肺癌干细胞在肺癌诊断和治疗中的研究进展

曾 梁 王共先

肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）原理认为肿瘤是由少数能促发癌变的肿瘤干细胞和占绝大多数的普通肿瘤细胞组成的，肿瘤干细胞对化疗耐药，是导致肿瘤复发和转移的主要原因[1]。因此，研究肿瘤干细胞对于明确肿瘤发生、发展的机制有重要意义，从而为肿瘤的治疗带来新的曙光。肺癌是全球导致死亡最常见的恶性肿瘤之一，严重危害人类生存健康。尽管现在治疗水平已有很大进步，但肺癌患者的生存率只有15%左右，迫切要求有新的、富有成效的治疗策略去提高疗效。肺癌干细胞的发现及对其生物学特性的研究，为肺癌的临床治疗提供了新靶点,目前已逐渐成为肺癌防治研究的新的热点。本文就肺癌干细胞的研究进展做一综述。

1 肿瘤干细胞

肿瘤干细胞的存在是引起肿瘤发生的始动因素，其支持证据在于，肿瘤干细胞具有干细胞性质，它具有无限的自我更新能力，可以产生与上一代完全相同的子代细胞，并且具有多种分化潜能和高度增殖能力,产生不同表型的肿瘤细胞,尽管肿瘤干细胞在肿瘤组织中仅少部分存在，但是它的这些特征使得肿瘤在体内不断扩大，或形成新的肿瘤。

最早证实肿瘤干细胞引发肿瘤的是急性粒细胞性白血病[2]。Bonnet等[3]证实在急性粒细胞白血病所有细胞中，仅表面标志为CD34+和CD38-的癌细胞能够在NOD/SCID小鼠体内形成急性粒细胞白血病，这部分细胞所占比例仅为细胞总数的0.2%。进一步研究发现，它们与正常造血干细胞有许多相似之处，能够在小鼠体内连续传代，所形成的移植瘤灶与原肿瘤具有相同的形态学特征，而其他绝大部分细胞均不能形成移植瘤灶[4]。尽管存在一些技术上的限制，但越来越多的研究证实在实体瘤中存在肿瘤干细胞。人们正在尝试在多种恶性肿瘤中通过特异性的生物标记去检测和分离肿瘤干细胞，包括肺癌[4-5]。

随着表面标记的不断发现，人们逐渐意识到这些标记对于识别肿瘤干细胞并不是很理想。例如CD133+表面标记，最初认为其是恶性胶质瘤和成神经管细胞瘤的肿瘤干细胞的可靠标记[6]。但已有实验证实,恶性胶质瘤中的CD133-细胞同样可以像CD133+细胞一样形成肿瘤[7]。并且在正常的神经祖细胞中CD133+也高度表达[8]。另外，正如肿瘤的不均一性一样，即便是同一类肿瘤，肿瘤干细胞的表型也是不一致的。例如结肠直肠癌，其肿瘤干细胞主要是CD133+亚细胞群[9-10]，但有研究报道结肠直肠癌干细胞存在EpCAMhi、CD44hi亚细胞群[11]。最新的研究指出结肠直肠癌干细胞主要是ALDH-标记,以ALDH-作为肿瘤干细胞的初步筛选标记，再结合CD133+和CD44+标记进行进一步筛选，从而可以较为准确地分离结肠直肠癌干细胞[12]。肿瘤干细胞标记的多样性，要求研究者在分离肿瘤干细胞时，寻求更多的特异性的标记或者采用标记结合的方式进行分离，以提高准确率。

2 肺癌

肺癌是严重危害人类生存健康的恶性肿瘤之一，其5年存活率很低[13]。现在已经公认吸烟是引发肺癌的主要病因，其他造成肺癌发生的危险因素包括吸入石棉，接触氡、砷、铬、镍，另外其也可由一些肺部的良性疾病转变而来[14]。不同的病因可以导致多种类型的肺癌，并且其诊断、预后和治疗策略会有所不同。为了便于治疗和估计预后，肺癌可分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌，非小细胞肺癌从组织学上又细分为腺癌、鳞状上皮细胞癌和大细胞癌[15]。小细胞癌占肺癌的20%，尽管发病初期对化疗比较敏感，但预后均很差。研究认为分化的神经内分泌细胞可能是小细胞肺癌的主要来源[14]。腺癌是最常见的非小细胞癌，它的起病部位多是终末细支气管和肺泡的连接处，因此腺癌的主要来源是气道、肺泡或两者兼而有之[16]。鳞状上皮细胞癌的发病率大约为25%，且与吸烟密切相关，它的发病部位主要在二、三级支气管，很少在远端的细支气管发病。与其他类型的非小细胞癌相比，大细胞癌分化程度较高，恶性程度较小，最常见的类型是大细胞神经内分泌癌。

肺癌发生的遗传变化分析显示肺癌组织病理方面的差异与这种疾病的遗传异质性有关，并且，在3大类非小细胞肺癌中已经发现了遗传方面的差异。蛋白表达方面的研究进一步证实，不仅小细胞肺癌和非小细胞肺癌之间存在差异，而且非小细胞肺癌的3个亚型之间也存在明显差异[17]。然而，临床上对于非小细胞肺癌，不论其生物学上的差异，均采用同一方案进行治疗，这可能是肺癌治疗效果不好的一个主要原因[18]。目前，临床医生在治疗中试图对每一类型的肺癌分别制定化疗方案，以获得最佳治疗效果[19]。除了组织学方面的差异外，人们现在正努力寻找与各类肺癌临床表现有关的生物学特点。在腺癌中,KRAS基因突变常发生于吸烟导致的肺癌患者,并且预示对化疗耐药，预后较差。不是吸烟导致的肺癌患者，主要是出现表皮生长因子受体的突变，预后较好。从临床治疗的角度来看，表皮生长因子受体突变的患者对表皮生长因子受体阻断剂有较好的敏感性，而KRAS突变的患者则对此阻断剂耐药[20]。因此，从表皮生长因子受体和KRAS这2种不同突变方式，可以将非小细胞肺癌的患者区分为两类，这两类从发病史、治疗方案方面均有所不同。肿瘤干细胞不仅在寻找抗癌药物方面，而且在诊断、评判治疗效果方面发挥重要的作用。然而，肿瘤干细胞在肿瘤组织中所占的比例很小，这为研究带来困难。

3 人肺癌干细胞

肺癌干细胞的识别一直是存在争议的。Kim等[21]首先在成鼠肺支气管肺泡交叉处发现了一群表面物异性表达Sca-1+CD45-Pecam-CD34+的标志蛋白,具有干细胞特有的自我更新和多功能分化的能力。支气管肺泡干细胞被发现以来,人们对肺癌干细胞的认识在动物模型上达到了一个突破性的阶段。研究者们可以用不同的方式从细胞系和原发性肿瘤中分离出成瘤的人肺癌细胞。最早发现的分离方法是基于干细胞表达SP表型的原理[22]。从H46O、H23、HTB-58、A549、H441和H2170细胞系中分离出的具有SP表型的肺癌细胞与无SP表型的肺癌细胞相比，具有更强的侵袭性，对化疗药物更加耐药，并且在体内实验中有明显的致瘤性。第2种分离方法是基于人们普遍认为的肿瘤干细胞耐药的原理[23]。所以通过顺铂、阿霉素、鬼臼霉素的筛选，得到的细胞具有如下的肿瘤干细胞特点：高度的克隆能力，富含SP表型，表达胚胎干细胞标记，自我更新和分化能力，高度的致瘤性。第3种分离方法是基于在干细胞群中ALDH活性明显升高的原理[24]。从肺癌细胞系分离出的ALDH阳性的细胞，不论是体内实验，还是体外实验，都具有明显的肿瘤干细胞的特征。

在Eramo等[25]的实验中，人肺癌干细胞被分离基于其可以在无血清培养基中存活并像细胞簇一样增殖的原理。这个实验是迄今为止最好的从原发性肺癌患者获得无限扩增的肿瘤干细胞的方法，为深入研究肺癌干细胞提供了强有力的武器。因为肺癌干细胞在原发性肿瘤中所占比例很小，如果它们不能在体外进行扩增的话，几乎就不可能进行深入地研究。运用Eramo等[25]的方法，研究者可以得出足够数量的肺癌干细胞,并对其特征进行深入研究。以此方法得到的肺癌几个亚型（小细胞肺癌、腺癌、鳞状上皮细胞癌和大细胞癌）的细胞簇均具有干细胞的特征，这些肺癌细胞簇对大部分治疗肺癌的传统药物均耐药。并且，它们表达胚胎基因，如nanog和OCT-4，这进一步证实了这些肺癌细胞簇的未分化特征。

4 肺癌干细胞在诊断、预后及评价治疗效果方面的意义

肿瘤干细胞方面的深入研究，为肺癌的诊断、预后及评价治疗效果带来了巨大的进步。现在的观点普遍认为肿瘤干细胞较其他的肿瘤细胞有更强的侵袭性，肿瘤的恶性程度与细胞的分化等级、肿瘤干细胞所占的比例有密切关系。分离、扩增肿瘤干细胞技术的飞速发展，使得人们可以在患者体内识别肿瘤干细胞相关抗原及进行免疫检测。估算肿瘤干细胞在肿瘤中所占的比例，可以作为一种诊断手段更准确地判断肿瘤的分期。近来的研究已开始注重采用肺癌干细胞技术加强对肺癌的诊断。已有研究报道，表达肿瘤干细胞相关标记ALDH1和Sox2多与较高等级的肺癌有关[24]。同时，其他的肿瘤干细胞标志物、胚胎基因的检测对提高诊断肺癌分期的准确性有很大帮助。这种更为准确的诊断对于加强肺癌的治疗、监测治疗结果有重要意义，因为治疗方案的选择与肿瘤的分型、分期密切相关。

“循环的肿瘤细胞”对于评价肿瘤的预后有十分重要的意义[26]。“循环的肿瘤细胞”是指那些在患者血液当中发现的癌细胞，会导致肿瘤的转移。现在的影像学技术无法发现早期转移的肿瘤。因此，发展了许多检测早期转移肿瘤的方法，这些方法无外乎是通过免疫学、流式、分子生物学等方法对循环的肿瘤细胞进行检测。肿瘤细胞有可能会流动，但仅仅只有一小部分肿瘤细胞会经血管迁移，种植于其他的组织，生成肿瘤，从而形成肿瘤的转移。正如在乳腺癌中的发现，这些“循环的肿瘤细胞”具有肿瘤干细胞的特点[27]。因此，这些流动的肿瘤干细胞可以作为判断预后的工具，从而预测肿瘤的进展。

与患者预后有关的肿瘤干细胞相关因素的研究，也可以预测患者对治疗的反应，这对于选择优化的治疗方案十分重要。研究已证实，在不同肿瘤中肿瘤干细胞抗原的表达与肿瘤的预后密切相关[28]。在早期肺部肿瘤中，ALDH1表达越高，则患者的预后就越差[24]。在治疗初期，用几个肿瘤干细胞的生物指标检测治疗方案的效果，以一种治疗方案去替代无效、高毒的治疗方案。在治疗末期，也需要检测特定的生物标记，从而监视肿瘤的进展、复发。当前监测治疗效果的生物标记主要是在患者血液中肿瘤细胞的丰度，或是血浆中肿瘤蛋白的水平。因为肿瘤的复发主要与肿瘤干细胞的存在有关，所以对于治疗效果的监测应加强对肿瘤干细胞相关生物标记的检测。用传统的抗肿瘤药物进行治疗，可能导致肿瘤的缩小，以现在普遍的治疗观点来看，是一个治疗效果较好的表现。然而，由于药物可能优先杀死那些已分化的细胞，尽管瘤体缩小，但是末分化的肿瘤干细胞所占的比例明显增加。所以肿瘤干细胞相关的生物标记的检测对于肿瘤的预后和抗肿瘤效果的监测更为重要。

尽管随着射靶疗法的发展，临床医生们对于改善肺癌患者的预后仍是毫无进展。因此，针对肺癌成瘤的主要病因-肺癌干细胞的研究尤为重要，可以认为，真正对肺癌有效的创新性的药物必然是肺癌干细胞所敏感的药物。当肺癌干细胞的研究进一步深入，人们从肺癌中分离肿瘤干细胞已不存在问题时，肺癌的临床治疗将迈上一个新的台阶。

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