基于靶向腫瘤干細胞抗腫瘤策略的研究進展

楊力俠，邢書娟，董明清

(西安外事學院醫學院，西安710077)

研究顯示，大多數來源于造血的實體瘤和惡性腫瘤中存在腫瘤干細胞(CSC)，其致瘤活性已在多種惡性腫瘤中得到證實[1]。CSC具有獨特的自我更新、增殖和分化能力，在不同類型的惡性腫瘤中，CSC對腫瘤的進展、耐藥性、復發和轉移均有顯著影響。因此，選擇性根除CSC成為一種有前途的腫瘤干預策略。近年研究報道了許多特異性靶向CSC的方法，如阻斷CSC的自我更新和存活、抑制ATP結合盒轉運蛋白(ABC)、靶向CSC表面標志物、抑制干細胞相關通路、清除腫瘤微環境等，此外，免疫治療、激素治療、miRNA與siRNA的傳遞和基因敲除、小分子藥物、核酸和抗體藥物等亦能選擇性地破壞CSC[2～6]。現將CSC靶向治療的研究進展綜述如下。

1 靶向CSC特異性表面標志物

CSC具有高度可塑性，隱藏在腫瘤中，不易識別和根除。抗CSC治療首先涉及到對各種CSC特異性細胞表面標志物的識別，從而正確識別和靶向特定腫瘤的干細胞群體。CD24、CD26、CD44、CD133、CD166、ALDH、EpCAM均是CSC特異性表面標志物，CD24、CD34、CD44、CD133、CD166、ALDH1被用來鑒定實體瘤中的CSC，CD29、CD44、CD133、CD166、EpCAM等的關鍵功能是介導細胞與腫瘤微環境的黏附。一些標志物具有CSC廣泛表達的特性，如MET廣泛表達于CSC中，與CSC侵襲、擴增及干性維持相關；而一些標志物是細胞特異性的，如Lgr5是一種腸道CSC標志物，僅在結腸癌患者及結腸癌動物模型中表達。

細胞表面標志物的鑒定是靶向CSC的關鍵，因此科研工作者針對細胞標志物開發出各種類型腫瘤精確的治療方案。Jin等[2]報道，對NOD/SCID-人急性髓系白血病移植小鼠模型給予活化的抗CD44單克隆抗體治療，結果顯示白血病細胞數量顯著減少。Kikushige等[3]報道，TIM-3特異表達于CD34+CD38-的人急性髓系白血病CSC中，向人類白血病CSC中加入TIM-3抗體，靶向CSC特異性標志物TIM-3，結果顯示TIM-3抗體能夠選擇性阻斷人類AML在NOD-SCID小鼠中的移植和(或)發育，提示TIM-3抗體可特異性清除人類白血病CSC。CD133是識別人類大腦正常神經前體細胞的標志物，也被用來富集CSC。Brescia等[4]報道，對膠質母細胞瘤患者給予靶向CD133治療，通過沉默人膠質瘤神經球中的CD133，破壞了神經球細胞的自我更新和致瘤能力。顯示了CD133具有顯著的抗癌治療潛力。CD13是一種特異性的肝CSC標志物。Haraguchi等[5]報道，靶向CD13可顯著抑制腫瘤細胞的自我更新和休眠CSC的活化。

2 靶向信號通路

CSC保留標志性的干細胞樣特性，可通過修飾或解除控制的Wnt/β-catenin、Notch、Bcl-2、Hedgehog、PI3K/Akt、PTEN和NF-κB等信號通路調節CSC的自我更新和分化。這些分子及其相關信號級聯的詳細信息對于制定有效的對抗CSC介導的腫瘤治療策略至關重要。

2.1 Wnt/β-catenin信號通路 Wnt信號通路由β-catenin和TCF激活，導致c-MYC、CCND1/2、Axin2、SOX4、TCF7、ASCL2、LGR5等靶基因表達，用于保持CSC的自我更新，使其保持在未分化狀態。Wu等[6]報道，Wnt/β-catenin信號在皮膚癌中維持CSC的表型與干性。Mei等[7]通過在肺癌細胞中過表達RIF1(Wnt通路的正調節因子)誘導細胞周期進程，發現Wnt/β-catenin信號通路在維護CSC的增殖和CSC特性中起重要作用。由癌癥相關成纖維細胞(CAFs)釋放的肝細胞生長因子(HGF)介導的癌細胞Wnt信號通路的激活有助于促進癌細胞向CSC的去分化，因此Wnt信號通路的激活與CSC的發生有關。

Chen等[8]認為，有兩類可以破壞Wnt通路反應的抑制因子，一類抑制Porcupine(一種膜結合的酰基轉移酶，對Wnt蛋白的產生至關重要)的活性，另一類抑制軸蛋白(Wnt/β-catenin通路活性的抑制劑)的活性，可實現體內Wnt/β-catenin通路的短暫、可逆抑制。因此，在不對正常干細胞功能造成永久性損傷的情況下，通過短期抑制病理Wnt反應，可以達到抗癌治療的目的。Krishnamurthy等[9]報道，Porcupine選擇性抑制劑LGK974及小分子抑制劑ETC-159在體內阻斷Wnt信號通路和腫瘤生長，FH535、PKF115-584、ICG-001、PKF118-310、NCB-0846、CWP232291等通過抑制軸蛋白即通過靶向Wnt/β-catenin信號通路抑制CSC的活性。抗Wnt1/Wnt2單克隆抗體OMP-18R5、OMP-54F28、Foxy-5、OTSA101已被證明是體外有效的抗腫瘤方法。

2.2 Hedgehog信號通路 Hedgehog信號通路與胚胎發育過程中干細胞的維持有關，通過兩個跨膜蛋白Patched和Smoothened向胞內傳遞信號，Hedgehog過度激活可導致多種器官發生腫瘤。Hedgehog通路抑制劑環巴胺可通過阻斷Hedgehog介導的信號通路，抑制腫瘤生長、增殖、侵襲和轉移。GDC-0449(Genentech′s公司)通過靶向Smoothened抑制Hedgehog信號發揮抗腫瘤作用，在晚期基底細胞癌患者中顯示出良好的治療效果。同樣針對Hedgehog信號通路的藥物MK0752(Merck公司)、R04929097(Roche公司)、PF-03084014(Pfizer公司)、LY450139(Eli Lilly公司)已進入臨床試驗，同時一些作用于Hedgehog信號通路的小分子Vismodegib、BMS-833923、Saridegib、Sonidegib、PF-04449913、LY2940680、LEQ506、TAK-441等亦被報道單一治療對多種癌癥具有療效。

2.3 Notch信號通路 Notch信號通路與CSC的持續自我更新能力有關。當Notch受體與Notch配體DLL-4結合時，Notch受體被γ-分泌酶裂解成穩定的細胞內結構域(NICD)，NICD可以轉位到細胞核內，激活Notch靶基因的轉錄，包括HES家族基因、HEY家族基因、NRARP等。Baker等[10]報道，在乳腺癌中Notch通過抑制磷酸酶和PTEN促進CSC存活。因此，Notch通路可作為清除CSC的治療靶點。Harrison等[11]報道，抑制Notch1及Notch4信號通路可降低CD44+CD24low亞群比例，降低乳腺癌CSC活性，抑制了腫瘤的發生。Yabuuchi等[12]報道，選擇性γ-分泌酶抑制劑PF-03084014能夠抑制Notch1細胞分裂和Hey-1、HES-1的激活，其單獨或與吉西他濱聯合用于胰腺癌異種移植模型，通過誘導凋亡抑制CSC，從而有效的抑制腫瘤的生長與擴散。Notch3過表達可導致CSC擴增，從而增加腫瘤細胞對鉑藥的耐藥，而Notch3通路抑制劑GSI(γ-分泌酶抑制劑)可通過減少CSC數量增加腫瘤對鉑藥的敏感性，如Ceccarelli等[13]報道了卵巢癌中Notch3在CSC介導的耐藥中的作用，推測Notch3可能成為對抗卵巢癌CSC的新靶點。

3 靶向腫瘤微環境

腫瘤微環境是腫瘤細胞存在的周邊環境，影響腫瘤細胞的生長。CSC存在于一種更小的特化腫瘤微環境niches，這個niches上包含了與腫瘤微環境相似的細胞和非細胞成分，包括癌癥相關成纖維細胞、內皮細胞、免疫細胞以及細胞外基質等。不同類型腫瘤的腫瘤微環境及其CSC niches不同。這些微環境維持了CSC的干細胞特性如表型、可塑性，并保護其免受藥物誘導的細胞凋亡，促進其轉移。因此，靶向CSC niches可能是控制腫瘤進展及其治療的有力工具。

3.1 靶向腫瘤相關基質細胞 癌癥相關成纖維細胞、腫瘤相關巨噬細胞(M2細胞)是腫瘤微環境中最重要的兩種細胞，這些細胞在各種腫瘤的穩態調節中發揮重要作用，抑制這些基質細胞可能會減少CSC生長。Gao等[14]認為，在肝細胞癌中，癌癥相關成纖維細胞分泌的OPN在CSC中積累，OPN水平高的CSC對DNA甲基化抑制劑(如5-azacytidine)更為敏感。癌癥相關成纖維細胞還可分泌大量TGF-β于腫瘤微環境內，Zuo等[15]使用LY364947抑制TGF-β信號，增加CSC對納米藥物的穿透率，提高對CSC的清除效率，達到了較好的抗腫瘤效果。M2細胞通過與腫瘤進展相關的細胞(包括Th2細胞、癌相關成纖維細胞、癌細胞、調節性T細胞和骨髓來源的抑制細胞)相互作用來發揮這些功能。

3.2 靶向腫瘤缺氧 缺氧是腫瘤微環境的共同特征。缺氧通過上皮間質轉化(EMT)基因的激活和自噬過程參與CSC的耐藥性，細胞外基質的組成與缺氧有直接關系，因此細胞外基質在CSC的產生中起關鍵作用。Hout等[16]報道，HIF-1和HIF-2α是癌癥缺氧反應的重要因子，HIF-1通過激活TWIST1調節EMT的表達，從而調節CSC活性；而HIF-2α通過激活Sox2、OCT4、CD44等干細胞因子起作用。缺氧亦可以通過激活CSC中的自噬過程，彌補ATP的不足，增加代謝營養物質，促進細胞的存活并上調干性相關基因。CSC的自噬可以通過抑制或過度激活失巢凋亡實現。Talukdar等[17]報道，自噬抑制劑能夠抑制多形性膠質母細胞瘤的CSC，自噬過度激活可啟動毒性自噬過程，降低CSC的存活率。

3.3 靶向CSC代謝通路 代謝通路在CSC基因組改變及干性維持方面具有重要作用。CSC依賴于OXPHOS代謝或高糖酵解的代謝(如缺氧)，并且表現出代謝可塑性和高度靈活性，以適應不同的微環境。另外維持CSC干性的多種信號通路影響CSC的代謝通路，但線粒體功能對CSC功能如干性、遷移和耐藥性至關重要。葡萄糖轉運體和糖酵解酶如GLUT1-4、己糖激酶1-2、丙酮酸激酶M2和乳酸脫氫酶是目前抑制CSC糖酵解代謝的靶點。依賴于OXPHOS的CSC可以通過損害線粒體能量代謝作為靶點。研究表明，二甲雙胍和Phenformin能夠抑制CSC中的電子傳遞鏈復合物Ⅰ，并通過能量危機導致細胞死亡。De Francesco等[18]通過四環素抑制線粒體核糖體合成線粒體蛋白來阻斷線粒體OXPHOS，從而對CSC產生毒性。同樣，線粒體伴侶TRAP1抑制劑Gamitrinib也可以靶向線粒體代謝，導致線粒體蛋白折疊功能受損，從而抑CSC。越來越多的證據表明，靶向線粒體OXPHOS可能是靶向CSC、減少癌癥轉移和化療耐藥性的有效策略。另外CSC高度依賴脂質代謝來滿足其能量需求，靶向脂質代謝亦成為研究的熱點。代謝底物天冬氨酸、谷氨酰胺和脂肪酸等均影響代謝的過程。研究表明，天冬氨酸可能是腫瘤生長的限速代謝物，靶向天冬氨酸的胞內運輸可能是治療腫瘤的一個新策略。

4 靶向ATP結合盒(ABC)轉運蛋白

ABC轉運蛋白在CSC中高表達，且ABC轉運蛋白的表達與CSC的多藥耐藥有關[3]。ABC轉運蛋白可減少各種治療藥物的細胞積累，因此CSC對更高劑量的抗癌藥物具有相對更強的耐藥性。參與癌癥多藥耐藥(MDR)的ABC轉運蛋白包括經典的p-糖蛋白(MDR1、ABCB1)，多藥耐藥相關蛋白(MRPs、ABCC亞家族)，以及ABC半轉運蛋白ABCG2。Fumitremorgin C、Tryprostatin等藥物通過抑制ABCG2泵的作用從而對CSC有增敏和殺傷作用，而基于靶向ABCB5的單克隆抗體可使人類惡性黑色素瘤患者對抗癌藥物阿霉素敏感。環孢素A、VX710、Tariquidar等小分子抑制劑或單克隆抗體等可用于直接抑制ABC轉運蛋白。以上研究表明轉運蛋白在MDR中的重要性，靶向這些外排泵可能是癌癥治療中控制MDR的有效方法。

5 靶向miRNA

miRNA是一種小的非編碼RNA，通過與靶向mRNA結合或通過翻譯修飾來調節基因的表達。CSC異常表達多種miRNA，與CSC相關EMT、轉移、血管生成和耐藥性相關。不同miRNA在CSC中的差異表達譜使其成為治療MDR的潛在生物標志物，并具有靶向CSC各種特性的生物學特異性，通過控制致癌或抑癌miRNA表達成為一種新的癌癥治療方法。

某些特定癌癥類型中的CSC特異性miRNA可能會調控某些CSC生物表型。Sun等[19]發現，某些致癌miRNA如LIN-28B、miR-9、miR-181、miR-93、miR-215，對CSC引起的腫瘤發生或耐藥起作用。miR-4319在乳腺癌中調節CSC的發生和自我更新；miR-93通過靶向自噬調控膠質母細胞瘤的致瘤性和治療反應。miR-18a-5p在肺癌中通過下調HIF-1α表達抑制CSC的功能。

某些特異性miRNA在不同的組織中表現出不同的調節方式，如miR-34a在前列腺CSC中的低表達導致雄激素受體和CD44的激活；在膠質母細胞瘤中通過引起細胞周期阻滯、凋亡對CSC進行調節；而在乳腺CSC中，miR-34a直接靶向CD44抑制CSC；p53可直接靶向miR-34b/miR-34c，該miRNA在p53缺陷的卵巢癌細胞中表達下調。

某些特異性miRNA通過靶向信號通路或細胞表面標志物等發揮調節作用，Kaur等[21]報道，miR-320靶向β-catenin mRNA的3′UTR區，從而抑制β-catenin表達。Garcinol通過調節miR-200c下調Notch1信號通路，抑制人胰腺癌CSC的致癌特性[22]。Let 7 miRNA通過抑制cyclin D1/Akt1/Wnt1信號通路，使乳腺癌CSC對輻射誘導的抑制敏感[23]。miRNA可以調控這些通路之間的信號轉導，并與通路分子形成CSC信號網絡，從而控制CSC的自我更新和分化。因此，靶向目標miRNA調節CSC為癌癥治療提供了一種新的思路。siRNA也可以用于靶向治療，有報道稱si-Akt2對CSC介導的乳腺腫瘤復發有抑制作用[24]。

CSC具有復雜的調控網絡，除上述靶向腫瘤的方法外，免疫療法、激素療法、靶向細胞因子、納米遞送系統等均被用于CSC的治療，各種策略均有一定的效果，但由于CSC的復雜性、異質性和可塑性，單一方法并不能根除CSC。對于不同組織中CSC身份的鑒定、腫瘤中的精確位置以及確定的靶向方法的研究仍然任重而道遠。提高對CSC特征及其介導的信號轉導的認識，有助于開發針對CSC更有效的治療方法。