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易彤波 三甲
易彤波 主任医师
泰州市人民医院 甲状腺乳腺外科

乳腺癌的“根”-乳腺癌干细胞:从基础到临床

        易彤波宋军2 武正炎3  

1.扬州大学附属泰州市人民医院乳腺外科,江苏 泰州  2253002.徐州医学院附属医院普外科,江苏 徐州  2210023.江苏省人民医院乳腺外科,江苏 南京 210008泰州市人民医院甲状腺乳腺外科易彤波

 

肿瘤起源细胞是肿瘤的致瘤细胞, 而其他的细胞不具有致瘤性。通过手术、化疗, 放疗等传统方法杀死肿瘤细胞后, 肿瘤还会复发, 其根本原因是没有完全杀死肿瘤的起源细胞(即肿瘤干细胞)。肿瘤干细胞学说的提出为研究肿瘤发病机制及根治恶性肿瘤的方法指出新的方向,可能是攻克人类肿瘤新的突破点。本文就乳腺癌干细胞从基础到临床的研究进展作一综述。

1.乳腺癌干细胞

1.1 乳腺癌干细胞的特征与意义

    2003年, Al-Hajj等人在原发性乳腺癌的组织中分离出具有CD44 + /CD24/Lin表面标志的一小部分细胞(约占总体肿瘤细胞的2%),将100个这样的细胞移植入NOD/ SCID重症联合免疫缺陷小鼠的乳腺中就可以形成肿瘤,而且具有所有原发肿瘤的组织病理学特征,且仍含有1% ~5%的CD44 + /CD24 - /Lin细胞[1] 。而用20000个没有此表型特征的肿瘤细胞接种不能形成肿瘤,因此说明乳腺癌可能是通过乳腺癌干细胞起源而来的。此实验显示乳腺癌细胞功能各异, 但仅有少数的肿瘤起始细胞在移植到NOD/SCID 鼠体内形成肿瘤。乳腺癌肿瘤起始细胞能够形成肿瘤的其他细胞成分,此种能力与乳腺成体干细胞具有相似的特点。在研究中发现一个成熟细胞向肿瘤细胞转变必须具备3 种条件: ①具有不断增殖的能力。②长期生存的能力。③发生错误突变的机会。在正常细胞群中只有干细胞具有这种能力, 因此猜想乳腺成体干细胞来源于干细胞。如果分离得到乳腺肿瘤干细胞, 就可以通过其表面特异的标志物或异常表达的标志物, 检测体内是否残留有肿瘤干细胞, 同时把乳腺癌干细胞作为靶细胞, 建立乳腺癌干细胞模型,为乳腺癌研究奠定细胞学基础,进而为手术、放化疗提供指导性治疗模型[2]

 

1.2 可能的乳腺癌干细胞激素受体状态

乳腺癌亚型至少包括两种不同的细胞表型,基底样型和导管型。因此推测认为不同的乳腺癌亚型可能经历不同的干细胞群突变而来。已经研究发现了具有干细胞样特征的不同表型的候选细胞。一些具有干细胞样特征的候选细胞为ER+。事实上,ER+的干细胞对于维持成体乳腺的腺体动态平衡有重要的作用[3]。仍而,研究表明在乳腺组织中残存的ER-的干细胞可能代表了更加原始的乳腺干细胞。最近研究表明乳腺的重构细胞是ER-和PR-的细胞[4]。实验表明BRCA1在人乳腺ER-的干细胞/祖细胞转变为ER+导管上皮细胞中发挥了作用[5]。去除BRCA1能阻止ER-的干细胞转变为ER+的祖细胞。BRCA1基因的杂合性突变易导致妇女罹患缺乏ER、PR、HER2表达的基底样型的乳腺癌和卵巢癌[6]。但是超过2/3的乳腺癌是ER+的细胞表型且这些肿瘤大多数是依赖雌激素生长的,因此能使用内分泌治疗发挥抗肿瘤作用[7]。一种乳腺肿瘤起源模型认为是ER+的乳腺肿瘤来源于ER+干细胞或ER+早期或晚期祖细胞,ER-的乳腺肿瘤来源于更加原始的ER-的干细胞[8]。而别的模型认为很少分裂且同时对于内分泌治疗有抵抗作用的ER-干细胞能产生短暂的过渡性的ER+干细胞,进而产生ER+的分化细胞。因此,进一步确定乳腺癌干细胞激素受体状态对于通过激素受体状态选择治疗疾病的方法及判断预后有重要的作用。

 

1.3 自我更新与分化的信号调节途径

    信号调节途径如Hedgehog(Hh),Wnt/β-catenin,Notch途径在胚胎与器官发育中发挥着作用,同时通过对干细胞自我更新与分化之间平衡的调节而对成体组织的维持也有重要作用。在乳腺组织中以上三条信号途径对于干细胞的自我更新有重要作用,因此代表了对乳腺癌干细胞有治疗作用的潜在靶点。

    Hedgehog(Hh)信号通路在动物胚胎发育过程中调节细胞间的相互作用,对于胚胎发育和细胞命运的决定有重要的作用。PITCH膜蛋白作为信号分子Hh家族的受体与早期胚胎性肿瘤的发生有密切的关系[9]。这一信号途径的异常改变与包括乳腺、前列腺和肺部肿瘤的发生有关。

转基因老鼠模型实验研究发现干细胞中Wnt信号通路的活化能导致上皮性肿瘤的发生[10]。老鼠乳腺中Wnt的过表达能导致乳腺肿瘤的发生增加[11]。在乳腺干细胞中转入Wnt-1基因的小鼠乳腺SP细胞比例由0.5%-2%上升2-3倍,转入β-catenin上升9倍。以上说明Wnt信号通路与β-catenin能上调干细胞向肿瘤干细胞的转化能力。

    Notch家族作为跨膜信号蛋白在干细胞和早期祖细胞中表达,通过与邻近细胞上的Notch配体相互作用,调节细胞的生长分化[12]。Notch-4对于乳腺的正常发育有重要作用,研究发现过表达的Notch-4在体外能抑制乳腺上皮细胞的分化,在体内能抑制正常乳腺的发育而促进乳腺肿瘤的生长[13,14]。这表明Notch-4信号途径的改变能使健康的干细胞转化为肿瘤干细胞。此外,在乳腺球囊形成过程中有Notch家族成员的表达,Notch配体能影响正常乳腺细胞的自我更新与分化能力,说明Notch信号调节途径可能在乳腺癌的发生、发展中起作用[15]

 

2. 针对乳腺癌干细胞的靶向治疗

   目前抗肿瘤治疗针对的是肿瘤中的大多数普通肿瘤细胞,而肿瘤中的绝大多数细胞不具有肿瘤源性, 靶向这些细胞的治疗虽能使肿瘤缩减,但效果是短暂的,肿瘤干细胞在治疗后仍然持续存在并且重新形成肿瘤,常导致复发和转移,使治疗失败。为此今后的研究方向可通过分化乳腺癌干细胞、靶向分子信号途径或通过免疫治疗清除乳腺癌干细胞,从而达到根治乳腺癌的目的。

 

2.1 靶向癌干细胞的分化治疗

    靶向性治疗癌干细胞的方法之一可通过诱导癌干细胞分化。靶向癌干细胞池诱导分化能使得癌干细胞失去自我更新能力,癌干细胞表型特征以及癌干细胞的维持能力的丧失。临床治疗使用的一种分化治疗药物是全反视维甲酸[16]。全反视维甲酸与维生素A类似物能促进上皮细胞分化以及通过调节信号传导逆转肿瘤的生长。在全反视维甲酸治疗基础上使用化疗应用于急性早幼粒细胞白血病和实体肿瘤的治疗中[17]。最近研究发现骨形态发生蛋白-4可作为一种非细胞毒性的效应子阻断人恶性胶质瘤的致瘤性[18]。这种治疗性药物能通过减少细胞增殖以及在干细胞样肿瘤发生前体中诱导神经分化标记的表达而发挥作用。根据骨形态发生蛋白-4在一些乳腺肿瘤中的作用,这些研究为进一步研究骨形态发生蛋白-4对于乳腺肿瘤的分化治疗提供了有益的探索[19]

 

2.2 靶向分子信号途径及药物转运体

    Notch-4的抗体在体外研究发现能阻断来源于人体乳腺干细胞的球囊形成[20]。这些研究表明有可能在乳腺癌病人中使用这种抗体能阻断乳腺癌干细胞自我再生的能力,为使用其它信号途径抗体清除乳腺癌干细胞开辟了新疗法。ABC转运体如乳腺癌多药耐药蛋白及多药耐药相关蛋白的高表达既是干细胞的特征也是肿瘤干细胞的特点[21]。这些转运体为防止外来异型生物质毒素的危害提供保护机制,同时也能部分阐明肿瘤干细胞对于传统治疗方法的耐药抵抗。叶绿素分解代谢产物脱镁叶绿酸作为乳腺癌多药耐药蛋白转运体特异性的探针能抑制乳腺癌多药耐药蛋白转运体的药物泵出特性[22]。因 此 , ABC转运体抑制剂和化疗联合使用能增强化疗药物对于癌干细胞的杀伤作用[23]。ABC转运体抑制剂也能抑制正常干细胞,导致对于骨髓的潜在毒性和维持正常血脑屏障功能的影响[24]。然而,有效的靶向这些信号分子对于解除癌干细胞对传统治疗方法的抵抗非常有意义。

 

2.3 靶向乳腺癌干细胞的免疫治疗

    有关乳腺癌现有证据表明免疫系统与肿瘤的免疫监视,肿瘤进展时的免疫受损以及对于肿瘤的识别和清除有关。树突状细胞是先天性免疫和体液免疫及细胞免疫应答过程中的中心环节。对于乳腺癌,研究发现乳腺肿瘤中树突状细胞和淋巴细胞浸润与良好的预后及生存期长有关,不管肿瘤大小如何。因此,树突状细胞功能受损与肿瘤进展有关。乳腺癌能诱导循环中的树突状细胞凋亡,但这一过程随着树突状细胞脱离肿瘤环境而能被逆转[25]

    以树突状细胞为基础的疫苗策略包括不同的方法,总的分为两大类:抗原确定性疫苗和多价疫苗[26]。在老鼠模型上通过靶向单一肿瘤抗原的疫苗获得了一些成功。使用以树突状细胞为基础、特异性靶向单一分化肿瘤抗原HER2的疫苗能在老鼠模型上防止自发性乳腺肿瘤的生长[27]。这种疫苗能诱导产生抗HER2抗体和T细胞γ-干扰素的表达。靶向单个抗原的免疫疗法可能对于潜在的与肿瘤起源或肿瘤转移有关的细胞无效,因而远期效应是有限的。为避免这些问题,同时靶向几个抗原表位的多价疫苗可能成为有效的治疗方法。

    靶向癌干细胞可能使免疫治疗获得持久的临床效果。为了达到这个目的,必须识别和靶向在癌干细胞上表达而在正常干细胞上不表达的特异性抗原。而目前还没有发现这类抗原。因此,在乳腺癌干细胞上识别尽可能多的抗原以此为基础形成靶向这些抗原的多价疫苗。乳腺球囊形成中表达的ESA、CK5和CD49f可能成为识别或靶向乳腺癌干细胞的标记[28]。另一个作为识别或靶向乳腺癌干细胞的分子标记是CD44,它通常被作为从CD44+CD24-/lowlin-及ESA+ 细胞中筛选、纯化和富集乳腺癌干细胞[1]。研究发现乳腺癌含有CD44+CD24low表型的癌干细胞,而脑、前列腺及结肠癌中为CD133+表型的癌干细胞,但乳腺癌中无此表型癌干细胞[29]。重要的是这两类癌干细胞均表达干细胞相关抗原Oct4、Notch1、Aldh1、Fgfr1及Sox1。这些研究表明尽管癌干细胞可能是异质性的,但它们却可能有一些共同的特性如表达干细胞调节基因、细胞表面标记、球囊形成及致瘤性,可作为癌干细胞的靶标加以研究[30]

    理解乳腺癌干细胞的生物学特性将有助于我们更好地靶向治疗之。此外,靶向普遍存在的肿瘤相关抗原如人端粒逆转录酶和凋亡抑制蛋白的免疫疗法与靶向特异性的干细胞相关抗原疗法相结合,将更为有效地对肿瘤进行靶向治疗[31]。别的标记物和信号分子如Hh/Patched pathway、 ABCG2转运体可作为乳腺癌潜在的治疗靶标[24]

     乳腺癌干细胞的发展标志着对乳腺癌的研究进入了一个新的里程碑。乳腺癌干细胞是理解乳腺癌发生的关键,针对乳腺癌干细胞设计靶向治疗, 通过杀死乳腺癌干细胞,将使未来乳腺癌临床治疗水平的提高发生革命性变化。杀灭乳腺癌干细胞或诱导其分化,才有可能彻底的治愈乳腺癌。

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易彤波
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