肿瘤干细胞的研究进展

董 敏,毕经旺

(济南军区总医院肿瘤科,山东济南,250000)

早期理论认为,肿瘤的发生和发展主要来源于正常组织细胞的基因突变,使细胞增殖能力增强,分化度下降,细胞凋亡减少,细胞持续处于高增殖状态。按照该理论,这种低分化细胞持续增殖会导致更多的细胞出现更进一步的致癌突变,而使同一肿瘤中存在多种肿瘤细胞,这和大多数临床结果是不相符的。近年来越来越多的学者[1]提出,干细胞不仅在多细胞有机体形成中具有重要的作用,同时在肿瘤的发生过程中同样起到不可忽视的推动作用,即“肿瘤干细胞假说”学说。许多研究[2-5]表明,在肿瘤组织中存在一类特殊的细胞群,具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞,促进肿瘤形成和增殖,即肿瘤干细胞,也称癌干细胞(CSCs)。由于这类细胞的存在,使得肿瘤组织具有自我更新、多向分化和无限增殖的能力,是肿瘤的转移和复发过程中的关键因素。因此能否彻底清除肿瘤干细胞成了肿瘤能否缓解甚至治愈的重要前提。

虽然肿瘤干细胞理论提出较早,但直到20世纪80年代单克隆抗体和流式细胞术广泛应用后,才使该理论的证实成为了可能。利用表面标记物的差别,多种肿瘤干细胞被分离得到。肿瘤干细胞表现出失控的自我复制和分化过程,其在分化过程中能够产生处于不同分化阶段和不同类型的肿瘤细胞,并由大量子细胞聚集构成肿瘤,但在肿瘤中只有肿瘤干细胞具有自我更新能力。部分学者认为肿瘤干细胞可能来自于正常干细胞的基因突变,也有人认为其来自于祖细胞突变[6-7],是祖细胞突变过程中保留了自我更新能力的部分细胞。

1 造血系统肿瘤干细胞

白血病干细胞是最早分离出的肿瘤干细胞。John Dick等[8]将分离得到的CD34+CD38-人白血病干细胞群移植入非肥胖糖尿病/重度联合免疫缺陷(NOD/SCID)小鼠体内,发现在其体内形成白血病移植瘤细胞群。Holyoake等[9]在慢性髓细胞样白血病患者体内提取到了肿瘤干细胞。Cox等[10]研究发现,急性淋巴细胞白血病患者骨髓样本内同样存在类似的肿瘤干细胞。Jordan等[11]发现急性髓细胞样白血病干细胞中存在IL-3受体表面标记物,其他研究者也发现CD33同样存在于多种白血病干细胞中[12-13],同时还有公认的 CD96、CD123、CLL-1等特异的表面标记物,均为白血病干细胞的靶向清除提供了重要依据。

2 肺癌肿瘤干细胞

Kim等[14]于2005年采用流式细胞仪,以荧光激活细胞分选(FACS)的方法在支气管-肺泡导管分界区(BADJ)分离得到了表面标记特征为Sca-1+CD45Pecam-CD34+的细胞,并将其命名为支气管肺泡干细胞(BASCs)。该细胞在正常时处于静止状态,在机体损伤时则表现出自我更新和多向分化的能力等干细胞特性。Ho等[15]应用Hoechst33342染料染色和FACS方法,从肺癌细胞系(H460,H23,HTB-58,A549,H441,H2170)中分离出可自我更新、分化的侧群细胞(SPCs),该细胞有非常高的体外侵袭力和体内成瘤特征,同时可表达ABCG2等ABC跨膜转运蛋白,且正常状态下处于静止期,对化疗药物有很高的耐药性。Eramo等[16]研究发现,在小细胞肺癌和非小细胞肺癌组织中存在极少量(0.32%～1.13%)表达CD133+表面标记的细胞群,将该细胞群接种至NOD/SCID小鼠体内,可迅速产生与原发瘤相同的移植瘤。Maria等[17]也发现,在部分非小细胞肺癌患者临床标本中存在CD133+和 nestin+的细胞。这些研究也证实CD133可作为肺癌干细胞的特异性表面标记物。

3 脑肿瘤干细胞

Ignatova等[18]最早报道了脑肿瘤干细胞的存在,他们发现人多形性胶质母细胞瘤具有形成神经球的能力,并从中分离出可克隆扩增形成神经球的前体细胞群,同时将克隆神经球分析法用于分离胶质母细胞瘤。Singh等[19]用神经干细胞分离法从14例儿童脑肿瘤患者样本中分离培养出CD133+的细胞群落,发现该细胞群落具有体外增殖和自我更新能力,并可向脑肿瘤细胞分化。将分离得到的CD133+细胞接种至NOD/SCID小鼠额叶中,结果仅少量该细胞即可引起接种小鼠脑肿瘤生长[20]。

4 肝癌干细胞

Haraguchi等[21]于2006年首次利用侧群细胞分选技术在Huh7、Hep3B肝癌细胞系中分离出侧群细胞,并发现Huh7细胞系中的侧群细胞具有自我更新和多向分化能力,且绝大多数处于静止期,对多种化疗药具有很强的耐药性。Chiba等[22]从Huh7和PLC/PRE/5人肝癌细胞系中分别筛选出0.25%和0.8%的侧群细胞,该细胞具有很强的增殖和抗凋亡能力,并且接种至NOD/SCID小鼠体内后表现出很高的致瘤能力。Suetsugu等[23]首次利用CD133对肝癌细胞系Huh7细胞进行分选,发现CD133+细胞较CD133-细胞具有更高的增殖能力,成熟度较低,且甲胎蛋白的mRNA表达水平更高。通过接种NOD/SCID小鼠发现前者具有高致瘤性。Yang等[24]从肝癌细胞 系 MIHA、HepG2、Hep3B、PLC、Huh7、MHCC97L和MHCC97H中分离出CD90+细胞,并进行NOD/SCID裸鼠接种,发现CD90+细胞具有明显的致瘤性,而CD90-细胞则没有,并且91.6%的肝癌患者血液样本中存在CD90+CD45-细胞群,相对于CD133具有更高的特异性。同时该研究还发现CD90+CD44+细胞较CD90+CD44-细胞具有更强的致瘤性和更高的转移瘤风险。Zhu等[25]研究则发现CD133+CD44+肝癌细胞具有自我更新、增殖和分化的特性,并且具有较强的抗药性和更高的致瘤性。据此可以看出,目前对于肝癌干细胞检测并没有特异的表面标记物,但多种标记物联合检测的特异性明显高于单一标记物检测。

5 乳腺癌干细胞

Al-Hajj等[4]于2003年首次从人原发性乳腺癌和乳腺癌转移性胸水渗出液中分离出具有ESA+CD44+CD24-/low Lin-标记的细胞群,该细胞具有自我更新和多向分化能力,且将其接种于NOD/SCID小鼠乳腺脂肪垫中可形成具有亲代异质性的移植瘤,而超过20 000种的其他表型细胞群均不能致瘤。但在Al-Hajj的研究中,6只小鼠中仅有1只出现了移植瘤,Giatromanolaki和Sheridan的研究也同样发现[26-27],并非所有CD44+CD24-细胞都具有致瘤性,且CD44+CD24-表型细胞在basal型乳腺癌中较多,而在luminal型乳腺癌中却非常少。因此越来越多的学者提出,对于乳腺癌干细胞的检测,应该使用多种表面标记联合的方法才能提高其特异性和检出率。

6 结肠癌干细胞

O′Brien等[28]于 2007年首次报道了从7例原发性结肠癌和10例结肠外转移灶中分离出具有自我更新、增殖和分化能力CD133+的细胞群,并且明确该细胞群具有明显的致瘤作用,是未分类结肠癌细胞致瘤细胞富集率的200倍以上。Ricci-Vitian等[29]以CD133+为标记进行结肠癌干细胞分离鉴定,得出了基本相同的结果。Haraguchi等[30]则认为,CD133+CD44+细胞才存在致瘤性,这也从另一方面说明单纯CD133+细胞并不一定就是结肠癌干细胞。而在Dalerba等[31]的研究中,CD133在不同肿瘤中表达并不相同,而CD44表达阳性的细胞通常伴有CD133的阳性表达。以上皮细胞黏附分子(EpCAM)和CD44作为表面标记鉴定,EpCAMhighCD44+细胞群接种NOD/SCID鼠,可形成移植瘤,且移植瘤的表型分化比例、异质性以及形态特征均与原代肿瘤类似,而EpCAMlowCD44-细胞则无移植瘤形成。因此他们认为CD44可作为结肠癌干细胞筛选的更优越的特异性标记物。

7 其他肿瘤干细胞

除了上述肿瘤干细胞外,更多的肿瘤干细胞被众多学者广泛研究。Collins等[32]从原代培养的前列腺癌细胞中分离出高纯度的CD44+/整合素α 2β1/CD133+细胞,该细胞具有自我更新、多向分化和高增殖等干细胞特点,并具有较强的体外致瘤性。Fang等[33]则在黑色素瘤中分离出具有干细胞特性的细胞亚群,体外培养后可使NOD/SCID小鼠产生肿瘤。

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