肿瘤干细胞靶向治疗研究进展

张金龙，钱海利，林晨，李贵新

·综述·

肿瘤干细胞靶向治疗研究进展

张金龙，钱海利，林晨，李贵新

肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）是存在于肿瘤组织中的一小部分具有干细胞性质的细胞群体，它具有自我更新的能力，是形成不同分化程度肿瘤细胞和肿瘤不断扩大的源泉。现有治疗肿瘤的方法主要是针对肿瘤组织内的大多数细胞，而不是肿瘤干细胞。即使 99.99% 的肿瘤细胞被杀死，但只要有 0.01% 的肿瘤干细胞存在，仍然会造成肿瘤的复发和转移。因此，肿瘤生物学研究的最新观点认为治愈肿瘤的关键在于杀灭肿瘤干细胞，也由此掀起了针对肿瘤干细胞靶向治疗的热潮。随着研究的深入，肿瘤干细胞靶向治疗的观点越来越被人们所接受，其特性及作用机制也逐渐被人们所认识，进而研发出许多针对肿瘤干细胞的靶向治疗药物。因此，本文就目前肿瘤干细胞的靶向治疗作一综述。

1 肿瘤干细胞的发现

1997 年，Bonnet 和 Dick[1]用流式细胞仪和非肥胖型糖尿病/重症联合免疫缺陷型小鼠（NOD/SCID）模型系统研究白血病干细胞。他们根据细胞的表面标记将急性髓细胞白血病（acute myeloid leukaemia，AML）患者的骨髓细胞分离出多种亚型并移植到 NOD/SCID 小鼠体内，发现只有Thy–CD34+CD38–标记的细胞亚群能够在小鼠体内成活并引起相同的白血病，被命名为 SCID 白血病起源细胞（SCID leukemia-initiating cells，SL-IC），由此提供了白血病干细胞存在的直接证据。Dontu 等[2]从乳腺癌细胞中分选出ESA+CD44+CD24–/low的细胞群，只需 200 个此类细胞就能在 NOD/SCID 小鼠体内形成移植瘤，并且可在乳腺脂肪板内连续传代，确认 ESA+CD44+CD24–/low细胞是乳腺癌起源的肿瘤干细胞。随后，人们陆续从多发性骨髓瘤、恶性黑色素瘤、肺癌、前列腺癌及胰腺癌中分选出肿瘤干细胞[3]。

2 肿瘤干细胞的特性

肿瘤干细胞与正常干细胞具有许多共性，但是正常成人干细胞其增殖及自我更新的活性机制是受严格调控的，而肿瘤干细胞的增殖过程中正常遗传学调控机制失衡。许多调控正常干细胞生长和增殖的信号转导关键分子途径在肿瘤干细胞中发生突变或异常表达，如：Hedgehog（Hh）、Wnt/β-catenin、Notch、Bmi-1、Hox、Oct3/4 及 TGF-β[4]。此外，肿瘤干细胞具有 3 个重要特征：①自我更新能力。自我更新能力使其能够进行对称分裂和不对称分裂。对称分裂可以生成两个分化的子代细胞或者两个干细胞。不对称分裂可生成一个分化的子代细胞和一个干细胞。自我更新能力使肿瘤干细胞保持分化为前体细胞的能力。②多分化潜能。多分化潜能使肿瘤干细胞能够产生大量异质性细胞，进而形成肿瘤。Hurt 等[5]从乳腺癌细胞株 LNCaP 中分选出CD44+CD24–细胞，该类细胞具有较高的成瘤性，并且表达Oct-3/4 和 Bmi-1 等维持自我更新的基因。③高增殖能力。在小鼠体内需要注射数以百万计的普通肿瘤细胞才能成瘤，而仅注射 100 个肿瘤干细胞就可成瘤[6]。

3 肿瘤干细胞的耐药机制

肿瘤干细胞导致的耐药是肿瘤化疗失败和复发的根源。肿瘤干细胞的耐药机制有多种，与其本身具有的以下特征密切相关：①表达多药耐药蛋白；②多处于静息期；③有效的DNA 修复；④凋亡逃逸[7]。

目前认为由内在性 ABC（ATP binding cassette）转运蛋白家族介导的多药耐药是最重要、最关键的途径。ABCB1、ABCC1 和 ABCG2 是从肿瘤组织中分离出来的最基本的肿瘤多药耐药基因。ABCG2 是最近发现的 ABC 转运蛋白，是具有广泛底物作用的特异性外排泵，可识别带正负电荷的分子、有机离子和硫酸盐络合物，是肿瘤干细胞主要的ABC 转运蛋白，且 ABCG2 在不同来源的肿瘤干细胞中均呈高表达，被认为参与了肿瘤细胞的多药耐药。但上述 3 种转运分子在恶性黑色素瘤中并未起主要作用，ABCG2 在恶性黑色素瘤中的表达甚至为阴性。La Porta[8]研究发现，ABCB5 是人 P-gP 家族中与 ABCB1 及 ABCB4 类似的1 个成员，在恶性黑色素瘤干细胞中表达，并且在 CDl33+的亚群细胞中高表达，而且 ABCB5 能逆转 G3361 黑色素瘤细胞对阿霉素的耐药。最近有研究在恶性黑色素瘤细胞中鉴定出两种异构体 ABCB5α 及 ABCB5β。

肿瘤干细胞池被认为是处于静息期肿瘤干细胞的调节器。肿瘤干细胞池有两种类型：一种维持静息期，另一种维持细胞的增殖状态。众所周知，肿瘤是在乏氧环境中生存，乏氧环境可以诱导产生 HIF1α 和 HIF2α。而这些 HIFs 又能够影响细胞增殖[9]。例如：HIF1α 能够抑制 c-myc 和mTOR，活化 p53，从而减弱细胞增殖；而 HIF2α 则可活化 c-myc 和 mTOR，抑制 p53，从而增强细胞增殖。因此，HIF1α、HIF2α 及其他分子的平衡有助于调节肿瘤干细胞静息及增殖状态。

DNA 损伤对一般肿瘤细胞是致命的。烷化剂如氮芥、卡莫司汀，它们破坏肿瘤细胞 DNA，广泛用于恶性肿瘤的治疗。但肿瘤干细胞具有较强的 DNA 修复机制，可以逃避烷化剂对其 DNA 的损伤[10]。而且因肿瘤干细胞具有凋亡逃逸机制使其具有较高的突变耐受性。

此外，肿瘤干细胞高表达抗凋亡基因，如：FLIP、BCL-2和 IAP 家族（XIAP、cIAP1、survivin）[11]，细胞凋亡能够通过内源性和外源性途径清除受损的和潜在受损的细胞。

4 针对肿瘤干细胞的靶向治疗

4.1 针对肿瘤干细胞耐药机制的靶向治疗

一系列临床研究表明：在多种恶性肿瘤中，通过抑制肿瘤干细胞放化疗耐药的机制是可行的。抑制 ABC 转运蛋白家族介导的多药耐药，可逆转肿瘤干细胞对化疗的耐受。恶性黑色素瘤干细胞中 ABCB5 的表达，使细胞对阿霉素耐药[12-13]。但针对依赖 ABCB5 的药物外排机制的单克隆抗体抑制剂[13]和 siRNA 介导的基因沉默[13]可以逆转其耐药性。ABCB5 基因沉默可以增加恶性黑色素瘤细胞对氟尿嘧啶和喜树碱的敏感性。美国国立癌症研究所（National Cancer Institute）通过一项药物筛查表明，119 种抗癌药物中有45 种是与 ABCB5 基因介导的化疗抵抗有关[12]，并且对长春新碱耐药的慢性髓细胞性白血病细胞中 ABCB5 基因扩增，表达增强[14-15]。因此，进一步的研究可以确定 ABCB5是否可以作为一个敏感的靶点，为临床治疗提供切实可行的针对肿瘤干细胞耐药的靶向治疗策略。

一项关于结肠癌的研究也得出了相似的结论。研究者首先用 IL-4 对 CD133+的肿瘤干细胞进行预处理，5-Fu 和奥沙利铂可加速该类细胞在体外及免疫缺陷小鼠体内的凋亡[16]。

4.2 针对肿瘤干细胞表面标志的靶向治疗

Schatton 等[17]研制出小鼠抗人抗-ABCB5 单克隆抗体，可有效地抑制肿瘤的生长。而且，由肿瘤干细胞特异性抗体介导的细胞毒作用同样可以抑制肿瘤的生长。从而为进一步研究针对肿瘤干细胞表面分子标志的靶向治疗提供了依据。CD133 也表达于恶性黑色素瘤干细胞，有研究者通过 shRNA 的介导敲除 CD133 基因，发现恶性黑色素瘤体外集落形成能力及活性降低，体内实验发现其转移力下降[12]。

CXCR1 是 IL-8 的受体，在乳腺癌干细胞中高表达，而 IL-8 能够促进乳腺癌干细胞增殖，同时增强其侵袭能力[18]。因此，Ginestier 等[19]用 CXCR1 小分子抑制剂-CXCR1 封闭抗体抑制 CXCR1，可以选择性的减少乳腺癌干细胞体外及 NOD/SCID 小鼠体内的表达。

CD44 由于在白血病、乳腺癌、结肠癌及前列腺癌中的肿瘤干细胞高表达而成为潜在的治疗靶点。Jin 等[20]研究指出，应用 CD44 单克隆抗体可以通过阻断肿瘤干细胞的归巢而消灭慢性粒细胞性白血病及急性骨髓性白血病中的白血病干细胞。

4.3 针对肿瘤干细胞生存微环境的靶向治疗

微环境对于正常干细胞和肿瘤干细胞的自我更新与分化都有调节功能。研究表明急性粒细胞白血病（acute myeloid leukemia，AML）细胞表达的细胞黏附和细胞因子受体与 AML 的复发有关，提示除了 AML 细胞自身外，与微环境的相互作用对维持其生存也是至关重要的[21]。值得注意的是，在体外由黏附受体 VLA-4 介导的 AML 前体细胞与纤连蛋白的黏附可以促进化疗耐药。而且 VLA-4 的过表达可以作为 AML 复发的一个预测因子。Hatfield 等[22]报道骨髓微血管内皮细胞分泌的 IL-3 可引起 AML 胚细胞的增殖和凋亡的抑制。以上这些研究结果均表明 CSC 的存活依赖于其微环境，因此，靶向 CSC 生存所需的微环境成为肿瘤治疗的又一种选择。

4.4 针对端粒末端转移酶的靶向治疗

端粒末端转移酶和端粒在细胞衰老或永生化过程中起决定性的作用[23]。端粒末端转移酶活性的再活化与肿瘤的生长有关，是恶性肿瘤共有的一个特征。因此，一些临床前及临床研究证据认为端粒末端转移酶有望成为肿瘤治疗的新靶点。

最近，Marian 等[24]用端粒末端转移酶抑制剂GRN163L 靶向恶性胶质瘤（glioblastoma，GBM）干细胞，体外及体内实验均显示出良好的治疗效果。GRN163L 能够使 GBM 干细胞端粒缩短、降低增殖率，导致干细胞死亡。GRN163L 与替莫唑胺及放射治疗联合应用能够发挥协同作用，更有效地抑制 GBM 干细胞的生长。发挥协同作用的机制：一方面，在端粒末端转移酶缺失的情况下，射线和替莫唑胺导致的 DNA 断裂不能被修复；另一方面，替莫唑胺能够启动恶性胶质瘤细胞的自溶作用[25]，而 GRN163L能够使该作用进一步加强。此外，GRN163L 能够通过血-脑脊液屏障，克服了常规抗肿瘤药物的不足。

4.5 诱导分化

肿瘤分化疗法是诱导肿瘤组织中的干细胞分化为子代细胞终末细胞，同时增加其对细胞毒药物的敏感性。因此，分化疗法有望成为靶向肿瘤干细胞的一种策略。Piccirillo 等[26]在人成胶质细胞瘤模型中，用 BMP（bone morphogenetic protein）介导肿瘤干细胞分化。将BMP4 投放给荷瘤鼠，诱导成胶质细胞瘤分化，发现 CD133+的肿瘤干细胞表达频率明显减少。将 BMP4 植入移植瘤小鼠体内，与未治疗对照组相比，肿瘤所造成损伤性减小，小鼠生存期更长。在成神经管细胞瘤中，调节肿瘤干细胞信号转导通路也可以诱导肿瘤干细胞分化。Notch 通路抑制剂能够去除成神经管细胞瘤中的干细胞样细胞[27]。非编码 miRNA同样可以调节肿瘤干细胞分化及其功能。

芳香烃受体（aryl-hydrocarbon receptor，AhR）是一种配体激活转录因子，在乳腺癌的发生发展中可能通过多种途径起促进作用。Hall 等[28]用外源性芳香烃受体激动剂（TCDD、TCDBF）处理具有干细胞特征的大鼠乳腺癌细胞LA7，48 h 后，细胞形态发生明显变化，分化为具有早期乳腺组织特征的细胞。表明外源性芳香烃受体激动剂能够诱导乳腺癌干细胞分化。

5 展望

肿瘤干细胞的发现为阐明肿瘤发生、发展的机制提供了新的线索，也为恶性肿瘤治疗的理念带来了革命性的突破，为从根本上治愈恶性肿瘤提供了理论依据。但由于正常干细胞与肿瘤干细胞具有相似的表型及信号转导通路，在针对肿瘤干细胞靶向治疗的时候，如何保护骨髓及胃肠道中的正常干细胞不受损害是亟待解决的难题。而且，现有的靶向治疗药物，大都具有明显的毒副作用，在一定程度上限制了它的应用。因此，在靶向治疗药物达到最大治疗效果的同时，如何最大程度地降低其毒副作用也将是肿瘤干细胞靶向治疗的研究方向。

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基金项目：国家自然科学基金面上项目（30973447，30973471）

作者单位：100021 北京协和医学院肿瘤医院肿瘤研究所分子肿瘤学国家重点实验室（张金龙、钱海利、林晨）；261053 潍坊医学院（张金龙、李贵新）

通讯作者：林晨，Email：clinwk@yahoo.com.cn

收稿日期：2010-05-13

DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2010.05.009