胃癌干細胞在胃癌靶向治療中的研究進展

崔宏偉，蘇秀蘭*

( 內蒙古醫科大學附屬醫院臨床醫學研究中心，內蒙古 呼和浩特 010050 )

近幾年，盡管在胃癌(gastric cancer，GC)的復雜癌變和分子異質性機制方面取得了巨大的進展，但對于胃癌患者的臨床結局改變甚微。雖然全世界胃癌的發病率有所下降，但死亡率仍然沒有降低，胃癌依然是一個世界性的健康問題[1]。探索新的治療途徑是世界范圍內的熱點。胃癌干細胞(gastric cancer stem cells，GCSCs)即存在于胃癌內部一小部分的，具有自我更新和無限增殖能力的細胞。從其假說的建立到目前研究的證實，極大地豐富了胃癌的發病機制[2]。大量研究提示，GCSCs與胃癌的侵襲、轉移和治療耐藥特性密切相關[3]。本文將基于GCSCs特性和功能及其在腫瘤進程中涉及的自我更新信號通路、端粒酶活性與藥物抗性機制進行闡述，以期為現有的胃癌治療方案聯合靶向GCSCs的治療提供新思路。

1 GCSCs的來源及其分離、特性鑒定

1.1 GCSCs的來源

GCSCs的來源尚無定論。部分研究認為GCSCs是胃內腫瘤的起始細胞，具有器官特異性，來源于胃腺體中正常干細胞惡性轉化或者發生致癌突變，隨后重新激活與干細胞相關特性的分化程度較高的祖細胞，其在胃癌進程中產生多種不同類型的細胞，并促進胃癌的侵襲、轉移和異質性[4]。另一部分研究認為GCSCs來源于骨髓源性細胞(bone marrow-derived cells，BMDCs)[5]。 當慢性炎癥、感染或損傷發生，BMDCs被募集并產生血液元素和骨髓基質及許多不同的細胞系[6]。Bjerkvig團隊提出，累積的遺傳變異足以引起細胞增殖突變，促使局部或骨髓來源的成人干細胞與分化的細胞融合產生腫瘤干細胞(cancer stem cell，CSC)[7]。此外，上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)也可產生GCSCs。EMT是一個廣泛參與維持干細胞特性密切相關信號通路的復雜過程。期間，上皮細胞經由喪失細胞間的接觸和細胞骨架重組機會而獲得成纖維細胞的表型。EMT有助于癌細胞的侵襲和轉移，被認為是腫瘤傳播的關鍵步驟[8]。維持腫瘤生長的“靜止期干細胞”可能產生一種能夠經歷瞬態EMT及除了干性之外的具有遷移表型的特殊類型細胞。而“遷移表型的特殊類型細胞”有助于解釋原發腫瘤易轉移的特性[9]。 Kurrey等[10]研究顯示，EMT與CSC表型的獲取，腫瘤的侵襲特性、遠端傳播、化療藥物抗性與放射抵抗及治療后微小殘留灶的發生緊密相關。Yang等[11]研究表明，GC細胞轉移的傾向與間充質細胞表型轉換，E-cadherin表達降低及vimentin和基質金屬蛋白酶2表達增加顯著相關。

1.2 GCSCs的識別和特性鑒定

基于GCSCs的分子特征，開發新的GC治療策略的關鍵步驟是對腫瘤啟動細胞的深入研究。隨著細胞生物及分子生物學實驗技術的發展，能夠對表達特定表面標記物的腫瘤細胞群實現快速分離。目前，鑒定GCSCs的方法有干細胞表面標記物的檢測，DNA結合Hoechst染料的液流分析以及評價GCSCs潛在自我更新特性與體內致瘤性的移植瘤動物模型[12]。由于缺乏GCSCs的特異性表面標記物，導致GCSCs的鑒定和分離存在較大的困難。到目前為止，由于許多研究采用的實驗設計、材料和方法相似，而得到的結果卻不一致，甚至有的相互矛盾，這使得每一個已探明的GCSCs標記物的特異性存在不確定性[13]。研究表明，CD44+及其變異體CD44v8-10、CD133+、ALDH1、EpCAM、CD90均可以作為GCSCs識別的表面標志物。其中，CD44+[14]、CD133+[15]、 ALDH1[16]、 EpCAM[17]、 CD90[18]標記的GCSCs分別與干性細胞的自我更新、多系分化、放化療藥物抗性及致瘤性的增強特性相關，而CD44+[19]的變異體CD44v8-10標記的GCSCs與自我更新、多系分化特性相關。

此外，由DNA結合染料Hoechst 33342標記的液流分析鑒定及分離所得的側群細胞(side population，SP)被認為是干細胞，甚至是GCSCs的來源。Haraguchi等[20]研究發現，從人胃腸道腫瘤細胞系中分離出的SP細胞顯示了與藥物抗性相關的ATP結合盒(ATP- binding cassette，ABC)轉運體的過度表達以及與干性特征相關的上皮和間充質標志物的過度表達特性。Schmuck等[21]研究提示SP細胞群內存在大量的藥物外排蛋白過表達，藥物抗性及體內成移植瘤能力增強的GCSCs。

2 腫瘤干細胞與靶向治療

近年來，盡管藥理學研究及胃癌治療策略取得新進展，但對于晚期胃癌患者的治療效果有限。此外，由于傳統藥物缺乏特異性而可能會對正常組織造成嚴重損害，進一步降低了胃癌患者的生活質量。靶向消除導致癌細胞生長并維持腫瘤生長的GCSCs，被認為是治療胃癌最有希望的途徑之一[22]。目前對藥物療效的評估主要是其減小腫瘤大小的程度。然而，大多數癌組織的顯著收縮和消融并不能反映長期的治療效果。尤其是腫瘤起始細胞不受細胞靜態或細胞毒性因子的影響，在腫瘤治療明顯緩解后期引起腫瘤復發，而靶向GCSCs的治療能夠有效的預防腫瘤復發或轉移。然而，當前靶向GCSCs治療存在方法學的困境，包括缺乏相關的識別和分離腫瘤細胞中的腫瘤干細胞亞型的檢測方法。目前，靶向治療GCSCs集中于針對表面標記物、自我更新特性相關信號通路及端粒酶的方法。

2.1 針對腫瘤干細胞表面標記的靶向GCSCs治療

基于富含腫瘤干細胞的腫瘤細胞亞群的特異性表面標志物的表達差異，結合新興的高通量測序技術并結合多種藥物和分子的納米載體而發展的新技術，使得針對腫瘤干細胞表面標記的藥物和分子納米載體有選擇性和有效地靶向癌GCSCs。如適配體是一種無免疫的、無毒的，能穿透癌細胞膜并特異地結合到所需部位的小寡核苷酸分子[23]。 Shigdar等[24]于2011年成功分離、制備出與人胃癌、結直腸癌和乳腺癌干細胞標志物EpCAM特異性結合的適配體，從而有效減少EpCAM標記的細胞數量。

用于標記納米載體和共軛物的CD44配體能夠有效地減少胰腺癌、胃癌中CD44+標記的細胞數量。Smith等[25]體外實驗表明CD133細胞毒偶聯物抑制胃癌干細胞的生長。Jiang等[26]報告CD90標記的胃癌干細胞與HER2表達呈正相關。聯合給予化療與抗HER2靶向藥(曲妥單抗)則顯著減少CD90標記的胃癌干細胞數量及抑制腫瘤生長。

2.2 針對GCSCs自我更新特性的靶向GCSCs治療

由于維持GCSCs的自我更新特性涉及Hedgehog (Hh)、Notch/Delta、Wnt/b-catenin、JAK/STAT和轉化生長因子(TGF)-β等信號通路，因此，針對這些信號通路的抑制劑將成為一種重要的新型治療藥物。

2.2.1 Hedgehog信號通路 Hedgehog是一種在成人干細胞和組織的分化發育中起關鍵作用的重要信號蛋白分子。研究顯示，胃組織穩態的失調與慢性萎縮性胃炎和腸上皮化生胃酸分泌腺中的Sonic Hedgehog(Shh)受損有關[27]。 Song等[28]的研究發現，在分離具有較強的自我更新能力與藥物抗性，表達GSC相關的標記物(CD44、CD24和CD133)及較強體內致瘤能力的GCSCs 球形克隆細胞過程中，Shh信號通路靶基因(Ptch和Gli1)的表達顯著升高。但經Hh信號通路抑制劑環巴胺干預后，阻斷Shh通路，降低了GCSCs球形克隆細胞自我更新的特性，從而增強了化療藥物的敏感性。

由于Hh信號通路參與多種癌癥進程，故靶向抑制Hh通路對于治療癌癥具有重要意義。Robotnikinin，一種能與細胞外Shh結合的小分子藥物，研究顯示其在體外能有效抑制Shh信號[29]。雖然大量研究表明，GC與Hh信號通路蛋白過表達相關聯，且臨床前實驗中Hh抑制劑可抑制GC細胞生長，但目前抗Hh化合物尚未在胃癌患者中進行試驗。深入研究將展示出新型Hh拮抗劑良好的藥理性能，無疑會對GC的治療產生深遠的影響。

2.2.2 Notch信號通路 Notch信號通路在干細胞自我更新中具有重要的意義，并參與了決定祖細胞的命運過程。Notch信號通路在許多癌癥如肺癌、乳腺癌、卵巢癌以及白血病等的發生中發揮致癌作用[30]。 Piazzi等[31]研究表明，在GC中，Notch1活性是由Delta-like1配體的表觀遺傳沉默所控制的。Gamma-分泌酶抑制劑通過阻斷Notch受體裂解而拮抗Notch信號。糖皮質激素與其聯合治療白血病可克服由Gamma-分泌酶抑制劑引起的嚴重胃腸道毒性副作用[32]。目前對Notch信號的蛋白酶活性抑制作用尚未在GC中發現顯著的抑制效果，需要進一步研究提供科學數據。

2.2.3 Wnt/β-catenin信號通路 Wnt信號通路被認為是組織修復和干細胞更新的關鍵所在。在癌變過程中，經典的Wnt通路與GCSCs的干性維持和增殖，EMT形成有關。因此，GCSCs的干性維持與獲得傳播所需的間充質表型顯著相關[33]。Wnt異常激活也與胃腺癌的發展有關，而β-catenin基因突變在GCs很常見[34]。 Fan等[35]研究表明，miR-501-5p的上調激活Wnt/β-catenin信號傳導途徑并增強胃癌中的干細胞樣表型，提示Wnt/β-catenin 通路對人類胃癌中干細胞樣細胞的自我更新具有重要意義。

目前，已有針對β-catenin依賴的Wnt信號級聯和抗Wnt抗體的小分子藥物開展臨床前實驗。抗生素沙利霉素是一種基于對Wnt/β-catenin信號轉導的抑制劑，目前廣泛應用于家禽養殖，但研究顯示它是GCSCs的有效抑制劑。沙利霉素在乳腺癌中選擇性地消除了GCSCs，而在慢性淋巴細胞白血病中通過異常Wnt信號級聯誘導細胞凋亡[36]。 Zhi等[37]研究提示，在GC中，與ALDH-low癌細胞相比，ALDH-high細胞顯示出包括Sox2、Nanog和Nestin的高表達，較強的克隆形成及耐藥性能的GSC特性，給予沙利霉素干預后，則顯著減少ALDH-high細胞數量。

2.3 針對端粒酶活性的靶向GCSCs治療

端?？s短會引起復制衰老或細胞凋亡。腫瘤細胞通過重新激活端粒酶(RNA模板依賴的DNA合成酶)實現增殖生長。因此，端粒酶活性的增加是GCSCs無限增殖的潛在原因[38]。端錨聚合酶1被認為是有助于維持端粒酶長度的端粒特異性結合蛋白之一。Zhang等[39]研究發現在SGC-7901胃癌細胞系中，對端錨聚合酶1和端粒酶的聯合抑制能夠協同縮短端粒長度，因此，抑制端粒酶活性和端錨聚合酶1可以獲得良好的抗胃癌生長效果。

3 展 望

雖然關于GCSCs的研究取得一定的成就，但是仍有諸多問題需要深入探討。如目前還未建立一套可靠的GCSCs表面標記物識別和分離的方法。此外，GCSCs表現出顯著的異質性，即在單個癌癥類型中也含有不同的表型。同時，GCSCs與微環境保持著動態平衡，這使得GCSCs靶向治療更加復雜化。因此，需要對調控GCSCs狀態的途徑和分子有更全面的了解。高通量技術和生物信息學的快速發展使遺傳和表觀遺傳改變的分子標記更容易被發現，進而促進胃癌生物標志物的發展，更有利于靶向胃癌干細胞藥物的臨床前或臨床試驗階段。雖然其療效還有待結論驗證，但與傳統治療方法相比，靶向GCSCs治療分子或者藥物聯合當前的胃癌治療方案能夠更精確地作用于目標靶點，更精準地抑制干細胞的特性和惡性生物學行為，這勢必為胃癌的治療帶來新的希望。