细胞融合诱导EMT并生成乳腺癌干细胞的研究进展*

赵志正，刘硕，林洪生

中国中医科学院广安门医院，北京 100053

乳腺癌是目前全球女性发病率最高的恶性肿瘤。据美国癌症学会统计数据显示，2018年，全球新发乳腺癌病例210万［1－2］，我国乳腺癌发病率也在逐年增长，且呈年轻化趋势。远处转移是乳腺癌患者死亡的首要原因［3－5］。随着对肿瘤转移机制认识的不断加深，越来越多的证据显示，并非所有肿瘤细胞都具有转移特性，肿瘤组织中小部分具有干细胞样特性的细胞——肿瘤干细胞决定着肿瘤的复发转移。肿瘤干细胞可以通过上皮间质转化（epithelial－mesenchymal transition，EMT）获取强侵袭和迁移能力［6］。近期，肿瘤干细胞的产生和EMT的发生机制得以合理揭示。

研究发现，间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是干细胞的重要成员，来源于发育早期的中胚层［7］，具有低免疫原性和多能分化潜能，在组织工程、靶向治疗和器官移植中应用广泛［8－9］。同时，MSCs也具有向受伤组织和肿瘤组织迁徙的特性，参与肿瘤微环境的形成，其机制可简单概述为以下几个方面：其一，促进肿瘤的进展，如在肺鳞癌中分化为成纤维细胞，参与间质形成，同时，通过改变细胞形态和减少细胞连接促进肺癌细胞转移［10－11］。且骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）可与肺癌细胞融合，促进其侵袭和转移［12］，而通过旁分泌促进肿瘤发展也是其重要机制之一［13］；其二，与之相反，也有相关研究证实，BMSCs可抑制肺癌A549细胞的增殖和侵袭，使细胞周期停滞，并诱导其凋亡［14］。故BMSCs在不同的癌种中可能起到相反的作用，然而大多数据来源于实验研究，具体是由于癌种的不同还是微环境的改变，尚需进一步研究［15］。

最新研究发现，BMSCs可通过细胞融合和细胞侵入式死亡的方式产生杂合体［16］，而肿瘤细胞可与其间质中的“常客”——BMSCs发生细胞融合［17－20］，在这一过程中，BMSCs赋予肿瘤细胞“干性”，并给予其可编码的间质表型基因，即发生EMT转化，从而获取高侵袭和迁移特性，最终发生复发转移。

1 肿瘤干细胞是乳腺癌复发转移的根本原因

干细胞具有自我更新与增殖分化能力。肿瘤干细胞理论认为，肿瘤组织中的绝大多数细胞增殖能力有限，不能自我更新，不会导致肿瘤的复发和转移，而其中极少数细胞却具有自我更新、多能分化、多药耐药及强大的侵袭和转移能力，这极少数的细胞即肿瘤干细胞，是引起肿瘤复发转移的根本原因［21］。随着肿瘤干细胞不断从肿瘤中被分离出来，这一理论已在多种实体瘤中被证实，故研究认为，肿瘤干细胞是肿瘤复发和转移的“种子”［22］。研究发现，从人类乳腺癌组织原发灶和转移灶中分离出的CD44＋CD24－／low细胞亚群具有肿瘤干细胞特性，此为乳腺癌干细胞研究的开始［23］，其后又建立了侧群细胞、无血清培养等多种分选方法，相关研究也由此逐渐展开。

2 EMT是肿瘤干细胞获取转移特性的重要环节

EMT是指具有极性的上皮细胞转化为间质细胞，并获得侵袭和迁移能力的过程，上皮细胞在此过程中失去了细胞极性及与基底膜的连接，表现为N－钙黏蛋白、波形蛋白和纤连蛋白等间质标志物表达上升，E－钙黏蛋白、紧密连接蛋白Z0－1标志物表达下降，从而使其有能力脱离肿瘤主体，发生侵袭和转移。EMT是肿瘤细胞局部浸润和转移的关键步骤［24－25］。

最新研究发现，分化的上皮细胞发生EMT后，向间充质细胞表型转变，迁移和侵袭能力增强［26］，同时由于表观遗传学的改变，分化的上皮细胞可转化为未分化状态，不仅可以表达干细胞标志物，而且可以获得干细胞样特征，如自我更新、增殖能力增强，尤其是侵袭、迁移能力增强。同时，研究指出，肿瘤干细胞更易发生EMT［27］，从人乳腺上皮分离出的干细胞也表达EMT标志物，肿瘤干细胞中的多条EMT信号通路被异常激活，说明EMT和肿瘤干细胞之间存在直接联系，共同促进肿瘤的转移。然而，肿瘤干细胞发生EMT的具体机制缺乏较为合理的假说，直到近期才有重要发现。

3 细胞融合是乳腺癌细胞获得“干性”特质及其发生EMT的根源

肿瘤干细胞的起源有多种学说，但均不能合理揭示肿瘤干细胞生成和EMT之间的关系。细胞融合是肿瘤细胞获得高转移活性的一种潜在机制，是指两个或以上细胞融合为一个细胞的过程，在受精、胎盘形成、组织修复等过程中发挥重要作用［28－29］。实验研究表明，肿瘤干细胞源于肿瘤细胞和BMSCs的融合，并已在肺癌、胃癌、肝癌、乳腺癌中被证实［30－32］。BMSCs来源于骨髓，被创伤、肿瘤炎症微环境或者术后组织修复过程中大量趋化因子诱导，进入肿瘤间质，并在炎症微环境的不断刺激下，与肿瘤细胞融合，进而产生初代肿瘤干细胞。在这一过程中，亲代肿瘤细胞基因组赋予子代细胞成瘤特性，而亲代BMSCs基因组赋予子代细胞干细胞表型、间质表型及高转移活性，使子代细胞在具有干细胞特性的基础上发生EMT［33］，同时伴有多种相关分子表达［34］。对于乳腺癌来说，启动肿瘤干细胞的恶性侵袭特性，即会导致肿瘤的复发转移。这一假说不但合理揭示了肿瘤干细胞的起源，并且阐明了这一过程中EMT的发生机制，是目前研究的重要发现之一。

4 Wnt／β－catenin信号通路是维持肿瘤干细胞干性及EMT的核心通路

多条维持干细胞干性的信号通路在肿瘤干细胞中被激活，根据肿瘤干细胞表面标志物的不同，其激活通路有所不同［35］。研究发现，Wnt／β－catenin信号通路在维持乳腺癌干细胞干性方面具有重要作用，前期研究也证实了该通路的作用，是中药干预的有效通路［36－38］。

同时，研究发现，Wnt／β－catenin是调控EMT发生发展的重要通路，如采用基因敲除法干扰Wnt／β－catenin信号通路，能够显著影响EMT介导的肿瘤转移病灶的发生，提示该通路在肿瘤转移中具有重要意义［39］。因此可推测，Wnt／β－catenin信号通路在BMSCs与乳腺癌细胞相互融合产生肿瘤干细胞及发生EMT的过程中发挥着重要的调控作用。部分研究发现，干预乳腺癌中Wnt信号通路可调控肿瘤干细胞，同时抑制甚至逆转EMT。抑制Wnt信号通路可使肿瘤细胞失去自我更新能力，并下调EMT相关基因的表达水平，逆转EMT，从而抑制早期肺转移［40］。因此，靶向干预该信号通路可能是控制乳腺癌复发转移的重要手段之一。

5 中医药在BMSCs与肿瘤交互作用中的研究进展

目前，中医药相关研究仍集中于肿瘤微环境下BMSCs表型发生变化从而促进肿瘤复发、转移方面，缺乏对两者融合产生肿瘤干细胞的研究。研究发现，在体外共培养条件下，BMSCs可以向肿瘤相关成纤维细胞分化，在形态学发生变化的同时提高增殖能力，以黄芪多糖干预后，BMSCs发生细胞周期阻滞，生长周期减慢，同时，α－平滑肌肌动蛋白和成纤维细胞激活蛋白下调，在肿瘤微环境中维持了其稳态［41］。经典名方半夏泻心汤及其拆方的含药血清可诱导胃癌细胞共培养条件下的BMSCs细胞进入G1期，降低S期细胞比例，同时，全方组也明显降低了c－MYC和端粒酶逆转录酶蛋白表达水平，预防BMSCs在肿瘤微环境中的恶性转化，一定程度上说明了中药组方的合理性和科学性［42］。对中药自拟方研究发现，中药复方扶正抑瘤方在肿瘤微环境中可下调细胞端粒酶活性，增强P53基因表达，中断BMSCs向恶性细胞转化的趋势［43］。

虽然BMSCs在以上共培养体系中通过自身细胞形态的变化，发挥了促进肿瘤细胞复发和转移的作用，但是其表型发生转化的具体分子机制，尤其是与肿瘤细胞共培养发生恶性转化的机制及是否保留了其干性特点，更深层次来说，BMSCs是否是通过细胞融合获得的细胞表型的变化，中药复方干预其恶性潜质的作用是否也是通过以上机制，仍是今后需进一步深入研究的问题。

6 展望

BMSCs在不同的癌种和细胞系中可能起到相反的作用。有研究认为，MSCs通过与肿瘤细胞融合降低了子代细胞的恶性侵袭和致瘤性，杂交细胞表现为生长抑制、凋亡增加和致瘤性降低等生物学特点［44］，如MSCs可在肿瘤间质中同肝癌细胞自发融合，但是会导致肝癌细胞的转移能力下降［45］。BMSCs可以有效抑制肝癌细胞H7402、HepG2的增殖及β－catenin、Bcl－2、c－Myc、PCNA和生长素的表达［46］。同时研究提示，MSCs对肿瘤细胞增殖的抑制作用是由MSCs分泌的Wnt信号通路抑制蛋白dickkopp－1所介导的［47］。在癌前病变研究中发现，骨髓来源细胞（bone marrow－derived cells，BMDCs）可以同正常的和转化的肠上皮干细胞发生融合，却未导致肿瘤的发生。MSCs对造血系统和非造血系统来源的肿瘤细胞增殖均有抑制作用，且会抑制肿瘤细胞凋亡和细胞周期进程［48］。

总的来说，在特定的肿瘤细胞模型中，MSCs与肿瘤细胞融合可以抑制肿瘤的生长、转移，尤其是乳腺癌，说明MSCs融合可能在临床治疗肿瘤上具有潜在的应用价值。因此，靶向干预细胞融合信号通路可能是从根本上解决乳腺癌复发转移的重要手段之一。

前期拆方研究发现，中药复方及单体成分通过作用于Wnt信号通路干预肿瘤干细胞的自我更新，抗肿瘤复发、转移。同时，研究发现，采用西黄丸含药血清能够抑制Wnt信号通路，调控人肺癌干细胞增殖［38］。在肠癌中通过调控ZEB－1－SCRIB循环，调节E－钙粘连蛋白、N－钙粘连蛋白的表达，抑制EMT的发生［39］，说明西黄丸可能是通过Wnt通路干预肿瘤干细胞干性的同时，影响EMT的发生。通过对活血化瘀类中药研究发现，该类药物干预肿瘤干细胞依赖于转录因子表达及转录因子／凝血因子VIIa信号通路，从而抑制肿瘤转移。总之，BMSCss和肿瘤细胞的融合是产生肿瘤干细胞及发生EMT的根源，而Wnt／β－catenin信号通路是其核心通路，在乳腺癌术后长期干预过程中，通过抑制由细胞融合产生的初代乳腺癌干细胞生成，调控Wnt／β－catenin信号通路，干预其干细胞“干性”，中断甚至逐步扭转EMT的发生，可从根源上控制肿瘤的复发转移。