ALDH1在GCSCs逃逸胃巨噬细胞杀伤中的作用及其机制研究*

张钢强 张 强

蚌埠医学院第一附属医院医学检验科，安徽省蚌埠市 233000

胃癌(Gastric carrcinoma，GC)是消化系统比较常见的恶性肿瘤，目前的治疗方法多为手术治疗联合放化疗，可是相较于其他的恶性肿瘤，胃癌的预后效果较差，生存率低，一方面由于胃癌早期检出率低,发现时往往已是晚期,失去了包括手术在内的全身治疗的最佳机会；另一方面在于胃癌的侵袭及转移作用强，且多为腹腔转移[1]。胃癌的复发转移概率非常高， 目前认为这种情况的出现可能与胃癌干细胞有关，与胃癌干细胞密切相关的分子标志物有很多，如CD44、CD133、CD24、ALDH1[2]等，其中ALDH1高度表达于胃癌干细胞中，其不仅对机体的正常细胞产生保护作用，而且还参与了机体的免疫调控[3]。在胃癌的发展过程中起着重要作用的巨噬细胞被普遍认为是重要的抗肿瘤免疫细胞，其具有多种抗肿瘤细胞的机制，且针对肿瘤细胞的杀伤作用与肿瘤细胞的分裂周期无关。了解ALDH1分子标志物及胃癌干细胞逃逸胃巨噬细胞杀伤作用及其机制之间的关联，可为认识及诊治胃癌提供帮助。

1 肿瘤干细胞与胃癌干细胞

肿瘤干细胞于90年代末在急性髓系白血病中发现的，之后对于肿瘤干细胞的来源产生了两种分歧的观点，一种认为正常的干细胞产生了肿瘤干细胞，且在乳腺癌、结肠癌、胃癌等实体细胞肿瘤中均证实了肿瘤干细胞的存在[4]；而另一种观点认为肿瘤干细胞来源于祖细胞，并通过MLL癌基因转入到骨髓祖细胞中导致了急性白血病的产生以获得证实等。2006年，美国研究者协会(American Association for Cancer Research，AACR)对肿瘤干细胞做出明确的定义：具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。胃癌干细胞作为肿瘤干细胞的一种，当然也具有与肿瘤干细胞相似的生物学特性，并且胃癌干细胞的侵袭及转移方面的作用也得到了相应的证实[5]。后研究者通过长春新碱的富集实验，得到了自我更新、多向分化、高致瘤性和对化疗药的耐药性等肿瘤干细胞特征的细胞群，推测此细胞群可能为“胃癌干细胞”。对于胃癌干细胞来说，其EMT基因的表达在其胃癌的侵袭转移作用中起到了重要的作用[6]。上皮间质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)最常见于恶性的脑胶质母细胞瘤中[7]，是指在胚胎的发育过程中，具有极性的上皮细胞通过相应的转化丧失其细胞骨架，而成为具有活动能力且能够在间质细胞中自由移动的多步骤的反应过程[8]。EMT的特点就在于胃癌干细胞转变的发生是以细胞的黏附或者是顶部—基底部的极化等丧失其间充质细胞的特性，将不能移动的上皮细胞转化为可以在间质细胞中自由移动的细胞[5，8]，包括基因型及形态学的改变过程。研究表明，胃癌主要的转移机制在于胃肠道来源的上皮细胞与间质干细胞紧密接触后获得了相关的成纤维细胞表型并且增强了其肿瘤生长及转移[9]。

2 胃癌干细胞的信号通路

与肿瘤干细胞的发生、发展、侵袭及转移密切相关的信号通路主要有四种，分别包括Wnt信号通路、Notch信号通路、Hedgehog 信号通路以及BMP信号通路；各个信号通路并不是相互独立的，而是共同起作用来维持其生物学特性。例如在胃癌干细胞中，可以检测到Wnt信号的增高，并且Wnt和Notch之间相互交融[10]。

2.1 Wnt信号通路 Wnt的命名来源于两种同源的基因组合，分别为果蝇片段极性基因和鼠原位基因。Wnt家族至少有19种的分泌型糖蛋白，且其在进化上均表现出高度的保守性。Wnt通过与相应的受体结合后主要激活三种信号，分别为 Wnt/β-catenin 信号途径、Wnt/Ca2+途径以及通过Jun氨基端激酶传导的细胞极性通路。 Wnt/β-catenin 信号途径是最为经典的一种信号通路，Wnt通过与Frizzled受体及低密度脂蛋白相关的辅助受体结合，阻断了β-catenin的磷酸化，从而使得细胞内的β-catenin 数量的增加及累积，并与相应的转录因子相互作用以激活目标基因的转录。非经典的Wnt信号包括Wnt/Ca2+途径以及通过Jun 氨基端激酶传导的细胞极性通路，此类信号不会产生β-catenin，Wnt/Ca2+通路通过G蛋白和磷脂酶发挥调节作用，并通过激活蛋白激酶 C 和钙依赖磷脂酶调节细胞质内的钙浓度[11]；Jun氨基端激酶传导的细胞极性通路主要在细胞胚胎的各阶段发育过程发挥调控作用。

2.2 Notch信号通路 Notch信号通路一类进化高度保守的细胞信号通路，其对多种生命活动的关键调控作用贯穿于胚胎发育到成人各个时期，Notch信号通路的主要特点是通过细胞间的配体—受体相结合的方式激活、裂解等一系列的方式来启动基因的转录，进而发挥作用。近年来研究发现Notch信号通路对于调控和维持肿瘤干细胞的自我更新及增殖方面起到了重要的作用。除此之外，Notch信号通路还与肿瘤干细胞放疗耐受、化疗耐药、上皮间质转化等生物学事件密切相关[4]。

2.3 Hedgehog 信号通路 Hedgehog 信号通路最早是在黑腹果蝇体节发育的研究中发现的，后陆续地也在脊椎动物中鉴定出来，其基因表现出较高的保守性，其编码及分泌的相关蛋白质在胚胎的发育、成熟中具有重要作用。后发现Hh 信号通路与肿瘤细胞的增殖、 凋亡、分化和侵袭等多种生物学行为也密切相关[12]。目前Hedgehog 家族中有三个已知的配体是SHH、IHH及DHH，在这些配体中，人类胃底腺中表达的SHH可以通过 Hh 信号通路的异常活化促使SHH 上调并导致癌变。此外，Ma 等对照研究发现在90 例胃癌标本中，对照组正常组织标本中没有发现或低表达Ptch，而实验组却在70%的胃癌标本中检测到 Ptch 的表达，且其表达水平与胃癌细胞分化程度相关，这也表明胃癌细胞的分化可能与Hh的信号表达之间存在关联。

2.4 BMP信号通路 BMP(Bone morphogenetic protein)的命名是因其具有诱导骨形成的作用，且对调节成骨细胞分化起到关键作用。BMP是转化生长因子中最大的蛋白家族，包括40多个转化生长因子，其中有BMP-2、BMP-6、BMP-7等，它们不仅具有诱导成骨的作用，而且参与了全身所有组织系统的胚胎发育、分化与成熟过程[13]。BMP信号通路的传递主要通过配体BMP与细胞膜上的丝氨酸/苏氨酸激酶受体特异性结合，使得Ⅱ型受体活化后将信号传递给细胞内的Smad分子，活化的Ⅰ型受体进一步磷酸化Smad蛋白，促使Smad分子从细胞膜受体上脱离下来，并在胞质内结合后进入细胞核。在细胞核内，Smad多元复合物在其他DNA结合蛋白的参与下作用于特异的靶基因，调控靶基因的转录。BMP-2可以使 DNA 合成前期细胞增加，而且使DNA合成期的细胞减少；并且在弥漫型胃癌中研究发现，BMP-2的表达可以抑制细胞的增殖。研究发现，在巨噬细胞与胃癌细胞共培养时，巨噬细胞可通过 TGF-β/BMPs 通路上调胃癌细胞侵袭相关基因的表达而提高胃癌的侵袭能力，抑制 TGF-β/BMPs 通路则下调胃癌细胞侵袭相关基因的表达及胃癌的侵袭能力。

3 乙醛脱氢酶1

ALDH1是乙醛脱氢酶的一种同工酶，可以催化细胞内的乙醛氧化成为乙酸、视黄醇(维生素A)氧化成为维A酸(RA)的一种细胞溶质酶。2007年，GINESTIER等首次利用 ALDH1 在乳腺癌组织中发现乳腺癌干细胞，之后ALDH1 也被证明存在于其他实体瘤，如肺癌、头颈部肿瘤、结肠癌等[14]。目前，ALDH1除了在正常的造血干细胞中高度表达以外，也成为了多种恶性肿瘤细胞的表面标志物，如乳腺癌[15]、肺癌等[16]。研究者发现将低剂量的ALDH1阳性和阴性两种肿瘤细胞同时注射在不同的裸鼠体内，结果发现ALDH1阳性的裸鼠体内的肿瘤细胞可以生长增殖，而阴性的肿瘤细胞没有这种能力；ALDH1阳性的肺癌细胞可以产生ALDH1阳性与阴性的混杂细胞群，而ALDH1阴性的细胞只能产生ALDH1阴性的细胞群，这说明ALDH1阳性的细胞更具有自我更新及分化的能力；ALDH1高度表达后，其对铂类的化疗药物的耐药性大大增加。总的来说，ALDH1阳性的细胞较阴性的而言，其更具有肿瘤干细胞的特征，主要表现为：自我更新、多向分化、高致瘤性和对化疗药的耐药性等特征[17]。

4 胃巨噬细胞

在胃癌腹腔转移的大网膜乳斑模型中，得到了较初次注射的胃癌细胞更为明显的干细胞特征的胃癌细胞。因此现在研究者普遍认为胃癌细胞的选择性定值点为乳斑，也是胃癌细胞腹腔转移的第一站。乳斑之所以作为定值点不仅由于其丰富的血液供应，为胃癌细胞提供了营养支持，而且在于间皮细胞内VEGF的高度表达。乳斑内含有大量的免疫细胞，且主要由巨噬细胞构成，然而在大网膜乳斑模型中，初期胃癌细胞的减少而后期胃癌细胞的增多说明了巨噬细胞对胃癌细胞的杀伤是具有选择性的，也证实了胃癌干细胞不仅能够在乳斑中存活，而且可以生长增殖成为更大的转移灶。巨噬细胞是一种MHC非限制的抗肿瘤免疫的天然免疫细胞类型，其对肿瘤细胞的杀伤作用主要表现为以下几个方面：巨噬细胞的直接杀伤作用，例如释放溶酶体直接杀伤肿瘤细胞；抗体依赖的细胞介导的毒作用，例如PWM等；释放杀伤肿瘤细胞的效应分子，例如TNF-α及NO等；T淋巴细胞的活化杀伤及NK细胞的抗肿瘤作用。研究表明，巨噬细胞在不同细胞因子的激活下可以向不同的方向进行极化[18]，例如在IFN-y及LPS的作用下巨噬细胞可以向M1方向极化，从而具有抗肿瘤细胞的功能；在IL-6的作用下，巨噬细胞可以向M2方向极化，从而具有促进肿瘤细胞生长的功能。肿瘤相关巨噬细胞(TAMS)在大多数的文献主要指的是M2型的巨噬细胞，巨噬细胞通过多种途径募集到肿瘤微环境(Tumor microenvironment，TME)中，又被多种因素影响最终极化为TAMs，它促进了胃癌细胞的侵袭及促血管生成能力, 进而促成了癌细胞的转移性播散[19]。

综上所述，胃巨噬细胞的转化是否与ALDH1的高度表达之间存在密切联系？例如：ALDH1高度表达的细胞是否可以影响胃巨噬细胞向不同的方向极化，从而影响胃巨噬细胞的杀伤功能？ALDH1的生物学功能是否可以减轻巨噬细胞对胃癌细胞的杀伤能力？目前来说，胃癌干细胞的复发及转移是导致胃癌患者死亡的最重要的原因，如何统一胃癌的标志物，又如何提高腹腔内游离癌细胞的检出率，以及如何指导临床的治疗手段是目前治疗胃癌的一项难题。相信通过对ALDH1及胃癌干细胞逃逸胃巨噬细胞杀伤作用及其机制的研究，定会让我们对胃癌的复发、转移及治疗有更深的理解。