腫瘤轉移干細胞及其在腫瘤轉移中的作用機制

尹明麗，宋紅麗，沈中陽（天津市第一中心醫院器官移植中心，天津300192）

干細胞是一群具有自我復制和向多種細胞分化能力的細胞。在一定條件下，它可以分化成多種功能細胞。腫瘤干細胞（cancer stem cells，CSC）存在于多種實體的腫瘤組織中，腫瘤的轉移是影響惡性腫瘤患者預后的主要因素之一，也是惡性腫瘤患者死亡的主要原因［1］。隨著干細胞的研究，CSC的概念已經形成，其中具有轉移能力的CSC命名為腫瘤轉移干細胞（migrating cancer stem cells，MCSC）［2-3］。

1 CSC的概述

CSC是存在于腫瘤實體中的一小部分具有干細胞功能的細胞群體，它是腫瘤形成、進展和轉移的根源［4］。CSC 的來源仍不能完全定論，Amaral等［5］通過對尤文肉瘤患者和正常人的間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）與尤文肉瘤細胞的基因和細胞標志物進行比較得出：MSC是目前公認的最有可能的尤文肉瘤腫瘤細胞的來源。Shlush等［6］通過研究急性粒細胞白血病（acute myeloid leukemia，AML）細胞后認為，AML的初始細胞可能來源于造血干細胞。Mertins［7］證實了CSC確實存在。2003年，AI-Hajj等［8］從乳腺癌腫瘤標本中分離出CD44+/CD24-/Lin-/ESA+細胞，并將其移植到非肥胖糖尿病/重癥聯合免疫缺陷（nonobese diabetic/severe combined immunodeficient，NOD/SCID）小鼠乳腺的脂肪墊中形成腫瘤，該研究首次證實了實體CSC的存在。

2 MCSC

2.1 MCSC的概述：MCSC是指具有轉移能力的CSC。Bernards等［9］認為，某些腫瘤細胞在腫瘤形成的時候就通過內在和外在因素的影響造成遺傳性改變，獲得了轉移能力。Li等［4］認為，腫瘤的轉移是CSC的內在特性。Visvader等［10］也認為，腫瘤轉移是具有轉移能力的CSC內在特性的表現。從理論上推測MCSC是CSC的一個亞群［11］，利用觀察CD133標志物的方法，Hermann等［12］從胰腺癌腫瘤組織中分離出了CD133+的腫瘤細胞，做了體外增殖，得出CD133+的胰腺癌細胞是胰腺的CSC；又對CD133+胰腺癌CSC的不同亞群做了處理，說明CD133+CXCR4+細胞是胰腺癌的MCSC。Ma等［13］還發現，CD133+/ALDH+細胞較CD133-/ALDH-或CD133-/ALDH+具有更強的體內外成瘤能力，這也證實了MCSC是CSC的一個亞群。

2.2 MCSC的來源：一般認為，CSC來源于正常干細胞或祖細胞的累積突變后轉化，那么MCSC的來源有3種可能：① 與CSC同時起源；② CSC在原發癌中逐漸演變產生MCSC；③ CSC進入循環后演變為MCSC。Díez-Torre等［14］認為，原始胚芽細胞（primordial germ cells，PGCs）與轉移PGCs均表達基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）和組織抑制劑（tissue inhibitors of metalloproteinase，TIMPs），他們通過對mRNA的不斷研究發現，PGCs的mRNA表達式中表達MMPs和TIMPs，所有 的 PGCs高 表 達 MMP-2、MMP-9、MMP-11、MT1-MMP、TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3。而轉移PGCs的表達與PGCs有一定差異；在MMPs水平轉移 PGC 高表達 MMP-2（4.8 倍）、MMP-11（3.2 倍）、MMP-9（2.1倍），在TIMPs水平高表達TIMP-3（3.4倍）、TIMP-1（2.4倍）、TIMP-2（1.8倍）。由此可得出MCSC來源于CSC的逐漸演變。上皮細胞-間質細胞轉變（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和間質細胞-上皮細胞轉變（mesenchymal-epithelial transition，MET）在腫瘤的轉移過程中交替發生，完成轉移過程［15］。如果腫瘤細胞僅具有EMT功能而缺乏MET屬性，則能使腫瘤細胞局部擴展、蔓延，甚至進入循環中形成腫瘤細胞，但不能完成轉移過程［14］；阻斷腫瘤細胞的MET過程，能有效抑制乳腺癌的浸潤與轉移［16］。只有腫瘤細胞有效進入循環內，并具有MET特性，才可使腫瘤細胞完成轉移過程，因而MET可能是原發癌中一部分CSC具有的特性，或者是進入循環中才產生的特性［17］。故此推測，MCSC既可能是原發癌CSC演變的結果，也可能是CSC進入循環后演變的結果。

3 CSC在腫瘤轉移中的機制

3.1 腫瘤轉移的過程：早期檢測到血液循環腫細胞（blood circulating tumor cells，CTC），說明在腫瘤發生的早期轉移就已經出現［18］。肝癌轉移的過程是一個多環節、多階段的復雜過程，其中最重要的是肝癌細胞遺傳特性的改變，DNA的異常甲基化是肝癌細胞的重要特征之一［19］。經典的轉移過程包括以下幾個步驟［20］：① EMT使轉移腫瘤細胞突破基底膜；② 轉移腫瘤細胞從腫瘤組織分離；③ 轉移腫瘤細胞侵犯周圍組織；④ 轉移腫瘤細胞侵入已存在的或新生的血管和淋巴管；⑤ 轉移腫瘤細胞在脈管中行走；⑥ 穿出血管或淋巴管道；⑦ 轉移腫瘤細胞植入靶組織；⑧ 形成微轉移灶繼而形成繼發腫瘤細胞。

3.2 腫瘤轉移的相關機制

3.2.1 微小RNA（micro-RNA，miRNA）：MCSC的核酸存在變化，如miRNA。miRNA對CSC分化及自我更新能力的調節，已在乳腺癌干細胞（breast cancer stem cell，BCSC）、胰腺癌干細胞、前列腺癌干細胞及白血病干細胞（leukemia stem cell，LSC）中得到證實［21］。目前對miRNA的研究主要有：① miRNA是一類內源性非編碼小分子RNA，可經序列特異性翻譯抑制或mRNA裂解來調控基因表達，參與細胞發育、增殖、分化、凋亡等，約有1/3以上基因在轉錄后受其調控；多種miRNA通過調節靶基因參與肝細胞癌的細胞生物程序調控，間接發揮癌基因和抑癌基因的功能［22］。② miRNA-26a廣泛降低多種癌癥的轉移，高表達miRNA-26a顯著抑制腫瘤在體內和體外的生長和轉移，包括黑色素瘤、前列腺癌和肝癌［23］。③ Dong等［24］通過模型研究表明，miRNA-233的高表達會降低肝癌細胞的轉移，高表達的miRNA-233對整合素aV有負面影響。④ 肝星狀細胞通過控制miRNA的不同表達來控制腫瘤的發展和轉移［25］。⑤ 在MCSC中不僅是RNA有變化，染色體也存在一定變化，比如一些染色體的短臂和長臂基因缺失或增多，如1p35.3，4p14，14q23.1-q32.11和 18p11.32-p11.21的缺失［26］。對miRNA與CSC轉移關系的研究能為腫瘤治療提供新途徑。

3.2.2 轉移相關的因子和相關蛋白：趨化因子及其受體和相關蛋白在惡性腫瘤的轉移中起重要作用，基質細胞衍生因子/化學引誘物趨化因子受 體 4（stromal cell derived factor /chemoattractant chemokine receptor，SDF-1/CXCR4）軸對腫瘤生物學有重要影響，其在介導腫瘤轉移中的重要作用也被證實，CXCR4的高表達增加MCSC的轉移能力［27］。通過對大鼠化學引誘物細胞因子受體（chemoattractant 3 cytokine receptor 1，CX3CR1）的研究發現，CX3CR1的高表達與人類結腸癌預后不良有關，在缺乏CX3CR1的大鼠體內，結腸癌肝轉移的細胞顯著受到抑制［28］。缺氧/復氧心肌核轉錄因子 -κB p65（hypoxia/reoxygenation myocardial nuclear transcription factor p65，NF-κ B p65） 和MMP-6的高表達與肝細胞癌的入侵有關，并且它們的激活與肝癌細胞株（HepG2）核移位有關［29］。

活化蛋白激酶α2（activated protein kinaseα2，AMPKα2）的不足會導致活性氧（reactive oxygen species，ROS）的升高，ROS抑制劑的生成受到抑制；AMPKα2可能代表一個重要的治療目標，治療結腸癌肝轉移對肝的損傷［30］。

p53凋亡刺激蛋白（apoptosis stimulating protein of p53，ASPP2）表達下調促進肝癌生長和轉移，免疫共沉淀實驗發現，ASPP2可以與酪氨酸激酶Csk結合，進一步影響了酪氨酸激酶Src的激活狀態，最終促進了連環蛋白（β-catenin）從胞膜到胞質、胞核的定位改變，從而影響了肝癌細胞的EMT進程和MCSC的轉移能力［31］。

腫瘤細胞中前膠原Ⅷ型（procollagen type Ⅷ，COL8A1）表達升高，可能與腫瘤細胞的增殖能力成正比，同時COL8A1表達升高可能是肝臟來源的腫瘤細胞的標志之一［32］。

腫瘤細胞部分因子和蛋白的異常對于提高MCSC的轉移能力起到十分重要的作用。

3.2.3 血管生成：研究表明，腫瘤細胞在腫瘤血管生成中發揮了重要的作用，尤其是具有轉移能力的MCSC［33］。有實驗證明，CD133+神經膠質瘤細胞與CD133-細胞相比，可分泌較高水平的血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）［34］，CD133+細胞較 CD133-細胞具有更強的侵襲性［35］。Wang等［36］在研究中發現，一種分泌糖蛋白（periostin，PN）的高表達與腫瘤的轉移和血管的生成密切相關。血管內皮生長因子受體 1（vascular endothelial growth factor receptor 1，VEGFR1）陽性（VEGFR1+）的骨髓源性血管祖細胞和血管內皮生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）陽性（VEGFR2+）的血管內皮細胞在小鼠肺組織內形成預轉移環境，同時阻斷VEGFR1+和VEGFR2+，可抑制黑素瘤B16小鼠的肺轉移［37］。由此可以看出，腫瘤細胞可能通過促進血管的生成來促進腫瘤的轉移。

3.2.4 EMT與MET：EMT是一個形態學及分子水平上的變化，是指細胞失去了上皮細胞的特性，獲得了間質細胞的表型，并且具有了遷移能力［38-39］。實驗表明，這一轉化過程與腫瘤細胞轉移、侵襲及血管入侵相關［38］。Brabletz等［2］報道，靜止的CSC通過EMT轉變為MCSC。一項利用肝癌細胞系Huh7的研究發現，CD133+細胞較CD133-細胞具有較強侵襲性，且CD133+細胞與CD133-細胞相比，E-鈣黏蛋白下調，N-鈣黏蛋白上調，調節EMT相關基因蛋白transgelin上調，表明CD133+CSC侵襲性、轉移能力與EMT相關，MET與EMT交替進行，有利于轉移的發生［35］。

3.2.5 CSC壁龕：干細胞壁龕是干細胞生存的一個微環境，現已經在造血系統、表皮系統和消化系統等組織中證實了它的存在，對于細胞自我更新與增殖分化間的平衡起著重要的作用，并能阻礙干細胞的過度增殖，從而防止其癌變；另外，它能錨定干細胞及募集新的干細胞［40］。VEGFR1+的骨髓源性血管祖細胞和VEGFR2+血管內皮細胞在小鼠肺組織內形成預轉移環境［37］。Kaplan等［41］的實驗研究證實了預轉移壁龕的存在，研究者發現循環中的VEGFR1+骨髓源性細胞（bone marrow derived cells，BMDCs）在腫瘤細胞轉移前率先到達腫瘤預轉移處形成預轉移壁龕，為MCSC的到來做好準備；而VEGFR1+的BMDCs改變了腫瘤預轉移處的微環境，激活趨化因子如基質細胞衍生因子-1（SDF-1），而SDF-1能夠吸附循環中CXCR4+的腫瘤細胞或CSC在預轉移處錨定，并促進其存活及生長；使用抗VEGFR1抗體能阻斷BMDCs形成預轉移壁龕，并降低了腫瘤的轉移。阻斷VEGFR1+和VEGFR2+可抑制黑素瘤B16的小鼠肺轉移［37］，因此推測MCSC也像正常干細胞一樣存在類似的壁龕來維持其生長。

4 預防腫瘤轉移

有效的預防轉移對于腫瘤患者行肝移植術后的恢復非常重要。Wellner等［42］研究發現，通過抑制miRNA200可以誘導EMT促進腫瘤轉移，對miRNA與CSC轉移關系及相關機制的研究為腫瘤治療提供了新的途徑，也為預測腫瘤預后提供了分子標志。在不影響正常生理功能的前提下，抑制SDF-1與CXCR4的相互作用可能成為今后治療腫瘤轉移的有效方法之一［27，43］。通過對CD133的研究，CD133似乎可以成為多種腫瘤CSC治療的靶標［44］。但是，CD133同樣表達于正常造血干細胞、前列腺干細胞和腸上皮干細胞等。使用CD133進行靶向治療能否避免對這些正常細胞的損傷，需在動物實驗與臨床研究中進行核實。對miRNA的抗癌療法也會成為預防轉移的重要方法［25］。阻斷藥物的研究也會起到相應的作用。肝移植術中的手術方式，術前術后的用藥都會影響到轉移，術后的全身化療和對處于G0期的轉移腫瘤細胞的殺傷具有非常重要的作用。

5 展 望

MCSC在腫瘤的轉移中至關重要，對MCSC的進一步研究將會對預防轉移起到十分重要的作用。闡明影響MCSC特殊生物學行為的信號通路及相關機制有助于提高腫瘤的治療效果，為預測腫瘤預后提供新的標志物。對相關MCSC分子標志物的研究將為腫瘤治療提供新的靶點，有利于設計針對轉移相關信號通路及轉移機制的靶向治療。目前的問題應該是繼續對CSC進行研究，找尋更重要的阻止轉移的方案。