食管癌干細胞放射敏感性的研究進展

孫偉杰，李建成

(1 福建醫科大學省立臨床醫學院，福州350000；2 福建省腫瘤醫院)

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·綜述·

食管癌干細胞放射敏感性的研究進展

孫偉杰1，李建成2

(1 福建醫科大學省立臨床醫學院，福州350000；2 福建省腫瘤醫院)

食管癌的組織學類型主要以鱗狀細胞癌為主，放射治療是其重要的治療手段之一。但部分患者對放射治療不敏感或放射治療后出現局部復發。“腫瘤干細胞”學說認為，腫瘤細胞中存在一類具有自我更新和多向分化能力并能產生異質性腫瘤細胞的細胞，即腫瘤干細胞。食管癌細胞中亦存在此類干細胞。有研究認為，食管癌干細胞的存在是導致食管癌放射治療不敏感的一個重要原因，其機制可能與細胞周期再分布、干細胞基因高表達及信號轉導通路異常有關。目前針對食管癌干細胞放射敏感性的研究越來越受到關注。

食管癌；腫瘤干細胞；放射敏感性

我國是食管癌的高發區，每年發病例數和死亡例數占全世界食管癌患者的52.5%和41.8%[1]。鱗狀細胞癌是亞洲地區食管癌的主要組織學類型，放射治療是其主要治療手段之一。腫瘤干細胞是一類具有自我更新和多向分化能力并能產生異質性腫瘤細胞的細胞。最近研究發現，食管癌細胞對放射治療不敏感或放射治療后出現局部復發與食管癌干細胞有關[2]。本文結合文獻就近年來食管癌干細胞放射敏感性的研究進展綜述如下。

1 食管癌干細胞的生物學特性及分離鑒定

腫瘤干細胞理論認為，腫瘤干細胞可能來源于正常干細胞突變、祖細胞分化、成熟體細胞逆向分化、異常的細胞融合以及殘留的靜止胚胎干細胞被激活，被認為是腫瘤的啟動細胞[3]。

Huang等[4]研究發現，在人食管癌干細胞系EC9706和EC109中，側群細胞較非側群細胞擁有更高的細胞克隆形成效率，其原因與干細胞相關基因OCT-4、SOX-2、BMI-1和ZFX在側群細胞中表達上調有關。CD44屬于黏附分子家族成員之一，其作用是介導細胞與基質、細胞與細胞間的黏附，在機體多種病理生理過程中扮演重要角色。Li等[5]研究發現，對人食管癌細胞系OE-19分別進行5、10、15 Gy照射，其CD44強陽性率分別為77.8%、66.5%、57.5%，弱陽性率分別為21.7%、31.6%、41.4%，故推測CD44可能是腫瘤干細胞的標志物。Honing等[6]研究發現，CD44陽性表達與食管癌患者無瘤生存期呈負相關。Smit等[7]研究發現，在食管癌細胞系OE-33和OE-21中，與無CD44+CD24+表型細胞相比，有CD44+/CD24+表型細胞具有更高的細胞增殖率、球體形成潛力以及體外放射抗性。Sui等[1]通過薈萃分析發現，CD33是食管癌的獨立預后因子，CD33高表達與食管癌淋巴結轉移、臨床分期、組織病理學分級顯著相關。近年研究發現，CD133與肝癌、肺癌和喉癌等細胞的自我更新和放化療抗性增加密切相關[8]。Lu等[8]研究發現，食管癌組織CD133/CXCR4高表達者占20.78%，在食管鱗狀細胞癌中CD133+CXCR4+細胞表現出更強的增殖能力，因此推測CD133和CXCR4亦可能是食管癌干細胞的標志物。細胞間黏附分子-1(ICAM-1)。屬于黏附分子中免疫球蛋白超家族中的成員之一，其在控制腫瘤惡化和轉移以及調節機體免疫反應過程中具有重要作用。Tsai等[9]研究發現，ICAM-1陽性細胞具有食管癌干細胞的特性，其作用機制可能是通過ICAM1-PTTG1IP-p53-DNMT1通路介導的，并認為ICAM-1可作為食管癌干細胞的標記物。其更多的表型和標志物尚有待于進一步研究。

2 食管癌干細胞的放射抗性機制

放射治療主要通過引起細胞DNA單鏈斷裂、雙鏈斷裂及細胞損傷，繼而影響細胞增殖狀態、改變細胞周期，導致細胞死亡或凋亡[2]。研究發現，食管癌干細胞放射抗性增加的機制可能與細胞周期再分布、干細胞基因高表達以及相關信號轉導通路異常有關[10～12]。

2.1 細胞周期再分布 處于不同細胞周期的細胞，其放射敏感性不同，M期細胞對射線特別敏感，而G0期細胞對射線不敏感。正常組織干細胞和腫瘤干細胞通常處于細胞周期的靜止狀態，即G0期。Wang等[11]將食管癌干細胞和其親代食管癌細胞同時暴露于特定的輻照劑量，發現親代食管癌細胞和食管癌干細胞均在G2期生長緩慢，但親代食管癌細胞更明顯。此外，食管癌干細胞細胞球體對G2期遲滯產生了耐受。Skp2是SCFSkp2泛素連接酶復合體的底物識別亞基，主要涉及細胞周期蛋白依賴性激酶CDK抑制劑p27介導的泛素化降解和G1/S期轉換的正性調節。Wang等[13]研究發現，食管鱗狀細胞癌組織Skp2高表達，其高表達與腫瘤進展和淋巴結轉移有關。Skp2高表達可提升食管癌細胞EC9706的放射抗性，Skp2基因敲除可使食管癌細胞對放射治療敏感。細胞周期蛋白D1(Cyclin D1)作為細胞周期蛋白依賴性激酶CDK的調控者，在整個細胞周期中其表達量呈周期性變化。Su等[14]通過Cyclin D1處理具有放射抗性的食管癌干細胞KYSE-150R和其親代細胞KYSE-150，發現KYSE-150R的細胞增殖率和放射生存分數在Cyclin D1 siRNA處理組明顯下降；敲除Cyclin D1基因可導致KYSE-150R無法進行G0/G1轉換。上述研究表明，細胞周期再分布是食管癌干細胞的放射抗性增加的重要機制之一。

2.2 干細胞基因高表達 研究發現，食管癌干細胞存在某些干細胞基因(如β-catenin、Bmi-1、WISP-1、NRAGE等)高表達。Che等[15]通過分次照射食管癌細胞Eca109獲得具有放射抗性的食管癌干細胞Eca109R50Gy，與Eca109相比，Eca109R50Gy集落形成能力和致瘤能力更強；同時，干細胞標記物β-catenin表達量在Eca109R50Gy細胞中明顯上升。Bmi-1是PcG家族的核心成員之一，在腫瘤細胞中高表達，其表達變化與腫瘤進展和患者預后相關。Wang等[16]分別檢測具有放射抗性的食管癌干細胞KYSE-150R和其親代食管癌細胞KYSE-150的Bmi-1，發現KYSE-150R細胞中Bmi-1表達量顯著高于KYSE-150細胞。而Bmi-1經過耗損后，活性氧的生成和氧化酶基因的表達上升，明顯增強腫瘤細胞的放射敏感性。Li等[17]研究發現，WISP-1基因在具有放射抗性的食管癌細胞中過表達，且通過細胞外WISP-1抗體中和WISP-1能夠逆轉食管癌細胞的放射抗性。Zhou等[18]通過梯度劑量照射獲得具有放射抗性的人類食管癌細胞TE13R120和ECA109R60，發現NRAGE基因在TE13R120和ECA109R60細胞中高表達，且與TE13R120和ECA109R60的放射抗性增加密切相關。上述研究證實，干細胞基因高表達與食管癌干細胞的放射抗性增加密切相關。

2.3 信號轉導通路異常 食管癌干細胞在腫瘤各個階段發揮的作用與眾多信號通路有關，如Wnt/β-catenin、Notch、PI3K、MAPK、NF-κB。Wnt/β-catenin信號通路在維持腫瘤干細胞特性方面扮演重要角色。Che等[15]對具有放射抗性的食管癌干細胞Eca109R50Gy進行研究，發現COX-2抑制劑NS398能通過抑制Wnt/β-catenin信號通路，增強食管癌干細胞的放射敏感性。Ge等[19]研究發現，食管鱗狀細胞癌中的miR-942能夠直接作用于Wnt/β-catenin信號通路的負性調控因子sFRP4、GSK3beta和TLE1，上調Wnt/β-catenin信號通路，增強食管癌干細胞的放射敏感性。PI3Ks蛋白家族可參與細胞增殖、分化、凋亡等多種細胞功能的調節，PI3K信號通路活性的增強常與多種腫瘤相關。Li等[20]從食管鱗狀細胞癌中分離、培養具有干細胞功能的側群細胞，發現其可通過PI3K/Akt信號轉導通路調控ABCG2轉導體的功能。Jia等[21]研究發現，通關藤苷H具有抑制食管癌浸潤和轉移的作用，其機制與調節蛋白表達的PI3K/Akt信號轉導通路相關。在哺乳動物胚胎發育和組織發生過程中，Hedgehog信號通路可參與細胞的多種病理生理過程。Hedgehog信號通路異常可增強腫瘤干細胞的活性，與多種腫瘤形成有關[22]。Yang等[23]研究發現，Hedgehog信號通路活化是食管癌發生、發展的早期分子事件，特別是在食管腺癌中。上述研究表明，信號轉導通路異常與食管癌干細胞放射抗性增加有關。

3 針對食管癌干細胞的治療

目前針對腫瘤的放射增敏劑主要包括乏氧細胞放射修飾劑、非乏氧細胞增敏劑、細胞毒性藥物、生物制劑、基因靶向制劑、中草藥等。近年來，通過作用于腫瘤干細胞治療食管癌的研究不斷涌現。有研究發現，埃羅替尼及西妥昔單抗可阻斷轉化生長因子β1介導的食管癌干細胞富集，其機制主要是抑制鋅指E-盒結合同源異形盒作用于CD44、Notch1和Notch3[24]。全反式維甲酸可誘導食管癌干細胞分化并顯著下調CD44 mRNA及其蛋白表達，表明應用全反式維甲酸治療食管癌具有可行性[25]。趨化因子受體CXCR4通過小干擾RNA抑制食管癌細胞KYSE-150和TE-13的侵襲和轉移，這為通過趨化因子受體CXCR4作用于食管癌干細胞的基因治療提供理論基礎[26]。二甲雙胍和5-氟尿嘧啶對腫瘤干細胞具有協同作用，其機制主要是通過核糖體S6激酶磷酸化增加食管腺癌對同步放化療的敏感性[27]。有研究發現，通過慢病毒RNA敲除食管癌細胞YAP-1基因，可降低其細胞增殖活性并增加其對5-氟尿嘧啶的敏感性，這與Huang等[28]研究結果基本一致。此外，一種新的YAP-1抑制劑維替泊芬，能夠抑制YAP-1和表皮生長因子受體的表達，增加5-氟尿嘧啶和多西紫杉醇對食管癌細胞的毒性作用[29]。bcl-2家族抑制劑ABT-263對許多腫瘤均有效，在食管癌細胞中其能通過Wnt/β-catenin和YAP/SOX9抑制腫瘤干細胞的活性，并且ABT-263聯合5-氟尿嘧啶可降低體內腫瘤細胞的增殖活性并抑制干細胞基因的表達[30]。腫瘤干細胞的再增殖分化是導致食管癌治療失敗和預后不良的重要原因，故如何抑制腫瘤干細胞的再增殖分化成為新的治療靶標。

總之，食管癌干細胞具有自我更新、多向分化能力，是食管癌進展和常規放化療抗性增加的主要原因之一。腫瘤干細胞的放射抗性增加可能與細胞周期再分布、干細胞基因高表達、相關信號轉導通路異常等有關，但其具體機制仍不明確，有必要對其深入研究。

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福建省臨床重點專科建設項目(閩財指[2014]1329號)。

李建成(E-mail： jianchengli6@126.com)

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