肿瘤干细胞生物标志物在宫颈癌进展及治疗中的作用研究进展

李 珂，王倩青

(1.新乡医学院第四临床学院,河南 新乡 453000;2.新乡市中心医院妇科妇瘤科,河南 新乡 453000)

宫颈癌是常见的妇科恶性肿瘤,2020年全球女性新发病例约60.4万例,约34.2万例死亡,居女性恶性肿瘤第4位[1]。由于宫颈癌筛查的普及,部分早期宫颈癌和癌前病变得以被发现和治疗,但中晚期宫颈癌的治疗及预后并未得到明显改善。宫颈癌的传统治疗方法是手术,辅以放化疗,这些治疗手段虽然取得一些效果,但几乎不能有效避免肿瘤复发和转移,甚至在多次治疗后出现耐药性,最终导致治疗失败。既往有研究证实,肿瘤复发、转移及耐药性等现象的产生与肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs)密切相关,该结果为肿瘤的临床治疗提供了新思路,成为宫颈癌治疗新方法的研究热点。本文就宫颈癌CSCs的生物标志物以及这些标志物作为治疗靶点的潜力作一简要综述。

1 CSCs与宫颈癌

宫颈癌是全世界范围内对女性危害严重的癌症之一。宫颈癌的发生主要是由人乳头瘤病毒(human papilloma virus,HPV)感染引起,其中高危型HPV持续感染是宫颈癌形成的主要危险因素。宫颈癌常见的病理类型有鳞状细胞癌、腺癌和腺鳞癌3种,其中约80%的宫颈癌被诊断为宫颈鳞状细胞癌,主要与HPV 16型感染相关[2];15%～20%的宫颈癌被诊断为宫颈腺癌,主要与HPV 18型感染相关[3]。

1997年,BONNET等[4]首次在患有严重联合免疫缺陷病的非肥胖型糖尿病小鼠中证实,人急性髓系白血病细胞符合CSCs模型,具有分化和增殖能力,以及白血病干细胞的自我更新潜力。此后,在肺癌[5]、乳腺癌[6]、肝癌[7]、前列腺癌[8]以及宫颈癌[9]等许多不同类型的肿瘤中亦发现CSCs。CSCs是一类具有肿瘤发生、多向分化潜能、自我更新、慢循环能力和致瘤性等特性的肿瘤细胞亚群[10]。不是所有肿瘤细胞都有分化生成肿瘤的能力,但CSCs可以分化为肿瘤细胞。 CSCs有3种来源:(1)由正常组织中的原始干细胞在致癌因素刺激下突变产生CSCs;(2)机体中非常早期的祖细胞保留了亲代干细胞的一些特征,即“潜在的”干细胞,发生基因重排形成CSCs;(3)由骨髓来源的干细胞发生突变而产生CSCs,因为从骨髓中提取的细胞已被证明具有可塑性,即其能够移植到器官中并转化为同种组织类型[11]。有研究表明,宫颈鳞柱状交界处的“胚胎”细胞感染了高危型HPV后会进一步“自上而下”分化为宫颈癌CSCs,并发展成宫颈癌[12]。

2 CSCs标志物与宫颈癌

干细胞标志物被广泛用于体外和体内研究中鉴定干细胞;尽管分子检测不足以完全定义CSCs,但靶向CSCs特异性标记是鉴定CSCs最有前途和最容易实现的方法之一。确定宫颈癌CSCs标志物,对于探索宫颈癌CSCs及宫颈癌的发生发展具有重要意义。下面就几种宫颈癌CSCs标志物进行阐述。

2.1 三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G2 (ATP-binding cassette super G family member 2,ABCG2)

ABCG2是ABC转运蛋白超家族重要组成之一,具有ATP依赖性药物外排功能;由于ABCG2具有从细胞中排出多种化学物质的能力,故其在各种癌症的多药耐药中发挥着重要作用[13]。杨燕丽等[14]研究发现,一氧化氮合酶1(nitric oxide synthase 1,NOS1)在宫颈癌CSCs中表达增加,而NOS1可通过上调ABCG2调控凋亡相关蛋白来降低宫颈癌CSCs对顺铂的化学治疗敏感性。有研究表明,ABCG2可能是宫颈癌CSCs的标志物和癌症治疗的潜在靶点[15]。用荧光激活细胞分选法对SiHa、CaLo和C-33A 3种宫颈癌细胞系进行分选,得到肿瘤的侧群细胞(side population cells,SPs)和非侧群细胞(non-side population cells,NSPs)。SPs具有较高的 ABCG2 表达和明显的干细胞特征[16],同时SPs的再培养细胞可产生SPs和NSPs;多项研究发现,ABCG2 在维持细胞干性方面至关重要[17-18]。因此,ABCG2可能是潜在的宫颈癌CSCs的表面标志物。

2.2 乙醛脱氢酶1(aldehyde dehydrogenase 1,ALDH1)

ALDH1是一种定位于细胞质的代谢酶,可催化醛的脱氢反应。ALDH1在许多组织的分化中起着至关重要的作用。ALDH1被认为是CSCs的标志物,通过维持CSCs特性、改变新陈代谢、促进DNA修复而致癌。ALDH1在正常组织中低表达,在肿瘤组织中高表达,其表达水平是区分正常干细胞和CSCs的标志。有研究发现,ALDH1很有可能成为各种实体肿瘤的干细胞标志物[19-21]。另有研究表明,ALDH1可作为宫颈癌CSCs标志物[22-23],ALDH1表达异常可导致患者对化学治疗耐药性的产生,且其与预后不良密切相关[24]。ORGANISTA-NAVA 等[9]研究发现,ALDH1表达与宫颈癌细胞增殖、球体形成、迁移有关,且与宫颈癌CSCs表现出的化学治疗耐药及放射治疗抵抗也有关。近年来,对 ALDH1 的抑制药物或靶向治疗的研究取得了一定的成果。例如,研究发现,PM01183[25]、唑来膦酸[26]和柠檬苦素[27]可抑制ALDH1活性,削弱宫颈癌CSCs的自我更新和分化能力,并消除其对化学治疗的耐药性。以上研究证明,ALDH1是宫颈癌CSCs标志物,可成为宫颈癌有效治疗的新靶点。

2.3 CD133

CD133是一种跨膜糖蛋白,为目前熟知且应用广泛的CSCs标志物之一[28]。CD133在肝癌、肺癌、前列腺癌、结肠癌、胰腺癌和胶质母细胞瘤等多种肿瘤组织来源的CSCs中呈高表达[29]。CD133阳性细胞的自我更新特性以及增殖和分化能力显著增强[30]。有研究报道,CD133阳性细胞较CD133阴性细胞具有更强的球体形成能力,进一步证实CD133可作为CSCs的生物标志物[9]。此外,CD133在宫颈癌组织中呈高表达,放射治疗抵抗宫颈癌患者CD133阳性CSCs较放射治疗敏感者增多,提示CD133与宫颈癌放射治疗抵抗相关,CD133可作为宫颈癌预后判断的生物标志物[31]。综上,CD133阳性肿瘤细胞具有明显的CSCs特性, CD133可作为宫颈癌CSCs标志物和潜在的治疗靶点。

2.4 CD44

CD44是一种广泛分布于细胞表面的跨膜糖蛋白,属于黏附分子家族成员,为透明质酸受体。CD44能与多种配体分子结合,促进细胞-细胞和细胞-基质相互作用,参与细胞黏附和生长因子组装。CD44具有干细胞相关特性[32],已被认为是干细胞和CSCs的标志物,并被证明参与肿瘤的进展和转移[33]。有研究报道,CD44在宫颈癌组织中的表达高于正常组织和非肿瘤组织[34]。另有研究报道,CD44阳性细胞在不同宫颈癌细胞系的亚群中表现出较强的自我更新能力[35],CD44/CD24阳性细胞具有抗辐射能力并具有干细胞特性[36]。以上这些研究表明,CD44可能是宫颈癌CSCs的标志物。

2.5 CD49f

CD49f是一种细胞表面蛋白,在人胚胎干细胞、间充质干细胞和造血干细胞中高表达。CD49f参与多种肿瘤的发生发展,与CSCs特性相关。有研究报道,与CD49f阴性细胞相比较,CD49f阳性细胞具有更强的自我更新能力、致瘤能力和放射治疗抵抗能力[35]。冯倩等[37]研究发现,CD49f在宫颈癌组织中表达水平增高,能够显著促进宫颈癌CSCs的自我更新能力、抑制分化能力、降低化学治疗药敏感性,提示其可作为宫颈癌CSCs的标志物。

2.6 八聚体结合转录因子4(octamer-binding transcription factor 4,OCT4)和性别决定区Y-box 2(sex determining region Y-box 2,Sox2)

OCT4是一种干细胞标志物,属于POU域转录因子,在维持干细胞的自我更新和发育中发挥重要作用;而在体细胞的分化中,OCT4的表达会被调节至较低水平。有研究报道,OCT4可促进肿瘤发生并抑制癌细胞凋亡[38]。Sox2是胚胎发育的关键转录因子,在干细胞形成过程中发挥重要功能。有研究报道,与正常宫颈组织相比,宫颈癌组织中Sox2染色显著增加;过表达Sox2的宫颈癌细胞在体外和体内的增殖、克隆形成能力和致瘤性均增加;提示,Sox2可能参与宫颈癌的癌变过程,可成为宫颈癌潜在的治疗靶分子[39]。LIU等[40]利用pSox2/EGFP系统从宫颈癌细胞株SiHa和C33A中分离出Sox2阳性细胞和Sox2阴性细胞,与Sox2阴性细胞相比,Sox2阳性SiHa和C33A细胞具有更强的自我更新、分化和成瘤能力;此外,Sox2阳性SiHa和C33A细胞中干性相关基因Sox2/Bmi-1/Oct4/ALDH1和上皮间质转化相关基因vimentin/snail/CA表达水平更高;表明,在宫颈癌细胞中表达内源性Sox2的细胞为CSCs。但是,曼热帕·吐尔逊等[41]研究发现,OCT4和Sox2作为CSCs的转录因子具有抑制宫颈癌细胞侵袭、转移及生长的作用。综上,OCT4和Sox2基因可能与宫颈癌CSCs有密切的关系,可作为宫颈癌CSCs的标志物。

2.7 纳诺家族蛋白(Nanog Homeobox,NANOG)

NANOG是维持干细胞自我更新的关键转录因子之一,为目前公认的CSCs标志性基因,与上皮恶性肿瘤的发生密切相关。研究表明,NANOG基因敲除后可显著降低体内外乳腺癌细胞的致瘤性[42]。GU等[43]研究认为,NANOG可作为宫颈癌进展的生物标志物。有研究报道,NANOG通过与Sox2和OCT4等其他干细胞标志物相互作用来维持癌细胞中的干细胞样特性[9]。因此, NANOG不仅仅是维持干细胞特性所必需的转录因子,也是鉴定和分离宫颈癌干细胞的分子表面标志物。

3 结论

CSCs已成为目前生物医学领域的研究热点,将CSCs理论应用于宫颈癌研究,积极寻找宫颈癌CSCs特异性表面标志物,不仅可以进行宫颈癌干细胞的分选、富集和鉴定,还可以为临床上对宫颈癌早期诊断、预后评估及靶向治疗提供重要依据。因此,从分子、细胞、组织和动物等不同水平对宫颈癌CSCs进行探索,寻找特异性靶向宫颈癌CSCs标志物的抑制剂,可为宫颈癌的临床治疗提供新思路,对于提高宫颈癌患者生存率及患者生活质量至关重要。目前,已经发现ABCG2、ALDH1、CD133、CD44、CD49f、OCT4、Sox2及NANOG可作为宫颈癌CSCs标志物,并有可能成为宫颈癌有效治疗的新靶点。但是对于宫颈癌CSCs标志物的研究仍面临诸多问题,还有待更深入研究与探索。