腫瘤轉(zhuǎn)移干細(xì)胞及其在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用機(jī)制

尹明麗，宋紅麗，沈中陽（天津市第一中心醫(yī)院器官移植中心，天津300192）

干細(xì)胞是一群具有自我復(fù)制和向多種細(xì)胞分化能力的細(xì)胞。在一定條件下，它可以分化成多種功能細(xì)胞。腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cells，CSC）存在于多種實(shí)體的腫瘤組織中，腫瘤的轉(zhuǎn)移是影響惡性腫瘤患者預(yù)后的主要因素之一，也是惡性腫瘤患者死亡的主要原因［1］。隨著干細(xì)胞的研究，CSC的概念已經(jīng)形成，其中具有轉(zhuǎn)移能力的CSC命名為腫瘤轉(zhuǎn)移干細(xì)胞（migrating cancer stem cells，MCSC）［2-3］。

1 CSC的概述

CSC是存在于腫瘤實(shí)體中的一小部分具有干細(xì)胞功能的細(xì)胞群體，它是腫瘤形成、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移的根源［4］。CSC 的來源仍不能完全定論，Amaral等［5］通過對尤文肉瘤患者和正常人的間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）與尤文肉瘤細(xì)胞的基因和細(xì)胞標(biāo)志物進(jìn)行比較得出：MSC是目前公認(rèn)的最有可能的尤文肉瘤腫瘤細(xì)胞的來源。Shlush等［6］通過研究急性粒細(xì)胞白血病（acute myeloid leukemia，AML）細(xì)胞后認(rèn)為，AML的初始細(xì)胞可能來源于造血干細(xì)胞。Mertins［7］證實(shí)了CSC確實(shí)存在。2003年，AI-Hajj等［8］從乳腺癌腫瘤標(biāo)本中分離出CD44+/CD24-/Lin-/ESA+細(xì)胞，并將其移植到非肥胖糖尿病/重癥聯(lián)合免疫缺陷（nonobese diabetic/severe combined immunodeficient，NOD/SCID）小鼠乳腺的脂肪墊中形成腫瘤，該研究首次證實(shí)了實(shí)體CSC的存在。

2 MCSC

2.1 MCSC的概述：MCSC是指具有轉(zhuǎn)移能力的CSC。Bernards等［9］認(rèn)為，某些腫瘤細(xì)胞在腫瘤形成的時候就通過內(nèi)在和外在因素的影響造成遺傳性改變，獲得了轉(zhuǎn)移能力。Li等［4］認(rèn)為，腫瘤的轉(zhuǎn)移是CSC的內(nèi)在特性。Visvader等［10］也認(rèn)為，腫瘤轉(zhuǎn)移是具有轉(zhuǎn)移能力的CSC內(nèi)在特性的表現(xiàn)。從理論上推測MCSC是CSC的一個亞群［11］，利用觀察CD133標(biāo)志物的方法，Hermann等［12］從胰腺癌腫瘤組織中分離出了CD133+的腫瘤細(xì)胞，做了體外增殖，得出CD133+的胰腺癌細(xì)胞是胰腺的CSC；又對CD133+胰腺癌CSC的不同亞群做了處理，說明CD133+CXCR4+細(xì)胞是胰腺癌的MCSC。Ma等［13］還發(fā)現(xiàn)，CD133+/ALDH+細(xì)胞較CD133-/ALDH-或CD133-/ALDH+具有更強(qiáng)的體內(nèi)外成瘤能力，這也證實(shí)了MCSC是CSC的一個亞群。

2.2 MCSC的來源：一般認(rèn)為，CSC來源于正常干細(xì)胞或祖細(xì)胞的累積突變后轉(zhuǎn)化，那么MCSC的來源有3種可能：① 與CSC同時起源；② CSC在原發(fā)癌中逐漸演變產(chǎn)生MCSC；③ CSC進(jìn)入循環(huán)后演變?yōu)镸CSC。Díez-Torre等［14］認(rèn)為，原始胚芽細(xì)胞（primordial germ cells，PGCs）與轉(zhuǎn)移PGCs均表達(dá)基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）和組織抑制劑（tissue inhibitors of metalloproteinase，TIMPs），他們通過對mRNA的不斷研究發(fā)現(xiàn)，PGCs的mRNA表達(dá)式中表達(dá)MMPs和TIMPs，所有 的 PGCs高 表 達(dá) MMP-2、MMP-9、MMP-11、MT1-MMP、TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3。而轉(zhuǎn)移PGCs的表達(dá)與PGCs有一定差異；在MMPs水平轉(zhuǎn)移 PGC 高表達(dá) MMP-2（4.8 倍）、MMP-11（3.2 倍）、MMP-9（2.1倍），在TIMPs水平高表達(dá)TIMP-3（3.4倍）、TIMP-1（2.4倍）、TIMP-2（1.8倍）。由此可得出MCSC來源于CSC的逐漸演變。上皮細(xì)胞-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)變（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和間質(zhì)細(xì)胞-上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變（mesenchymal-epithelial transition，MET）在腫瘤的轉(zhuǎn)移過程中交替發(fā)生，完成轉(zhuǎn)移過程［15］。如果腫瘤細(xì)胞僅具有EMT功能而缺乏MET屬性，則能使腫瘤細(xì)胞局部擴(kuò)展、蔓延，甚至進(jìn)入循環(huán)中形成腫瘤細(xì)胞，但不能完成轉(zhuǎn)移過程［14］；阻斷腫瘤細(xì)胞的MET過程，能有效抑制乳腺癌的浸潤與轉(zhuǎn)移［16］。只有腫瘤細(xì)胞有效進(jìn)入循環(huán)內(nèi)，并具有MET特性，才可使腫瘤細(xì)胞完成轉(zhuǎn)移過程，因而MET可能是原發(fā)癌中一部分CSC具有的特性，或者是進(jìn)入循環(huán)中才產(chǎn)生的特性［17］。故此推測，MCSC既可能是原發(fā)癌CSC演變的結(jié)果，也可能是CSC進(jìn)入循環(huán)后演變的結(jié)果。

3 CSC在腫瘤轉(zhuǎn)移中的機(jī)制

3.1 腫瘤轉(zhuǎn)移的過程：早期檢測到血液循環(huán)腫細(xì)胞（blood circulating tumor cells，CTC），說明在腫瘤發(fā)生的早期轉(zhuǎn)移就已經(jīng)出現(xiàn)［18］。肝癌轉(zhuǎn)移的過程是一個多環(huán)節(jié)、多階段的復(fù)雜過程，其中最重要的是肝癌細(xì)胞遺傳特性的改變，DNA的異常甲基化是肝癌細(xì)胞的重要特征之一［19］。經(jīng)典的轉(zhuǎn)移過程包括以下幾個步驟［20］：① EMT使轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞突破基底膜；② 轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞從腫瘤組織分離；③ 轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞侵犯周圍組織；④ 轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞侵入已存在的或新生的血管和淋巴管；⑤ 轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞在脈管中行走；⑥ 穿出血管或淋巴管道；⑦ 轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞植入靶組織；⑧ 形成微轉(zhuǎn)移灶繼而形成繼發(fā)腫瘤細(xì)胞。

3.2 腫瘤轉(zhuǎn)移的相關(guān)機(jī)制

3.2.1 微小RNA（micro-RNA，miRNA）：MCSC的核酸存在變化，如miRNA。miRNA對CSC分化及自我更新能力的調(diào)節(jié)，已在乳腺癌干細(xì)胞（breast cancer stem cell，BCSC）、胰腺癌干細(xì)胞、前列腺癌干細(xì)胞及白血病干細(xì)胞（leukemia stem cell，LSC）中得到證實(shí)［21］。目前對miRNA的研究主要有：① miRNA是一類內(nèi)源性非編碼小分子RNA，可經(jīng)序列特異性翻譯抑制或mRNA裂解來調(diào)控基因表達(dá)，參與細(xì)胞發(fā)育、增殖、分化、凋亡等，約有1/3以上基因在轉(zhuǎn)錄后受其調(diào)控；多種miRNA通過調(diào)節(jié)靶基因參與肝細(xì)胞癌的細(xì)胞生物程序調(diào)控，間接發(fā)揮癌基因和抑癌基因的功能［22］。② miRNA-26a廣泛降低多種癌癥的轉(zhuǎn)移，高表達(dá)miRNA-26a顯著抑制腫瘤在體內(nèi)和體外的生長和轉(zhuǎn)移，包括黑色素瘤、前列腺癌和肝癌［23］。③ Dong等［24］通過模型研究表明，miRNA-233的高表達(dá)會降低肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，高表達(dá)的miRNA-233對整合素aV有負(fù)面影響。④ 肝星狀細(xì)胞通過控制miRNA的不同表達(dá)來控制腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移［25］。⑤ 在MCSC中不僅是RNA有變化，染色體也存在一定變化，比如一些染色體的短臂和長臂基因缺失或增多，如1p35.3，4p14，14q23.1-q32.11和 18p11.32-p11.21的缺失［26］。對miRNA與CSC轉(zhuǎn)移關(guān)系的研究能為腫瘤治療提供新途徑。

3.2.2 轉(zhuǎn)移相關(guān)的因子和相關(guān)蛋白：趨化因子及其受體和相關(guān)蛋白在惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移中起重要作用，基質(zhì)細(xì)胞衍生因子/化學(xué)引誘物趨化因子受 體 4（stromal cell derived factor /chemoattractant chemokine receptor，SDF-1/CXCR4）軸對腫瘤生物學(xué)有重要影響，其在介導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移中的重要作用也被證實(shí)，CXCR4的高表達(dá)增加MCSC的轉(zhuǎn)移能力［27］。通過對大鼠化學(xué)引誘物細(xì)胞因子受體（chemoattractant 3 cytokine receptor 1，CX3CR1）的研究發(fā)現(xiàn)，CX3CR1的高表達(dá)與人類結(jié)腸癌預(yù)后不良有關(guān)，在缺乏CX3CR1的大鼠體內(nèi)，結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的細(xì)胞顯著受到抑制［28］。缺氧/復(fù)氧心肌核轉(zhuǎn)錄因子 -κB p65（hypoxia/reoxygenation myocardial nuclear transcription factor p65，NF-κ B p65） 和MMP-6的高表達(dá)與肝細(xì)胞癌的入侵有關(guān)，并且它們的激活與肝癌細(xì)胞株（HepG2）核移位有關(guān)［29］。

活化蛋白激酶α2（activated protein kinaseα2，AMPKα2）的不足會導(dǎo)致活性氧（reactive oxygen species，ROS）的升高，ROS抑制劑的生成受到抑制；AMPKα2可能代表一個重要的治療目標(biāo)，治療結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移對肝的損傷［30］。

p53凋亡刺激蛋白（apoptosis stimulating protein of p53，ASPP2）表達(dá)下調(diào)促進(jìn)肝癌生長和轉(zhuǎn)移，免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ASPP2可以與酪氨酸激酶Csk結(jié)合，進(jìn)一步影響了酪氨酸激酶Src的激活狀態(tài)，最終促進(jìn)了連環(huán)蛋白（β-catenin）從胞膜到胞質(zhì)、胞核的定位改變，從而影響了肝癌細(xì)胞的EMT進(jìn)程和MCSC的轉(zhuǎn)移能力［31］。

腫瘤細(xì)胞中前膠原Ⅷ型（procollagen type Ⅷ，COL8A1）表達(dá)升高，可能與腫瘤細(xì)胞的增殖能力成正比，同時COL8A1表達(dá)升高可能是肝臟來源的腫瘤細(xì)胞的標(biāo)志之一［32］。

腫瘤細(xì)胞部分因子和蛋白的異常對于提高M(jìn)CSC的轉(zhuǎn)移能力起到十分重要的作用。

3.2.3 血管生成：研究表明，腫瘤細(xì)胞在腫瘤血管生成中發(fā)揮了重要的作用，尤其是具有轉(zhuǎn)移能力的MCSC［33］。有實(shí)驗(yàn)證明，CD133+神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞與CD133-細(xì)胞相比，可分泌較高水平的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）［34］，CD133+細(xì)胞較 CD133-細(xì)胞具有更強(qiáng)的侵襲性［35］。Wang等［36］在研究中發(fā)現(xiàn)，一種分泌糖蛋白（periostin，PN）的高表達(dá)與腫瘤的轉(zhuǎn)移和血管的生成密切相關(guān)。血管內(nèi)皮生長因子受體 1（vascular endothelial growth factor receptor 1，VEGFR1）陽性（VEGFR1+）的骨髓源性血管祖細(xì)胞和血管內(nèi)皮生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）陽性（VEGFR2+）的血管內(nèi)皮細(xì)胞在小鼠肺組織內(nèi)形成預(yù)轉(zhuǎn)移環(huán)境，同時阻斷VEGFR1+和VEGFR2+，可抑制黑素瘤B16小鼠的肺轉(zhuǎn)移［37］。由此可以看出，腫瘤細(xì)胞可能通過促進(jìn)血管的生成來促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移。

3.2.4 EMT與MET：EMT是一個形態(tài)學(xué)及分子水平上的變化，是指細(xì)胞失去了上皮細(xì)胞的特性，獲得了間質(zhì)細(xì)胞的表型，并且具有了遷移能力［38-39］。實(shí)驗(yàn)表明，這一轉(zhuǎn)化過程與腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移、侵襲及血管入侵相關(guān)［38］。Brabletz等［2］報(bào)道，靜止的CSC通過EMT轉(zhuǎn)變?yōu)镸CSC。一項(xiàng)利用肝癌細(xì)胞系Huh7的研究發(fā)現(xiàn)，CD133+細(xì)胞較CD133-細(xì)胞具有較強(qiáng)侵襲性，且CD133+細(xì)胞與CD133-細(xì)胞相比，E-鈣黏蛋白下調(diào)，N-鈣黏蛋白上調(diào)，調(diào)節(jié)EMT相關(guān)基因蛋白transgelin上調(diào)，表明CD133+CSC侵襲性、轉(zhuǎn)移能力與EMT相關(guān)，MET與EMT交替進(jìn)行，有利于轉(zhuǎn)移的發(fā)生［35］。

3.2.5 CSC壁龕：干細(xì)胞壁龕是干細(xì)胞生存的一個微環(huán)境，現(xiàn)已經(jīng)在造血系統(tǒng)、表皮系統(tǒng)和消化系統(tǒng)等組織中證實(shí)了它的存在，對于細(xì)胞自我更新與增殖分化間的平衡起著重要的作用，并能阻礙干細(xì)胞的過度增殖，從而防止其癌變；另外，它能錨定干細(xì)胞及募集新的干細(xì)胞［40］。VEGFR1+的骨髓源性血管祖細(xì)胞和VEGFR2+血管內(nèi)皮細(xì)胞在小鼠肺組織內(nèi)形成預(yù)轉(zhuǎn)移環(huán)境［37］。Kaplan等［41］的實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)了預(yù)轉(zhuǎn)移壁龕的存在，研究者發(fā)現(xiàn)循環(huán)中的VEGFR1+骨髓源性細(xì)胞（bone marrow derived cells，BMDCs）在腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移前率先到達(dá)腫瘤預(yù)轉(zhuǎn)移處形成預(yù)轉(zhuǎn)移壁龕，為MCSC的到來做好準(zhǔn)備；而VEGFR1+的BMDCs改變了腫瘤預(yù)轉(zhuǎn)移處的微環(huán)境，激活趨化因子如基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1（SDF-1），而SDF-1能夠吸附循環(huán)中CXCR4+的腫瘤細(xì)胞或CSC在預(yù)轉(zhuǎn)移處錨定，并促進(jìn)其存活及生長；使用抗VEGFR1抗體能阻斷BMDCs形成預(yù)轉(zhuǎn)移壁龕，并降低了腫瘤的轉(zhuǎn)移。阻斷VEGFR1+和VEGFR2+可抑制黑素瘤B16的小鼠肺轉(zhuǎn)移［37］，因此推測MCSC也像正常干細(xì)胞一樣存在類似的壁龕來維持其生長。

4 預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移

有效的預(yù)防轉(zhuǎn)移對于腫瘤患者行肝移植術(shù)后的恢復(fù)非常重要。Wellner等［42］研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制miRNA200可以誘導(dǎo)EMT促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，對miRNA與CSC轉(zhuǎn)移關(guān)系及相關(guān)機(jī)制的研究為腫瘤治療提供了新的途徑，也為預(yù)測腫瘤預(yù)后提供了分子標(biāo)志。在不影響正常生理功能的前提下，抑制SDF-1與CXCR4的相互作用可能成為今后治療腫瘤轉(zhuǎn)移的有效方法之一［27，43］。通過對CD133的研究，CD133似乎可以成為多種腫瘤CSC治療的靶標(biāo)［44］。但是，CD133同樣表達(dá)于正常造血干細(xì)胞、前列腺干細(xì)胞和腸上皮干細(xì)胞等。使用CD133進(jìn)行靶向治療能否避免對這些正常細(xì)胞的損傷，需在動物實(shí)驗(yàn)與臨床研究中進(jìn)行核實(shí)。對miRNA的抗癌療法也會成為預(yù)防轉(zhuǎn)移的重要方法［25］。阻斷藥物的研究也會起到相應(yīng)的作用。肝移植術(shù)中的手術(shù)方式，術(shù)前術(shù)后的用藥都會影響到轉(zhuǎn)移，術(shù)后的全身化療和對處于G0期的轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞的殺傷具有非常重要的作用。

5 展 望

MCSC在腫瘤的轉(zhuǎn)移中至關(guān)重要，對MCSC的進(jìn)一步研究將會對預(yù)防轉(zhuǎn)移起到十分重要的作用。闡明影響MCSC特殊生物學(xué)行為的信號通路及相關(guān)機(jī)制有助于提高腫瘤的治療效果，為預(yù)測腫瘤預(yù)后提供新的標(biāo)志物。對相關(guān)MCSC分子標(biāo)志物的研究將為腫瘤治療提供新的靶點(diǎn)，有利于設(shè)計(jì)針對轉(zhuǎn)移相關(guān)信號通路及轉(zhuǎn)移機(jī)制的靶向治療。目前的問題應(yīng)該是繼續(xù)對CSC進(jìn)行研究，找尋更重要的阻止轉(zhuǎn)移的方案。