肿瘤干细胞研究进展孙建聪文档格式.docx

肿瘤干细胞研究进展孙建聪文档格式.docx

《肿瘤干细胞研究进展孙建聪文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《肿瘤干细胞研究进展孙建聪文档格式.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

肿瘤干细胞能够自我更新和分化,具有特异的表面分子标志,对放化疗不敏感。

肿瘤干细胞存在Wnt、Notch、Hedgehog、Bmi21等调节细胞自我更新信号通路异常。

肿瘤干细胞是维持肿瘤生长、复发和转移的根源,已经成为抗肿瘤研究的靶细胞。

结论:

肿瘤干细胞研究进展迅速,深入研究肿瘤干细胞的特性,对恶性肿瘤的诊断,治疗和预后评估具有重要意义。

肿瘤干细胞理论将改变目前肿瘤的诊治模式。

中华肿瘤防治杂志,2009,16（24:

1973-1976[ABSTRACT]OBJECTIVE:

Tosummarizetheadvancesinthere2searchesaboutcancerstemcellsinlast5years.METHODS:

Withthekeywords/neoplasms,stemcellandcancerstemcells0,2760paperspublishedfromJan1979toDec2008weresearchedinthePubmeddatabases.Adoptivestandards:

1thesurfacemarkers,drug2resistancemechanismandsignaltransductionpathwaysofcancerstemcells.2theoriginofcancerstemcells.3cancerstemcellsandclinicaloncology.Accordingtotheadoptivestandards,33top2qualitypaperswerechosenforreviewing.RESULTS:

Cancerstemcellshavethepropertiesofself2renewalanddifferentiation,withspecialcellsurfacemarkersanddrug2resistance.ThesignaltransductionpathwaysofcancerstemcellsincludingWnt,Notch,HedgehogandBmi21wereabnormal.Cancerstemcellsaretheori2ginofmalignanttumor'

sgrowth,recurrenceandmetastasis,havingbeenthetargetofanti2cancerresearch.CONCLUSIONS:

Rapidpro2gresshasbeenmadeintheresearchaboutcancerstemcells.Thethoroughstudyoncancerstemcellsissignificantforthediagnosis,treatmentandprognosisevaluationofmalignanttumor.Thetheoryofcancerstemcellswillchangethecurrentcancerdiagnosisandtreatmentmodel.

ChinJCancerPrevTreat,2009,16（24:

1973-1976

=关键词>

肿瘤;

干细胞;

肿瘤干细胞;

综述文献

[KEYWORDS]neoplasms;

stemcell;

cancerstemcells;

literaturereview

=中图分类号>

R730.21=文献标识码>

A=文章编号>

1673-5269（200924-1973-04

恶性肿瘤的复发和转移是肿瘤患者死亡的主要原因之一,也是目前肿瘤治疗面临的最大挑战。

虽然生物学的研究日益深入,但目前依然无法明确肿瘤发生、

=第一作者简介>

孙建聪,男,广东潮州人,博士,住院医师,主要从事肿瘤生物治疗的临床基础工作。

Tel:

86-20-87343404E2mail:

sunjiancong@

=通讯作者简介>

夏建川,男,湖南浏阳人,教授,博士生导师,主要从事肿瘤遗传学和肿瘤生物治疗的临床基础工作。

86-20-87343173E2mail:

xiajc51@复发、转移的根本原因。

由于肿瘤细胞和干细胞一样具有自我更新和分化能力,有学者提出肿瘤干细胞学说,认为肿瘤细胞中有一群具有干细胞特征的细胞群,能够自我更新和分化为普通的肿瘤细胞,是维持肿瘤生长和肿瘤复发转移的根源。

1994年JohnDick等首次证实CD34+CD38-细胞是人急性粒细胞白血病干细胞（acutemyeloblasticleukemia,AML[1]。

2003年Al2Hajj等[2]分离出CD44+CD24-/low乳腺癌干细胞,首次证明实体肿瘤中存在肿瘤干细胞。

目前研究

表明,肿瘤干细胞存在于白血病[1]、乳腺癌[2]、神经系统肿瘤[3]、结肠癌[4]、肝癌[526]等多种肿瘤中。

2006年美国癌症研究协会召开的肿瘤干细胞研讨会提出肿瘤干细胞的定义:

肿瘤干细胞是指在肿瘤组织中具有自我更新能力并且能够产生该肿瘤中一系列异质性肿瘤细胞的细胞[7]。

1肿瘤干细胞的特征

1.1自我更新和分化能力

肿瘤干细胞能够在体外形成克隆,在体内形成肿瘤。

肿瘤干细胞通过不对称分裂进行自我更新和分化,并形成分化程度不同的肿瘤细胞,分化的肿瘤细胞丧失不断增殖的能力[8]。

1.2成瘤能力

肿瘤干细胞在肿瘤组织中所占的比例小,但具有很强的成瘤能力,只需要100~1000个肿瘤干细胞就能在NOD/SCID等免疫缺陷小鼠体内成瘤。

比如AML中肿瘤干细胞只占012%[1],乳腺癌中肿瘤干细胞只占2%~5%[2]。

1.3肿瘤干细胞表达特定的表面标志

大部分已鉴定的肿瘤干细胞具有特定的细胞表面标志,而且不同组织来源的肿瘤干细胞具有不同的表面标志,这些标志与肿瘤相应正常组织干细胞的表面标志有相似性。

但值得注意的是这些标志具有相对性:

1同一种肿瘤干细胞可能有不同的表面标志分子,比如有研究认为CD133+肝癌细胞是肝癌干细胞[5],但也有研究认为CD90+CD44+肝癌细胞才是肝癌干细胞[6]。

2一种表面标志是某种肿瘤干细胞的标志,但不是另一种肿瘤干细胞的标志,比如胰腺癌干细胞标志为CD24+[9],而乳腺癌干细胞标志为CD24-/low[2]。

3同一个肿瘤干细胞标志在不同肿瘤甚至同一种肿瘤的不同细胞系中所占比例差异较大。

比如喉癌Hep22细胞系中只有<

5%的CD133+肿瘤干细胞[10]。

1.4肿瘤干细胞对化疗药物耐药

Guzman等[11]发现,白血病干细胞比分化的白血病细胞更耐药。

宋尔卫研究组发现化疗后乳腺癌组织中肿瘤干细胞比例提高到化疗前的915倍[12]。

目前认为肿瘤干细胞可能的耐药机制包括:

1肿瘤干细胞不进入增殖周期,而是停留在G0期,因此对周期特异性化疗药物耐药[13]。

2肿瘤干细胞DNA合成不同步和DNA修复增强,而对DNA损伤药物耐药[13]。

3肿瘤干细胞高表达抗凋亡蛋白,包括Bcl22家族成员和凋亡抑制因子[5,14]。

4肿瘤干细胞高表达ABCG2等转运蛋白和P2糖蛋白,能够将化疗药物泵出细胞外[15]。

2肿瘤干细胞的分离方法

肿瘤干细胞的分离方法根据分选仪器的不同可分为流式分选技术和免疫磁珠分选技术。

流式分选技术能够一次性进行多标志分选,而且能够选择荧光强度大的肿瘤细胞,分选纯度高、特异性强,但需要具备有分选功能的流式细胞仪,并且无菌操作过程相对繁琐;

免疫磁珠分选技术需要的设备简单,能够在超净台中操作,但进行多标志分选时需要分步进行。

根据分选原理不同又可分为细胞表面标志分选法和侧群（sidepopulation,SP细胞分选法。

侧群细胞分选法是根据肿瘤干细胞能够排斥Hoechst33342染料的原理,用流式细胞仪将Hoechst33342负染的肿瘤干细胞从组织或细胞系中分选出来。

目前利用肿瘤表面标志分子进行分选的方法应用较为广泛,该方法特异性较强,而且可以根据细胞表面标志分子将肿瘤细胞分为多种不同的细胞群体进行分析。

侧群细胞分选法很适合用于没有明显细胞表面标志的肿瘤干细胞的分选,但存在非特异性,用该方法分选的细胞不一定具有肿瘤干细胞特性[16]。

需要根据肿瘤干细胞分选策略和实验室条件选择合适的分离方法。

3肿瘤干细胞的信号通路

研究发现Wnt、Notch、Hedgehog、Bmi21、SHH等调节细胞自我更新信号通路的失调很可能与肿瘤干细胞有关。

阻断Notch通路能诱导成神经管细胞瘤的凋亡,CD133+细胞群数量减少,而且被阻断Notch通路的CD133+肿瘤细胞不能够在NOD/SCID鼠身上成瘤[17]。

乳腺癌干细胞的自我更新Bmi21和Hedgehog通路相关[18]。

而缺乏Bmi21的白血病细胞不能够在动物体内生长和增殖[19]。

这些都提示肿瘤干细胞中存在重要的信号通路,深入研究这些信号通路,有很有可能找到针对肿瘤干细胞的作用靶点。

4肿瘤干细胞的来源

目前,对于肿瘤干细胞的来源有不同的观点。

第一种观点认为肿瘤干细胞来源于正常组织干细胞,正常干细胞由于基因突变导致自我更新和分化的调节失控,转化为肿瘤干细胞。

因为肿瘤干细胞和正常干细胞一样具有很多相似的特征和表面标志。

另外正常干细胞是体内唯一具有自我更新能力的细胞,而且寿命长,因此比成熟细胞更有可能累积足够的基因突变而转化为肿瘤干细胞。

Houghton等[13]研究提示骨髓衍生细胞有可能是胃癌的来源。

Kim等[20]发现,利用K2ras能够转化支气管肺泡干细胞,并在小鼠身上形成肿瘤。

第二种观点认为肿瘤干细胞的正常的体细胞突变获得自我更新能力而来。

研究发现,MLL2AF9融合蛋白能够将粒巨祖细胞转化为白血病干细胞[21]。

Jamieson等[22]发现,Wnt信号通路失调使造血祖细胞具有自我更新能力,导致慢性髓性白血病急性发作。

还有人认为肿瘤是干细胞和其他细胞融合的结果,这个假说能够解释肿瘤普遍存在的非整倍体和促融合蛋白的现象。

当然肿瘤干细胞可能不只一种细胞来源,有可能是多种或者多种之间的协同作用的结果。

5肿瘤干细胞生长的微环境

用免疫组化染色的方法发现,>

30%的新诊断乳腺癌患者的骨髓中存在微转移灶。

然而>

50%的这些患者在10年后并没有发展成为临床可见的转移灶[23]。

这可能是由于在微转移的细胞中,只有肿瘤干细胞才能形成临床可见的转移。

肿瘤干细胞可能停留在转移位置上并处于G0期,直到被微环境中合适的信号激活后才开始自我更新和增殖。

Kaplan等[24]的研究提示,在骨髓表达VEGFR1的造血前体细胞能够形成特定的转移前微生境（niche为肿瘤转移打下基础,阻断这种转移前的微生境能够大大减少转移灶的形成。

肿瘤细胞可能通过分泌某些因子,协助循环中的造血前体细胞在将要转移的位置上营造一个合适转移细胞生长的微环境,微生境通过分泌某些因子吸引肿瘤细胞的到来。

肿瘤干细胞的遗传不稳定性使其容易在一个生长因子和其他信号因子与原发肿瘤环境不同的环境中生存。

6肿瘤干细胞学说的临床意义

在临床试验中发现晚期患者肿瘤的消退不意味肿瘤患者生存期延长,比如多发性骨髓瘤患者的生存期和M2蛋白的变化程度没有关系[25]。

目前试验肿瘤药物有效性的动物实验和临床实验均采用评价肿瘤大小的方式。

但肿瘤干细胞仅占肿瘤细胞的极小部分,肿瘤缩小程度只是反映分化肿瘤细胞对药物的敏感性,不能反映肿瘤干细胞对该药物的敏感性。

我们需要设计新的试验模式来评价针对肿瘤干细胞的药物,评价指标应该能够反映肿瘤患者的生存情况,比如可以应用肿瘤进展时间来评价。

从肿瘤干细胞学说分析目前肿瘤免疫治疗效果不理想的可能原因之一是:

肿瘤免疫治疗中应用的抗原大多是表达在已分化的肿瘤细胞上,而肿瘤干细胞并不表达这些抗原,因此所诱发的免疫杀伤反应并不针对肿瘤干细胞。

寻找肿瘤干细胞特异性抗原是肿瘤免疫治疗的一个方向。

如何利用肿瘤干细胞学说为肿瘤免疫治疗寻找新的策略是需要我们思考的问题。

虽然针对BCR2ABL的imatinib能够使大部分早期的CML患者缓解,但是最近研究发现imatinib不能够清除CML干细胞,CML患者出现耐药复发的情况可以用肿瘤干细胞模型来解释[26]。

提示需要发展能够靶向肿瘤干细胞而又不损伤正常干细胞的药物才有可能根治肿瘤。

由于很多自我更新有关的信号通路在肿瘤干细胞和正常干细胞中是相同的,所以发展肿瘤干细胞特异性药物存在很大困难。

不过这类药物在动物移植瘤模型中的研究结果给我们带来一丝希望。

比如应用一种和Notch信号通路相关的酶抑制剂能有效治疗过表达Notch1的乳腺癌[27]。

Hedgehog信号抑制剂Cyclopamine能够使肿瘤消退,在停用药物后肿瘤不复发,而且这些药物在短期内没有发现不良反应[28]。

比Cyclopamine活性更强的Hedgehog通路抑制剂Hhantag在转基因小鼠上能够阻断成神经管细胞瘤的形成[29]。

这些研究证实研发选择性作用于肿瘤干细胞的药物是有可行性的。

另外一个靶点可能在于阻断转移微生镜和肿瘤干细胞之间的相互作用,使肿瘤干细胞不能在微生境中停留和生长,从而抑制肿瘤的转移。

研究发现细胞因子受体CXCR4在乳腺和前列腺癌的转移中发挥重要作用[30231],在动物实验中通过阻断归巢因子CXCR4能够阻止原发肿瘤的形成和肿瘤转移[30],而CD44拮抗剂能够抑制肝癌干细胞的成瘤能力和转移能力。

肿瘤干细胞学说对肿瘤预后评价和预防的启示。

Glinsky等应用受Bmi21调节的11个基因标志对和10种不同类型肿瘤的预后进行分析,发现表达这11个基因标志的肿瘤预后较差[32]。

肿瘤干细胞相关的基因和蛋白可能更适合作为判断肿瘤患者预后的标志。

癌变的早期会出现遗传不稳定性的干细胞扩增,随着对调节干细胞生长和分化的信号转导通路的深入研究,我们可以通过特异性诱导这些干细胞凋亡和分化的方式使其失去自我更新能力来预防肿瘤的发生。

7结语

虽然有越来越多的证据支持肿瘤干细胞学说,然而在肿瘤生物学中仍存在很多未知问题:

1是否所有肿瘤均存在肿瘤干细胞?

所有肿瘤干细胞是否具有一些相同的表型?

2调节肿瘤干细胞自我更新和分化的机制有待进一步阐明,肿瘤干细胞和正常干/祖细胞的信号转导通路有那些异同?

3目前采用免疫缺陷小鼠移植瘤来验证肿瘤干细胞,但肿瘤细胞在免疫缺陷小鼠身上的生物行为是否真的反映了这些肿瘤细胞在人体内的生物学行为呢?

我们鉴定肿瘤干细胞是否还有其他更适合和快捷的方法呢?

已经有研究发现高达27%的原代恶性黑色素瘤细胞能够在敲除IL22gama链基因的NOD/SCID小鼠身上成瘤,并且成瘤能力与目前众多的肿瘤干细胞标志没有联系[33]。

说明目前利用NOD/SCID小鼠鉴定肿瘤干细胞的方法存在不足。

4如果肿瘤干细胞普遍对药物耐药,那么如何解释睾丸癌等少数肿瘤能够被根治的事实?

5如何应用这些理论更有效地指导临床肿瘤治疗是我们更关心的问题。

通过鉴定肿瘤组织中的肿瘤干细胞,寻找调节

肿瘤干细胞生物行为的因子有可能给临床肿瘤治疗带来巨大的推动作用。

=参考文献>

[1]LapidotT,SirardC,VormoorJ,etal.Acellinitiatinghuman

acutemyeloidleukaemiaaftertransplantationintoSCIDmice

[J].Nature,1994,367（6464:

6452648.

[2]Al2HajjM,WichaMS,Benito2HernandezA,etal.Prospective

identificationoftumorigenicbreastcancercells[J].ProcNatl

AcadSciUSA,2003,100（7:

398323988.

[3]SinghSK,ClarkeID,TerasakiM,etal.Identificationofa

cancerstemcellinhumanbraintumors[J].CancerRes,2003,

63（18:

582125828.

[4]IetaK,TanakaF,HaraguchiN,etal.Biologicalandgenetic

characteristicsoftumor2initiatingcellsincoloncancer[J].Ann

SurgOncol,2008,15（2:

6382648.

[5]MaS,LeeTK,ZhengBJ,etal.CD133（+HCCcancerstem

cellsconferchemoresistancebypreferentialexpressionoftheAkt/

PKBsurvivalpathway[J].Oncogene,2008,27（12:

174921758.[6]YangZF,HoDW,NgMN,etal.SignificanceofCD90+

cancerstemcellsinhumanlivercancer[J].CancerCell,2008,

13（2:

1532166.

[7]ClarkeMF,DickJE,DirksPB,etal.Cancerstemcells22perspec2

tivesoncurrentstatusandfuturedirections:

AACRWorkshoponcancerstemcells[J].CancerRes,2006,66（19:

933929344.[8]AltanerovaV,AltanerC.Cancerstemcells[J].Neoplasma,

2005,52（6:

4352440.

[9]LiC,HeidtDG,DalerbaP,etal.Identificationofpancreatic

cancerstemcells[J].CancerRes,2007,67（3:

103021037.[10]ZhouL,WeiX,ChengL,etal.CD133,oneofthemarkersof

cancerstemcellsinHep22cellline[J].Laryngoscope,2007,

117（3:

4552460.

[11]GuzmanML,SwiderskiCF,HowardDS,etal.Preferential

inductionofapoptosisforprimaryhumanleukemicstemcells

[J].ProcNatlAcadSciUSA,2002,99（25:

16220216225.[12]YuF,YaoH,ZhuP,etal.let27regulatesselfrenewalandtumori2

genicityofbreastcancercells[J].Cell,2007,131（6:

110921123.[13]HoughtonJ,StoicovC,NomuraS,etal.Gastriccancerorigi2

natingfrombonemarrow2derivedcells[J].Science,2004,

306（5701:

156821571.

[14]WangS,YangD,LippmanME.TargetingBcl22andBcl2XL

withnonpeptidicsmall2moleculeantagonists[J].SeminOncol,

2003,30（5Suppl16:

1332142.

[15]AbbottBL.ABCG2（BCRP:

acytoprotectantinnormaland

malignantstemcells[J].ClinAdvHematolOncol,2006,4（1:

63272.

[16]BurkertJ,OttoWR,WrightNA.Sidepopulationsofgastroin2

testinalcancersarenotenrichedinstemcells[J].JPathol,2008,

214（5:

5642573.

[17]FanX,MatsuiW,KhakiL,etal.Notchpathwayinhibitionde2

pletesstem2likecellsandblocksengraftmentinembryonalbrain

tumors[J].CancerRes,2006,66（15:

744527452.[18]LiuS,DontuG,MantleID,etal.HedgehogsignalingandBmi21

regulateself2renewalofnormalandmalignanthumanmammarystemcells[J].CancerRes,2006,66（12:

606326071.

[19]LessardJ,SauvageauG.Bmi21determinestheproliferativeca2

pacityofnormalandleukaemicstemcells[J].Nature,2003,

423（6937:

2552260.

[20]KimCF,JacksonEL,WoolfendenAE,etal.Iden