張金龍，錢海利，林晨，李貴新

·綜述·

腫瘤干細(xì)胞靶向治療研究進(jìn)展

張金龍，錢海利，林晨，李貴新

腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cell，CSC）是存在于腫瘤組織中的一小部分具有干細(xì)胞性質(zhì)的細(xì)胞群體，它具有自我更新的能力，是形成不同分化程度腫瘤細(xì)胞和腫瘤不斷擴(kuò)大的源泉?，F(xiàn)有治療腫瘤的方法主要是針對腫瘤組織內(nèi)的大多數(shù)細(xì)胞，而不是腫瘤干細(xì)胞。即使 99.99% 的腫瘤細(xì)胞被殺死，但只要有 0.01% 的腫瘤干細(xì)胞存在，仍然會造成腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。因此，腫瘤生物學(xué)研究的最新觀點(diǎn)認(rèn)為治愈腫瘤的關(guān)鍵在于殺滅腫瘤干細(xì)胞，也由此掀起了針對腫瘤干細(xì)胞靶向治療的熱潮。隨著研究的深入，腫瘤干細(xì)胞靶向治療的觀點(diǎn)越來越被人們所接受，其特性及作用機(jī)制也逐漸被人們所認(rèn)識，進(jìn)而研發(fā)出許多針對腫瘤干細(xì)胞的靶向治療藥物。因此，本文就目前腫瘤干細(xì)胞的靶向治療作一綜述。

1 腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

1997 年，Bonnet 和 Dick[1]用流式細(xì)胞儀和非肥胖型糖尿病/重癥聯(lián)合免疫缺陷型小鼠（NOD/SCID）模型系統(tǒng)研究白血病干細(xì)胞。他們根據(jù)細(xì)胞的表面標(biāo)記將急性髓細(xì)胞白血病（acute myeloid leukaemia，AML）患者的骨髓細(xì)胞分離出多種亞型并移植到 NOD/SCID 小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)只有Thy–CD34+CD38–標(biāo)記的細(xì)胞亞群能夠在小鼠體內(nèi)成活并引起相同的白血病，被命名為 SCID 白血病起源細(xì)胞（SCID leukemia-initiating cells，SL-IC），由此提供了白血病干細(xì)胞存在的直接證據(jù)。Dontu 等[2]從乳腺癌細(xì)胞中分選出ESA+CD44+CD24–/low的細(xì)胞群，只需 200 個(gè)此類細(xì)胞就能在 NOD/SCID 小鼠體內(nèi)形成移植瘤，并且可在乳腺脂肪板內(nèi)連續(xù)傳代，確認(rèn) ESA+CD44+CD24–/low細(xì)胞是乳腺癌起源的腫瘤干細(xì)胞。隨后，人們陸續(xù)從多發(fā)性骨髓瘤、惡性黑色素瘤、肺癌、前列腺癌及胰腺癌中分選出腫瘤干細(xì)胞[3]。

2 腫瘤干細(xì)胞的特性

腫瘤干細(xì)胞與正常干細(xì)胞具有許多共性，但是正常成人干細(xì)胞其增殖及自我更新的活性機(jī)制是受嚴(yán)格調(diào)控的，而腫瘤干細(xì)胞的增殖過程中正常遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制失衡。許多調(diào)控正常干細(xì)胞生長和增殖的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)鍵分子途徑在腫瘤干細(xì)胞中發(fā)生突變或異常表達(dá)，如：Hedgehog（Hh）、Wnt/β-catenin、Notch、Bmi-1、Hox、Oct3/4 及 TGF-β[4]。此外，腫瘤干細(xì)胞具有 3 個(gè)重要特征：①自我更新能力。自我更新能力使其能夠進(jìn)行對稱分裂和不對稱分裂。對稱分裂可以生成兩個(gè)分化的子代細(xì)胞或者兩個(gè)干細(xì)胞。不對稱分裂可生成一個(gè)分化的子代細(xì)胞和一個(gè)干細(xì)胞。自我更新能力使腫瘤干細(xì)胞保持分化為前體細(xì)胞的能力。②多分化潛能。多分化潛能使腫瘤干細(xì)胞能夠產(chǎn)生大量異質(zhì)性細(xì)胞，進(jìn)而形成腫瘤。Hurt 等[5]從乳腺癌細(xì)胞株 LNCaP 中分選出CD44+CD24–細(xì)胞，該類細(xì)胞具有較高的成瘤性，并且表達(dá)Oct-3/4 和 Bmi-1 等維持自我更新的基因。③高增殖能力。在小鼠體內(nèi)需要注射數(shù)以百萬計(jì)的普通腫瘤細(xì)胞才能成瘤，而僅注射 100 個(gè)腫瘤干細(xì)胞就可成瘤[6]。

3 腫瘤干細(xì)胞的耐藥機(jī)制

腫瘤干細(xì)胞導(dǎo)致的耐藥是腫瘤化療失敗和復(fù)發(fā)的根源。腫瘤干細(xì)胞的耐藥機(jī)制有多種，與其本身具有的以下特征密切相關(guān)：①表達(dá)多藥耐藥蛋白；②多處于靜息期；③有效的DNA 修復(fù)；④凋亡逃逸[7]。

目前認(rèn)為由內(nèi)在性 ABC（ATP binding cassette）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族介導(dǎo)的多藥耐藥是最重要、最關(guān)鍵的途徑。ABCB1、ABCC1 和 ABCG2 是從腫瘤組織中分離出來的最基本的腫瘤多藥耐藥基因。ABCG2 是最近發(fā)現(xiàn)的 ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是具有廣泛底物作用的特異性外排泵，可識別帶正負(fù)電荷的分子、有機(jī)離子和硫酸鹽絡(luò)合物，是腫瘤干細(xì)胞主要的ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，且 ABCG2 在不同來源的腫瘤干細(xì)胞中均呈高表達(dá)，被認(rèn)為參與了腫瘤細(xì)胞的多藥耐藥。但上述 3 種轉(zhuǎn)運(yùn)分子在惡性黑色素瘤中并未起主要作用，ABCG2 在惡性黑色素瘤中的表達(dá)甚至為陰性。La Porta[8]研究發(fā)現(xiàn)，ABCB5 是人 P-gP 家族中與 ABCB1 及 ABCB4 類似的1 個(gè)成員，在惡性黑色素瘤干細(xì)胞中表達(dá)，并且在 CDl33+的亞群細(xì)胞中高表達(dá)，而且 ABCB5 能逆轉(zhuǎn) G3361 黑色素瘤細(xì)胞對阿霉素的耐藥。最近有研究在惡性黑色素瘤細(xì)胞中鑒定出兩種異構(gòu)體 ABCB5α 及 ABCB5β。

腫瘤干細(xì)胞池被認(rèn)為是處于靜息期腫瘤干細(xì)胞的調(diào)節(jié)器。腫瘤干細(xì)胞池有兩種類型：一種維持靜息期，另一種維持細(xì)胞的增殖狀態(tài)。眾所周知，腫瘤是在乏氧環(huán)境中生存，乏氧環(huán)境可以誘導(dǎo)產(chǎn)生 HIF1α 和 HIF2α。而這些 HIFs 又能夠影響細(xì)胞增殖[9]。例如：HIF1α 能夠抑制 c-myc 和mTOR，活化 p53，從而減弱細(xì)胞增殖；而 HIF2α 則可活化 c-myc 和 mTOR，抑制 p53，從而增強(qiáng)細(xì)胞增殖。因此，HIF1α、HIF2α 及其他分子的平衡有助于調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞靜息及增殖狀態(tài)。

DNA 損傷對一般腫瘤細(xì)胞是致命的。烷化劑如氮芥、卡莫司汀，它們破壞腫瘤細(xì)胞 DNA，廣泛用于惡性腫瘤的治療。但腫瘤干細(xì)胞具有較強(qiáng)的 DNA 修復(fù)機(jī)制，可以逃避烷化劑對其 DNA 的損傷[10]。而且因腫瘤干細(xì)胞具有凋亡逃逸機(jī)制使其具有較高的突變耐受性。

此外，腫瘤干細(xì)胞高表達(dá)抗凋亡基因，如：FLIP、BCL-2和 IAP 家族（XIAP、cIAP1、survivin）[11]，細(xì)胞凋亡能夠通過內(nèi)源性和外源性途徑清除受損的和潛在受損的細(xì)胞。

4 針對腫瘤干細(xì)胞的靶向治療

4.1 針對腫瘤干細(xì)胞耐藥機(jī)制的靶向治療

一系列臨床研究表明：在多種惡性腫瘤中，通過抑制腫瘤干細(xì)胞放化療耐藥的機(jī)制是可行的。抑制 ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族介導(dǎo)的多藥耐藥，可逆轉(zhuǎn)腫瘤干細(xì)胞對化療的耐受。惡性黑色素瘤干細(xì)胞中 ABCB5 的表達(dá)，使細(xì)胞對阿霉素耐藥[12-13]。但針對依賴 ABCB5 的藥物外排機(jī)制的單克隆抗體抑制劑[13]和 siRNA 介導(dǎo)的基因沉默[13]可以逆轉(zhuǎn)其耐藥性。ABCB5 基因沉默可以增加惡性黑色素瘤細(xì)胞對氟尿嘧啶和喜樹堿的敏感性。美國國立癌癥研究所（National Cancer Institute）通過一項(xiàng)藥物篩查表明，119 種抗癌藥物中有45 種是與 ABCB5 基因介導(dǎo)的化療抵抗有關(guān)[12]，并且對長春新堿耐藥的慢性髓細(xì)胞性白血病細(xì)胞中 ABCB5 基因擴(kuò)增，表達(dá)增強(qiáng)[14-15]。因此，進(jìn)一步的研究可以確定 ABCB5是否可以作為一個(gè)敏感的靶點(diǎn)，為臨床治療提供切實(shí)可行的針對腫瘤干細(xì)胞耐藥的靶向治療策略。

一項(xiàng)關(guān)于結(jié)腸癌的研究也得出了相似的結(jié)論。研究者首先用 IL-4 對 CD133+的腫瘤干細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理，5-Fu 和奧沙利鉑可加速該類細(xì)胞在體外及免疫缺陷小鼠體內(nèi)的凋亡[16]。

4.2 針對腫瘤干細(xì)胞表面標(biāo)志的靶向治療

Schatton 等[17]研制出小鼠抗人抗-ABCB5 單克隆抗體，可有效地抑制腫瘤的生長。而且，由腫瘤干細(xì)胞特異性抗體介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用同樣可以抑制腫瘤的生長。從而為進(jìn)一步研究針對腫瘤干細(xì)胞表面分子標(biāo)志的靶向治療提供了依據(jù)。CD133 也表達(dá)于惡性黑色素瘤干細(xì)胞，有研究者通過 shRNA 的介導(dǎo)敲除 CD133 基因，發(fā)現(xiàn)惡性黑色素瘤體外集落形成能力及活性降低，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)移力下降[12]。

CXCR1 是 IL-8 的受體，在乳腺癌干細(xì)胞中高表達(dá)，而 IL-8 能夠促進(jìn)乳腺癌干細(xì)胞增殖，同時(shí)增強(qiáng)其侵襲能力[18]。因此，Ginestier 等[19]用 CXCR1 小分子抑制劑-CXCR1 封閉抗體抑制 CXCR1，可以選擇性的減少乳腺癌干細(xì)胞體外及 NOD/SCID 小鼠體內(nèi)的表達(dá)。

CD44 由于在白血病、乳腺癌、結(jié)腸癌及前列腺癌中的腫瘤干細(xì)胞高表達(dá)而成為潛在的治療靶點(diǎn)。Jin 等[20]研究指出，應(yīng)用 CD44 單克隆抗體可以通過阻斷腫瘤干細(xì)胞的歸巢而消滅慢性粒細(xì)胞性白血病及急性骨髓性白血病中的白血病干細(xì)胞。

4.3 針對腫瘤干細(xì)胞生存微環(huán)境的靶向治療

微環(huán)境對于正常干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞的自我更新與分化都有調(diào)節(jié)功能。研究表明急性粒細(xì)胞白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）細(xì)胞表達(dá)的細(xì)胞黏附和細(xì)胞因子受體與 AML 的復(fù)發(fā)有關(guān)，提示除了 AML 細(xì)胞自身外，與微環(huán)境的相互作用對維持其生存也是至關(guān)重要的[21]。值得注意的是，在體外由黏附受體 VLA-4 介導(dǎo)的 AML 前體細(xì)胞與纖連蛋白的黏附可以促進(jìn)化療耐藥。而且 VLA-4 的過表達(dá)可以作為 AML 復(fù)發(fā)的一個(gè)預(yù)測因子。Hatfield 等[22]報(bào)道骨髓微血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的 IL-3 可引起 AML 胚細(xì)胞的增殖和凋亡的抑制。以上這些研究結(jié)果均表明 CSC 的存活依賴于其微環(huán)境，因此，靶向 CSC 生存所需的微環(huán)境成為腫瘤治療的又一種選擇。

4.4 針對端粒末端轉(zhuǎn)移酶的靶向治療

端粒末端轉(zhuǎn)移酶和端粒在細(xì)胞衰老或永生化過程中起決定性的作用[23]。端粒末端轉(zhuǎn)移酶活性的再活化與腫瘤的生長有關(guān)，是惡性腫瘤共有的一個(gè)特征。因此，一些臨床前及臨床研究證據(jù)認(rèn)為端粒末端轉(zhuǎn)移酶有望成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)。

最近，Marian 等[24]用端粒末端轉(zhuǎn)移酶抑制劑GRN163L 靶向惡性膠質(zhì)瘤（glioblastoma，GBM）干細(xì)胞，體外及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均顯示出良好的治療效果。GRN163L 能夠使 GBM 干細(xì)胞端粒縮短、降低增殖率，導(dǎo)致干細(xì)胞死亡。GRN163L 與替莫唑胺及放射治療聯(lián)合應(yīng)用能夠發(fā)揮協(xié)同作用，更有效地抑制 GBM 干細(xì)胞的生長。發(fā)揮協(xié)同作用的機(jī)制：一方面，在端粒末端轉(zhuǎn)移酶缺失的情況下，射線和替莫唑胺導(dǎo)致的 DNA 斷裂不能被修復(fù)；另一方面，替莫唑胺能夠啟動(dòng)惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞的自溶作用[25]，而 GRN163L能夠使該作用進(jìn)一步加強(qiáng)。此外，GRN163L 能夠通過血-腦脊液屏障，克服了常規(guī)抗腫瘤藥物的不足。

4.5 誘導(dǎo)分化

腫瘤分化療法是誘導(dǎo)腫瘤組織中的干細(xì)胞分化為子代細(xì)胞終末細(xì)胞，同時(shí)增加其對細(xì)胞毒藥物的敏感性。因此，分化療法有望成為靶向腫瘤干細(xì)胞的一種策略。Piccirillo 等[26]在人成膠質(zhì)細(xì)胞瘤模型中，用 BMP（bone morphogenetic protein）介導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞分化。將BMP4 投放給荷瘤鼠，誘導(dǎo)成膠質(zhì)細(xì)胞瘤分化，發(fā)現(xiàn) CD133+的腫瘤干細(xì)胞表達(dá)頻率明顯減少。將 BMP4 植入移植瘤小鼠體內(nèi)，與未治療對照組相比，腫瘤所造成損傷性減小，小鼠生存期更長。在成神經(jīng)管細(xì)胞瘤中，調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也可以誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞分化。Notch 通路抑制劑能夠去除成神經(jīng)管細(xì)胞瘤中的干細(xì)胞樣細(xì)胞[27]。非編碼 miRNA同樣可以調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞分化及其功能。

芳香烴受體（aryl-hydrocarbon receptor，AhR）是一種配體激活轉(zhuǎn)錄因子，在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中可能通過多種途徑起促進(jìn)作用。Hall 等[28]用外源性芳香烴受體激動(dòng)劑（TCDD、TCDBF）處理具有干細(xì)胞特征的大鼠乳腺癌細(xì)胞LA7，48 h 后，細(xì)胞形態(tài)發(fā)生明顯變化，分化為具有早期乳腺組織特征的細(xì)胞。表明外源性芳香烴受體激動(dòng)劑能夠誘導(dǎo)乳腺癌干細(xì)胞分化。

5 展望

腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)為闡明腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制提供了新的線索，也為惡性腫瘤治療的理念帶來了革命性的突破，為從根本上治愈惡性腫瘤提供了理論依據(jù)。但由于正常干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞具有相似的表型及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，在針對腫瘤干細(xì)胞靶向治療的時(shí)候，如何保護(hù)骨髓及胃腸道中的正常干細(xì)胞不受損害是亟待解決的難題。而且，現(xiàn)有的靶向治療藥物，大都具有明顯的毒副作用，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。因此，在靶向治療藥物達(dá)到最大治療效果的同時(shí)，如何最大程度地降低其毒副作用也將是腫瘤干細(xì)胞靶向治療的研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1] Bonnet D, Dick JE. Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat Med, 1997, 3(7):730-737.

[2] Dontu G, Al-Hajj M, Abdallah WM, et al. Stem cells in normal breast development and breast cancer. Cell Prolif, 2003, 36 Supp l:59-72.

[3] Spillane JB, Henderson MA. Cancer stem cells:a review. ANZ J Surg, 2007, 77(6):464-468.

[4] Polyak K, Hahn WC.Roots and stems: stem cells in cancer.Nat Med, 2006, 12(3):296-300.

[5] Hurt EM, Kawasaki BT, Klarmann GJ, et al. CD44+CD24(–) prostate cells are early cancer progenitor/stem cells that provide a model for patients with poor prognosis. Br J Cancer, 2008, 98(4):756-765.

[6] Huntly BJ, Gilliland DG. Leukaemia stem cells and the evolution of cancer-stem-cell research. Nat Rev Cancer, 2005, 5(4):311-321.

[7] Raguz S, Yagüe E. Resistance to chemotherapy: new treatments and novel insights into an old problem. Br J Cancer, 2008, 99(3):387-391.

[8] La Porta CA. Drug resistance in melanoma: new perspectives. Curr Med Chem, 2007, 14(4):387-391.

[9] Gordan JD, Thompson CB, Simon MC. HIF and c-Myc: sibling rivals for control of cancer cell metabolism and proliferation. Cancer Cell, 2007, 12(2):108-113.

[10] Johannessen TC, Bjerkvig R, Tysnes BB. DNA repair and cancer stem-like cells--potential partners in glioma drug resistance? Cancer Treat Rev, 2008, 34(6):558-567.

[11] Jin F, Zhao L, Zhao HY, et al. Comparison between cells and cancer stem-like cells isolated from glioblastoma and astrocytoma on expression of anti-apoptotic and multidrug resistance-associated protein genes. Neuroscience, 2008, 154(2):541-550.

[12] Frank NY, Margaryan A, Huang Y, et al. ABCB5-mediated doxorubicin transport and chemoresistance in human malignant melanoma. Cancer Res, 2005, 65(10):4320-4333.

[13] Elliott AM, Al-Hajj MA. ABCB8 mediates doxorubicin resistance in melanoma cells by protecting the mitochondrial genome. Mol Cancer Res, 2009, 7(1):79-87.

[14] Frank NY, Frank MH. ABCB5 gene amplification in human leukemia cells. Leuk Res, 2009, 33(10):1303-1305.

[15] Lehne G, Grasmo-Wendler UH, Berner JM, et al. Upregulation of stem cell genes in multidrug resistant K562 leukemia cells. Leuk Res, 2009, 33(10):1379-1385.

[16] Todaro M, Alea MP, Di Stefano AB, et al. Colon cancer stem cells dictate tumor growth and resist cell death by production of interleukin-4. Cell Stem Cell, 2007, 1(4):389-402.

[17] Schatton T, Murphy GF, Frank NY, et al. Identification of cells initiating human melanomas. Nature, 2008, 451(7176):345-349.

[18] Charafe-Jauffret E, Ginestier C, Iovino F, et al. Breast cancer cell lines contain functional cancer stem cells with metastatic capacity and a distinct molecular signature. Cancer Res, 2009, 69(4):1302-1313.

[19] Ginestier C, Liu S, Diebel ME, et al. CXCR1 blockade selectively targets human breast cancer stem cells in vitro and in xenografts. J Clin Invest, 2010, 120(2):485-497.

[20] Jin L, Hope KJ, Zhai Q, et al. Targeting of CD44 eradicates human acute myeloid leukemic stem cells. Nat Med, 2006, 12(10):1167-1174.

[21] Hazlehurst LA, Landowski TH, Dalton WS. Role of the tumor microenvironment in mediating de novo resistance to drugs and physiological mediators of cell death. Oncogene, 2003, 22(47):7396-7402.

[22] Hatfield K, Ryningen A, Corbascio M, et al. Microvascular endothelial cells increase proliferation and inhibit apoptosis of native human acute myelogenous leukemia blasts. Int J Cancer, 2006, 119(10):2313-2321.

[23] Dikmen ZG, Ozgurtas T, Gryaznov SM, et al. Targeting critical steps of cancer metastasis and recurrence using telomerase template antagonists. Biochim Biophys Acta, 2009, 1792(4):240-247.

[24] Marian CO, Cho SK, McEllin BM, et al. The telomerase antagonist, imetelstat, efficiently targets glioblastoma tumor-initiating cells leading to decreased proliferation and tumor growth. Clin Cancer Res, 2010, 16(1):154-163.

[25] Ulasov IV, Sonabend AM, Nandi S, et al. Combination of adenoviral virotherapy and temozolomide chemotherapy eradicates malignant glioma through autophagic and apoptotic cell death in vivo. Br J Cancer, 2009, 100(7):1154-1164.

[26] Piccirillo SG, Reynolds BA, Zanetti N, et al. Bone morphogenetic proteins inhibit the tumorigenic potential of human brain tumour-initiating cells. Nature, 2006, 444(7120):761-765.

[27] Frank NY, Schatton T, Frank MH. The therapeutic promise of the cancer stem cell concept. J Clin Invest, 2010, 120(1):41-50.

[28] Hall JM, Barhoover MA, Kazmin D, et al. Activation of the aryl-hydrocarbon receptor inhibits invasive and metastatic features of human breast cancer cells and promotes breast cancer cell differentiation. Mol Endocrinol, 2010, 24(2):359-369.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（30973447，30973471）

作者單位：100021 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院腫瘤研究所分子腫瘤學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（張金龍、錢海利、林晨）；261053 濰坊醫(yī)學(xué)院（張金龍、李貴新）

通訊作者：林晨，Email：clinwk@yahoo.com.cn

收稿日期：2010-05-13

DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2010.05.009