乳腺癌干細(xì)胞耐放射性與細(xì)胞周期的關(guān)系

沈皓月，李連宏

(大連醫(yī)科大學(xué)中日臨床病理中心，遼寧大連 116044)

乳腺癌干細(xì)胞耐放射性與細(xì)胞周期的關(guān)系

沈皓月，李連宏

(大連醫(yī)科大學(xué)中日臨床病理中心，遼寧大連 116044)

腫瘤的放射療法是一種建立在細(xì)胞周期基礎(chǔ)上的治療方法，乳腺癌干細(xì)胞在放療過程中出現(xiàn)的G2/M期阻滯、衰老途徑下調(diào)、APE1水平升高及細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)基因p21和p53活性等改變直接或間接導(dǎo)致細(xì)胞周期紊亂，均與乳腺癌干細(xì)胞的耐放射性密切相關(guān)，是分子遺傳學(xué)和腫瘤生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。

乳腺癌;干細(xì)胞;耐放射性;細(xì)胞周期

腫瘤干細(xì)胞是癌組織中具有自我更新能力與級別分化潛能的細(xì)胞。近年來這方面的研究成果顯示，對腫瘤干細(xì)胞特性及其調(diào)控機(jī)制的研究將使癌癥臨床治療發(fā)生重大變化。目前臨床處理乳腺癌和其他惡性腫瘤所應(yīng)用的放射性治療，一般都是以細(xì)胞周期中的瘤細(xì)胞為靶點(diǎn)。2006年，Phillips等［1］利用懸浮培養(yǎng)富集人乳腺癌細(xì)胞系MCF－7細(xì)胞，首次證實(shí)了乳腺癌干細(xì)胞的耐放射性(radiation resistance)，這個發(fā)現(xiàn)表明臨床上對放療敏感性低的乳腺癌類型可能與癌干細(xì)胞的耐放射性有關(guān)。故而乳腺癌干細(xì)胞的耐放射性機(jī)制及其控制，成為乳腺癌靶向治療未來的研究方向。

1 乳腺癌干細(xì)胞

乳腺癌干細(xì)胞作為第一個在實(shí)體瘤中被鑒定出來的腫瘤干細(xì)胞一直受到廣泛關(guān)注。2003年，A1－Hajj等［2］首次從人類乳腺癌組織中成功分離出表型為CD44+CD24(－/low)ESA+lin－的一群細(xì)胞，通過移植實(shí)驗證明，此種表型的細(xì)胞與其他表型細(xì)胞相比，致瘤性增加了50倍，而且具有多向分化和自我更新的潛能，具有癌干細(xì)胞的特征，這一成果促進(jìn)了實(shí)體瘤干細(xì)胞的研究。目前認(rèn)為，乳腺癌干細(xì)胞為MCF－7細(xì)胞系CD44+/CD24－表型細(xì)胞群。

2 乳腺癌干細(xì)胞耐放射性與細(xì)胞周期的關(guān)系

Lagadec等［3］發(fā)現(xiàn)，人乳腺癌MCF－7細(xì)胞系經(jīng)分次放療后不僅能夠繼續(xù)存活下去，而且在增殖幾代之后仍然保留了其自我更新的能力。并且與那些未經(jīng)離子照射的沒有發(fā)生增殖且主要處于G0期的乳腺癌干細(xì)胞相比，接受分次放療后的乳腺癌干細(xì)胞反而由靜止期進(jìn)入了增殖期，且更加具有侵襲力，這些癌干細(xì)胞不僅能夠再次成瘤，而且復(fù)發(fā)后的乳腺惡性腫瘤更容易發(fā)生轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。眾所周知的是，處于分裂期的細(xì)胞比處于靜止期的細(xì)胞對化療藥物要更加敏感，但是由于乳腺癌干細(xì)胞具有細(xì)胞周期長、代謝慢的特點(diǎn)，針對分裂細(xì)胞進(jìn)行的化療很難對其產(chǎn)生影響，因此臨床上乳腺癌的治療多采用放療法。因此乳腺癌干細(xì)胞耐放射性的發(fā)現(xiàn)為靶向放療提供了轉(zhuǎn)機(jī)，若明確其在細(xì)胞周期中的調(diào)控機(jī)制并針對這一靶點(diǎn)進(jìn)行治療，可大大提高乳腺癌臨床放療的治療效果。然而在放療過程中，乳腺癌干細(xì)胞是如何通過調(diào)控細(xì)胞周期來逃脫凋亡，調(diào)控過程中乳腺癌干細(xì)胞細(xì)胞周期發(fā)生了怎樣的改變?nèi)栽谔剿髦小?/p>

2.1 乳腺癌干細(xì)胞耐放射性與G2/M期阻滯的關(guān)系

細(xì)胞周期(cell cycle)是細(xì)胞生命活動的基本過程，指從細(xì)胞分裂結(jié)束開始，到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止的過程，DNA合成和細(xì)胞分裂是細(xì)胞周期的兩個主要事件。越來越多的人意識到腫瘤細(xì)胞，即腫瘤干細(xì)胞，對放化療等治療方法的不敏感性是由細(xì)胞異質(zhì)性造成的［4］。當(dāng)增殖中的細(xì)胞進(jìn)入到分化途徑中時，一些腫瘤細(xì)胞即獲得了無限的自我更新能力，這一特性符合正常成人的軀體干細(xì)胞特性［5］。2004 年，Kastan等［6］發(fā)現(xiàn) DNA 受到損傷時，可通過幾個檢查點(diǎn)啟動細(xì)胞周期延遲或阻滯機(jī)制，以便在細(xì)胞增殖過程中對發(fā)生突變的DNA進(jìn)行修復(fù)。這種周期阻滯機(jī)制在正常細(xì)胞中是一種有利的保護(hù)機(jī)制，但對于腫瘤干細(xì)胞周期阻滯可能會增強(qiáng)細(xì)胞的耐放射性。Harper等［7］通過各項試驗，證實(shí)了細(xì)胞周期調(diào)控在癌干細(xì)胞的耐放射性機(jī)制中扮演了重要角色，這些腫瘤干細(xì)胞趨于比正常細(xì)胞增殖時擁有更長的G2期，腫瘤干細(xì)胞的DNA修復(fù)能力增強(qiáng)。有研究對上皮癌、乳腺癌和前列腺癌等CD44高表達(dá)的亞細(xì)胞群進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)放療后處于G2期的細(xì)胞比例相對增高。實(shí)驗用流式細(xì)胞儀法對S期干細(xì)胞進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期進(jìn)程由M期退回到了G2期，以此推斷出放療后乳腺癌干細(xì)胞發(fā)生了G2期阻滯，證明了CD44高表達(dá)細(xì)胞在G2期停留的時間更久。國內(nèi)最新研究也發(fā)現(xiàn)，放療后乳腺癌懸浮球囊中的G2/M期細(xì)胞含量明顯增加，且伴有G2期相關(guān)蛋白pCDC25C(ser216)含量的上升，說明發(fā)生了G2期阻滯［8］。G2/M期的阻滯延長了乳腺癌干細(xì)胞DNA修復(fù)的時間，使放療輻射的促凋亡作用不能充分發(fā)揮，故而引起耐放射性。

2.2 乳腺癌干細(xì)胞耐放射性與細(xì)胞衰老的關(guān)系

近幾年，有研究提出了癌干細(xì)胞是由于組織器官中正常干細(xì)胞發(fā)生基因突變、基因轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的［9－12］。正常細(xì)胞具有長周期的特點(diǎn)，并有轉(zhuǎn)變?yōu)楫惓＜?xì)胞的可能性，故而其對DNA的修復(fù)及突變代償能力顯得十分重要。在癌干細(xì)胞中，細(xì)胞存活時間相對突變修復(fù)能力更為關(guān)鍵，并且是癌腫耐放射性的可能原因之一［13］。Clarke、Han 等［9，14］發(fā)現(xiàn)，對放療高耐受性的乳腺癌懸浮球囊MCF－7細(xì)胞的活性氧化粒子(ROS)水平比貼壁生長的MCF－7細(xì)胞低。Diehn等［15］發(fā)現(xiàn)，正常乳腺上皮干細(xì)胞中的活性氧粒子(ROS)水平低于乳腺成熟細(xì)胞，同時，在一些乳腺癌的癌干細(xì)胞亞群中，其活性氧粒子水平要低于其相應(yīng)的非腫瘤祖細(xì)胞內(nèi)水平。Phillips等［1］排除了這兩種細(xì)胞在放療后表現(xiàn)出來的差異是因培養(yǎng)基中生長因子含量不同的可能。這些發(fā)現(xiàn)反映了乳腺癌干細(xì)胞的耐放射性源于其固有的能力，而非在培養(yǎng)過程中由于培養(yǎng)條件的差異后天形成的。Karimi等［16］對貼壁生長及懸浮球囊人乳腺癌細(xì)胞系MCF－7的 CD24(－/low)/CD44(+)細(xì)胞放療后反應(yīng)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)懸浮球囊人乳腺癌細(xì)胞系MCF－7細(xì)胞有更高的耐放射性，并認(rèn)為懸浮球囊人乳腺癌細(xì)胞系MCF－7細(xì)胞對放療的低反應(yīng)性極有可能是其固有的衰老途徑下調(diào)、細(xì)胞的衰老明顯減低所致，該類細(xì)胞對于內(nèi)源性或外源性誘導(dǎo)DNA破壞的損傷可能有其獨(dú)特的保護(hù)機(jī)制，最直接的分子基礎(chǔ)可能包括端粒酶活性相對增高，還有Chk2磷酸化/活性的降低等。

2.3 乳腺癌干細(xì)胞耐放射性與細(xì)胞內(nèi)APE1水平的關(guān)系

乳腺癌懸浮球囊細(xì)胞具有很高的堿基切除修復(fù)/染色體單鏈(G1期染色體)修復(fù)能力，這種能力可能是由細(xì)胞中的APE1(Apurinc/apyrimidinic endonuclease 1脫嘌呤/脫嘧啶核酸內(nèi)切酶1)水平升高所導(dǎo)致的。細(xì)胞的這種堿基切除修復(fù)及染色體單鏈修復(fù)能力主要是保護(hù)細(xì)胞免受內(nèi)源性的氧化損傷，但其在耐放射性與抗壞死物質(zhì)的過程中也起著關(guān)鍵作用。例如，在接受放療的乳腺癌患者中，體內(nèi)APE1表達(dá)水平低者具有更好的療效［17］。故而APE1水平的升高也是乳腺癌干細(xì)胞耐放射性的機(jī)制之一。

2.4 乳腺癌干細(xì)胞耐放射性與細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)基因的關(guān)系

近年來，利用小鼠模型探索p53基因在腫瘤干細(xì)胞中所發(fā)揮的作用發(fā)現(xiàn)，在不同劑量水平的放療實(shí)驗中，癌干細(xì)胞中p53基因的表達(dá)水平是決定癌細(xì)胞自我更新及生存能力的重要因素之一［18］。實(shí)驗中確保僅有放療劑量這一變量，是決定實(shí)驗可信度的關(guān)鍵，在乳腺癌干細(xì)胞中可發(fā)現(xiàn)該基因低水平表達(dá)。Rodriguez等［19］通過對小鼠間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)進(jìn)行的實(shí)驗，得出p21/p53途徑的改變有協(xié)同作用，并與腫瘤干細(xì)胞密切相關(guān)，當(dāng)二者同時發(fā)生缺陷時，體外培養(yǎng)的MSCs可自動繞過衰老途徑，并產(chǎn)生與體內(nèi)實(shí)體瘤相似的惡性腫瘤。p53基因通過改變在乳腺球囊及單層貼壁細(xì)胞中的表達(dá)及磷酸化來調(diào)節(jié)細(xì)胞的衰老快慢與程度，并以此發(fā)揮作用。最近一些對p21－/－細(xì)胞及野生型HCT116直腸癌細(xì)胞的細(xì)胞周期相關(guān)基因的研究顯示出二者的關(guān)聯(lián)性，即對照組p21－/－細(xì)胞中p53基因表達(dá)及磷酸化水平較高，而由鉻進(jìn)行氧化破壞的p21－/－細(xì)胞中p53基因表達(dá)及磷酸化水平仍然較低［20］。故p53、p21基因在乳腺癌干細(xì)胞中的表達(dá)水平均直接或間接決定了放療療效。

3 展望

一直以來，乳腺癌的放療效果并不十分理想，其敏感性低的原因也使臨床工作者感到困惑。乳腺癌干細(xì)胞理論的提出不僅解釋了乳腺癌發(fā)生的本質(zhì)，為尋求惡性腫瘤發(fā)生的根源提供了幫助，也對臨床實(shí)踐提出了挑戰(zhàn)，乳腺癌干細(xì)胞耐放射性的發(fā)現(xiàn)更使乳腺癌的臨床治療出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。乳腺癌干細(xì)胞耐放射性的未來研究方向主要為：(1)把乳腺癌干細(xì)胞即不易發(fā)生凋亡的MCF－7細(xì)胞系的細(xì)胞周期調(diào)控蛋白作為治療靶點(diǎn)，如以乳腺癌干細(xì)胞G2/M期阻滯有關(guān)的pCDC25C(ser216)蛋白含量的變化為靶點(diǎn);或者也可以將干細(xì)胞的衰老途徑及其調(diào)節(jié)機(jī)制作為治療靶點(diǎn)，包括相關(guān)蛋白Chk2蛋白、APE1及端粒酶等。(2)乳腺癌干細(xì)胞細(xì)胞周期調(diào)控基因，以p21和p53為代表，也是未來對乳腺癌干細(xì)胞的基因水平靶向治療的重點(diǎn)。若能明確其耐放射性機(jī)制并有針對性的進(jìn)行分子免疫、分子生物水平靶向治療，乳腺癌的臨床放療效果將會大大提高。

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Relationship between radioresistance of breast cancer stem cell and cell cycle

SHEN Hao－yue，LILian－h(huán)ong
(Clinico－pathological Center of China and Japan，Dalian Medical University，Dalian116044，China)

Radiative therapy of carcinoma is founded at the basis of cell cycle theory.The changes of breast cancer stem cell during radiation which include G2/M phase arrest，the senescence evasion，an elevated level of APE1 and alternation of cell cycle regulation related genes p21/p53，directly or indirectly cause the abnormal proliferation of cancer stem cells.These fundamental studiesmay result in broad applicationswithinmany different fields and may，in the long term，open a new path for cancer therapy.

breast cancer;stem cell;radiation resistance;cell cycle

R36

A

1671－7295(2012)03－0301－03

教育部博士點(diǎn)基金資助項目(200801610001)

2011－10－27;

2012－02－01

沈皓月(1989－)，女，遼寧遼陽人，七年制學(xué)生。E－mail：shenhaoyue@sina.cn

李連宏，博士，教授，博士生導(dǎo)師。E－mail：lilianhong@dlmedu.edu.cn