肿瘤干细胞在肿瘤侵袭转移中的作用机制及功能相关信号通路研究进展

陆翰杰，秦艳茹

(郑州大学第一附属医院，郑州450052)



肿瘤干细胞在肿瘤侵袭转移中的作用机制及功能相关信号通路研究进展

陆翰杰，秦艳茹

(郑州大学第一附属医院，郑州450052)

摘要：肿瘤干细胞是肿瘤组织中存在的少量具有自我更新能力和分化潜能的细胞。目前可通过一些干细胞分子标志物(CD177、CD133、CD44等)对其进行识别。肿瘤干细胞可通过上皮间叶转变途径诱导肿瘤细胞侵袭，通过趋化因子诱导肿瘤细胞迁移，并能够诱导肿瘤组织血管生成。肿瘤干细胞可通过多种信号转导通路如Wnt/β-catenin信号通路、Notch通路、Patched通路等参与肿瘤的侵袭和转移。

关键词：肿瘤干细胞；细胞增殖；细胞迁移；CD117；Wnt/β-catenin信号通路；Notch蛋白；Patched蛋白

目前针对肿瘤的治疗除了传统手术、放疗、化疗外，还有分子靶向治疗和生物治疗等手段，然而治疗效果仍不十分理想。肿瘤干细胞假说是近年提出的新理论，即肿瘤中有一部分细胞具有自我更新能力，是肿瘤发生、转移和复发的根源。Bonnet等[1]首次在人类急性髓系白血病(AML)中证实肿瘤干细胞的存在，随后在卵巢癌(CD44+)[2]、前列腺癌(CD44/Integrin-αβ+/CD133+)[3]、肝癌(CD133+)[4]等相关研究中也发现了肿瘤干细胞。干细胞是一类具有自我更新能力和多向分化潜能的原始细胞[5]。肿瘤干细胞学的发展推动了学者们对肿瘤的进一步认识。现就肿瘤干细胞在肿瘤侵袭转移中的作用机制及相关信号通路的研究进展综述如下。

1肿瘤干细胞的分子标志物

1.1CD117CD117又称c-Kit，是Kit基因编码的酪氨酸激酶受体，其配体是干细胞因子(SCF)。Kajstura等[6]通过体外实验证实Kit基因阳性细胞具有自我更新、克隆和多项分化潜能，为肺癌干细胞的重要标志物。

1.2CD133CD133又称Prominin-1，是由PROM1基因编码的糖蛋白，具备完整糖基化的CD133(AC133)特异性表达于机体多种干细胞表面，被认为是造血干细胞及卵巢癌、前列腺癌、直肠癌、神经系统肿瘤干细胞的标志物。Yu等[7]最早于造血干细胞中鉴定出CD133。Ferrandina等[8]研究发现，CD133+CK7+细胞比CD133-CK7+细胞有更强的增殖能力，且卵巢恶性肿瘤细胞表面CD133表达量明显高于良性肿瘤。

1.3CD44CD44是参与细胞连接、黏附、迁移的重要分子。CD44可表达于结肠癌、乳腺癌、胃癌、卵巢上皮癌等肿瘤细胞表面。Sacks等[2]从卵巢癌细胞系中分离出CD44+细胞，并证实该细胞在体外除有促进肿瘤生长的作用外，还具有自我更新和多向分化的潜能。

1.4其他常见的干细胞标志物Oct-4，在胚胎干细胞和生殖细胞中表达[9]；ABCG2，为ATP结合盒蛋白家族成员，参与细胞内外物质转运，与肿瘤细胞耐药性的产生有关[10]；p75 NTR，也称低亲和神经生长因子受体，属1型跨膜TNF受体超家族，是神经嵴干细胞、间质前体细胞和肝星形细胞的标志物[11]。

2肿瘤干细胞参与肿瘤侵袭转移的机制

2.1通过上皮间叶转变途径诱导肿瘤细胞侵袭多种肿瘤都具有局限化的早期阶段和播散至远端组织的晚期阶段，这一步骤称为侵袭-转移级联反应。该过程分为6个独立步骤：局部侵袭使原位癌细胞突破基底膜；肿瘤细胞进入毛细淋巴管或毛细血管，被转运到远端部位；肿瘤细胞滞留并穿出毛细淋巴管或毛细血管管壁，形成隐匿的微小转移灶；一些微小转移灶在转移部位获得形成微小克隆的能力，形成肉眼可见的转移瘤；肿瘤细胞克隆化。为获得运动和侵袭能力，肿瘤细胞必须丢失许多上皮细胞表型，使上皮层发生上皮间叶转变(EMT)。肿瘤干细胞可在转化生长因子β(TGF-β)作用下逐渐失去上皮细胞形态，并下调上皮细胞标志物(如细胞角蛋白和E-钙黏素)表达；与此同时，肿瘤细胞表达间叶细胞标志物(如波形蛋白)，细胞形态逐渐趋向于纤维母细胞。有学者[12]发现人永生化乳腺上皮细胞(HMLEs)经EMT诱导后下调E-钙黏蛋白表达，上调间质标志物(N-钙黏蛋白、波形蛋白和纤连蛋白)表达，细胞表达干细胞标志CD44+/CD24-；经体外功能实验进一步验证经，EMT诱导的细胞增殖能力、克隆形成能力明显强于初始永生化乳腺上皮细胞。

2.2通过趋化因子诱导肿瘤细胞迁移肿瘤微环境中的趋化因子在肿瘤干细胞迁移中扮演重要角色。骨髓基质细胞衍生因子1(SDF-1)属于趋化因子蛋白家族，在干细胞及肿瘤干细胞的迁移和归巢中起重要作用。Gelmini等[13]研究发现，大部分肿瘤干细胞表达趋化因子受体4(CXCR4)，趋化于高表达SDF-1的器官，SDF-1/CXCR4轴也参与血管生成及肿瘤细胞迁移过程。

2.3诱导肿瘤组织血管生成大量研究发现，肿瘤干细胞可促进周围血管生成，这是肿瘤增殖、自我更新和迁移的基础。肿瘤相关间质中的成肌纤维细胞可释放趋化信号(如SSDF-1/CCL12)，帮助募集血液循环中的内皮前体细胞进入间质，这种募集作用由血管内皮生长因子(VEGF)辅助完成[14]，VEGF还可使内皮前体细胞成熟为有功能的内皮细胞。肿瘤血管内皮源于肿瘤干细胞的诱导分化。受到血管生成因子刺激后，内皮细胞可增殖并扭曲胞质形成圆柱状“细胞壁”。新生血管能够穿透现存的组织层，向局部血管生成因子水平最高的部位移动[15]。

3肿瘤干细胞功能相关信号通路

3.1Wnt/β-catenin信号通路Wnt信号通路是一个非常保守的信号转导通路，Wnt可结合Frizzled受体，抑制糖原合酶3β(GSK-3β)的活性[16]。在缺乏Wnt时，GSK-3β磷酸化β-catenin，作为其进行后续降解的标签；当Wnt信号激活时，GSK-3β的降解作用被抑制，β-catenin免于降解，累积的β-catenin转移入细胞核，结合Tcf/Lef蛋白，激活转录下游相关基因，导致细胞增殖。研究[17]表明，乳腺癌干细胞中Wnt的表达水平是正常的4~10倍，提示肿瘤干细胞既可以通过自我更新维持数量稳定，又能分化增殖产生更多的肿瘤细胞。还有学者[18]发现，几乎所有类型的结肠癌患者均存在结肠腺瘤样息肉蛋白(APC)失活、Wnt/β-catenin信号通路过度激活，后者被证实是激活肠道肿瘤干细胞的重要因素。

3.2Notch通路Notch蛋白与配体结合后经历两次蛋白酶切，一次在细胞外，另一次在细胞跨膜区，后一次的酶切可释放出一个胞质蛋白片段，这个片段随后移动到细胞核中，与其伴侣蛋白一起作为转录因子发挥作用[19]。肿瘤干细胞内Notch通路通常被过度激活，以维持干细胞的增殖与分化功能。Jin等[20]研究发现，Notch分子在胎肺发育过程中起重要作用；体外实验也证实Notch在非小细胞肺癌(NSCLC)中高表达，能够维持干细胞活性并促进其向NSCLC细胞分化。另外，在部分宫颈癌[21]和前列腺癌[22]组织中也存在Notch的配体Jagged、Delta过表达的现象。

3.3Patched通路当Hedgehog与其受体Patched结合时，可去除Patched对Smoothened蛋白的抑制作用，Smoothened随后激活下游信号转导通路。正常细胞中缺少Smoothened蛋白调节，Gli前体蛋白被切割为两个片段，其中一个移动到细胞核，行使转录抑制子功能[23]；肿瘤干细胞中Smoothened蛋白被活化，Gli前体蛋白切割被抑制，导致完整的Gli蛋白移动到细胞核中，作为转录激活子发挥功能。有学者[24]用Hedgehog抗体处理肿瘤细胞，发现其可抑制肿瘤干细胞分化，使肿瘤细胞增殖受到抑制并发生凋亡。Naqvi等[25]将Hedgehog抑制剂IWP-2用于小细胞肺癌中，得到了相似的结果。

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(收稿日期：2015-07-28)

中图分类号：R73-3

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2016)07-0094-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.07.037

通信作者：秦艳茹(E-mail: yanruqin@163.com)