结直肠癌干细胞的调控机制及靶向干预研究进展

陈寅波 刘 卓 邱彭年 王 刚 蒋 来

（浙江省肿瘤医院结直肠外科 浙江杭州 310022）

结直肠癌是我国最常见的消化道恶性肿瘤之一，2016年国家癌症中心发布的中国最新癌症数据显示，城市地区大肠癌发病率位居男性的第5位、女性的第3位［1］。由于进展期结直肠癌潜在微转移灶的存在，约有近一半的患者接受规范治疗后仍出现肿瘤复发。在新一代的铂类药物（奥沙利铂）与生物靶向药物（西妥昔单抗、贝伐单抗）的应用以来，仍有部分肠癌患者能从现有的外科手段与内科药物中获益［2］。如何进一步杀灭逃离原发病灶且化疗耐药的肿瘤细胞，是结直肠癌治疗的瓶颈之一。

肿瘤干细胞的概念最早出现于血液系统恶性肿瘤，被认为是在恶性肿瘤组织中占极少数的一类具有无限分化潜能与自我增殖更新能力的细胞［3］。肿瘤干细胞的特性之一是能够在适当的环境下分化出与原本表型相异的肿瘤细胞，最终导致肿瘤转移灶的形成，另一特性是这些细胞可表达与正常人类组织干细胞类似的分子表达谱，如CD44、CD133等。在人类正常肠壁细胞隐窝中，存在着一小群结肠干细胞，接受周围微环境中间质细胞、细胞因子与细菌分泌物的调节，不断增生分化出不同类型的肠黏膜细胞以应对肠上皮的更新修复，其中就包括Wnt信号、Notch 信号、TGF-β 信号和 PDGF 信号的激活［4］。 基于肠黏膜干细胞的理论，结直肠癌的发生在一定程度上来源于结直肠干细胞的突变导致的恶性增殖。在从肠黏膜干细胞到结直肠癌干细胞的转变过程中，基因的调节失常常与结肠干细胞增生分化过程中细胞信号通路的异常调节相关，包括Wnt通路、Notch通路及TGF-β通路等［5］，以下就该三条通路进行综述。

1 Wnt通路

Wnt信号是动物细胞在进化过程中保守不变的细胞信号之一，在细胞中主要负责调节增殖分化、细胞极性运动与干细胞的转化等功能，其主要通过抑制胞质中的β-Catenin蛋白的降解而发挥作用［6-9］。在人正常的肠黏膜细胞中，Wnt/β-Catenin信号通路在肠黏膜隐窝底部的肠上皮细胞中呈现持续激活的状态，起到维持肠黏膜细胞干性与肠黏膜的正常形态的作用［10］。Wnt信号通路在大部分肠癌细胞中都呈现过激活的状态，并可促进LGR5、ASCL2等干性相关基因的表达。有研究结果显示［11］，Wnt通路在受DKK1蛋白阻断的情况下，可导致结肠黏膜结构的紊乱；而ALCL2、LGR5、CD44等Wnt通路蛋白表达缺失，均可诱导结肠黏膜上皮细胞不典型增生与干性特征的丢失，并上调MUC2、KRT20等上皮分化相关基因表达［12］。 CD133+CD24+CD29+或 CD44+CD166+的肿瘤干细胞常表现出高度的Wnt活力。Krause等［13］与Utispan等［14］的研究提示，DKK1蛋白持续高表达与β-Catenin表达的缺失，可通过抑制Wnt通路影响结直肠癌细胞的增殖能力与细胞群落的形成，进而调控ALDH1表达水平，影响肿瘤的干性生物学行为并影响肿瘤患者预后。

2 Notch通路

Notch信号主要通过调节下游基因如Deltex/Hes-1/Asp21的表达，调控人体内胚胎形成、细胞增殖与分化、细胞迁移与粘附以及细胞凋亡等生物学行为［15-17］。在人结肠黏膜隐窝的底部，Notch信号通路是结肠干细胞与杯状细胞分化不可缺少的一部分［18］。研究发现［19-20］，在胰腺癌、前列腺癌、宫颈癌、尤文氏肉瘤、结直肠癌等恶性肿瘤中，Notch通路的下游蛋白在肿瘤组织中呈现过表达状态 （与正常组织相比），Notch1/Hes1/Jagged受体等Notch通路相关蛋白在结肠癌中的表达比正常肠黏膜隐窝细胞中高，且表达水平与肿瘤的进展密切相关。相比于普通肠癌细胞，在肠癌干细胞中Notch通路的激活水平高10～30倍。激活Notch信号可通过抑制细胞周期抑制因子p27，进而避免结肠癌干细胞的凋亡。另外，Hes1蛋白还可促进CD133、ABCG2、ALDH1等干性分子的表达，增强肠癌干细胞的自我更新能力［21］。通过阻断Notch信号通路，可降低CD133+肿瘤细胞的增殖与迁移能力，提示该信号通路是潜在的肠癌靶向治疗靶点［22］。

3 TGF-β通路

TGF-β蛋白家族有超过40个成员，其中包括TGF-β与BMP蛋白。TGF-β信号通过激活SMAD蛋白磷酸化而发挥作用，在体内与细胞增殖迁移、细胞分化粘附、细胞外基质的调节与细胞凋亡等密切相关，在体内起到维持器官功能稳态的作用，该通路的异常激活，常与肿瘤的血管生成、免疫抑制密切相关［23-24］。在正常肠黏膜中，TGF-β通路通过激活死亡相关激酶（death associated protein kinase，DAPK），抑制下游Akt信号，从而诱导细胞凋亡与抑制增殖，起到抑癌的作用［25］。然而在结直肠癌患者中，TGF-β通路激活可促进肿瘤形成，与肿瘤复发转移和不良预后密切相关［23］。已有研究提示［26］，TGF-β 通路可通过调节下游蛋白FGF-10的表达来调节上皮干细胞的增殖活力，其机制与TGF-β的失活密切相关。另一方面，TGF-β通路的重要组分之一BMP蛋白分子可促进结直肠癌干细胞的分化。抑制BMP蛋白，可促进间质干细胞向上皮细胞分化，并下调Snail、Slug等EMT相关蛋白表达［27］。BMP4蛋白可通过与GATA6蛋白结合，在Wnt通路调控结直肠癌干细胞中起到平衡的作用：GATA6基因的抑制可提高BMP蛋白分子表达水平，继而抑制肿瘤干细胞的自我更新增殖［28］。

4 结直肠癌干细胞的靶向干预前景

肿瘤干细胞在肿瘤进展过程中具有化疗耐药与高度成瘤能力的特性，而常规的化疗手段往往难以杀灭这一群占据极少数的复发根源细胞，特异性靶向干预肿瘤干细胞便在预防肿瘤复发转移显得格外重要。抑制剂OMP-18R5通过特异性靶向结合Wnt信号受体Frizzled，进而干预肿瘤干细胞的自我更新能力。目前已有相关的I期临床研究在乳腺癌、胰腺癌和结肠癌中开展［29］。 DLL4（delta like canonical Notch ligand 4），是Notch信号通路的重要组分之一。研究提示，抗-DLL4抗体可通过下调Notch信号，进而抑制肿瘤干细胞的自我更新与血管形成［30］。目前已有相应的II期临床研究在进行，初步结果提示抗-DLL4抗体可减少肿瘤复发率［31］。然而，由于肿瘤的异质性以及肿瘤干细胞在整个人体肿瘤群落中仅占据少数比例，靶向干预肿瘤干细胞如何在整个抑癌治疗中起到更好的作用在未来仍需探讨。有观点认为［32］，在结直肠癌干细胞中存在着三个不同的亚群集落：（1）自我更新型肿瘤干细胞，在肿瘤转移灶形成过程中更具主要地位；（2）瞬间扩增型肿瘤干细胞，主要负责肿瘤原发部位的形成与增殖；（3）迟钝型肿瘤干细胞，仅在异位移植或多次动物体内传代时才表现出强大的肿瘤形成能力。综上，结合这一理论，在未来结直肠癌干细胞靶向干预的研究仍有一段较长的路要走。如何在肿瘤患者中建立个体化的肿瘤干细胞干预策略，进而最大程度预防肿瘤的复发转移，是未来肿瘤干细胞靶向干预研究的方向。

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