乳腺癌干細胞的研究進展

蔣雪梅綜述，頓耀艷審校（三峽大學醫學院病理學系，湖北宜昌443002）

癌癥被視為一種干細胞疾病。乳腺癌（BC）的癌癥干細胞（CSC）與乳腺癌的維持，進展，轉移、復發和治療耐藥性均有關，特別是在轉移和復發中起著關鍵作用。BC臨床前模型中顯示只需要少數CSCs就可以維持腫瘤的再生長，特別是在傳統抗內分泌治療之后，乳腺癌干細胞（BCSC）也是化療、放療和激素治療等標準治療中存活下來的耐藥克隆。

1 BCSCs的起源和BCSC表面標記

了解BC的起源細胞對于揭示腫瘤的異質性是非常重要的。乳腺上皮由2種類型的細胞譜系、腔細胞和肌上皮（基底細胞）組成，它們被組織成一系列的分支導管，最終形成分泌型腺泡幫助泌乳。在乳腺上皮發育過程中腔內細胞和基底細胞來自于多能的乳腺干細胞（MaSC）。BCSCs可以從正常的MaSCs中衍生出來，多種乳腺細胞類型有長期的自我更新能力，而BCSCs可能來源于這些前驅細胞突變。此外，據報道不同的乳腺癌亞型可能來自不同的乳腺細胞譜系。正常組織的體細胞會經歷連續的DNA突變，使細胞得以進化并獲得BCSCs的惡性表型。正常干細胞（NSC）的長壽特性允許它們有更多的時間來獲得突變，成為BCSCs。BCSCs可以通過誘導上皮細胞轉化為間葉細胞（EMT）使得疾病進展或對化療藥物和環境應激反應。CD44、CD133、Ep?CAM和醛脫氫酶1（ALDH1）是BCSCs的重要生物標記物。CD44+∕CD24low∕ESA+∕譜系細胞連續的傳遞，產生了包含 CSCs（CD44+∕CD24∕low）和非 CSCs的腫瘤，分別具有自我更新和分化的能力，這證明了BCSCs的存在，CD44是表面糖蛋白，參與多種細胞功能、包括調節細胞黏附、增殖、遷移、生長、存活、血管生成、分化和基質細胞信號處理、與其他細胞蛋白的協同作用[1?2]。臨床研究顯示，CD44陽性的BCSCs表達與乳腺癌患者的腫瘤侵襲性呈正相關[3]。CD133是BCSCs主要與化學抗性相關的另一個重要表面生物標記。據報道上調抗凋亡基因存活素和c?FLIP等促進自噬，并與Wnt∕β?連環蛋白自我更新信號通路和血管生成擬態（VM）相關。CD133的過度表達與乳腺癌患者的生存率呈負相關[4]。ALDH1在BCSCs中過度表達與化療∕抗輻射作用有關，BCSCs中的ALDHhigh亞型是一個預測患者存活率不高的因素，ALDHhigh的活性由于通過把抗癌藥物代謝成不活躍的代謝物，從而防止細胞凋亡。據報道，在癌細胞中的ALDHhigh亞群中，ALDHs影響各種途徑，像Wnt、Notch、轉化生長因子?β（TGF?β）、細胞外信號調節激酶（ERK），影響細胞的增殖和命運，上皮細胞?間充質轉化（EMT）、視黃酸合成，缺氧，DNA損傷應答反應和細胞的遷移[5]。近年來，研究人員還專注于設計合適的納米藥物輸送系統，專門針對BCSCs。納米技術應用于靶向BCSC還處于初級階段，許多問題需要在臨床環境中得到充分的研究。BCSCs存在是導致BC復發、轉移的主要原因。BCSCs中已確定了許多分子目標表面標記，目前的研究主要集中在開發抗癌藥物以消除BCSCs，并在BC治療中獲得徹底的治療，需要充分研究利用BCSCs的這些靶點。

2 BCSCs的屬性

CSCs可以推動腫瘤啟動、轉移，并導致治療耐藥性[6]。因此，高比例CSCs的BC與不良的預后結果有關。

CSCs的假設對BC的致癌作用有根本的影響，BC?SCs在乳腺癌的啟動和生長中起著至關重要的作用。EMT是一種表型的過程，上皮細胞轉化為間質細胞，以促進癌癥的發展。EMT過程與產生有干細胞特性的細胞有關，AXL 調控了包括 NF?jB、STAT、Akt和 MAPK在內的許多信號轉導途徑，在BCSCs中被激活，并通過調節EMT標記的表達，如E?鈣黏蛋白、N?鈣黏蛋白、Snail和Slug[7]，人類乳腺上皮細胞中上調的轉錄因子FOXC2誘發的EMT及其抑制作用導致減少侵襲性BC細胞系中CSCs。其他一些與EMT相關的轉錄因子，如TWIST也被證明可以誘發CSCs多能性[8]。BCSCs可以通過EMT獲得轉移能力。最近的研究確定了2種具有不同性質的BCSCs：一種更具安靜間葉狀態的EMT?CSCs，以及一種更具增生性上皮樣狀態的MET?CSCs。EMT?CSCs是 CD44+∕CD24?標記具有 EMT 的特征，如E?鈣黏蛋白的低表達和波形蛋白的高表達。MET?CSCs以ALDH+表型也具有MET特征，如高水平E?鈣黏蛋白和低水平的波形蛋白。更重要的是，這2個狀態之間的轉換是腫瘤轉移的關鍵，其很可能通過細胞因子和趨化因子信號調控腫瘤微環境[6]。MET?CSCs定位在腫瘤的侵入邊緣并能夠進入血液循環在遠處形成微轉移，而MET?CSCs的定位更集中，并允許過渡到上皮增殖狀態在其他部位產生腫瘤。當侵襲性的邊緣成為腫瘤內部時，2種BCSCs的狀態可以轉換，需要進一步的研究來更深入地了解BCSCs可塑性的臨床意義。

轉移仍然是導致BC細胞死亡的主要原因之一，目前還沒有針對轉移性BC的標準化治療。并不是所有的原發性腫瘤中的BC細胞均具有轉移性的潛力，只有一小部分細胞可以到達遠處的組織或器官。越來越多的證據確認，BCSCs是轉移細胞的一個子集。BC患者骨髓中的早期播散性癌細胞顯示CD44+∕CD24?表型，來自肺轉移的細胞在人類三陰性乳腺癌（TNBC）的異種移植模型中高度表達CD44。與異種移植的ALDH陰性細胞相比，ALDH陽性癌癥細胞的轉移能力大大增強。這些研究有力地表明了BCSCs的轉移作用。BCSCs在臨床前模型和臨床試驗中均表現出相對的耐藥性，在體外，帶有BCSC表型的乳腺癌細胞對化療沒有反應[9]。BCSCs對放療也有耐藥性。此外，臨床前研究發現，對內分泌治療的抵制總是伴隨著BCSCs比例增加[10]。這些研究表明，以BCSCs為靶點可能是治療BC的有效治療策略。

3 類固醇激素在BCSCs的作用及影響

類固醇激素如雌激素和黃體酮，以及針對激素受體的治療，可以調節CSCs的活性。高CD44和低CD24的乳腺癌與TNBC亞型[雌激素受體（ER），孕激素受體（PR）和人表皮生長因子受體?2陰性]相關，預后較差。濃縮富集的 BCSCs使用 CD44+∕CD24∕low和 ALDH 陽性細胞在不同狀態下標記證明基因表達類似于間葉細胞（CD44+∕CD24∕low細胞）或上皮細胞特征（ALDH 陽性細胞）[11]。這表明BCSCs細胞的可塑性，通過腫瘤微環境驅動可以在間充質和上皮狀態之間動態轉換（上皮間葉細胞轉變及間葉上皮細胞轉變），在這種情況下，缺氧或TGF?β起了關鍵作用。其他信號因素，比如類固醇激素，特別是雌激素和孕激素，以及激素的拮抗劑作用也可調節BCSC活性[12]。雌激素促進乳腺上皮細胞增殖，對正常乳腺發育至關重要，而雌激素通過ER刺激BC生長[13]。ERβ的表達與干細胞標記CD44和ALDH1有關，而且對于乳腺球的形成也很重要[14]。ERβ基因表達與腫瘤細胞總數相比在熒光激活細胞分類（FACS）的人類 BCSCs 中是上調的[15]。SANSONE 等[16?17]通過循環胞外囊泡將miR?221或完整的線粒體DNA從與癌癥相關的成纖維細胞轉移到BC細胞，可以促進BCSCs（CD133+）的休眠，從而導致內分泌治療的耐藥性。在已建立的癌癥細胞系中，黃體酮的應用使祖細胞和CSC的標記增加[18]。在乳腺增大期間，PR通過旁分泌信號進行增殖，包括核因子κB配體受體激活體（RANKL）和Wnt4。最近，NOLAN 等[19]研究表明，在 BRCA1（乳腺癌易感基因）缺陷小鼠模型中，RANKL作為治療目標的潛力，而對于正常乳腺組織BRCA1突變的攜帶者，確定腔的RANK（+）祖細胞是高度增殖及有類似基底BC的分子特征，這表明抑制RANKL在預防措施的設置上是一種很有前途的策略。在正常乳腺中，孕激素誘導的干細胞∕祖細胞功能的介質之一是CXCR4∕CXCL12[20]。孕激素的信號以一種旁分泌的方式出現在腔細胞上表達CXCL12，而CXCR4也在基底細胞和腔體PR細胞中被誘導表達。黃體酮的進一步作用是在人類乳腺上皮細胞中分泌生長激素（GH），推動表達生長激素受體（GHR）的干細胞∕祖細胞增殖[21]。CSCs激素活性的研究為未來BC治療和癌癥干細胞提出了新方向。

4 BCSCs的代謝特點

BCSCs在體外和體內均比其他分化的癌細胞有更多的糖酵解作用：葡萄糖攝取、糖酵解酶表達、乳酸產生。在CSCs中，三磷酸腺苷含量顯著增加，糖酵解表型與線粒體氧化代謝下降有關[22]。線粒體DNA的突變和線粒體DNA拷貝數低與轉移和預后不良有關。線粒體DNA拷貝數不僅影響細胞的生存能力和功能，而且影響細胞的分化潛能。細胞周期蛋白D1調節腫瘤細胞干細胞和線粒體DNA拷貝數。CSCs對線粒體藥物和對OXPHOS抑制腫瘤的形成很敏感[23?24]。用二甲雙胍（一種OXPHOS復合物Ⅰ的抑制劑）治療，誘導抑制部分干細胞的特性，如乳腺球的形成和延遲體內腫瘤的生長，盡管其效果并不持久，而且治療有耐藥性[25]。

在小鼠和人類腫瘤中，BCSCs比其分化的后代具有更多的糖酵解表型[26]。這種適應性代謝可塑性可能使CSCs能夠在變化的、有時充滿敵意的環境中或在腫瘤惡化過程中遇到不利情況，比如在轉移地點存活。一些研究表明，當OXPHOS被阻斷時，CSCs能夠轉變為糖酵解代謝。CSCs通過上調葡萄糖輸送器適應饑餓和缺氧，轉換到更多的糖基性顯型來戰勝分化的后代[27]。缺氧改變了BCSCs與巨噬細胞之間的相互作用，巨噬細胞轉化為免疫抑制表型，并上調缺氧誘導因子?1（HIF?1）和 HIF?2 的表達[28]。缺氧和葡萄糖濃度變化誘導CSC濃縮，其是由低氧誘導因子1α（HIF1α）和AKT∕MTOR∕β 鏈（CTNNB1）干細胞調控途徑介導。抑制HIF1α與抗血管生成療法的結合減少了小鼠乳腺癌模型中的CSCs，確保在乳腺癌成為一種有效的治療方法，目前正在進行臨床試驗[29]。人們對利用CSCs的新陳代謝來進行藥物靶向治療的興趣正在逐漸增加。闡明CSCs與非干細胞之間的代謝差異，以及CSCs與正常祖細胞之間的代謝差異，對于開發新的治療藥物至關重要，并可能揭示出這些藥物的新方法。

5 結 論

乳腺癌的治療目標是延長壽命和保證生活質量。但不實用、致命和極其昂貴的乳腺癌治療方法無法幫助世界上大量處于危險之中或罹患乳腺癌的女性。而CSCs是由多種其他細胞類型形成，而癌癥的異質性顯然比最初想象的要復雜得多。由于復雜的信號網絡及其高動態可塑性，需要設計多目標的抗BCSC藥物，以克服耐藥性。腫瘤新陳代謝能力，轉移和存活，雌激素和孕激素信號均對BCSC的活動有影響，為了能夠更有效地治療BC，通過阻斷新陳代謝的特異性來鎖定BC?SCs，對BCSCs激素活性的研究，克服多個障礙有效地消除BCSCs在改善目前的BC治療方面有很大的潛力，對未來BC的有效治療也會提供新的思路。