腫瘤干細胞靶向治療研究進展

張金龍，錢海利，林晨，李貴新

·綜述·

腫瘤干細胞靶向治療研究進展

張金龍，錢海利，林晨，李貴新

腫瘤干細胞（cancer stem cell，CSC）是存在于腫瘤組織中的一小部分具有干細胞性質(zhì)的細胞群體，它具有自我更新的能力，是形成不同分化程度腫瘤細胞和腫瘤不斷擴大的源泉。現(xiàn)有治療腫瘤的方法主要是針對腫瘤組織內(nèi)的大多數(shù)細胞，而不是腫瘤干細胞。即使 99.99% 的腫瘤細胞被殺死，但只要有 0.01% 的腫瘤干細胞存在，仍然會造成腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。因此，腫瘤生物學(xué)研究的最新觀點認(rèn)為治愈腫瘤的關(guān)鍵在于殺滅腫瘤干細胞，也由此掀起了針對腫瘤干細胞靶向治療的熱潮。隨著研究的深入，腫瘤干細胞靶向治療的觀點越來越被人們所接受，其特性及作用機制也逐漸被人們所認(rèn)識，進而研發(fā)出許多針對腫瘤干細胞的靶向治療藥物。因此，本文就目前腫瘤干細胞的靶向治療作一綜述。

1 腫瘤干細胞的發(fā)現(xiàn)

1997 年，Bonnet 和 Dick[1]用流式細胞儀和非肥胖型糖尿病/重癥聯(lián)合免疫缺陷型小鼠（NOD/SCID）模型系統(tǒng)研究白血病干細胞。他們根據(jù)細胞的表面標(biāo)記將急性髓細胞白血病（acute myeloid leukaemia，AML）患者的骨髓細胞分離出多種亞型并移植到 NOD/SCID 小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)只有Thy–CD34+CD38–標(biāo)記的細胞亞群能夠在小鼠體內(nèi)成活并引起相同的白血病，被命名為 SCID 白血病起源細胞（SCID leukemia-initiating cells，SL-IC），由此提供了白血病干細胞存在的直接證據(jù)。Dontu 等[2]從乳腺癌細胞中分選出ESA+CD44+CD24–/low的細胞群，只需 200 個此類細胞就能在 NOD/SCID 小鼠體內(nèi)形成移植瘤，并且可在乳腺脂肪板內(nèi)連續(xù)傳代，確認(rèn) ESA+CD44+CD24–/low細胞是乳腺癌起源的腫瘤干細胞。隨后，人們陸續(xù)從多發(fā)性骨髓瘤、惡性黑色素瘤、肺癌、前列腺癌及胰腺癌中分選出腫瘤干細胞[3]。

2 腫瘤干細胞的特性

腫瘤干細胞與正常干細胞具有許多共性，但是正常成人干細胞其增殖及自我更新的活性機制是受嚴(yán)格調(diào)控的，而腫瘤干細胞的增殖過程中正常遺傳學(xué)調(diào)控機制失衡。許多調(diào)控正常干細胞生長和增殖的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)鍵分子途徑在腫瘤干細胞中發(fā)生突變或異常表達，如：Hedgehog（Hh）、Wnt/β-catenin、Notch、Bmi-1、Hox、Oct3/4 及 TGF-β[4]。此外，腫瘤干細胞具有 3 個重要特征：①自我更新能力。自我更新能力使其能夠進行對稱分裂和不對稱分裂。對稱分裂可以生成兩個分化的子代細胞或者兩個干細胞。不對稱分裂可生成一個分化的子代細胞和一個干細胞。自我更新能力使腫瘤干細胞保持分化為前體細胞的能力。②多分化潛能。多分化潛能使腫瘤干細胞能夠產(chǎn)生大量異質(zhì)性細胞，進而形成腫瘤。Hurt 等[5]從乳腺癌細胞株 LNCaP 中分選出CD44+CD24–細胞，該類細胞具有較高的成瘤性，并且表達Oct-3/4 和 Bmi-1 等維持自我更新的基因。③高增殖能力。在小鼠體內(nèi)需要注射數(shù)以百萬計的普通腫瘤細胞才能成瘤，而僅注射 100 個腫瘤干細胞就可成瘤[6]。

3 腫瘤干細胞的耐藥機制

腫瘤干細胞導(dǎo)致的耐藥是腫瘤化療失敗和復(fù)發(fā)的根源。腫瘤干細胞的耐藥機制有多種，與其本身具有的以下特征密切相關(guān)：①表達多藥耐藥蛋白；②多處于靜息期；③有效的DNA 修復(fù)；④凋亡逃逸[7]。

目前認(rèn)為由內(nèi)在性 ABC（ATP binding cassette）轉(zhuǎn)運蛋白家族介導(dǎo)的多藥耐藥是最重要、最關(guān)鍵的途徑。ABCB1、ABCC1 和 ABCG2 是從腫瘤組織中分離出來的最基本的腫瘤多藥耐藥基因。ABCG2 是最近發(fā)現(xiàn)的 ABC 轉(zhuǎn)運蛋白，是具有廣泛底物作用的特異性外排泵，可識別帶正負(fù)電荷的分子、有機離子和硫酸鹽絡(luò)合物，是腫瘤干細胞主要的ABC 轉(zhuǎn)運蛋白，且 ABCG2 在不同來源的腫瘤干細胞中均呈高表達，被認(rèn)為參與了腫瘤細胞的多藥耐藥。但上述 3 種轉(zhuǎn)運分子在惡性黑色素瘤中并未起主要作用，ABCG2 在惡性黑色素瘤中的表達甚至為陰性。La Porta[8]研究發(fā)現(xiàn)，ABCB5 是人 P-gP 家族中與 ABCB1 及 ABCB4 類似的1 個成員，在惡性黑色素瘤干細胞中表達，并且在 CDl33+的亞群細胞中高表達，而且 ABCB5 能逆轉(zhuǎn) G3361 黑色素瘤細胞對阿霉素的耐藥。最近有研究在惡性黑色素瘤細胞中鑒定出兩種異構(gòu)體 ABCB5α 及 ABCB5β。

腫瘤干細胞池被認(rèn)為是處于靜息期腫瘤干細胞的調(diào)節(jié)器。腫瘤干細胞池有兩種類型：一種維持靜息期，另一種維持細胞的增殖狀態(tài)。眾所周知，腫瘤是在乏氧環(huán)境中生存，乏氧環(huán)境可以誘導(dǎo)產(chǎn)生 HIF1α 和 HIF2α。而這些 HIFs 又能夠影響細胞增殖[9]。例如：HIF1α 能夠抑制 c-myc 和mTOR，活化 p53，從而減弱細胞增殖；而 HIF2α 則可活化 c-myc 和 mTOR，抑制 p53，從而增強細胞增殖。因此，HIF1α、HIF2α 及其他分子的平衡有助于調(diào)節(jié)腫瘤干細胞靜息及增殖狀態(tài)。

DNA 損傷對一般腫瘤細胞是致命的。烷化劑如氮芥、卡莫司汀，它們破壞腫瘤細胞 DNA，廣泛用于惡性腫瘤的治療。但腫瘤干細胞具有較強的 DNA 修復(fù)機制，可以逃避烷化劑對其 DNA 的損傷[10]。而且因腫瘤干細胞具有凋亡逃逸機制使其具有較高的突變耐受性。

此外，腫瘤干細胞高表達抗凋亡基因，如：FLIP、BCL-2和 IAP 家族（XIAP、cIAP1、survivin）[11]，細胞凋亡能夠通過內(nèi)源性和外源性途徑清除受損的和潛在受損的細胞。

4 針對腫瘤干細胞的靶向治療

4.1 針對腫瘤干細胞耐藥機制的靶向治療

一系列臨床研究表明：在多種惡性腫瘤中，通過抑制腫瘤干細胞放化療耐藥的機制是可行的。抑制 ABC 轉(zhuǎn)運蛋白家族介導(dǎo)的多藥耐藥，可逆轉(zhuǎn)腫瘤干細胞對化療的耐受。惡性黑色素瘤干細胞中 ABCB5 的表達，使細胞對阿霉素耐藥[12-13]。但針對依賴 ABCB5 的藥物外排機制的單克隆抗體抑制劑[13]和 siRNA 介導(dǎo)的基因沉默[13]可以逆轉(zhuǎn)其耐藥性。ABCB5 基因沉默可以增加惡性黑色素瘤細胞對氟尿嘧啶和喜樹堿的敏感性。美國國立癌癥研究所（National Cancer Institute）通過一項藥物篩查表明，119 種抗癌藥物中有45 種是與 ABCB5 基因介導(dǎo)的化療抵抗有關(guān)[12]，并且對長春新堿耐藥的慢性髓細胞性白血病細胞中 ABCB5 基因擴增，表達增強[14-15]。因此，進一步的研究可以確定 ABCB5是否可以作為一個敏感的靶點，為臨床治療提供切實可行的針對腫瘤干細胞耐藥的靶向治療策略。

一項關(guān)于結(jié)腸癌的研究也得出了相似的結(jié)論。研究者首先用 IL-4 對 CD133+的腫瘤干細胞進行預(yù)處理，5-Fu 和奧沙利鉑可加速該類細胞在體外及免疫缺陷小鼠體內(nèi)的凋亡[16]。

4.2 針對腫瘤干細胞表面標(biāo)志的靶向治療

Schatton 等[17]研制出小鼠抗人抗-ABCB5 單克隆抗體，可有效地抑制腫瘤的生長。而且，由腫瘤干細胞特異性抗體介導(dǎo)的細胞毒作用同樣可以抑制腫瘤的生長。從而為進一步研究針對腫瘤干細胞表面分子標(biāo)志的靶向治療提供了依據(jù)。CD133 也表達于惡性黑色素瘤干細胞，有研究者通過 shRNA 的介導(dǎo)敲除 CD133 基因，發(fā)現(xiàn)惡性黑色素瘤體外集落形成能力及活性降低，體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)移力下降[12]。

CXCR1 是 IL-8 的受體，在乳腺癌干細胞中高表達，而 IL-8 能夠促進乳腺癌干細胞增殖，同時增強其侵襲能力[18]。因此，Ginestier 等[19]用 CXCR1 小分子抑制劑-CXCR1 封閉抗體抑制 CXCR1，可以選擇性的減少乳腺癌干細胞體外及 NOD/SCID 小鼠體內(nèi)的表達。

CD44 由于在白血病、乳腺癌、結(jié)腸癌及前列腺癌中的腫瘤干細胞高表達而成為潛在的治療靶點。Jin 等[20]研究指出，應(yīng)用 CD44 單克隆抗體可以通過阻斷腫瘤干細胞的歸巢而消滅慢性粒細胞性白血病及急性骨髓性白血病中的白血病干細胞。

4.3 針對腫瘤干細胞生存微環(huán)境的靶向治療

微環(huán)境對于正常干細胞和腫瘤干細胞的自我更新與分化都有調(diào)節(jié)功能。研究表明急性粒細胞白血病（acute myeloid leukemia，AML）細胞表達的細胞黏附和細胞因子受體與 AML 的復(fù)發(fā)有關(guān)，提示除了 AML 細胞自身外，與微環(huán)境的相互作用對維持其生存也是至關(guān)重要的[21]。值得注意的是，在體外由黏附受體 VLA-4 介導(dǎo)的 AML 前體細胞與纖連蛋白的黏附可以促進化療耐藥。而且 VLA-4 的過表達可以作為 AML 復(fù)發(fā)的一個預(yù)測因子。Hatfield 等[22]報道骨髓微血管內(nèi)皮細胞分泌的 IL-3 可引起 AML 胚細胞的增殖和凋亡的抑制。以上這些研究結(jié)果均表明 CSC 的存活依賴于其微環(huán)境，因此，靶向 CSC 生存所需的微環(huán)境成為腫瘤治療的又一種選擇。

4.4 針對端粒末端轉(zhuǎn)移酶的靶向治療

端粒末端轉(zhuǎn)移酶和端粒在細胞衰老或永生化過程中起決定性的作用[23]。端粒末端轉(zhuǎn)移酶活性的再活化與腫瘤的生長有關(guān)，是惡性腫瘤共有的一個特征。因此，一些臨床前及臨床研究證據(jù)認(rèn)為端粒末端轉(zhuǎn)移酶有望成為腫瘤治療的新靶點。

最近，Marian 等[24]用端粒末端轉(zhuǎn)移酶抑制劑GRN163L 靶向惡性膠質(zhì)瘤（glioblastoma，GBM）干細胞，體外及體內(nèi)實驗均顯示出良好的治療效果。GRN163L 能夠使 GBM 干細胞端?？s短、降低增殖率，導(dǎo)致干細胞死亡。GRN163L 與替莫唑胺及放射治療聯(lián)合應(yīng)用能夠發(fā)揮協(xié)同作用，更有效地抑制 GBM 干細胞的生長。發(fā)揮協(xié)同作用的機制：一方面，在端粒末端轉(zhuǎn)移酶缺失的情況下，射線和替莫唑胺導(dǎo)致的 DNA 斷裂不能被修復(fù)；另一方面，替莫唑胺能夠啟動惡性膠質(zhì)瘤細胞的自溶作用[25]，而 GRN163L能夠使該作用進一步加強。此外，GRN163L 能夠通過血-腦脊液屏障，克服了常規(guī)抗腫瘤藥物的不足。

4.5 誘導(dǎo)分化

腫瘤分化療法是誘導(dǎo)腫瘤組織中的干細胞分化為子代細胞終末細胞，同時增加其對細胞毒藥物的敏感性。因此，分化療法有望成為靶向腫瘤干細胞的一種策略。Piccirillo 等[26]在人成膠質(zhì)細胞瘤模型中，用 BMP（bone morphogenetic protein）介導(dǎo)腫瘤干細胞分化。將BMP4 投放給荷瘤鼠，誘導(dǎo)成膠質(zhì)細胞瘤分化，發(fā)現(xiàn) CD133+的腫瘤干細胞表達頻率明顯減少。將 BMP4 植入移植瘤小鼠體內(nèi)，與未治療對照組相比，腫瘤所造成損傷性減小，小鼠生存期更長。在成神經(jīng)管細胞瘤中，調(diào)節(jié)腫瘤干細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也可以誘導(dǎo)腫瘤干細胞分化。Notch 通路抑制劑能夠去除成神經(jīng)管細胞瘤中的干細胞樣細胞[27]。非編碼 miRNA同樣可以調(diào)節(jié)腫瘤干細胞分化及其功能。

芳香烴受體（aryl-hydrocarbon receptor，AhR）是一種配體激活轉(zhuǎn)錄因子，在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中可能通過多種途徑起促進作用。Hall 等[28]用外源性芳香烴受體激動劑（TCDD、TCDBF）處理具有干細胞特征的大鼠乳腺癌細胞LA7，48 h 后，細胞形態(tài)發(fā)生明顯變化，分化為具有早期乳腺組織特征的細胞。表明外源性芳香烴受體激動劑能夠誘導(dǎo)乳腺癌干細胞分化。

5 展望

腫瘤干細胞的發(fā)現(xiàn)為闡明腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機制提供了新的線索，也為惡性腫瘤治療的理念帶來了革命性的突破，為從根本上治愈惡性腫瘤提供了理論依據(jù)。但由于正常干細胞與腫瘤干細胞具有相似的表型及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，在針對腫瘤干細胞靶向治療的時候，如何保護骨髓及胃腸道中的正常干細胞不受損害是亟待解決的難題。而且，現(xiàn)有的靶向治療藥物，大都具有明顯的毒副作用，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。因此，在靶向治療藥物達到最大治療效果的同時，如何最大程度地降低其毒副作用也將是腫瘤干細胞靶向治療的研究方向。

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基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目（30973447，30973471）

作者單位：100021 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院腫瘤研究所分子腫瘤學(xué)國家重點實驗室（張金龍、錢海利、林晨）；261053 濰坊醫(yī)學(xué)院（張金龍、李貴新）

通訊作者：林晨，Email：clinwk@yahoo.com.cn

收稿日期：2010-05-13

DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2010.05.009