肿瘤干细胞假说在乳腺癌预防与治疗方面的应用.docx

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肿瘤干细胞假说在乳腺癌预防与治疗方面的应用

肿瘤干细胞假说在乳腺癌预防与治疗方面的应用

肿瘤干细胞假说在乳腺癌预防与治疗方面的意义摘要近年来，对乳腺生物学方面的研究为肿瘤干细胞假说提供了有力支持。

该假说包括两方面重要部分：

乳腺癌起源于乳腺干细胞或祖细胞，是正常严格调控的自我更新过程失调的结果。

因此，肿瘤中含有细胞亚系，这些细胞具有关键干细胞自我更新的性质，并且能够促使肿瘤生成和分化从而形成肿瘤异质性。

干细胞技术的推进有利于鉴别正常和恶性乳腺组织干细胞。

这些干细胞的研究有助于阐明人类乳腺癌分子复杂性的起源。

肿瘤干细胞假说在乳腺癌早期检测，预防和治疗方面有重要应用。

遗传性和散发性乳腺癌均可通过干细胞自我更新途径失控形成。

这些异常的的干细胞也许能为肿瘤预防策略提供靶目标。

此外，因为乳腺癌干细胞可能对放疗和化疗高度抵抗，针对这类细胞群的靶向治疗有望成为更有效的疗法。

前言在防治乳腺癌作过程中可谓喜忧参半。

可喜的是：

从1990起，国内和国外乳腺癌死亡率一直平稳下降。

每年减少2%，2007年与1990年相比总共减少了25%。

此外，新治疗方法如曲妥单抗和芳香酶抑制剂的产生为早期和晚期乳腺癌患者提供了新的希望。

然而，尽管临床上以及我们对乳腺癌生物学的研究有所进步，仅仅美国每年就有超过44，000女性死于乳腺癌。

分析乳腺癌死亡率下降原因表明，近半数是乳房造影筛选从而提高早期检测的结果，另一半是改善疾病早期辅助治疗的结果。

相比之下，在过去的几十年内，发生转移的乳腺癌女性总的存活率发生了较小的变化。

此外，尽管在化疗，激素疗法和近期曲妥单抗，人表皮生长因子受体2（HER-2）抑制剂的辅助治疗下，复发率显著下降，但是接受这些治疗后的大部分女性仍然会复发。

乳腺癌的异质性和分子复杂性为其预防和治疗提出了许多挑战。

另外，越来越多人支持乳腺癌干细胞假说，假使这一假说正确的话，将会提出目前许多乳腺癌模型的局限性以及乳腺癌预防和治疗的新策略。

致癌作用的经典模型是随机性或偶然性。

这一模型认为，器官如乳腺中的任何细胞在突变的联合作用下都可以发生转化，因此，在发展完全的癌中全部或大多数细胞都是恶性的。

根据这一模型，治疗和彻底治愈癌症需要杀死这些所有的恶性细胞。

肿瘤干细胞假说是一个截然不同的模型，包含彼此独立但又相互联系的两方面内容。

一方面是，肿瘤起源于组织干细胞和/或祖细胞，是正常严密调控的自我更新过程失调的结果。

因此，肿瘤中含有细胞亚系，这些细胞具有关键干细胞自我更新的性质，引发和促进肿瘤生成和分化，虽然异常但在肿瘤异质性中发挥了重要作用。

尽管150年前就第一次提出了肿瘤起源于胚细胞或干细胞的观点，但是近来在干细胞生物学方面的进步为肿瘤干细胞假说提供了更直接的试验。

本文就近年来支持这一假说的证据作一综述并讨论其在乳腺癌生成、预防和治疗方面的应用。

正常乳腺干细胞的鉴别干细胞是具有自我更新和多向分化能力的一类细胞。

干细胞自我更新可以通过对称分裂产生两个子代干细胞，或者通过不均一分裂产生一个子代干细胞和一个离开干细胞壁龛分化的子细胞。

乳腺中这些具有分化能力的细胞可产生三系：

形成导管的导管上皮细胞、产乳的小泡上皮细胞及位于导管和小叶内具有收缩性的肌上皮细胞，直到现在，由于缺乏明确的细胞表面标志物，乳腺癌干细胞的分离和鉴定仍然受到限制。

Kordon等人将已用逆转录病毒标记的上皮细胞片段移植到小鼠乳腺中，表现出存活能力，第一次证实了在浸润性乳腺癌中存在干细胞。

类似的乳腺脂肪垫移植模型近来更多用于鉴别具有干细胞性质的小鼠乳房细胞。

CD29+和/或CD49F+（分别含1、6整合素亚单位）细胞和CD24+细胞一样都具有干细胞自我更新及多向分化的性质。

将CD29high/CD24+或CD49Fhigh/CD24+细胞群中的单个细胞移植于小鼠乳腺腺体清除后的脂肪垫中，小鼠重新长出功能性乳腺。

鼠科动物乳腺干细胞不表达雌激素受体（ER）或孕激素受体（PR）但能形成表达ER和PR的细胞。

近期，我们实验室证实了人乳腺癌中存在表达醛脱氢酶1的干细胞样细胞群。

据报道，这种酶在造血干细胞、神经干细胞及其祖细胞中均有表达，通过醛脱氢酶荧光标记检验或利用ALDH1抗体行免疫组化能检测到该酶。

随着体外培养方法的发展，使人和啮齿类动物的乳腺干细胞和祖细胞维持在未分化状态更加容易。

先前，已经发现原始神经干细胞能增殖形成漂浮的球样集落，命名为神经球。

由此我们猜想正常和恶性干细胞可以不依赖支持物生长并且可以利用这种性质改进人乳腺上皮干细胞和祖细胞培养方法。

我们研究发现，在无血清的的非黏附性培养基中加入生长因子，将从乳房成形术中分离得到的细胞放入其中培养，则能形成球状集落，我们命名为乳腺微球体。

乳腺微球体初始细胞具有干细胞性质，在体外能自我更新并分化形成乳腺的三种细胞系。

此外，乳腺微球体初始细胞表达醛脱氢酶，将其移植到免疫抑制的非肥胖糖尿病/严重联合免疫缺陷（NOD/SCID）小鼠的脂肪垫中，能形成人乳腺结构。

乳腺癌干细胞Dick等人在急性髓系白血病中首次证实了肿瘤干细胞的存在。

我们利用相似的方法试图从人乳腺癌中分离得到类似细胞群。

与MichaelClarke合作，我们发现人类乳腺癌中存在一类表面标志为CD44+/CD24low/lin的细胞群具有干细胞性质，这群细胞只需200个就可以在NOD/SCID小鼠中形成肿瘤。

与之相比，20，000个不表达这种表面标志的细胞也不能形成肿瘤。

这与肿瘤干细胞模型结果一致，干细胞能够形成肿瘤，表型异质性的早期肿瘤也包括在内。

乳腺癌干细胞和正常干细胞一样，在体外可以形成乳腺微球体而且可以根据其高表达的醛脱氢酶将其分离。

事实上，CD44+/CD24/lin和ALDH阳性细胞群有部分重叠，至少20个表型为CD44+/CD24/lin/ALDH-阳性细胞才能形成肿瘤。

肿瘤干细胞假说的临床应用肿瘤干细胞假说在乳腺癌发生及其防治方面有着重要意义。

现总结如图1所示。

A.降低风险多酚如：

酸性黄、5,7,45-三羟（基）异黄酮B.早期监测监测扩增干细胞或分泌标志如EZH2C.早期预防原始干细胞的凋亡和分化如维生素DD.治疗传统治疗残余细胞转移复发E.乳腺癌干细胞靶向治疗Hedgehog、Notch、Wnt信号抑制剂如：

分泌酶抑制剂乳腺癌的发生肿瘤干细胞假说认为肿瘤起源于乳腺干细胞和/或祖细胞，是正常严格调控的自我更新过程失控的结果。

该假说并不是说所有肿瘤均起源于正常干细胞。

事实上，关于造血系统已经有大量证据表明白血病可能起源于转化的祖细胞和干细胞。

造血祖细胞过表达MML融合基因，具有干细胞性质，引起白血病的产生。

有趣的是，这些祖细胞亦表达造血干细胞所具有的自我更新基因。

近年在人分泌型乳腺癌中发现了类似现象，ETS转录因ETV6与MTR3的蛋白酪氨酸激酶结构域相融合。

Li等人报道，转基因鼠中ETV6/MTRK3致癌融合基因作用于乳腺祖细胞形成乳腺癌。

鼠乳腺癌病毒（MMTV）诱导肿瘤形成模型进一步表明乳腺癌患者的乳腺干/祖细胞可能发生了转化。

MMTV/Wnt肿瘤具有表皮和肌上皮两系标志，但是MMTV/Neu肿瘤仅表现出腔上皮分化，这表明Wnt可能作用于初始祖细胞，Neu可能作用于定向祖细胞。

此外，在肿瘤发生前期MMTV-Wnt-1转基因小鼠中，表达干细胞标志的细胞扩增了6倍多，但MMTV-Neu肿瘤未出现干细胞扩增。

如果人类肿瘤发生过程中也存在类似现象，这将有利于解释人乳腺癌分子异质性等方面的问题。

通过基因表达分析显示不同分子表型可能会有利于揭露人乳腺癌不同细胞的起源和突变特征。

乳腺干细胞数量是乳腺癌风险的一个决定因素如果乳腺癌起源于乳腺干细胞，是自我更新过程失控的结果，那么乳腺干细胞可能是肿瘤发生的一个危险因子。

人类和啮齿类动物乳腺的形成受胚胎期、青春期，妊娠期三个关键时期的调控。

在这些发展时期内，激素环境的变化可能决定乳腺干细胞池的类型，从而影响肿瘤的形成。

多项研究表明，后代的出生体重与乳腺癌风险之间、母亲的胰岛素样生长因子-1（IGF-1）水平与后代出生生体重之间均有很大的关系。

IGF-1和类固醇激素在子宫体内可能是通过调节干细胞数量从而影响乳腺癌风险的。

生长激素/IGF-1轴可能有调节不同器官中成体干细胞的作用。

生长激素是由脑垂体分泌的一种代谢性激素，是IGF-1合成和分泌的主要调控剂。

生长激素不仅可以通过IGF-1间接调控细胞增殖，而且还可以直接作用于表达生长激素受体的细胞，激活JAK/STAT（janus激酶/信号传导和激活转录）信号通路。

我们曾报道过，与利用胶原培养基诱导分化形成的细胞相比，乳腺微球体中的乳腺干/祖细胞过表达生长激素受体，而且还发现生长激素刺激乳腺干细胞自我更新。

多个临床证据均证实生长激素和患乳腺癌的风险之间存在联系。

青少年时期身高的生长速度很大程度上受生长激素的调控，与后来发生乳腺癌的风险有很大关系。

此外，肢端肥大症女性生长激素水平升高，患癌症包括乳腺癌的风险也升高。

也许生长激素和乳腺干细胞的关系能够解释妊娠期浸润性乳腺癌的形成。

尽管在早期妊娠能防止乳腺癌的发展，但是在妊娠期间形成的乳腺癌更具有浸润性，表型多为基底细胞样型或三阴型（ER/PR/HER-2阴性）。

有趣的是，妊娠的第三个月，雌激素、孕激素呈高水平，可以诱导乳腺上皮细胞产生生长激素。

这表明作为乳腺干细胞旁分泌调节剂的生长激素，其局部产生可以促进与妊娠相关的浸润性基底样型乳腺癌的发展。

遗传性乳腺癌与BRCA1BRCA1基因杂合系突变使女性达80%的生存时间处于形成乳腺癌危险之中。

大多数乳腺癌是基底型，表达肌上皮标志，但不表达ER、PR和ERBB2受体。

已经证实，BRCA1在DNA修复、激活细胞周期关卡和维持染色体稳定性等方面发挥重要作用。

然而这些特点并不能解释肿瘤形成的器官特异性。

Foulkes等人经过分析BRCA1突变的乳腺癌患者的临床分子和病理特征，认为BRCA1可能有调节干细胞的作用。

体外培养和小鼠模型可以直接验证关于乳腺干细胞功能的假说。

利用这些方法，我们证实BRCA1的表达是ER阴性干/祖细胞向ER阳性腔上皮细胞分化所必须的。

敲除乳腺原始上皮细胞的BRCA1可导致表达干细胞标志的细胞增加，表达腔上皮标志和ER的细胞减少。

此外，BRCA1突变失去正常控制的女性乳腺组织中，检测整个乳腺小叶发现，尽管组织学形态正常但ALDH1表达阳性，ER表达阴性。

在ALDH1阳性乳腺小叶中能发现BRCA1杂合子缺失，但在邻近的ALDH1阴性乳腺小叶中却不能发现。

这些研究表明，BRCA1的缺失性表达可以引起基因不稳定的乳腺干细胞累积，引起肿瘤的形成。

乳腺干细胞自我更新途径阐明乳腺干细胞自我更新的调控通路可以更清楚的了解这些通路是如何导致肿瘤形成的。

此外，这