乳腺癌干細(xì)胞的研究進(jìn)展

蔣雪梅綜述，頓耀艷審校（三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理學(xué)系，湖北宜昌443002）

癌癥被視為一種干細(xì)胞疾病。乳腺癌（BC）的癌癥干細(xì)胞（CSC）與乳腺癌的維持，進(jìn)展，轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)和治療耐藥性均有關(guān)，特別是在轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)中起著關(guān)鍵作用。BC臨床前模型中顯示只需要少數(shù)CSCs就可以維持腫瘤的再生長(zhǎng)，特別是在傳統(tǒng)抗內(nèi)分泌治療之后，乳腺癌干細(xì)胞（BCSC）也是化療、放療和激素治療等標(biāo)準(zhǔn)治療中存活下來(lái)的耐藥克隆。

1 BCSCs的起源和BCSC表面標(biāo)記

了解BC的起源細(xì)胞對(duì)于揭示腫瘤的異質(zhì)性是非常重要的。乳腺上皮由2種類型的細(xì)胞譜系、腔細(xì)胞和肌上皮（基底細(xì)胞）組成，它們被組織成一系列的分支導(dǎo)管，最終形成分泌型腺泡幫助泌乳。在乳腺上皮發(fā)育過(guò)程中腔內(nèi)細(xì)胞和基底細(xì)胞來(lái)自于多能的乳腺干細(xì)胞（MaSC）。BCSCs可以從正常的MaSCs中衍生出來(lái)，多種乳腺細(xì)胞類型有長(zhǎng)期的自我更新能力，而B(niǎo)CSCs可能來(lái)源于這些前驅(qū)細(xì)胞突變。此外，據(jù)報(bào)道不同的乳腺癌亞型可能來(lái)自不同的乳腺細(xì)胞譜系。正常組織的體細(xì)胞會(huì)經(jīng)歷連續(xù)的DNA突變，使細(xì)胞得以進(jìn)化并獲得BCSCs的惡性表型。正常干細(xì)胞（NSC）的長(zhǎng)壽特性允許它們有更多的時(shí)間來(lái)獲得突變，成為BCSCs。BCSCs可以通過(guò)誘導(dǎo)上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為間葉細(xì)胞（EMT）使得疾病進(jìn)展或?qū)熕幬锖铜h(huán)境應(yīng)激反應(yīng)。CD44、CD133、Ep?CAM和醛脫氫酶1（ALDH1）是BCSCs的重要生物標(biāo)記物。CD44+∕CD24low∕ESA+∕譜系細(xì)胞連續(xù)的傳遞，產(chǎn)生了包含 CSCs（CD44+∕CD24∕low）和非 CSCs的腫瘤，分別具有自我更新和分化的能力，這證明了BCSCs的存在，CD44是表面糖蛋白，參與多種細(xì)胞功能、包括調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附、增殖、遷移、生長(zhǎng)、存活、血管生成、分化和基質(zhì)細(xì)胞信號(hào)處理、與其他細(xì)胞蛋白的協(xié)同作用[1?2]。臨床研究顯示，CD44陽(yáng)性的BCSCs表達(dá)與乳腺癌患者的腫瘤侵襲性呈正相關(guān)[3]。CD133是BCSCs主要與化學(xué)抗性相關(guān)的另一個(gè)重要表面生物標(biāo)記。據(jù)報(bào)道上調(diào)抗凋亡基因存活素和c?FLIP等促進(jìn)自噬，并與Wnt∕β?連環(huán)蛋白自我更新信號(hào)通路和血管生成擬態(tài)（VM）相關(guān)。CD133的過(guò)度表達(dá)與乳腺癌患者的生存率呈負(fù)相關(guān)[4]。ALDH1在BCSCs中過(guò)度表達(dá)與化療∕抗輻射作用有關(guān)，BCSCs中的ALDHhigh亞型是一個(gè)預(yù)測(cè)患者存活率不高的因素，ALDHhigh的活性由于通過(guò)把抗癌藥物代謝成不活躍的代謝物，從而防止細(xì)胞凋亡。據(jù)報(bào)道，在癌細(xì)胞中的ALDHhigh亞群中，ALDHs影響各種途徑，像Wnt、Notch、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子?β（TGF?β）、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK），影響細(xì)胞的增殖和命運(yùn)，上皮細(xì)胞?間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）、視黃酸合成，缺氧，DNA損傷應(yīng)答反應(yīng)和細(xì)胞的遷移[5]。近年來(lái)，研究人員還專注于設(shè)計(jì)合適的納米藥物輸送系統(tǒng)，專門針對(duì)BCSCs。納米技術(shù)應(yīng)用于靶向BCSC還處于初級(jí)階段，許多問(wèn)題需要在臨床環(huán)境中得到充分的研究。BCSCs存在是導(dǎo)致BC復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的主要原因。BCSCs中已確定了許多分子目標(biāo)表面標(biāo)記，目前的研究主要集中在開(kāi)發(fā)抗癌藥物以消除BCSCs，并在BC治療中獲得徹底的治療，需要充分研究利用BCSCs的這些靶點(diǎn)。

2 BCSCs的屬性

CSCs可以推動(dòng)腫瘤啟動(dòng)、轉(zhuǎn)移，并導(dǎo)致治療耐藥性[6]。因此，高比例CSCs的BC與不良的預(yù)后結(jié)果有關(guān)。

CSCs的假設(shè)對(duì)BC的致癌作用有根本的影響，BC?SCs在乳腺癌的啟動(dòng)和生長(zhǎng)中起著至關(guān)重要的作用。EMT是一種表型的過(guò)程，上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細(xì)胞，以促進(jìn)癌癥的發(fā)展。EMT過(guò)程與產(chǎn)生有干細(xì)胞特性的細(xì)胞有關(guān)，AXL 調(diào)控了包括 NF?jB、STAT、Akt和 MAPK在內(nèi)的許多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，在BCSCs中被激活，并通過(guò)調(diào)節(jié)EMT標(biāo)記的表達(dá)，如E?鈣黏蛋白、N?鈣黏蛋白、Snail和Slug[7]，人類乳腺上皮細(xì)胞中上調(diào)的轉(zhuǎn)錄因子FOXC2誘發(fā)的EMT及其抑制作用導(dǎo)致減少侵襲性BC細(xì)胞系中CSCs。其他一些與EMT相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，如TWIST也被證明可以誘發(fā)CSCs多能性[8]。BCSCs可以通過(guò)EMT獲得轉(zhuǎn)移能力。最近的研究確定了2種具有不同性質(zhì)的BCSCs：一種更具安靜間葉狀態(tài)的EMT?CSCs，以及一種更具增生性上皮樣狀態(tài)的MET?CSCs。EMT?CSCs是 CD44+∕CD24?標(biāo)記具有 EMT 的特征，如E?鈣黏蛋白的低表達(dá)和波形蛋白的高表達(dá)。MET?CSCs以ALDH+表型也具有MET特征，如高水平E?鈣黏蛋白和低水平的波形蛋白。更重要的是，這2個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵，其很可能通過(guò)細(xì)胞因子和趨化因子信號(hào)調(diào)控腫瘤微環(huán)境[6]。MET?CSCs定位在腫瘤的侵入邊緣并能夠進(jìn)入血液循環(huán)在遠(yuǎn)處形成微轉(zhuǎn)移，而MET?CSCs的定位更集中，并允許過(guò)渡到上皮增殖狀態(tài)在其他部位產(chǎn)生腫瘤。當(dāng)侵襲性的邊緣成為腫瘤內(nèi)部時(shí)，2種BCSCs的狀態(tài)可以轉(zhuǎn)換，需要進(jìn)一步的研究來(lái)更深入地了解BCSCs可塑性的臨床意義。

轉(zhuǎn)移仍然是導(dǎo)致BC細(xì)胞死亡的主要原因之一，目前還沒(méi)有針對(duì)轉(zhuǎn)移性BC的標(biāo)準(zhǔn)化治療。并不是所有的原發(fā)性腫瘤中的BC細(xì)胞均具有轉(zhuǎn)移性的潛力，只有一小部分細(xì)胞可以到達(dá)遠(yuǎn)處的組織或器官。越來(lái)越多的證據(jù)確認(rèn)，BCSCs是轉(zhuǎn)移細(xì)胞的一個(gè)子集。BC患者骨髓中的早期播散性癌細(xì)胞顯示CD44+∕CD24?表型，來(lái)自肺轉(zhuǎn)移的細(xì)胞在人類三陰性乳腺癌（TNBC）的異種移植模型中高度表達(dá)CD44。與異種移植的ALDH陰性細(xì)胞相比，ALDH陽(yáng)性癌癥細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力大大增強(qiáng)。這些研究有力地表明了BCSCs的轉(zhuǎn)移作用。BCSCs在臨床前模型和臨床試驗(yàn)中均表現(xiàn)出相對(duì)的耐藥性，在體外，帶有BCSC表型的乳腺癌細(xì)胞對(duì)化療沒(méi)有反應(yīng)[9]。BCSCs對(duì)放療也有耐藥性。此外，臨床前研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)內(nèi)分泌治療的抵制總是伴隨著B(niǎo)CSCs比例增加[10]。這些研究表明，以BCSCs為靶點(diǎn)可能是治療BC的有效治療策略。

3 類固醇激素在BCSCs的作用及影響

類固醇激素如雌激素和黃體酮，以及針對(duì)激素受體的治療，可以調(diào)節(jié)CSCs的活性。高CD44和低CD24的乳腺癌與TNBC亞型[雌激素受體（ER），孕激素受體（PR）和人表皮生長(zhǎng)因子受體?2陰性]相關(guān)，預(yù)后較差。濃縮富集的 BCSCs使用 CD44+∕CD24∕low和 ALDH 陽(yáng)性細(xì)胞在不同狀態(tài)下標(biāo)記證明基因表達(dá)類似于間葉細(xì)胞（CD44+∕CD24∕low細(xì)胞）或上皮細(xì)胞特征（ALDH 陽(yáng)性細(xì)胞）[11]。這表明BCSCs細(xì)胞的可塑性，通過(guò)腫瘤微環(huán)境驅(qū)動(dòng)可以在間充質(zhì)和上皮狀態(tài)之間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換（上皮間葉細(xì)胞轉(zhuǎn)變及間葉上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變），在這種情況下，缺氧或TGF?β起了關(guān)鍵作用。其他信號(hào)因素，比如類固醇激素，特別是雌激素和孕激素，以及激素的拮抗劑作用也可調(diào)節(jié)BCSC活性[12]。雌激素促進(jìn)乳腺上皮細(xì)胞增殖，對(duì)正常乳腺發(fā)育至關(guān)重要，而雌激素通過(guò)ER刺激BC生長(zhǎng)[13]。ERβ的表達(dá)與干細(xì)胞標(biāo)記CD44和ALDH1有關(guān)，而且對(duì)于乳腺球的形成也很重要[14]。ERβ基因表達(dá)與腫瘤細(xì)胞總數(shù)相比在熒光激活細(xì)胞分類（FACS）的人類 BCSCs 中是上調(diào)的[15]。SANSONE 等[16?17]通過(guò)循環(huán)胞外囊泡將miR?221或完整的線粒體DNA從與癌癥相關(guān)的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)移到BC細(xì)胞，可以促進(jìn)BCSCs（CD133+）的休眠，從而導(dǎo)致內(nèi)分泌治療的耐藥性。在已建立的癌癥細(xì)胞系中，黃體酮的應(yīng)用使祖細(xì)胞和CSC的標(biāo)記增加[18]。在乳腺增大期間，PR通過(guò)旁分泌信號(hào)進(jìn)行增殖，包括核因子κB配體受體激活體（RANKL）和Wnt4。最近，NOLAN 等[19]研究表明，在 BRCA1（乳腺癌易感基因）缺陷小鼠模型中，RANKL作為治療目標(biāo)的潛力，而對(duì)于正常乳腺組織BRCA1突變的攜帶者，確定腔的RANK（+）祖細(xì)胞是高度增殖及有類似基底BC的分子特征，這表明抑制RANKL在預(yù)防措施的設(shè)置上是一種很有前途的策略。在正常乳腺中，孕激素誘導(dǎo)的干細(xì)胞∕祖細(xì)胞功能的介質(zhì)之一是CXCR4∕CXCL12[20]。孕激素的信號(hào)以一種旁分泌的方式出現(xiàn)在腔細(xì)胞上表達(dá)CXCL12，而CXCR4也在基底細(xì)胞和腔體PR細(xì)胞中被誘導(dǎo)表達(dá)。黃體酮的進(jìn)一步作用是在人類乳腺上皮細(xì)胞中分泌生長(zhǎng)激素（GH），推動(dòng)表達(dá)生長(zhǎng)激素受體（GHR）的干細(xì)胞∕祖細(xì)胞增殖[21]。CSCs激素活性的研究為未來(lái)BC治療和癌癥干細(xì)胞提出了新方向。

4 BCSCs的代謝特點(diǎn)

BCSCs在體外和體內(nèi)均比其他分化的癌細(xì)胞有更多的糖酵解作用：葡萄糖攝取、糖酵解酶表達(dá)、乳酸產(chǎn)生。在CSCs中，三磷酸腺苷含量顯著增加，糖酵解表型與線粒體氧化代謝下降有關(guān)[22]。線粒體DNA的突變和線粒體DNA拷貝數(shù)低與轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良有關(guān)。線粒體DNA拷貝數(shù)不僅影響細(xì)胞的生存能力和功能，而且影響細(xì)胞的分化潛能。細(xì)胞周期蛋白D1調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞干細(xì)胞和線粒體DNA拷貝數(shù)。CSCs對(duì)線粒體藥物和對(duì)OXPHOS抑制腫瘤的形成很敏感[23?24]。用二甲雙胍（一種OXPHOS復(fù)合物Ⅰ的抑制劑）治療，誘導(dǎo)抑制部分干細(xì)胞的特性，如乳腺球的形成和延遲體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)，盡管其效果并不持久，而且治療有耐藥性[25]。

在小鼠和人類腫瘤中，BCSCs比其分化的后代具有更多的糖酵解表型[26]。這種適應(yīng)性代謝可塑性可能使CSCs能夠在變化的、有時(shí)充滿敵意的環(huán)境中或在腫瘤惡化過(guò)程中遇到不利情況，比如在轉(zhuǎn)移地點(diǎn)存活。一些研究表明，當(dāng)OXPHOS被阻斷時(shí)，CSCs能夠轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒獯x。CSCs通過(guò)上調(diào)葡萄糖輸送器適應(yīng)饑餓和缺氧，轉(zhuǎn)換到更多的糖基性顯型來(lái)戰(zhàn)勝分化的后代[27]。缺氧改變了BCSCs與巨噬細(xì)胞之間的相互作用，巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為免疫抑制表型，并上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子?1（HIF?1）和 HIF?2 的表達(dá)[28]。缺氧和葡萄糖濃度變化誘導(dǎo)CSC濃縮，其是由低氧誘導(dǎo)因子1α（HIF1α）和AKT∕MTOR∕β 鏈（CTNNB1）干細(xì)胞調(diào)控途徑介導(dǎo)。抑制HIF1α與抗血管生成療法的結(jié)合減少了小鼠乳腺癌模型中的CSCs，確保在乳腺癌成為一種有效的治療方法，目前正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)[29]。人們對(duì)利用CSCs的新陳代謝來(lái)進(jìn)行藥物靶向治療的興趣正在逐漸增加。闡明CSCs與非干細(xì)胞之間的代謝差異，以及CSCs與正常祖細(xì)胞之間的代謝差異，對(duì)于開(kāi)發(fā)新的治療藥物至關(guān)重要，并可能揭示出這些藥物的新方法。

5 結(jié) 論

乳腺癌的治療目標(biāo)是延長(zhǎng)壽命和保證生活質(zhì)量。但不實(shí)用、致命和極其昂貴的乳腺癌治療方法無(wú)法幫助世界上大量處于危險(xiǎn)之中或罹患乳腺癌的女性。而CSCs是由多種其他細(xì)胞類型形成，而癌癥的異質(zhì)性顯然比最初想象的要復(fù)雜得多。由于復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)及其高動(dòng)態(tài)可塑性，需要設(shè)計(jì)多目標(biāo)的抗BCSC藥物，以克服耐藥性。腫瘤新陳代謝能力，轉(zhuǎn)移和存活，雌激素和孕激素信號(hào)均對(duì)BCSC的活動(dòng)有影響，為了能夠更有效地治療BC，通過(guò)阻斷新陳代謝的特異性來(lái)鎖定BC?SCs，對(duì)BCSCs激素活性的研究，克服多個(gè)障礙有效地消除BCSCs在改善目前的BC治療方面有很大的潛力，對(duì)未來(lái)BC的有效治療也會(huì)提供新的思路。