干细胞样SP细胞研究进展

胡均，岳欣



综述

干细胞样SP细胞研究进展

胡均，岳欣

摘要：干细胞样SP细胞是近年来在很多正常组织和恶性肿瘤组织及细胞系中发现的一种具有不同程度分化潜能和自我更新能力的细胞群体。虽然SP细胞在总体细胞中所占比例很低，但这部分具有干细胞特性的细胞在干细胞以及肿瘤干细胞研究方面起着越来越重要的作用。本文综述了SP细胞的发现、生物学特性、与肿瘤干细胞之间的关系以及SP细胞的未来临床应用等。最后对SP细胞的发展进行了展望。

关键词：干细胞；肿瘤干细胞；综述；SP细胞

在干细胞研究中，SP细胞（side population cells）是近年来发现的具有一定程度自我更新和分化潜能的细胞群体，拥有干细胞的特性［1］。目前已经在很多组织［2-4］，如在血液系统、骨骼肌、心肌、皮肤、乳腺、神经、脑、肝脏、脾脏、肾脏、肺、小肠，以及各种肿瘤组织，如胆囊癌［5-7］、胃癌［8-9］、胰腺癌［10-11］、肝癌［12］、口腔癌［13］、骨肉瘤［14］、肺癌［15-16］、膀胱癌［17］、结肠癌［18-20］、子宫内膜癌［21］、乳腺癌［22］、喉癌［23］、卵巢癌［24］、垂体瘤［25］、脑胶质母细胞瘤［26］、平滑肌瘤［27］、黑色素瘤［28］、前列腺癌［29］及相应肿瘤细胞系中均发现了具有干细胞特性的SP细胞。SP细胞的发现使得人们对干细胞的认识又增添了一条全新的途径。随着对SP细胞研究的进一步深入，可以预言，在当前分离纯化干细胞、但同时尚缺乏特异性细胞表面标志的情况下，SP细胞的研究将在干细胞生物学方面有着广阔的前景并具有极其深远的意义。

1　SP细胞的概念

1996年，Goodell等［30］用DNA染料Hoechst33342进行骨髓细胞染色时，在流式细胞仪上发现有一小群细胞染色偏低（约占总骨髓细胞的0.05%），与其他大部分细胞不同，便把这一小部分染色偏弱的细胞命名为side population cells，即SP细胞，也叫侧群细胞。它们有很强的增殖能力和重建造血系统的功能，并且绝大部分细胞都表达造血干细胞（haemopoietic stem cell，HSC）的表面标志物。把它们移植到受致死照射剂量处理的小鼠体内后，则可以表现出重建造血系统的能力。这群细胞之所以呈现弱染状态，是因为其对多种染料具有排斥作用，目前研究认为可能是其细胞表面的ATP 结 合 转 运 蛋白（ATP-binding cassette transporters）将Hoechst33342泵出细胞体外的缘故。

2　SP细胞的生物学特性

干细胞是一类尚未分化的细胞或是原始细胞，多潜能分化和自我更新是其两个主要的生物学特性［31］。SP细胞之所以能引起众多的关注，主要得益于其具有类似干细胞的性质。Kondo等［32］从神经胶质瘤细胞系C6中分离出SP细胞及非SP细胞，加入相应的生长因子后进行体外培养，结果显示SP细胞相对于非SP细胞具有类似干细胞的特征，如自我更新和分化能力。另外，SP细胞相对于非SP细胞以及总体细胞而言，拥有较为明显的高度恶性和较强的体外增殖能力的特点［14］。SP细胞在全部细胞中所占的比例很低（0.01%～0.02%），但其在肿瘤组织的耐药性方面起着决定性作用［20］。虽然肿瘤SP细胞对染料和药物排斥作用的分子机制还不十分清楚，但已有证据显示可能与经典的耐药途径产生机制基本相似，即与细胞膜上的ATP结合转运蛋白有关，特别是那些由多药耐药基因 1（multidrug-resistance transporter 1，MDR-1）编码的MDR蛋白（MRP）和乳腺癌耐药蛋白1 （breast cancer resistance protein 1，BCRP-1），以及非特异性载体如P-糖蛋白的过度表达导致了药物外泄。位于SP细胞表面的ATP结合转运蛋白可以将化疗药物泵出细胞外，从而降低胞内药物浓度，进而导致SP细胞对化疗药物的敏感度降低［36-37］。这也是为何SP细胞可以将荧光染料Hoechst33342排出到细胞体外，从而导致其在流式分析中呈现出弱染色状态的缘故。

3　肿瘤SP细胞与肿瘤干细胞

并非所有的肿瘤细胞在体内外都具有形成克隆和致瘤的能力，在进行肿瘤细胞体外裸鼠致瘤实验时，通常需要注射大量肿瘤细胞才能在注射部位形成肿瘤。而肿瘤干细胞理论的出现则可以很好地弥补传统肿瘤理论的不足［35］。该理论认为，在恶性肿瘤组织中，仅有少量的肿瘤细胞，也就是肿瘤干细胞，在恶性肿瘤的发生发展过程中起着干细胞作用，它们可以不断自我更新和分化，从而维持恶性肿瘤组织生长和转移；另外，它们还可以分化成各种肿瘤细胞和非肿瘤细胞，这些细胞在恶性肿瘤的发生、发展和转移过程中起着极为关键的作用。而肿瘤组织中其余的大部分细胞在经过短暂的分化后，即使没有化疗药物的作用也会最终走向凋亡或死亡。这些少数的肿瘤细胞对化疗药物的明显耐药性是恶性肿瘤局部复发和（或）远处转移的根本原因，同时也是恶性肿瘤患者难以治愈而最终死亡的最主要原因。肿瘤组织中的SP细胞，因细胞表面ATP转运载体的存在，使其产生了一定的耐药性，从而逃过化疗药物的攻击。虽然很多学者在不断探索和开发新的化疗药物，并采取各种增强化疗药物作用的手段，但至今仍收效甚微［36］。即使在临床上进行了根治性切除和化疗、放疗或介入治疗等，患者的5年生存率也很低，这些临床实践结果使人们感到失望和困惑，也迫使人们重新审视传统的肿瘤理论和以往的研究思路及方法。在漫长的进化过程中，干细胞可以将进入机体的危险因素如毒物、药物等物质通过细胞膜表面的ABCG2（ATP-binding cassette superfamily G member 2）/BCRP1蛋白排出体外，从而维持机体遗传的稳定性。而这种保护性机制应用在肿瘤干细胞时，便会出现常见的肿瘤耐药性、局部复发、远处转移等临床表现。

4　SP细胞的表面标志物

研究发现，在很多正常组织和肿瘤细胞系中均存在着具有自我更新和分化潜能的SP细胞，并且均高表达ABCG2/ BCRP1［37］。最近的研究亦表明，ATP结合转运蛋白家族中的多药耐药蛋白MDR-1及人ABCG2和鼠BCRP1与造血干/祖细胞泵出Hochest染料的特性有关。多数学者研究认为，SP细胞很可能代表了一群原始的干细胞或早期干细胞，其特征是CD34low/neg［26］。在各种干细胞标志物中，BCRP1基因是相对保守的，多在较为原始的造血干细胞中高表达，其在分化过程中表达水平迅速下降，在成熟细胞中表达非常低。这些研究表明，ABCG2/BCRP1是SP表型的重要决定因子，同时可以作为各种来源干细胞的一种标志［38-39］。

5　SP细胞的临床价值展望

Carvalho等［21］进行的卵巢癌干细胞异种移植实验为干细胞的临床应用展示了诱人的前景。Olmsted-Davis等［40］从鼠骨髓细胞中分离出SP细胞，利用单基因标记后移植到受致死剂量照射后的鼠体内，随后观察到这些SP细胞使得原本几乎耗竭的骨祖细胞池获得了再生。Jackson等［41］获取了Rosa26转基因鼠分离的骨髓SP细胞，将它们移植到受致死剂量照射并且冠状动脉局部缺血的小鼠心肌以及血管中，随后发现在梗死区出现了SP细胞来源的心肌细胞和内皮细胞。上述实验初步显示了SP细胞在干细胞临床应用方面的广阔前景［42］。在肿瘤治疗方面，如果将治疗的靶点定位于具有肿瘤干细胞特性的肿瘤SP细胞上，那么便可以有效杀伤肿瘤细胞［43］。

6　结语

一方面，笔者可以认为SP表型可以用来作为一种干细胞的功能性标志，但同时我们也应该意识到SP表型与目前广泛承认的干细胞的特异性标记还存在着一定的差异。如何解释这种差异以及SP细胞与干细胞或是前体细胞之间到底存在什么样的关系，将是今后研究的方向和重点。SP细胞具有一定程度上的干细胞特性，但是SP细胞是否就等同于干细胞，还是SP细胞仅仅只是干细胞的一个亚群，这两者之间到底存在何种关系等一系列的问题都还不甚明了［44］，还需要更深一步的探究。即使目前的研究倾向性地认为：肿瘤SP细胞并不完全等同于肿瘤干细胞，而是相对富集了肿瘤干细胞［45］。SP细胞包含了很大一部分干细胞，但还有一部分干细胞是位于SP细胞之外的。即使目前认为SP细胞的分选存在一定的不稳定性［46］和细胞毒性［47］，但并不妨碍今后利用其来对干细胞生物学进行深入研究。在今天，利用排出Hoechst33342染料的特性来分离纯化各种组织以及恶性肿瘤的干细胞或是前体细胞的方法已经被证实是一种高效而实用的策略，尤其是在那些缺乏特异性细胞表面标志的组织中。

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（2015-11-30收稿2015-12-09修回）

（本文编辑李鹏）

Advances in the stem cell-like side population cells

HU Jun，YUE Xin
Department of Colorectum，Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital，the National Clinical Research Center of Cancer，and Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy，Tianjin 300060，China Corresponding Author and RevisorE-mail:yuexin@tjmuch.com

Abstract：Recently，stem cell like side population（SP）cells have been found in many normal organizations and malignant tumors，which have the proficiency of differentiation and self-renewal.These cells play an important role in cancer stem cell research，though they occupy a low proportion in total cells.Here，we reviewed the foundation of SP cells，and their relationship with stem cells，and the clinical application in the future.

Key words：stem cells；neoplastic stem cells；review；SPcells

中图分类号：R735

文献标志码：A

DOI：10.11958/20150349

基金项目：国家自然科学基金资助项目（81101870）；天津市卫生局科技基金项目（2014KZ080）

作者单位：天津医科大学肿瘤医院结直肠科，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市“肿瘤防治”重点实验室（邮编300060）

作者简介：胡均（1979），男，博士研究生，主治医师，主要从事结直肠肿瘤的诊治和研究

通讯作者及审校者E-mail：yuexin@tjmuch.com