细胞即可分化、增殖为脑部肿瘤,而即使注入多达50 000～100 000个CD133-肿瘤细胞,小鼠体内也未产生肿瘤。国内学者方加胜等[10]应用无血清培养技术,从人脑胶质瘤中成功分离培养、鉴定出了脑肿瘤干细胞,它在胶质瘤组织中含量仅为1%。

2.4 头颈鳞状细胞癌 近来实验证实[11]CD44分子可能是头颈鳞状细胞癌的肿瘤干细胞表面标志物之一,实验发现CD44+细胞虽然只占全部肿瘤细胞的不到10%,但这部分细胞具有自我更新、多向分化,并且这些细胞还具有起始肿瘤的能力。周梁等[12]通过免疫磁化分选技术从喉癌细胞株Hep2中分离出CD133+喉癌细胞,通过体外培养方法观察其自我更新、分化及成瘤能力,证明其具有肿瘤干细胞的特性。近来周梁等[13]又通过Hoechst33342荧光染色,并用流式细胞仪分选的方法成功分离出喉癌细胞系Hep2的侧群细胞即SP(side population)细胞,并证明其具有肿瘤干细胞的特征。

2.5 其他肿瘤 Fiegel等[14]研究了来自10 例肝胚胎细胞瘤的样本,其中5例是上皮型的, 5例是混合型的,采用免疫组化技术检查干细胞的标记物CD34、Thy1、c2kit和肝胆管系的标记物CK218、OCH、CK27、CD56,双重免疫组化技术用于确定肝干细胞和肝胆管系的标记物,结果显示:不同的标记物在瘤细胞上的分布明显不同,在不典型的导管细胞上发现同时表达肝干细胞和肝胆管系的标记物,结缔组织中的其他细胞有c2kit的表达,但是没有胆管系标记物的表达;数据显示在人肝胚胎细胞瘤中不同的分化细胞都有干细胞标记物的表达,在表型上与肝脏干细胞相似的导管细胞同时表达干细胞和胆管系的标记物,这些发现支持了在肝胚胎细胞瘤的发生过程中干细胞起到一定作用的假说。而Houghton等[15]在研究幽门螺旋杆菌和胃癌关系时发现,小鼠体内由幽门螺旋杆菌引起的炎症可以使骨髓中的干细胞迁移至胃,并且形成胃癌。Vormoor等[16]在建立儿童Ewing肉瘤体内模型时发现,大多数的Ewing肿瘤细胞只具有有限的分化能力,只有很少一部分恶性的干细胞具有无限的分化和自我更新能力并且维持体内的恶性细胞克隆。最近, Kim等[17]成功分离了支气管肺泡干细胞群(bronchoalveolar stem cells, BASCs), BASCs具有多分化和自我更新的能力,在培养基中, BASCs受K2ras基因刺激后可以扩增,而在体内则成为肺肿瘤的前体,引发肺腺癌。这些发现都为肿瘤干细胞的存在提供了一定的证据。

3 肿瘤干细胞的耐药机制

目前的抗肿瘤治疗方法之所以不能对肿瘤细胞斩草除根, 很有可能是因为这些方法主要针对的是绝大多数已经分化的肿瘤细胞, 而不能影响到肿瘤干细胞。干细胞耐药的机制之一是表达一种或多种药物运载蛋白, 这一点肿瘤干细胞与正常干细胞类似, 与分化成熟细胞相比有一显著不同,即前者可高表达药物运载蛋白, 可利用三磷酸腺苷释放的能量将药物转运出细胞,避免细胞毒物损害。药物运载蛋白的编码基因中研究最多的是ABCB1, 编码P2糖蛋白、ABCC1、ABCG2 是3 个主要的MDR 基因(multidrug resistance associated gene, MDRG) [18]。多药耐药相关蛋白(multidrug resistance associated protein, MDRP)与Bcrp1/ABCG2及P2糖蛋白(P2 glycoprotein, P2 gp) 同属ABC 转运蛋白超家族。Jonker 等[19] 通过研究表明, Bcrp1/ ABCG2 和Mdr1a/1b 高表达是肿瘤干细胞重要特征。以上分析表明,只有当治疗方法更直接地针对肿瘤干细胞,才可能使肿瘤耐药现象得到较好解决。

4 结语

肿瘤干细胞研究具有重要意义和广阔前景,目前由于缺乏特异干细胞标记物及有效示踪方法,肿瘤干细胞的生物学特征仍难以具体描述。随着快速、高效、高通量分析方法的发展, 有望在分子水平上进一步阐明肿瘤干细胞的遗传特点,从而发现更多的特异性靶点, 为研发选择性杀伤肿瘤干细胞的靶向药物奠定基础,从而成为肿瘤治疗的新的突破点。

参 考 文 献

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