食管癌干细胞放射敏感性的研究进展

孙伟杰，李建成

(1 福建医科大学省立临床医学院，福州350000；2 福建省肿瘤医院)



·综述·

食管癌干细胞放射敏感性的研究进展

孙伟杰1，李建成2

(1 福建医科大学省立临床医学院，福州350000；2 福建省肿瘤医院)

食管癌的组织学类型主要以鳞状细胞癌为主，放射治疗是其重要的治疗手段之一。但部分患者对放射治疗不敏感或放射治疗后出现局部复发。“肿瘤干细胞”学说认为，肿瘤细胞中存在一类具有自我更新和多向分化能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞，即肿瘤干细胞。食管癌细胞中亦存在此类干细胞。有研究认为，食管癌干细胞的存在是导致食管癌放射治疗不敏感的一个重要原因，其机制可能与细胞周期再分布、干细胞基因高表达及信号转导通路异常有关。目前针对食管癌干细胞放射敏感性的研究越来越受到关注。

食管癌；肿瘤干细胞；放射敏感性

我国是食管癌的高发区，每年发病例数和死亡例数占全世界食管癌患者的52.5%和41.8%[1]。鳞状细胞癌是亚洲地区食管癌的主要组织学类型，放射治疗是其主要治疗手段之一。肿瘤干细胞是一类具有自我更新和多向分化能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。最近研究发现，食管癌细胞对放射治疗不敏感或放射治疗后出现局部复发与食管癌干细胞有关[2]。本文结合文献就近年来食管癌干细胞放射敏感性的研究进展综述如下。

1 食管癌干细胞的生物学特性及分离鉴定

肿瘤干细胞理论认为，肿瘤干细胞可能来源于正常干细胞突变、祖细胞分化、成熟体细胞逆向分化、异常的细胞融合以及残留的静止胚胎干细胞被激活，被认为是肿瘤的启动细胞[3]。

Huang等[4]研究发现，在人食管癌干细胞系EC9706和EC109中，侧群细胞较非侧群细胞拥有更高的细胞克隆形成效率，其原因与干细胞相关基因OCT-4、SOX-2、BMI-1和ZFX在侧群细胞中表达上调有关。CD44属于黏附分子家族成员之一，其作用是介导细胞与基质、细胞与细胞间的黏附，在机体多种病理生理过程中扮演重要角色。Li等[5]研究发现，对人食管癌细胞系OE-19分别进行5、10、15 Gy照射，其CD44强阳性率分别为77.8%、66.5%、57.5%，弱阳性率分别为21.7%、31.6%、41.4%，故推测CD44可能是肿瘤干细胞的标志物。Honing等[6]研究发现，CD44阳性表达与食管癌患者无瘤生存期呈负相关。Smit等[7]研究发现，在食管癌细胞系OE-33和OE-21中，与无CD44+CD24+表型细胞相比，有CD44+/CD24+表型细胞具有更高的细胞增殖率、球体形成潜力以及体外放射抗性。Sui等[1]通过荟萃分析发现，CD33是食管癌的独立预后因子，CD33高表达与食管癌淋巴结转移、临床分期、组织病理学分级显著相关。近年研究发现，CD133与肝癌、肺癌和喉癌等细胞的自我更新和放化疗抗性增加密切相关[8]。Lu等[8]研究发现，食管癌组织CD133/CXCR4高表达者占20.78%，在食管鳞状细胞癌中CD133+CXCR4+细胞表现出更强的增殖能力，因此推测CD133和CXCR4亦可能是食管癌干细胞的标志物。细胞间黏附分子-1(ICAM-1)。属于黏附分子中免疫球蛋白超家族中的成员之一，其在控制肿瘤恶化和转移以及调节机体免疫反应过程中具有重要作用。Tsai等[9]研究发现，ICAM-1阳性细胞具有食管癌干细胞的特性，其作用机制可能是通过ICAM1-PTTG1IP-p53-DNMT1通路介导的，并认为ICAM-1可作为食管癌干细胞的标记物。其更多的表型和标志物尚有待于进一步研究。

2 食管癌干细胞的放射抗性机制

放射治疗主要通过引起细胞DNA单链断裂、双链断裂及细胞损伤，继而影响细胞增殖状态、改变细胞周期，导致细胞死亡或凋亡[2]。研究发现，食管癌干细胞放射抗性增加的机制可能与细胞周期再分布、干细胞基因高表达以及相关信号转导通路异常有关[10～12]。

2.1 细胞周期再分布 处于不同细胞周期的细胞，其放射敏感性不同，M期细胞对射线特别敏感，而G0期细胞对射线不敏感。正常组织干细胞和肿瘤干细胞通常处于细胞周期的静止状态，即G0期。Wang等[11]将食管癌干细胞和其亲代食管癌细胞同时暴露于特定的辐照剂量，发现亲代食管癌细胞和食管癌干细胞均在G2期生长缓慢，但亲代食管癌细胞更明显。此外，食管癌干细胞细胞球体对G2期迟滞产生了耐受。Skp2是SCFSkp2泛素连接酶复合体的底物识别亚基，主要涉及细胞周期蛋白依赖性激酶CDK抑制剂p27介导的泛素化降解和G1/S期转换的正性调节。Wang等[13]研究发现，食管鳞状细胞癌组织Skp2高表达，其高表达与肿瘤进展和淋巴结转移有关。Skp2高表达可提升食管癌细胞EC9706的放射抗性，Skp2基因敲除可使食管癌细胞对放射治疗敏感。细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)作为细胞周期蛋白依赖性激酶CDK的调控者，在整个细胞周期中其表达量呈周期性变化。Su等[14]通过Cyclin D1处理具有放射抗性的食管癌干细胞KYSE-150R和其亲代细胞KYSE-150，发现KYSE-150R的细胞增殖率和放射生存分数在Cyclin D1 siRNA处理组明显下降；敲除Cyclin D1基因可导致KYSE-150R无法进行G0/G1转换。上述研究表明，细胞周期再分布是食管癌干细胞的放射抗性增加的重要机制之一。

2.2 干细胞基因高表达 研究发现，食管癌干细胞存在某些干细胞基因(如β-catenin、Bmi-1、WISP-1、NRAGE等)高表达。Che等[15]通过分次照射食管癌细胞Eca109获得具有放射抗性的食管癌干细胞Eca109R50Gy，与Eca109相比，Eca109R50Gy集落形成能力和致瘤能力更强；同时，干细胞标记物β-catenin表达量在Eca109R50Gy细胞中明显上升。Bmi-1是PcG家族的核心成员之一，在肿瘤细胞中高表达，其表达变化与肿瘤进展和患者预后相关。Wang等[16]分别检测具有放射抗性的食管癌干细胞KYSE-150R和其亲代食管癌细胞KYSE-150的Bmi-1，发现KYSE-150R细胞中Bmi-1表达量显著高于KYSE-150细胞。而Bmi-1经过耗损后，活性氧的生成和氧化酶基因的表达上升，明显增强肿瘤细胞的放射敏感性。Li等[17]研究发现，WISP-1基因在具有放射抗性的食管癌细胞中过表达，且通过细胞外WISP-1抗体中和WISP-1能够逆转食管癌细胞的放射抗性。Zhou等[18]通过梯度剂量照射获得具有放射抗性的人类食管癌细胞TE13R120和ECA109R60，发现NRAGE基因在TE13R120和ECA109R60细胞中高表达，且与TE13R120和ECA109R60的放射抗性增加密切相关。上述研究证实，干细胞基因高表达与食管癌干细胞的放射抗性增加密切相关。

2.3 信号转导通路异常 食管癌干细胞在肿瘤各个阶段发挥的作用与众多信号通路有关，如Wnt/β-catenin、Notch、PI3K、MAPK、NF-κB。Wnt/β-catenin信号通路在维持肿瘤干细胞特性方面扮演重要角色。Che等[15]对具有放射抗性的食管癌干细胞Eca109R50Gy进行研究，发现COX-2抑制剂NS398能通过抑制Wnt/β-catenin信号通路，增强食管癌干细胞的放射敏感性。Ge等[19]研究发现，食管鳞状细胞癌中的miR-942能够直接作用于Wnt/β-catenin信号通路的负性调控因子sFRP4、GSK3beta和TLE1，上调Wnt/β-catenin信号通路，增强食管癌干细胞的放射敏感性。PI3Ks蛋白家族可参与细胞增殖、分化、凋亡等多种细胞功能的调节，PI3K信号通路活性的增强常与多种肿瘤相关。Li等[20]从食管鳞状细胞癌中分离、培养具有干细胞功能的侧群细胞，发现其可通过PI3K/Akt信号转导通路调控ABCG2转导体的功能。Jia等[21]研究发现，通关藤苷H具有抑制食管癌浸润和转移的作用，其机制与调节蛋白表达的PI3K/Akt信号转导通路相关。在哺乳动物胚胎发育和组织发生过程中，Hedgehog信号通路可参与细胞的多种病理生理过程。Hedgehog信号通路异常可增强肿瘤干细胞的活性，与多种肿瘤形成有关[22]。Yang等[23]研究发现，Hedgehog信号通路活化是食管癌发生、发展的早期分子事件，特别是在食管腺癌中。上述研究表明，信号转导通路异常与食管癌干细胞放射抗性增加有关。

3 针对食管癌干细胞的治疗

目前针对肿瘤的放射增敏剂主要包括乏氧细胞放射修饰剂、非乏氧细胞增敏剂、细胞毒性药物、生物制剂、基因靶向制剂、中草药等。近年来，通过作用于肿瘤干细胞治疗食管癌的研究不断涌现。有研究发现，埃罗替尼及西妥昔单抗可阻断转化生长因子β1介导的食管癌干细胞富集，其机制主要是抑制锌指E-盒结合同源异形盒作用于CD44、Notch1和Notch3[24]。全反式维甲酸可诱导食管癌干细胞分化并显著下调CD44 mRNA及其蛋白表达，表明应用全反式维甲酸治疗食管癌具有可行性[25]。趋化因子受体CXCR4通过小干扰RNA抑制食管癌细胞KYSE-150和TE-13的侵袭和转移，这为通过趋化因子受体CXCR4作用于食管癌干细胞的基因治疗提供理论基础[26]。二甲双胍和5-氟尿嘧啶对肿瘤干细胞具有协同作用，其机制主要是通过核糖体S6激酶磷酸化增加食管腺癌对同步放化疗的敏感性[27]。有研究发现，通过慢病毒RNA敲除食管癌细胞YAP-1基因，可降低其细胞增殖活性并增加其对5-氟尿嘧啶的敏感性，这与Huang等[28]研究结果基本一致。此外，一种新的YAP-1抑制剂维替泊芬，能够抑制YAP-1和表皮生长因子受体的表达，增加5-氟尿嘧啶和多西紫杉醇对食管癌细胞的毒性作用[29]。bcl-2家族抑制剂ABT-263对许多肿瘤均有效，在食管癌细胞中其能通过Wnt/β-catenin和YAP/SOX9抑制肿瘤干细胞的活性，并且ABT-263联合5-氟尿嘧啶可降低体内肿瘤细胞的增殖活性并抑制干细胞基因的表达[30]。肿瘤干细胞的再增殖分化是导致食管癌治疗失败和预后不良的重要原因，故如何抑制肿瘤干细胞的再增殖分化成为新的治疗靶标。

总之，食管癌干细胞具有自我更新、多向分化能力，是食管癌进展和常规放化疗抗性增加的主要原因之一。肿瘤干细胞的放射抗性增加可能与细胞周期再分布、干细胞基因高表达、相关信号转导通路异常等有关，但其具体机制仍不明确，有必要对其深入研究。

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福建省临床重点专科建设项目(闽财指[2014]1329号)。

李建成(E-mail： jianchengli6@126.com)

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