ALDH1在GCSCs逃逸胃巨噬細(xì)胞殺傷中的作用及其機(jī)制研究*

張鋼強(qiáng) 張 強(qiáng)

蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科，安徽省蚌埠市 233000

胃癌(Gastric carrcinoma，GC)是消化系統(tǒng)比較常見的惡性腫瘤，目前的治療方法多為手術(shù)治療聯(lián)合放化療，可是相較于其他的惡性腫瘤，胃癌的預(yù)后效果較差，生存率低，一方面由于胃癌早期檢出率低,發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已是晚期,失去了包括手術(shù)在內(nèi)的全身治療的最佳機(jī)會(huì)；另一方面在于胃癌的侵襲及轉(zhuǎn)移作用強(qiáng)，且多為腹腔轉(zhuǎn)移[1]。胃癌的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移概率非常高， 目前認(rèn)為這種情況的出現(xiàn)可能與胃癌干細(xì)胞有關(guān)，與胃癌干細(xì)胞密切相關(guān)的分子標(biāo)志物有很多，如CD44、CD133、CD24、ALDH1[2]等，其中ALDH1高度表達(dá)于胃癌干細(xì)胞中，其不僅對機(jī)體的正常細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用，而且還參與了機(jī)體的免疫調(diào)控[3]。在胃癌的發(fā)展過程中起著重要作用的巨噬細(xì)胞被普遍認(rèn)為是重要的抗腫瘤免疫細(xì)胞，其具有多種抗腫瘤細(xì)胞的機(jī)制，且針對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用與腫瘤細(xì)胞的分裂周期無關(guān)。了解ALDH1分子標(biāo)志物及胃癌干細(xì)胞逃逸胃巨噬細(xì)胞殺傷作用及其機(jī)制之間的關(guān)聯(lián)，可為認(rèn)識(shí)及診治胃癌提供幫助。

1 腫瘤干細(xì)胞與胃癌干細(xì)胞

腫瘤干細(xì)胞于90年代末在急性髓系白血病中發(fā)現(xiàn)的，之后對于腫瘤干細(xì)胞的來源產(chǎn)生了兩種分歧的觀點(diǎn)，一種認(rèn)為正常的干細(xì)胞產(chǎn)生了腫瘤干細(xì)胞，且在乳腺癌、結(jié)腸癌、胃癌等實(shí)體細(xì)胞腫瘤中均證實(shí)了腫瘤干細(xì)胞的存在[4]；而另一種觀點(diǎn)認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞來源于祖細(xì)胞，并通過MLL癌基因轉(zhuǎn)入到骨髓祖細(xì)胞中導(dǎo)致了急性白血病的產(chǎn)生以獲得證實(shí)等。2006年，美國研究者協(xié)會(huì)(American Association for Cancer Research，AACR)對腫瘤干細(xì)胞做出明確的定義：具有自我更新能力并能產(chǎn)生異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞。胃癌干細(xì)胞作為腫瘤干細(xì)胞的一種，當(dāng)然也具有與腫瘤干細(xì)胞相似的生物學(xué)特性，并且胃癌干細(xì)胞的侵襲及轉(zhuǎn)移方面的作用也得到了相應(yīng)的證實(shí)[5]。后研究者通過長春新堿的富集實(shí)驗(yàn)，得到了自我更新、多向分化、高致瘤性和對化療藥的耐藥性等腫瘤干細(xì)胞特征的細(xì)胞群，推測此細(xì)胞群可能為“胃癌干細(xì)胞”。對于胃癌干細(xì)胞來說，其EMT基因的表達(dá)在其胃癌的侵襲轉(zhuǎn)移作用中起到了重要的作用[6]。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)最常見于惡性的腦膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中[7]，是指在胚胎的發(fā)育過程中，具有極性的上皮細(xì)胞通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)化喪失其細(xì)胞骨架，而成為具有活動(dòng)能力且能夠在間質(zhì)細(xì)胞中自由移動(dòng)的多步驟的反應(yīng)過程[8]。EMT的特點(diǎn)就在于胃癌干細(xì)胞轉(zhuǎn)變的發(fā)生是以細(xì)胞的黏附或者是頂部—基底部的極化等喪失其間充質(zhì)細(xì)胞的特性，將不能移動(dòng)的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為可以在間質(zhì)細(xì)胞中自由移動(dòng)的細(xì)胞[5，8]，包括基因型及形態(tài)學(xué)的改變過程。研究表明，胃癌主要的轉(zhuǎn)移機(jī)制在于胃腸道來源的上皮細(xì)胞與間質(zhì)干細(xì)胞緊密接觸后獲得了相關(guān)的成纖維細(xì)胞表型并且增強(qiáng)了其腫瘤生長及轉(zhuǎn)移[9]。

2 胃癌干細(xì)胞的信號(hào)通路

與腫瘤干細(xì)胞的發(fā)生、發(fā)展、侵襲及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的信號(hào)通路主要有四種，分別包括Wnt信號(hào)通路、Notch信號(hào)通路、Hedgehog 信號(hào)通路以及BMP信號(hào)通路；各個(gè)信號(hào)通路并不是相互獨(dú)立的，而是共同起作用來維持其生物學(xué)特性。例如在胃癌干細(xì)胞中，可以檢測到Wnt信號(hào)的增高，并且Wnt和Notch之間相互交融[10]。

2.1 Wnt信號(hào)通路 Wnt的命名來源于兩種同源的基因組合，分別為果蠅片段極性基因和鼠原位基因。Wnt家族至少有19種的分泌型糖蛋白，且其在進(jìn)化上均表現(xiàn)出高度的保守性。Wnt通過與相應(yīng)的受體結(jié)合后主要激活三種信號(hào)，分別為 Wnt/β-catenin 信號(hào)途徑、Wnt/Ca2+途徑以及通過Jun氨基端激酶傳導(dǎo)的細(xì)胞極性通路。 Wnt/β-catenin 信號(hào)途徑是最為經(jīng)典的一種信號(hào)通路，Wnt通過與Frizzled受體及低密度脂蛋白相關(guān)的輔助受體結(jié)合，阻斷了β-catenin的磷酸化，從而使得細(xì)胞內(nèi)的β-catenin 數(shù)量的增加及累積，并與相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子相互作用以激活目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄。非經(jīng)典的Wnt信號(hào)包括Wnt/Ca2+途徑以及通過Jun 氨基端激酶傳導(dǎo)的細(xì)胞極性通路，此類信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生β-catenin，Wnt/Ca2+通路通過G蛋白和磷脂酶發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，并通過激活蛋白激酶 C 和鈣依賴磷脂酶調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的鈣濃度[11]；Jun氨基端激酶傳導(dǎo)的細(xì)胞極性通路主要在細(xì)胞胚胎的各階段發(fā)育過程發(fā)揮調(diào)控作用。

2.2 Notch信號(hào)通路 Notch信號(hào)通路一類進(jìn)化高度保守的細(xì)胞信號(hào)通路，其對多種生命活動(dòng)的關(guān)鍵調(diào)控作用貫穿于胚胎發(fā)育到成人各個(gè)時(shí)期，Notch信號(hào)通路的主要特點(diǎn)是通過細(xì)胞間的配體—受體相結(jié)合的方式激活、裂解等一系列的方式來啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而發(fā)揮作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)Notch信號(hào)通路對于調(diào)控和維持腫瘤干細(xì)胞的自我更新及增殖方面起到了重要的作用。除此之外，Notch信號(hào)通路還與腫瘤干細(xì)胞放療耐受、化療耐藥、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化等生物學(xué)事件密切相關(guān)[4]。

2.3 Hedgehog 信號(hào)通路 Hedgehog 信號(hào)通路最早是在黑腹果蠅體節(jié)發(fā)育的研究中發(fā)現(xiàn)的，后陸續(xù)地也在脊椎動(dòng)物中鑒定出來，其基因表現(xiàn)出較高的保守性，其編碼及分泌的相關(guān)蛋白質(zhì)在胚胎的發(fā)育、成熟中具有重要作用。后發(fā)現(xiàn)Hh 信號(hào)通路與腫瘤細(xì)胞的增殖、 凋亡、分化和侵襲等多種生物學(xué)行為也密切相關(guān)[12]。目前Hedgehog 家族中有三個(gè)已知的配體是SHH、IHH及DHH，在這些配體中，人類胃底腺中表達(dá)的SHH可以通過 Hh 信號(hào)通路的異?；罨偈筍HH 上調(diào)并導(dǎo)致癌變。此外，Ma 等對照研究發(fā)現(xiàn)在90 例胃癌標(biāo)本中，對照組正常組織標(biāo)本中沒有發(fā)現(xiàn)或低表達(dá)Ptch，而實(shí)驗(yàn)組卻在70%的胃癌標(biāo)本中檢測到 Ptch 的表達(dá)，且其表達(dá)水平與胃癌細(xì)胞分化程度相關(guān)，這也表明胃癌細(xì)胞的分化可能與Hh的信號(hào)表達(dá)之間存在關(guān)聯(lián)。

2.4 BMP信號(hào)通路 BMP(Bone morphogenetic protein)的命名是因其具有誘導(dǎo)骨形成的作用，且對調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化起到關(guān)鍵作用。BMP是轉(zhuǎn)化生長因子中最大的蛋白家族，包括40多個(gè)轉(zhuǎn)化生長因子，其中有BMP-2、BMP-6、BMP-7等，它們不僅具有誘導(dǎo)成骨的作用，而且參與了全身所有組織系統(tǒng)的胚胎發(fā)育、分化與成熟過程[13]。BMP信號(hào)通路的傳遞主要通過配體BMP與細(xì)胞膜上的絲氨酸/蘇氨酸激酶受體特異性結(jié)合，使得Ⅱ型受體活化后將信號(hào)傳遞給細(xì)胞內(nèi)的Smad分子，活化的Ⅰ型受體進(jìn)一步磷酸化Smad蛋白，促使Smad分子從細(xì)胞膜受體上脫離下來，并在胞質(zhì)內(nèi)結(jié)合后進(jìn)入細(xì)胞核。在細(xì)胞核內(nèi)，Smad多元復(fù)合物在其他DNA結(jié)合蛋白的參與下作用于特異的靶基因，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。BMP-2可以使 DNA 合成前期細(xì)胞增加，而且使DNA合成期的細(xì)胞減少；并且在彌漫型胃癌中研究發(fā)現(xiàn)，BMP-2的表達(dá)可以抑制細(xì)胞的增殖。研究發(fā)現(xiàn)，在巨噬細(xì)胞與胃癌細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，巨噬細(xì)胞可通過 TGF-β/BMPs 通路上調(diào)胃癌細(xì)胞侵襲相關(guān)基因的表達(dá)而提高胃癌的侵襲能力，抑制 TGF-β/BMPs 通路則下調(diào)胃癌細(xì)胞侵襲相關(guān)基因的表達(dá)及胃癌的侵襲能力。

3 乙醛脫氫酶1

ALDH1是乙醛脫氫酶的一種同工酶，可以催化細(xì)胞內(nèi)的乙醛氧化成為乙酸、視黃醇(維生素A)氧化成為維A酸(RA)的一種細(xì)胞溶質(zhì)酶。2007年，GINESTIER等首次利用 ALDH1 在乳腺癌組織中發(fā)現(xiàn)乳腺癌干細(xì)胞，之后ALDH1 也被證明存在于其他實(shí)體瘤，如肺癌、頭頸部腫瘤、結(jié)腸癌等[14]。目前，ALDH1除了在正常的造血干細(xì)胞中高度表達(dá)以外，也成為了多種惡性腫瘤細(xì)胞的表面標(biāo)志物，如乳腺癌[15]、肺癌等[16]。研究者發(fā)現(xiàn)將低劑量的ALDH1陽性和陰性兩種腫瘤細(xì)胞同時(shí)注射在不同的裸鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ALDH1陽性的裸鼠體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞可以生長增殖，而陰性的腫瘤細(xì)胞沒有這種能力；ALDH1陽性的肺癌細(xì)胞可以產(chǎn)生ALDH1陽性與陰性的混雜細(xì)胞群，而ALDH1陰性的細(xì)胞只能產(chǎn)生ALDH1陰性的細(xì)胞群，這說明ALDH1陽性的細(xì)胞更具有自我更新及分化的能力；ALDH1高度表達(dá)后，其對鉑類的化療藥物的耐藥性大大增加?？偟膩碚f，ALDH1陽性的細(xì)胞較陰性的而言，其更具有腫瘤干細(xì)胞的特征，主要表現(xiàn)為：自我更新、多向分化、高致瘤性和對化療藥的耐藥性等特征[17]。

4 胃巨噬細(xì)胞

在胃癌腹腔轉(zhuǎn)移的大網(wǎng)膜乳斑模型中，得到了較初次注射的胃癌細(xì)胞更為明顯的干細(xì)胞特征的胃癌細(xì)胞。因此現(xiàn)在研究者普遍認(rèn)為胃癌細(xì)胞的選擇性定值點(diǎn)為乳斑，也是胃癌細(xì)胞腹腔轉(zhuǎn)移的第一站。乳斑之所以作為定值點(diǎn)不僅由于其豐富的血液供應(yīng)，為胃癌細(xì)胞提供了營養(yǎng)支持，而且在于間皮細(xì)胞內(nèi)VEGF的高度表達(dá)。乳斑內(nèi)含有大量的免疫細(xì)胞，且主要由巨噬細(xì)胞構(gòu)成，然而在大網(wǎng)膜乳斑模型中，初期胃癌細(xì)胞的減少而后期胃癌細(xì)胞的增多說明了巨噬細(xì)胞對胃癌細(xì)胞的殺傷是具有選擇性的，也證實(shí)了胃癌干細(xì)胞不僅能夠在乳斑中存活，而且可以生長增殖成為更大的轉(zhuǎn)移灶。巨噬細(xì)胞是一種MHC非限制的抗腫瘤免疫的天然免疫細(xì)胞類型，其對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：巨噬細(xì)胞的直接殺傷作用，例如釋放溶酶體直接殺傷腫瘤細(xì)胞；抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的毒作用，例如PWM等；釋放殺傷腫瘤細(xì)胞的效應(yīng)分子，例如TNF-α及NO等；T淋巴細(xì)胞的活化殺傷及NK細(xì)胞的抗腫瘤作用。研究表明，巨噬細(xì)胞在不同細(xì)胞因子的激活下可以向不同的方向進(jìn)行極化[18]，例如在IFN-y及LPS的作用下巨噬細(xì)胞可以向M1方向極化，從而具有抗腫瘤細(xì)胞的功能；在IL-6的作用下，巨噬細(xì)胞可以向M2方向極化，從而具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長的功能。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMS)在大多數(shù)的文獻(xiàn)主要指的是M2型的巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞通過多種途徑募集到腫瘤微環(huán)境(Tumor microenvironment，TME)中，又被多種因素影響最終極化為TAMs，它促進(jìn)了胃癌細(xì)胞的侵襲及促血管生成能力, 進(jìn)而促成了癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移性播散[19]。

綜上所述，胃巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)化是否與ALDH1的高度表達(dá)之間存在密切聯(lián)系？例如：ALDH1高度表達(dá)的細(xì)胞是否可以影響胃巨噬細(xì)胞向不同的方向極化，從而影響胃巨噬細(xì)胞的殺傷功能？ALDH1的生物學(xué)功能是否可以減輕巨噬細(xì)胞對胃癌細(xì)胞的殺傷能力？目前來說，胃癌干細(xì)胞的復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致胃癌患者死亡的最重要的原因，如何統(tǒng)一胃癌的標(biāo)志物，又如何提高腹腔內(nèi)游離癌細(xì)胞的檢出率，以及如何指導(dǎo)臨床的治療手段是目前治療胃癌的一項(xiàng)難題。相信通過對ALDH1及胃癌干細(xì)胞逃逸胃巨噬細(xì)胞殺傷作用及其機(jī)制的研究，定會(huì)讓我們對胃癌的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移及治療有更深的理解。