甲状腺癌肿瘤干细胞的来源和存活途径

谢丽君，朱高红，赵继华，张海波，王 娇

(昆明医科大学第一附属医院 核医学科， 云南 昆明 653002)

甲状腺癌(thyroid cancers，TCs)具有高度异质性，是内分泌肿瘤中最常见的肿瘤。根据病理组织学特征可将TCs分为4种亚型：甲状腺乳头状癌(papillary thyroid carcinoma，PTC)、甲状腺滤泡癌(follicular thyroid carcinoma，FTC)、甲状腺未分化癌(undifferentiated thyroid carcinoma，ATC)和甲状腺髓样癌(medullary thyroid carcinoma，MTC)[1]。PTC、FTC和ATC来源于滤泡细胞的恶性转化，ATC是一种罕见的未分化TCs，具有侵袭性的表型和预后差的特性， 而MTC来源于产生降钙素的滤泡旁C细胞[2]。尽管通过手术加放射性碘辅助治疗能根除大多数原发性TCs，但对晚期和未分化TCs的治疗仍然是临床一大难题。到底是何种机制影响着此类肿瘤的预后？研究指出肿瘤干细胞(cancer stem cells, CSCs)的存在影响TCs的侵袭和对临床治疗的抵抗性。CSCs是肿瘤中的一小部分癌细胞，具有独特的自我更新能力、克隆和转移潜力，在肿瘤的发生、发展、抗药性和复发或转移过程中起关键作用[3]。对不同甲状腺肿瘤干细胞(thyroid cancer stem cells，TCSCs)的分离和鉴定结果提高了人们对TCs发病的认识。然而，仍有许多科学问题需进一步阐明：1)TCSCs如何影响TCs的起始、进展和转移；2)肿瘤微环境如何影响TCSCs；3)TCSCs和免疫系统之间如何进行相互作用。本文通过归纳上述3个科学问题，阐述TCSCs在TCs发生、进展和侵袭中的作用，为科研人员提供一种有效治疗TCs的新思路。

1 TCSCs影响TCs的发生、进展和转移

到目前为止，人们对TCSCs的来源仍不甚了解。TCSCs是来源于胚胎还是成体细胞，TCs的出现是否因TCSCs发生基因突变或表观遗传学改变等科学问题都有待进一步探索。体外甲状腺球的生成和体内小鼠甲状腺肿瘤模型的建立均证实了TCSCs的存在。CD133、CD44和醛脱氢酶基因ALDH是识别TCSCs的重要标志物[4]。一些研究强调，TCSCs具有区别于正常干细胞的特征。学者发现，存在 CSCs的PTC体外培养产生的甲状腺球体大且不规则，其克隆潜力强，干性标志物Oct-4、Sox-2、ABCG2及EMT标志物表达水平高[5]。来源于PTC的CSCs和甲状腺正常干/祖细胞之间存在差异，两种细胞类型均能在体外培养形成甲状腺球体；而只有来自正常甲状腺干/祖细胞的甲状腺球在促甲状腺激素(thyroid stimulating hormone，TSH)存在下以黏附方式排列并能进行分化。在正常甲状腺和TCs的甲状腺球体中均出现CD133、CD44、Oct-4、Sox-2和Nanog等干性标志物；甲状腺分化标志物如甲状腺过氧化物酶(hyroid peroxidase,TPO)、甲状腺球蛋白(thyroglobulin,Tg)、促甲状腺激素受体(thyroid stimulating hormone receptor,TSH-R)则表达水平低[6]。不同的文献结果说明TCSCs参与了TCs的发生、发展和转移过程。

2 识别TCSCs存活及其通路的主要标志物

不同类型的TCs中存在TCSCs特定的生物标志物，但它们之间的关系尚有待探索。研究者证明，来源于ATC细胞系的干性标志物是CD133+， ATC细胞系移植到NOD/SCID小鼠体内能使小鼠发生肿瘤及转移[7]。另一报道，利用ALDH活性高低从原发性甲状腺肿瘤中分离出TCSCs，与FTC和PTC者相比，来自具有更强迁移能力的ATC者表现出较高的ALDH活性；提示，TCSCs与肿瘤迁移能力相关，且这种表型涉及激活的c-MET和AKT的参与，沉默这些基因可降低存在ALDH+的TCSCs转移能力[8]。因此，c-MET和AKT被认为是潜在的治疗甲状腺癌的靶点。也有学者证明，在复发性PTC中出现TCSCs的频率高于原发性PTC[9]，通过对8个TCs细胞系多种标志物CD44、CD133、CD326和ALDH等活性进行评估，其在体外生成甲状腺球体和体内肿瘤形成实验发现，高活性ALDH和CD326表达是TCSCs的特征标志物[10]。有研究表明，NF-κB可调节TCSCs的增殖和抗凋亡信号通路，在ATC中，NF-κB抑制剂与放疗或化疗联合可发挥抗增殖作用并诱导大量细胞凋亡。NF-κB可被MAPK途径上调，表明TCSCs与BRAFV600E突变的存在具有直接联系[11]。WNT-β-catenin信号通路在分化不良的TCs和ATC中也发生上调，该途径的异常激活是糖原合成酶3β(glycogen synthase kinase-3 β，GSK-3β)激活PI3K-AKT途径的结果[12]。说明上述所有信号通路的异常激活代表了TCs肿瘤发生的重要步骤，未来可考虑作为诊治甲状腺癌新的治疗方法之一。

3 维持TCSCs生存的表观遗传学改变

基因表达和染色质(体)的表观遗传调控是一个可逆的动态过程，在生长、发育和许多疾病包括肿瘤发生中也至关重要。具有自我更新、化疗抗性和转移潜力的CSC均受表观遗传调节的精细控制[13]。在TCs发生过程中，表观遗传学的改变主要与DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNAs[包括微RNAs(microRNAs, miRNAs)和长非编码RNAs(long noncoding RNAs, lnRNAs]有关，它们可能在抑制或诱导异常基因转录方面发挥作用。TCs相关基因启动子区域发生甲基化和miRNAs的改变是PTC和FTC等分化良好的TCs最常见的表观遗传特征[14]。提示，这些特征变化是不同TCs相关的表观遗传机制改变的关键点。DNA甲基化与肿瘤进展和侵袭行为相关。大多数甲状腺特异性肿瘤抑制基因的启动子区域有异常甲基化，它们可通过对PI3K通路、RAS信号传导和EMT过程的拮抗或调节而发挥作用。与分化良好的TCs不同，未分化TCs的肿瘤抑制基因启动子通常为低甲基化[15]，说明高甲基化与分化良好的TCs有关，而低甲基化则与未分化的TC有关，参与TCSCs存活的主要信号通路相关基因发生甲基化可能是甲状腺癌发生中一个特定机制，以利于TCSCs在体内生存下来。

另一方面，TCs组蛋白修饰的相关研究甚少。最常见的表观遗传机制的改变如MAPK和PI3K/AKT途径的激活可维持TCSCs的生存，有助于分化良好的TCs发生和进展。在未分化TCs中除了MAPK和PI3K/AKT途径激活外，其他对TCSCs生存至关重要的信号途径如Wnt/β-catenin和Notch等也受到了表观遗传的影响。研究认为，用组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂治疗TCs非常有效，可抑制细胞的增殖，诱导细胞凋亡，同时增加细胞对放射性碘的摄取[16]。TCs的整体乙酰化水平高于健康组织，与分化良好的TCs相比，未分化TCs乙酰化水平较低，表明脱乙酰化是TCs获得更具侵袭性表型所需的重要因素之一[17]。

4 TCSCs与免疫细胞的关系

肿瘤发生的第一个障碍是免疫监视。CSCs代表了一种异质性的细胞亚群，能够调节宿主的免疫反应，逃避免疫细胞介导的攻击。在逃逸阶段，CSCs处于静止和低免疫原性状态，有利于肿瘤不被宿主免疫系统识别。在甲状腺肿瘤微环境中存在具有促肿瘤和抗肿瘤作用的免疫细胞，包括肿瘤相关巨噬细胞、中性粒细胞和嗜碱粒细胞。而特定类别的免疫细胞可能与TC患者的预后差有关，PTC中T淋巴细胞的存在与晚期疾病呈正相关[18]。

CSCs还可减弱免疫监视，从而促进肿瘤的发展。在TCs中，炎性肿瘤微环境参与了肿瘤的发生，具有致癌作用的细胞因子和趋化因子之间的相互作用利于TCs的启动[19]。TCSCs的生存受到肿瘤微环境的关键调控，可通过趋化因子/细胞因子所形成的复杂细胞-因子网络以及由肿瘤相关成纤维细胞和外泌体释放介导的上皮间质转化进而自我保护。TCSCs和基质细胞之间的相互作用通过招募肿瘤相关成纤维细胞或巨噬细胞来促进肿瘤的转移，从而支持肿瘤的进展。巨噬细胞和PTC细胞共同培养的研究表明，巨噬细胞大量分泌的CXCL16能促进PTC细胞迁移和侵袭[20]。CCL2是PTC细胞分泌的趋化因子，促进巨噬细胞在甲状腺肿瘤微环境中的招募。CCL2的产生与PTC细胞的BRAFv600E突变和巨噬细胞的浸润呈正相关[21]。体外数据显示，CXCL8通过自体旁路与CXCR1受体结合，诱导肿瘤球的形成；用外源性重组人CXCL8处理BCPAP细胞并接种到NOD/SCID小鼠模型会诱发肿瘤转移[22-23]。巨噬细胞衍生的IL-6在实体瘤的生成、生存、增殖和抗药性中具有关键作用，用外源性IL-6处理HTh74和HTh74R(耐阿霉素细胞株)TC细胞系可导致肿瘤球体数量增加，其干性标志物Oct-4和CD133表达也增加。IL-6通过上调Vimentin和Snail以及下调E-cadherin促进HTh74和HTh74R甲状腺癌干细胞的增殖和集落形成，促使TC进展[24]。说明在TCs发生中许多免疫细胞因子促进TSCS增殖，利于肿瘤的进展和转移。

5 问题与展望

目前分化良好的甲状腺癌治疗法是手术加放射性碘疗法加甲状腺激素替代治疗，然而对于晚期甲状腺癌、MTC和ATC患者则治疗效果差。这些患者与碘敏感的分化良好甲状腺癌患者的生存期相比极大降低。至今与甲状腺癌进展相关的一些基因改变如BRAF和RAS突变以及RET/PTC基因重排已被确定并研发了相应靶向治疗策略。但是，传统疗法大部分只针对正在增殖的CSCs而不针对处于静止或缓慢增殖状态的CSCs。TCSCs负责甲状腺癌的起始、进展、复发和转移，且TCSCs具有可塑性，在体内可处于增殖和保持静止状态。这一特性揭示，TCSCs在部分甲状腺癌经常规治疗(如化疗和放疗)后仍可持续存在。因此，对TCSCs生物学的全面了解能开启科研人员研发甲状腺癌更为有效治疗策略的新思路。综上，研究人员需探索有效的治疗方法以针对TCSCs及其后代，笔者认为免疫疗法和表观遗传药物与放射性核素相结合在未来将是治疗甲状腺肿瘤最有希望的策略之一。