肿瘤干细胞与肝癌关系的相关研究进展

胡志伟，马宇虹(综述)，董宝珠(审校)

(1.内蒙古自治区人民医院肝胆外科，呼和浩特 010017； 2.内蒙古医科大学附属医院老年病科，呼和浩特 010050)

传统理论认为肿瘤是由体细胞突变而成，但一些研究发现，肿瘤细胞和干细胞一样具有自我更新和分裂增殖的能力，并相应的提出肿瘤干细胞学说[1-2]，此学说认为恶性肿瘤是一类起源于干细胞的疾病。近年来已从血液系统肿瘤、神经系统肿瘤、消化系统肿瘤及泌尿系统肿瘤中分离出肿瘤干细胞[3-6]。原发性肝癌是常见恶性肿瘤之一，其病情进展迅速，预后较差，患者生存时间短，严重地威胁着人们的生命安全。

1 干细胞的概念与肿瘤干细胞学说的形成

干细胞是指同时具有自我更新能力、多向分化能力及无限增殖能力的未分化周期细胞，其基本特征是具有自我更新能力。干细胞是机体其他细胞的起源细胞，根据发生学来源分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞指从早期胚胎内细胞团或原始生殖细胞分离而来的高度未分化细胞，胚胎干细胞具有发育成任何类型的细胞或器官的能力。成体干细胞也是一类未分化细胞，它存在于已分化的组织中，能够分化成特定功能的细胞，主要参与生理更新、修复损伤细胞等。

关于肿瘤形成学说，典型的有Stochastic学说和Hierarchy学说[2]。前者认为所有肿瘤细胞在功能上具有同质性，每个肿瘤细胞都有再形成肿瘤的能力，但其是否进入细胞周期进行增殖分裂由小概率事件控制；后者认为，肿瘤细胞在功能上存在异质性，只有肿瘤起源的细胞才具有成瘤能力，且成瘤率高。这种具有无限增殖潜能的肿瘤起源细胞极少量的存在于恶性肿瘤组织中，但却在肿瘤的发生和发展过程中起着根本性的作用，而其余的大多数肿瘤细胞虽然也会分化，但是过程短暂并且最终凋亡。因肿瘤起源细胞的很多生物学特性与干细胞相同或相似，故肿瘤干细胞的概念逐步形成。为了证实肿瘤干细胞的存在，目前已从血液系统肿瘤、乳腺癌、脑胶质瘤、前列腺癌、结肠癌、肝癌、胰腺癌及肺癌等诸多实体肿瘤中分离出相应的肿瘤干细胞。肿瘤干细胞在文献中名称较多，如癌症干细胞、致瘤细胞、肿瘤起始细胞等，目前基本统一称之为肿瘤干细胞。美国癌症研究协会对肿瘤干细胞的定义为：在肿瘤中具有自我更新能力，同时能够生成异质肿瘤细胞的细胞[7]。

2 肿瘤干细胞的生物学特性

研究认为，肿瘤干细胞之所以不能被有效消灭，就是因为其同时具有肿瘤细胞的特性和干细胞的一些特性[8]。

2.1肿瘤干细胞的增殖能力 肿瘤干细胞具有无限增殖能力和分化特性，它始终保持未分化状态。肿瘤的形成是一个漫长的突变积累过程，肿瘤的生长增殖是由肿瘤干细胞引导的，有可能是干细胞的多次突变积累形成了肿瘤干细胞，且因肿瘤干细胞位于分化途径的终端，最终导致肿瘤的形成[9]。

2.2肿瘤干细胞的分裂形式 肿瘤干细胞具有两种分裂形式：对称分裂和非对称分裂，前者是形成两个同质的干细胞；后者由于细胞质中分化调节蛋白分配不均，虽然也分裂形成两个细胞，但其中的一个细胞向另一个分化的终端前进，从而形成了功能专一的分化细胞[10]。

2.3肿瘤干细胞的端粒酶活性 端粒酶活性和附加的基因突变是正常干细胞恶性转化的两个重要条件。另外，因端粒酶活性能够延长肿瘤干细胞的增殖时限，因而为肿瘤干细胞的分化及增殖提供了良好的基础条件。

2.4肿瘤干细胞的信号转导途径 研究表明，许多与肿瘤细胞相关的经典信号调节通路也调控正常干细胞的生长，而肿瘤干细胞用以调节生长的信号转导途径与正常干细胞相似[11]。

2.5肿瘤干细胞具有强大的耐药性 肿瘤干细胞的耐药机制之一是表达一种或多种药物运载蛋白，部分肿瘤干细胞的细胞膜上表达ATP结合盒(ATP-binding cassette，ABC)转运蛋白，它能利用ATP把对细胞有毒的外来物质泵出胞外，以达到保护细胞自身的目的，从而使之对多种化疗药物耐药，ABC编码基因中研究较多的是ABCB1、ABCC1和ABCG2[12-14]。目前可利用肿瘤的这种耐药机制筛选出肿瘤细胞系中的侧群(side population，SP)细胞，如陈雪松等[15]发现，肝癌细胞ABCG2基因的高表达与细胞SP表型的形成具有一定的相关性，并能影响细胞的基本形态。此外，由于细胞外基质的包裹，导致肿瘤干细胞处于低氧环境中，这种低氧环境可起到屏障作用，极大地避免了肿瘤干细胞直接接触化疗药物。由于射线需要氧气才能引起DNA损伤，所以这种低氧环境能够减轻放疗对肿瘤干细胞的杀伤作用，这也导致了肿瘤干细胞对放化疗的抗拒。

2.6肿瘤干细胞的致瘤性 与一般肿瘤细胞相比，肿瘤干细胞具有更高的致瘤潜能。一般需要大量的肿瘤细胞才能在动物体内形成肿瘤，但只需要少量的肿瘤干细胞就能在实验动物体内形成相应的肿瘤，如Beier等[16]报道，在裸鼠体内接种恶性胶质瘤细胞与恶性胶质瘤细胞衍生细胞相比，含有肿瘤干细胞的细胞群成瘤性明显提高。

2.7肿瘤干细胞的特异性表面标志物 肿瘤干细胞具有特异的表面标志物，如肺癌干细胞中的CD133和CD44，脑肿瘤干细胞中的CD133，胰腺癌干细胞中的CD44和CD24[17-19]。在肿瘤干细胞的增殖、分化及迁移等过程中，此类特异性的表面标志物发挥较为重要的作用。目前对于肿瘤干细胞分离、培养及鉴定，正是利用这些特异性的表面标志物做到的。

2.8肿瘤干细胞的生物学特性 肿瘤干细胞的特性并不是一成不变的，在肿瘤形成、生长和转移的整个过程中，肿瘤干细胞的生物学特性在向着有利于肿瘤进展及抵抗治疗的方向进行调整和改变。

3肝癌干细胞的研究现状

原发性肝癌也是一种由肝癌干细胞主导的干细胞疾病，已有研究从原发性肝癌中发现大量的肿瘤干细胞[20]。肝癌干细胞是近年来研究的热点，随着研究的深入，将对肝癌的诊断和治疗产生重大影响。

3.1肝干细胞来源 研究发现，在成人肝脏中存在一类具有干细胞特征的细胞亚群[21]。无论是在肝脏的发育过程中还是在再生过程中，肝脏各种成熟细胞都是由肝脏干细胞增殖分化而来。肝脏干细胞具有多源性，也就是说肝脏干细胞并不止一种，肝脏干细胞按其来源可分为肝源性干细胞和非肝源性干细胞两种。其中卵圆细胞、小肝细胞和肝上皮细胞是具有代表性的肝源性干细胞；典型的非肝源性干细胞包括骨髓干细胞、胚胎干细胞、胰腺导管上皮细胞、脐带血干细胞及脂肪间质干细胞等[22-24]。

目前普遍认为卵圆细胞是肝干细胞的代表，是具有双向分化潜能的肝干细胞。正常成年人肝脏中卵圆细胞处于休眠状态，在肝组织受到酒精性肝炎、病毒性肝炎等所导致的严重损伤时，卵圆细胞就会增殖分化并逐步向肝实质内迁移，最终分化成为肝细胞和胆管细胞[25-26]。

3.2肝癌干细胞来源 目前，关于肝癌的来源有两种观点[27]：一种认为来源于分化成熟的肝细胞，通过去分化重新获得自我更新能力和分化潜能，进而演变为肝癌；另一种是肝干细胞因“成熟受阻”而致异常分化而来。近年来越来越多的实验提示，肝癌起源于肝干细胞的“成熟受阻”，研究证实肝癌细胞的生长及转移是由EpCAM+细胞引导的，而这种EpCAM+细胞正是肝癌组织中具有干细胞特征的细胞，说明肝干细胞与肝癌的发生密切相关[28]。越来越多的证据支持肝癌干细胞来源于肝卵圆细胞、骨髓干细胞和SP细胞[29-30]。

3.3肝癌干细胞表面标志物 肿瘤干细胞与其他干细胞一样，具有特异性的表面标志物，因目前尚不能从形态学上鉴定肿瘤干细胞，所以可利用其特异的表面标志物对肿瘤干细胞进行鉴定分离。目前关于肝癌干细胞的表面标志物尚未达成一致认识，但常用的表面生物标志有OV6、CD133、CD90、CD44、EpCAM及CD13等。

OV6是卵圆细胞的主要标志物之一。研究发现，从肝癌细胞系SMMC7721和HuH7中分选出OV6+细胞植入小鼠体内，其肝癌形成及转移能力明显增强，认为OV6+肝癌细胞或许可代表肝癌干细胞中具有高侵袭力及转移能力的亚群[31]。

CD133也是一个研究较多且较为明确的表面标志物。有研究认为，在肝癌细胞系中，CD133+细胞表现出较CD133-细胞更强的成瘤能力[32]；但Zhu等[33]认为并不是所有的CD133+细胞都具有干细胞特性，CD133+CD44+细胞亚群在细胞增殖、分化和异体成瘤能力上强于其他细胞亚群，推测利用CD133和CD44作为细胞表面标志物可更准确分离肝癌干细胞，但目前尚无定论。另外有研究表明，CD133的表达与肝癌患者的预后及生存期相关[34]。

CD90也被认为是肝癌干细胞的表面标志物之一。张杏等[35]认为，CD90在肝癌组织中的表达显著高于癌旁肝硬化组织和正常肝组织，认为CD90在肝癌组织的表达与肝癌的生物学行为密切相关，其可作为肝癌患者预后评估的有效指标。刘丽丽等[36]也认为，肝癌组织中CD90的阳性表达率显著高于癌旁和肝硬化组织，且其表达与肿瘤大小有关，与生存期无关。

CD44已成为肝癌干细胞一个重要的表面标志物。CD44+细胞较CD44-细胞更容易在免疫缺陷小鼠上形成肝癌[37]。另外，如果肝癌患者体内CD44的亚型CD44v6呈高表达，那么患者的肝癌转移率升高、生存期短，说明CD44v6与肝癌的复发及转移密切相关，认为CD44v6是评价肝癌预后的一个可靠指标[38]。

EpCAM同样也可用于分离鉴定肝癌干细胞，近年研究表明，与EpCAM-细胞相比EpCAM+细胞具有更高的成瘤能力[39]。有实验联合EpCAM和甲胎蛋白(alpha fetoprotein，AFP)作为肝干细胞标志物，结果显示，EpCAM+AFP+细胞明显具有肝干细胞特性，而EpCAM-AFP-细胞表达的是成熟肝细胞特性，并且EpCAM+AFP+细胞的预后比EpCAM-AFP-细胞差[40-41]。目前以EpCAM为靶向的抗体治疗已经开始应用于包括乳腺癌、结肠癌等在内的临床试验[42]。

CD13是肝癌干细胞系中处于半静止状态的一种标志物，Haraguchi等[43]利用CD13对人肝癌细胞系进行细胞分选，发现CD13+的肝癌细胞具有更强的致瘤性，并且这种细胞具有很强的抗药性，CD13阻断剂联合活性氧诱导放、化疗治疗可改善肝癌的疗效。Christ等[44]研究发现，在鼠异种移植物模型中，CD13抑制剂与5-氟尿嘧啶联合使用较单独使用其中一种，能更显著地减小肿瘤体积。 虽然肝癌干细胞的表面标志物有多种，但到目前为止尚未有特异性标志物得到国际广泛认可，所以寻找特异性更强的肝癌干细胞表面标志物显得尤为迫切和重要。

4 复发干细胞概念的提出

研究发现，与原发肿瘤相比，复发性肝癌在生长速度、恶性程度、侵袭能力及耐药性等方面进一步提高[45]。故此，有学者提出了复发干细胞的概念，Dittmar等[46]认为，复发干细胞产生于原发肿瘤治疗之后，这种治疗可以是放疗、化疗等方式，复发干细胞不但具有原始肝癌干细胞的生物学特性，而且由于在进程中可能存在细胞融合，复发干细胞进一步具有了躲避治疗打击的能力。

5 小 结

肿瘤干细胞学说把肿瘤归为干细胞疾病，这为今后肿瘤的基础研究和临床治疗提供了新的可能。肝癌干细胞也是近年来肝癌领域的一个较为重要的发现，随着研究的深入，将会进一步了解肝癌干细胞的生物学特性，并筛选出特异性更强的表面标志物，这将有助于发现具有针对性的肝癌干细胞诊断筛查方法以及特效的治疗手段。

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