腫瘤干細胞與腫瘤治療

關鍵詞腫瘤干細胞靶向治療ABC轉運蛋白藥物作用耐藥

1997年，John Dick第1次從白血病細胞中分離出了癌干細胞^[1]。隨后，許多實體瘤干細胞相繼被發現。2003年，Michael Clarke博士成功地在乳房瘤中找到了癌干細胞。隨著對干細胞的不斷深入研究，人們對腫瘤的發生機制進行了重新審視，在造血系統、腦組織、肺部、乳腺等部位的腫瘤中發現的極少量與干細胞非常類似性的細胞，被稱為腫瘤干細胞，它們有可能是腫瘤的起源細胞，而且也可能是腫瘤轉移、復發的根源，是腫瘤對化療和放療不敏感的重要原因。因此，探討腫瘤干細胞及其藥物作用的影響，對于腫瘤疾病的徹底治愈將有很大的啟發。

干細胞與腫瘤干細胞

干細胞（stem cell）是一類具有自我更新和向多種細胞分化潛能的細胞，它可以分為胚胎干細胞（ESC）、成體干細胞（somatic stem cell）、誘導多功能干細胞（IPS）等。干細胞在動物體內的存在是廣泛的，先后已在多種組織和器官中發現了各種類型的干細胞，如在畸胎瘤細胞、桑椹球細胞、囊胚內細胞團、擬胚體細胞、生殖原基細胞中發現了胚胎干細胞；在骨髓、血液和外周血、肌肉和韌帶、脂肪、臍帶及臍帶血、胎盤和羊水、骨和軟骨、神經、皮膚、內皮祖、肝臟、胰腺、小腸黏膜、垂體、成人睪丸等部分發現了成體干細胞；在胎兒肺部、皮膚等部位發現了誘導多功能干細胞；而且在各種腫瘤中也相繼發現了腫瘤干細胞，如急性髓樣白血病、慢性髓系白血病、乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、肺癌、腦癌、結腸癌、胰腺癌等。

腫瘤干細胞（TSCs）是一種特殊類型的干細胞，具備高度的增殖能力和自我更新能力，也具備多向分化的潛能。它可以通過不均一分裂產生兩個細胞，一個形成新的具相同特征的腫瘤干細胞，另一個走向分化，可分化為各種類型的干細胞。而在實際情況中，TSC的分裂方式是根據它所處的組織器官的生理和病理狀態而定的。當需要進行器官修復和組織更新時，就只需要采用分化的分裂方式；當僅需要維持干細胞的存在，就只需要進行產生干細胞的分裂方式；當兩者都需要時，這兩種分裂方式都存在。

腫瘤干細胞的產生

干細胞理論指出，正常干細胞對人體起著損傷修復等正常的生理機能，增值的過程中會發生異常的分化現象。正常細胞在各種致癌因素的誘導下會發生基因突變而分化受阻，從而誘發腫瘤發生。各種致癌因素作用于正常的干細胞同樣也會導致多基因突變，癌基因激活，或抑癌基因失活。干細胞失去正常的調控而停留在分化的某一階段無限增殖，具癌細胞特性，突變形成腫瘤干細胞導致形成腫瘤。這些被誘導的細胞傾向于積累復制的正確，在多基因多步驟的基因變化進程中，腫瘤在多階段，多次打擊后產生。被誘導細胞所處的分化狀態可能也決定了腫瘤的惡性程度，細胞分化程度越低，產生的腫瘤惡性越高，反之細胞分化程度越高，則產生的腫瘤惡性越低，甚至只產生良性腫瘤。

腫瘤干細胞的特點

腫瘤干細胞具有以下特點：⑴自我更新性，是指一個細胞分裂為兩個細胞，但其中一個子代細胞仍然保持與親代細胞完全相同的未分化狀態；而另一個細胞則定向分化，這種分裂稱為不對稱分裂。癌干細胞通過自我更新維持著腫瘤的持續生長。癌干細胞積累了所在腫瘤的基因突變，正是這些基因突變導致了腫瘤細胞的過度增殖，乃至轉移播散，同時癌干細胞還具有轉移的能力；⑵高致瘤性，癌干細胞的致瘤性因腫瘤種類不同差別較大，主要從兩個方面進行評價：①癌干細胞在體外克隆形成的能力；②癌干細胞在免疫缺陷細胞動物體內的腫瘤形成能力。⑶具有多向分化潛能，能夠重建相應組織所有的細胞成分。腫瘤干細胞能夠形成缺乏自我更新能力但具有分裂能力的子代細胞，生理狀態下稱為“分化”。腫瘤缺乏分化為表型正常的成熟細胞的能力，但能發生不同程度的有限的分化，從而形成組織病變學各異的腫瘤。⑷耐藥性，腫瘤治療的主要障礙是腫瘤細胞耐藥性的產生。未治愈或復發后的腫瘤對多種從未使用過的藥物也產生耐藥，從而使腫瘤治療的效果得不到顯著提高。對腫瘤耐藥發生機制的研究和尋找開發逆轉耐藥的藥物是當前值得研究的重要課題。耐藥性是癌干細胞的特征之一，因而不少報道認為癌干細胞耐藥性的存在是導致腫瘤化療失敗的主要原因。腫瘤細胞耐藥性形成的因素主要包括：藥物靶標的突變或過表達、使藥物失去活性以及使細胞內藥物減少等。目前對于腫瘤細胞耐藥產生的機制有4種模型：經典模型認為一個或多個腫瘤細胞獲得基因突變后產生耐藥，化療后這些耐藥的克隆仍然存活并增殖；第2種，腫瘤干細胞學說認為，腫瘤中存在的腫瘤干細胞表達ABC轉運蛋白，使得其天然具有抗藥性；第3種為“獲得性耐藥模型”，該模型認為腫瘤干細胞表達ABC轉運蛋白，能避免化療藥物的殺傷存活下來，之后獲得突變，從而產生耐藥性^[2]；第4種為“內源性耐藥模型”，該模型認為腫瘤中的干細胞和各種已分化的細胞均具有內在的耐藥性，故化療對它們作用不大或沒有作用，結果腫瘤無限生長。這四種模型都能單獨圓滿解釋腫瘤耐藥問題，因此腫瘤耐藥性的產生可能是多種因素綜合作用的結果。同時，由于干細胞多數處于靜息期，而大多數藥物主要作用于細胞周期或分裂期細胞，從而導致耐藥。

藥物對腫瘤干細胞的作用

ABC轉運蛋白抑制劑：第1代ABC轉運蛋白抑制劑（如維拉帕米、環孢菌素A）治療腫瘤特異性不強，效果不理想且有細胞不良反應^[3]。第2、3代ABC轉運蛋白抑制劑（PSC833、VX-710、GF120918、LY335979），體外實驗效果令人滿意，但是其臨床應用效果并不令人滿意。ABC轉運蛋白抑制劑效果不理想原因可能是多方面的：①判斷標準有偏差，目前衡量藥物對腫瘤的療效是通過腫瘤縮小程度來衡量的，而根據干細胞理論，腫瘤干細胞在腫瘤中只占極少的部分；②可能沒有找準轉運蛋白的作用靶點。如Hirschmann-Jax C等表明干細胞過表達ABCG2，而非ABCB1。③腫瘤蛋白轉運體種類較多，且活性相互之間有一定的重疊，轉運蛋白抑制劑如果只針對一種轉運體不能完全阻止耐藥的產生。④ABCB1與其他化療藥物相互作用而影響了其藥代動力學。⑤所試驗的ABC抑制劑有可能并沒有有效的殺傷腫瘤干細胞。雖然ABC轉運蛋白抑制劑現在并沒有取得較好的效果，但是它作為治療腫瘤的一種根本方法不可忽視。

靶向抑制：影響BCR-ABL腫瘤蛋白穩定性的HSP90抑制劑與伊馬替尼聯合應用可以克服突變細胞株的耐藥，并顯示對慢性髓性白血病（CML）干細胞的抑制效應，對BCR-ABL陽性白血病的治療很有潛力。腫瘤細胞中與細胞增殖、抗凋亡相關的多種激酶、生長因子受體和轉錄因子都屬于HSP90的作用底物，它們的分子構象的成熟及穩定均依賴于HSP90的分子伴侶功能。Peng等利用CML小鼠建立模型，證明HSP90抑制劑IPI-504可以靶向抑制CML干細胞。OtsukiT等利用HSP90抑制劑和伊馬替尼聯用對BCR-ABL陽性的白血病顯示出良好的效果^[4]。

細胞周期抑制：卡莫司汀（BCNU）是烷化類抗癌藥，具有較高的脂溶性，易通過血腦屏障，是腦腫瘤的經典化療藥物。楊智勇等利用卡莫司汀作用于體外培養的腦腫瘤干細胞，通過干擾S期DNA的合成，表現出明顯的抑制作用，但有一定的耐藥性^[5]。

丙戊酸鈉（VPA）能夠通過上調p21WAF1的表達，阻滯MUTZ-1細胞于G0/G1期，最終抑制腫瘤細胞的增殖并誘導其凋亡。

展望

目前對于腫瘤干細胞的治療，許多問題還有待于解決。要有效的靶向腫瘤干細胞，可以考慮以下幾個方面：①因為腫瘤干細胞要維持自身的穩態，因此要深入研究調節腫瘤干細胞自我更新的信號通路和微環境，特別是腫瘤干細胞和正常的細胞所不同的調節機制。可采用破壞為癌干細胞提供養分和保護的微環境，抑制增殖和成瘤的能力，或者抑制癌干細胞信號通路和相關酶的活性，削弱其增殖能力。②研究腫瘤干細胞特殊的表面標志物，才能明確靶向腫瘤干細胞。③需要進一步研究腫瘤干細胞的分化機制，控制其分化的過程，如誘導其分化，消耗其分裂潛能，從而達到抑制腫瘤發展的目的。④誘導凋亡，可以用靶向性病毒載體攜帶促凋亡基因誘導癌干細胞進入凋亡程序，達到清除癌細胞的目的。⑤增加癌干細胞對放療和化療的敏感性，抑制其抗性相關蛋白的表達，才能提高放化療的有效率。

由此可以看到，隨著人們對腫瘤干細胞認識的不斷深入，對其致癌、抗藥機理進行透徹研究，選擇有效地藥物和治療方法來治愈癌癥將成為可能。

參考文獻

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

2Reya T，Taga T，Kondo T.Cancer stem cells persist in many cancer cell lines[J].Cancer Res，2005，65（14）：6207-6219.

3Gottesman MM，Fojo T，Bates SE.Nature Rev Cancer，2002，2：48-58.

4Otsuki T，Sakaguchi H，Hatayama T，et al.Effects of an HMG-CoA reductase inhibitor，simvastatin，on human myeloma cells[J].Oncol Rep，2004，11（5）：1053-1058.

5楊智勇，黃曉斌，范壽成，等.卡莫司汀對人腦腫瘤干細胞增殖及細胞周期的影響[J].實用醫學雜志，2008，17（24）：2933-2936.