腫瘤干細胞在化療耐藥機制中的研究進展

郭海嘯 欒婷 王海峰 王劍松

昆明醫科大學第二附屬醫院泌尿外科，云南省泌尿外科研究所（昆明650101）

腫瘤長期以來被認為是異質性的實體［1］，近年來解決腫瘤內部異質性的起源問題已經成為腫瘤化療耐受研究的核心挑戰之一。克隆進化模型認為腫瘤是隨機進化的結果，而腫瘤干細胞模型認為腫瘤的異質性是由于腫瘤干細胞的存在［2?3］。腫瘤干細胞被定義為“具有自我更新能力，可以起始腫瘤的細胞”［4］。正是這種能夠分化各種具有高增殖潛能子代細胞的干樣特性細胞導致了腫瘤的異質性。目前，完全地清除腫瘤仍然是腫瘤學家面臨的一大問題，這是由于90%轉移性腫瘤的化療失敗都歸因于化療耐受［5］。而腫瘤干細胞具有高致瘤性、強耐藥性以及自我更新與維持的特性，與腫瘤復發、轉移和高死亡率密切相關［6?8］。因此腫瘤干細胞被認為是化療耐受的主要原因，那么了解腫瘤干細胞的化療耐受機制對于腫瘤的治療就尤為重要。本文主要從以下幾種分子機制探討腫瘤干細胞在化療耐藥機制中的研究進展。

1 ABC轉運蛋白

ABC 轉運蛋白（ATP?bindingcassette transporter，ABC transporters）即ATP結合盒式轉運蛋白，是一種能利用ATP水解產生的能量對不同底物進行跨膜運輸的蛋白質［9］。這種蛋白質一般位于細胞質膜上，保護細胞免受有害毒素和異物的傷害［5］。ABC 轉運體包括 ABCG2、ABCB1、ABCC1等，其中ABCG2有能力轉運阿霉素、甲氨蝶呤等化療藥物，而ABCB1即P?糖蛋白在一半以上的化療耐藥腫瘤中都可見其表達［10］。QU等［11］證明了在乳腺癌化療后的殘基中ABCG2和P?糖蛋白的表達量與腫瘤干細胞的表面標記CD44成正相關。同樣地，SUN等［12］將阻礙ABC轉運體表達的siRNA連同化療藥物一起加入乳腺癌腫瘤干細胞培養液時，發現腫瘤干細胞表現出增強的化療敏感性。通過對前列腺癌腫瘤干細胞的研究發現Notch1信號通路可以作為反式作用因子反式激活ABCC1的表達，使得前列腺癌腫瘤干細胞獲得更強的化療耐受能力［13］。因此，ABC蛋白作為腫瘤干細胞的表面標記可以用來識別腫瘤干細胞，并且其本身轉運藥物的能力使得腫瘤干細胞能夠對抗化療藥物的侵襲。

2 Toll樣受體

Toll樣受體 4（Toll?like receptors 4，TLR4）是一種跨膜蛋白，其激活會導致細胞內信號通路NF?κB的啟動以及與先天性免疫系統相關的炎性細胞因子產生［14］。而NF?κB在感染免疫反應調節中占據重要的地位，它的調節失控被認為與腫瘤發生有關。在神經膠質瘤中，脂多糖（LPS）與TLR4的相互作用能夠誘導腫瘤干細胞的增殖和化療耐受，并且細胞毒T細胞對腫瘤干細胞的殺傷能力能被LPS所緩解，但是這種效應在TLR4基因敲低后并不是那么明顯［15?16］。LIU等［17］認為人肝癌中TLR4的表達和腫瘤干細胞特性存在相關性，即TLR4可能作為腫瘤干細胞的表面標記，促進腫瘤的侵襲和轉移。同樣的，人類乳腺腫瘤干細胞中會同時表達TLR2及其相應的配體高遷移率族蛋白1（HMGB1），這種自分泌循環對腫瘤干細胞的自我更新和化療耐受極為重要［18］。因而Toll樣受體及其后信號通路（NF?κB等）的激活能夠增強腫瘤干細胞的干樣特性，同時還會增加與腫瘤干細胞化療耐受有關細胞因子（TNF?α、IL?6等）的表達。

3 乙醛脫氫酶

乙醛脫氫酶（acetaldehyde dehydrogenase，ALDH）屬于19種同工酶超家族的一員，能夠參與體內重要的生物合成過程，包括對特異性內源性和外源性醛基的解毒作用［19］。最近的研究表明ALDH同樣涉及到腫瘤的化療耐受過程，因其能夠保護腫瘤干細胞免受胞體內持續增加的活性氧簇（ROS）所帶來的潛在毒性傷害［20］。MENG等［21］的研究表明在卵巢癌中ALDH的表達水平與化療耐受呈正相關，即ALDH1能夠通過調節細胞周期關卡和DNA修復網絡來維持卵巢癌腫瘤干細胞的化療耐受特性。因此，食管癌細胞ALDH1的表達水平可以預測化療反應療效也就無可厚非［22］。同樣在胸膜間皮瘤中，CD44陽性腫瘤細胞表達高水平的ALDH并表現出對順鉑等化療藥物的耐受［23］。而通過對ALDH的靶向抑制則可以阻止由ALDH陽性肺癌腫瘤干細胞導致的腫瘤復發［24］。所以ALDH作為一種解毒酶在腫瘤干細胞中高表達能夠緩解活性氧的毒性作用同時能夠控制細胞周期使得細胞有足夠的時間進行DNA的修復，這使得腫瘤干細胞能夠對抗化療藥物的細胞毒作用。

4 Rho蛋白

Rho蛋白（Ras homolog gene family，Rho）是小G蛋白超家族的成員，因其能夠調控細胞骨架重組過程，所以Rho蛋白對細胞遷移和腫瘤細胞侵襲性方面起至關重要的作用［25］。Rho相關蛋白激酶（rho?associated protein kinase，ROCK）是Rho蛋白的效應器，ZHENG等［26］研究發現Sox2基因能夠通過Rho?ROCK信號通路來調控結直腸癌腫瘤的運動性并促進腫瘤的進展。在對來自黑色素瘤和乳腺癌腫瘤干細胞進行Rho?ROCK通路靶向藥物治療過程中，可以發現腫瘤干細胞運動性和侵襲性均下降［27］。同樣地，靶標為ROCK的小分子抑制劑能夠通過阻斷Rho通路作用來抑制Survivin蛋白表達，并且能夠增加胰腺癌腫瘤干細胞對化療藥物的敏感性［28］。總而言之，Rho?ROCK通路的激活可以促進Survivin蛋白表達，而Survivin蛋白作為一種抗凋亡蛋白能夠保護腫瘤干細胞免受化療藥物誘導的細胞凋亡，因此這種通路使得腫瘤干細胞能夠對抗化療以及表達更強的干樣特性。

5 Numb蛋白

Numb蛋白（Numb protein）涉及到細胞發育、粘附和遷移、細胞不對成分裂以及目標蛋白內吞和泛素化過程［29］。干細胞對稱性分裂和非對成性分裂之間的平衡控制著組織穩定性，這種平衡失調則會導致腫瘤發生。在結直腸癌腫瘤干細胞中，Numb蛋白表達被miR?146a?5p抑制，并導致Wnt信號通路激活來維持腫瘤細胞干樣特性［30］。而BU P等［31-32］在早期結腸癌腫瘤干細胞中發現？miR?34a能夠通過直接抑制Numb蛋白，建立一種靶向目標是Notch信號通路的前饋回路，這種回路能夠提供一種保護機制來對抗由致瘤基因突變引起的干細胞增殖。同樣肝癌中Nanog蛋白能夠使Numb磷酸化進而導致p53的不穩定性，最終使得腫瘤干細胞自我更新和致瘤能力增強［33］。Numb蛋白既能夠通過影響Notch通路和破壞p53蛋白穩定性從而促進腫瘤干細胞增殖以及干樣的維持，又能夠通過影響Wnt通路抑制腫瘤干細胞的干樣特性，這主要取決于其分布在組織中的不同亞型。

6 Musashi蛋白

Musashi蛋白（MSI）是RNA結合蛋白家族中的一員，這種MSI蛋白家族能夠通過轉錄調控機制或激活相關蛋白表達從而維持干細胞無限增殖的能力［34?35］。哺乳動物MSI蛋白家族作為癌基因蛋白在一系列腫瘤中占據重要地位，包括白血病、神經膠質瘤、胰腺癌、乳腺癌、結直腸癌等［36］。在膠質母細胞瘤中MSI?1過表達能夠通過下調促凋亡基因保護腫瘤細胞免受由化療藥物所誘導的細胞凋亡［37］。研究發現結直腸癌細胞中MSI?1作為干性基因是CD44陽性腫瘤干細胞發育過程的關鍵調節因子，并且能夠通過引發抗凋亡應激顆粒（SGs）的形成而增強腫瘤干細胞化療耐受能力［38］。FANG 等［39］研究表明MSI?2 在肝癌腫瘤干細胞中通過上調調節自我更新基因Lin28A的表達進而實現腫瘤干細胞化療耐受，并且敲低MSI?2基因會導致腫瘤干細胞自我更新和化療耐受的改變。因此MSI蛋白作為腫瘤干細胞抗凋亡過程中的重要蛋白是腫瘤干細胞能夠對抗化療藥物細胞毒作用不可或缺的分子基礎。

7 ID蛋白

ID蛋白（inhibitor of differentiation，ID）即分化抑制因子，主要是螺旋?環?螺旋轉錄因子亞家族的成員，其作為DNA結合抑制劑能夠調控與細胞分化相關的基因轉錄，因此這種蛋白主要在祖細胞和干細胞中表達［40］。許多人類惡性腫瘤中都可以檢測到ID基因表達的失控，ID蛋白是腫瘤干細胞自我更新、增殖以及維持的必需蛋白，此外ID蛋白還能促進腫瘤遠處轉移［41?42］。SHIN 等［43］研究表明ID1能夠通過Wnt/c?Myc信號通路增加乳腺癌腫瘤干細胞數量和活動能力進而使乳腺癌致瘤能力增強。ID1在膠質母細胞瘤的表達水平與腫瘤細胞侵襲性成正相關，并且敲低ID1基因會導致明顯的腫瘤細胞侵襲性、自我更新能力抑制以及腫瘤干細胞表面標記下調［44］。同樣的，在胃癌中敲低ID1基因可以發現腫瘤干細胞自我更新能力下降以及隨后出現的細胞增殖和化療耐藥能力的抑制，其機制有可能是破壞了 Nanog和 Oct?4 通路［45］。ID 蛋白與 Wnt/c?Myc、Nanog和Oct?4等信號通路密切相關，而這些通路與腫瘤干細胞的自我更新和干樣特性的維持密不可分，因此ID蛋白對腫瘤干細胞的調控是其對抗化療藥物的又一重要機制。

8 非編碼RNA

近年來研究表明，不同類型的非編碼RNA（non?coding RNA，ncRNA）例如微小RNA（miRNA）和長鏈非編碼RNA（IncRNA）能夠通過調節轉錄因子和下游信號通路控制腫瘤干細胞的生長和分裂［46］。因此這些非編碼RNA對涉及到細胞內信號通路、細胞分化、細胞凋亡及細胞干性維持基因的影響是包括腫瘤在內許多疾病發生發展的基礎。大量證據證實miRNA對腫瘤干細胞干性的維持、自我更新及分化的調節至關重要［47］。例如LIU等的研究證明由Snail基因通過Wnt通路上調的miR?125b能夠促進腫瘤干細胞的生成和化療耐藥［48］。在胰腺癌的研究中發現同時抑制miR?21和miR?221能夠降低腫瘤干細胞的種群數并減少其分化，從而導致胰腺癌整體增殖能力，侵襲能力以及耐藥能力的下降［49］。而IncRNA是一組長度超過200個核苷酸的非編碼RNA，研究表明IncRNA與腫瘤干細胞密切相關。例如在對肺腺癌的研究表明IncRNA ROR能夠調節與腫瘤侵襲，轉移以及化療耐藥獲取相關的EMT的表達［50］。WANG等［51］對前列腺癌的研究發現，IncRNA HO?TAIR可以被化療藥物吉西他濱所誘導，并且能夠通過抑制腫瘤化療敏感性進而促進腫瘤干細胞自我更新和遷移能力。綜上，ncRNA主要是通過控制細胞內蛋白質的表達以及相關信號通路的激活來實現對腫瘤干細胞的調控，這使得腫瘤干細胞能夠維持其干樣特性并對抗化療藥物的毒性作用。

9 總結與展望

綜上所述，可以發現這幾種分子機制的一個共同點就是對腫瘤干細胞干樣特性維持的作用，這種作用是腫瘤干細胞能夠對抗化療藥物毒性作用的基礎。腫瘤干細胞之所以能夠逃避化療藥物的細胞毒作用，無外乎其自身的藥物排泄機制，抗凋亡機制以及DNA損傷修復機制等。通過對腫瘤干細胞耐藥機制的研究可以探索新的靶向目標，改善傳統的抗腫瘤方案。例如，在傳統化療方案的基礎上增加腫瘤干細胞的靶向治療，通過這種聯合治療方案能夠同時清除腫瘤細胞和腫瘤干細胞，提高腫瘤患者化療的整體效果，具有很好的前景。目前靶向腫瘤干細胞的治療策略主要包括針對腫瘤干細胞的特異表面標記和胞內信號轉導通路，誘導腫瘤干細胞分化以及改變腫瘤干細胞微環境。但是有研究表明腫瘤細胞在一定條件下受其周圍環境的影響可以去分化成腫瘤干細胞以補充消耗的腫瘤干細胞，而這種新生腫瘤干細胞的化療耐受能力就不得而知了。腫瘤內部異質性和其周圍微環境的復雜性使得腫瘤治療變得異常困難，那么了解腫瘤內部異質性和其外部環境，以及腫瘤細胞與腫瘤干細胞之間的關系就變得尤為迫切了。