ALDH1在GCSCs逃逸胃巨噬細胞殺傷中的作用及其機制研究*

張鋼強 張 強

蚌埠醫學院第一附屬醫院醫學檢驗科，安徽省蚌埠市 233000

胃癌(Gastric carrcinoma，GC)是消化系統比較常見的惡性腫瘤，目前的治療方法多為手術治療聯合放化療，可是相較于其他的惡性腫瘤，胃癌的預后效果較差，生存率低，一方面由于胃癌早期檢出率低,發現時往往已是晚期,失去了包括手術在內的全身治療的最佳機會；另一方面在于胃癌的侵襲及轉移作用強，且多為腹腔轉移[1]。胃癌的復發轉移概率非常高， 目前認為這種情況的出現可能與胃癌干細胞有關，與胃癌干細胞密切相關的分子標志物有很多，如CD44、CD133、CD24、ALDH1[2]等，其中ALDH1高度表達于胃癌干細胞中，其不僅對機體的正常細胞產生保護作用，而且還參與了機體的免疫調控[3]。在胃癌的發展過程中起著重要作用的巨噬細胞被普遍認為是重要的抗腫瘤免疫細胞，其具有多種抗腫瘤細胞的機制，且針對腫瘤細胞的殺傷作用與腫瘤細胞的分裂周期無關。了解ALDH1分子標志物及胃癌干細胞逃逸胃巨噬細胞殺傷作用及其機制之間的關聯，可為認識及診治胃癌提供幫助。

1 腫瘤干細胞與胃癌干細胞

腫瘤干細胞于90年代末在急性髓系白血病中發現的，之后對于腫瘤干細胞的來源產生了兩種分歧的觀點，一種認為正常的干細胞產生了腫瘤干細胞，且在乳腺癌、結腸癌、胃癌等實體細胞腫瘤中均證實了腫瘤干細胞的存在[4]；而另一種觀點認為腫瘤干細胞來源于祖細胞，并通過MLL癌基因轉入到骨髓祖細胞中導致了急性白血病的產生以獲得證實等。2006年，美國研究者協會(American Association for Cancer Research，AACR)對腫瘤干細胞做出明確的定義：具有自我更新能力并能產生異質性腫瘤細胞的細胞。胃癌干細胞作為腫瘤干細胞的一種，當然也具有與腫瘤干細胞相似的生物學特性，并且胃癌干細胞的侵襲及轉移方面的作用也得到了相應的證實[5]。后研究者通過長春新堿的富集實驗，得到了自我更新、多向分化、高致瘤性和對化療藥的耐藥性等腫瘤干細胞特征的細胞群，推測此細胞群可能為“胃癌干細胞”。對于胃癌干細胞來說，其EMT基因的表達在其胃癌的侵襲轉移作用中起到了重要的作用[6]。上皮間質轉化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)最常見于惡性的腦膠質母細胞瘤中[7]，是指在胚胎的發育過程中，具有極性的上皮細胞通過相應的轉化喪失其細胞骨架，而成為具有活動能力且能夠在間質細胞中自由移動的多步驟的反應過程[8]。EMT的特點就在于胃癌干細胞轉變的發生是以細胞的黏附或者是頂部—基底部的極化等喪失其間充質細胞的特性，將不能移動的上皮細胞轉化為可以在間質細胞中自由移動的細胞[5，8]，包括基因型及形態學的改變過程。研究表明，胃癌主要的轉移機制在于胃腸道來源的上皮細胞與間質干細胞緊密接觸后獲得了相關的成纖維細胞表型并且增強了其腫瘤生長及轉移[9]。

2 胃癌干細胞的信號通路

與腫瘤干細胞的發生、發展、侵襲及轉移密切相關的信號通路主要有四種，分別包括Wnt信號通路、Notch信號通路、Hedgehog 信號通路以及BMP信號通路；各個信號通路并不是相互獨立的，而是共同起作用來維持其生物學特性。例如在胃癌干細胞中，可以檢測到Wnt信號的增高，并且Wnt和Notch之間相互交融[10]。

2.1 Wnt信號通路 Wnt的命名來源于兩種同源的基因組合，分別為果蠅片段極性基因和鼠原位基因。Wnt家族至少有19種的分泌型糖蛋白，且其在進化上均表現出高度的保守性。Wnt通過與相應的受體結合后主要激活三種信號，分別為 Wnt/β-catenin 信號途徑、Wnt/Ca2+途徑以及通過Jun氨基端激酶傳導的細胞極性通路。 Wnt/β-catenin 信號途徑是最為經典的一種信號通路，Wnt通過與Frizzled受體及低密度脂蛋白相關的輔助受體結合，阻斷了β-catenin的磷酸化，從而使得細胞內的β-catenin 數量的增加及累積，并與相應的轉錄因子相互作用以激活目標基因的轉錄。非經典的Wnt信號包括Wnt/Ca2+途徑以及通過Jun 氨基端激酶傳導的細胞極性通路，此類信號不會產生β-catenin，Wnt/Ca2+通路通過G蛋白和磷脂酶發揮調節作用，并通過激活蛋白激酶 C 和鈣依賴磷脂酶調節細胞質內的鈣濃度[11]；Jun氨基端激酶傳導的細胞極性通路主要在細胞胚胎的各階段發育過程發揮調控作用。

2.2 Notch信號通路 Notch信號通路一類進化高度保守的細胞信號通路，其對多種生命活動的關鍵調控作用貫穿于胚胎發育到成人各個時期，Notch信號通路的主要特點是通過細胞間的配體—受體相結合的方式激活、裂解等一系列的方式來啟動基因的轉錄，進而發揮作用。近年來研究發現Notch信號通路對于調控和維持腫瘤干細胞的自我更新及增殖方面起到了重要的作用。除此之外，Notch信號通路還與腫瘤干細胞放療耐受、化療耐藥、上皮間質轉化等生物學事件密切相關[4]。

2.3 Hedgehog 信號通路 Hedgehog 信號通路最早是在黑腹果蠅體節發育的研究中發現的，后陸續地也在脊椎動物中鑒定出來，其基因表現出較高的保守性，其編碼及分泌的相關蛋白質在胚胎的發育、成熟中具有重要作用。后發現Hh 信號通路與腫瘤細胞的增殖、 凋亡、分化和侵襲等多種生物學行為也密切相關[12]。目前Hedgehog 家族中有三個已知的配體是SHH、IHH及DHH，在這些配體中，人類胃底腺中表達的SHH可以通過 Hh 信號通路的異常活化促使SHH 上調并導致癌變。此外，Ma 等對照研究發現在90 例胃癌標本中，對照組正常組織標本中沒有發現或低表達Ptch，而實驗組卻在70%的胃癌標本中檢測到 Ptch 的表達，且其表達水平與胃癌細胞分化程度相關，這也表明胃癌細胞的分化可能與Hh的信號表達之間存在關聯。

2.4 BMP信號通路 BMP(Bone morphogenetic protein)的命名是因其具有誘導骨形成的作用，且對調節成骨細胞分化起到關鍵作用。BMP是轉化生長因子中最大的蛋白家族，包括40多個轉化生長因子，其中有BMP-2、BMP-6、BMP-7等，它們不僅具有誘導成骨的作用，而且參與了全身所有組織系統的胚胎發育、分化與成熟過程[13]。BMP信號通路的傳遞主要通過配體BMP與細胞膜上的絲氨酸/蘇氨酸激酶受體特異性結合，使得Ⅱ型受體活化后將信號傳遞給細胞內的Smad分子，活化的Ⅰ型受體進一步磷酸化Smad蛋白，促使Smad分子從細胞膜受體上脫離下來，并在胞質內結合后進入細胞核。在細胞核內，Smad多元復合物在其他DNA結合蛋白的參與下作用于特異的靶基因，調控靶基因的轉錄。BMP-2可以使 DNA 合成前期細胞增加，而且使DNA合成期的細胞減少；并且在彌漫型胃癌中研究發現，BMP-2的表達可以抑制細胞的增殖。研究發現，在巨噬細胞與胃癌細胞共培養時，巨噬細胞可通過 TGF-β/BMPs 通路上調胃癌細胞侵襲相關基因的表達而提高胃癌的侵襲能力，抑制 TGF-β/BMPs 通路則下調胃癌細胞侵襲相關基因的表達及胃癌的侵襲能力。

3 乙醛脫氫酶1

ALDH1是乙醛脫氫酶的一種同工酶，可以催化細胞內的乙醛氧化成為乙酸、視黃醇(維生素A)氧化成為維A酸(RA)的一種細胞溶質酶。2007年，GINESTIER等首次利用 ALDH1 在乳腺癌組織中發現乳腺癌干細胞，之后ALDH1 也被證明存在于其他實體瘤，如肺癌、頭頸部腫瘤、結腸癌等[14]。目前，ALDH1除了在正常的造血干細胞中高度表達以外，也成為了多種惡性腫瘤細胞的表面標志物，如乳腺癌[15]、肺癌等[16]。研究者發現將低劑量的ALDH1陽性和陰性兩種腫瘤細胞同時注射在不同的裸鼠體內，結果發現ALDH1陽性的裸鼠體內的腫瘤細胞可以生長增殖，而陰性的腫瘤細胞沒有這種能力；ALDH1陽性的肺癌細胞可以產生ALDH1陽性與陰性的混雜細胞群，而ALDH1陰性的細胞只能產生ALDH1陰性的細胞群，這說明ALDH1陽性的細胞更具有自我更新及分化的能力；ALDH1高度表達后，其對鉑類的化療藥物的耐藥性大大增加。總的來說，ALDH1陽性的細胞較陰性的而言，其更具有腫瘤干細胞的特征，主要表現為：自我更新、多向分化、高致瘤性和對化療藥的耐藥性等特征[17]。

4 胃巨噬細胞

在胃癌腹腔轉移的大網膜乳斑模型中，得到了較初次注射的胃癌細胞更為明顯的干細胞特征的胃癌細胞。因此現在研究者普遍認為胃癌細胞的選擇性定值點為乳斑，也是胃癌細胞腹腔轉移的第一站。乳斑之所以作為定值點不僅由于其豐富的血液供應，為胃癌細胞提供了營養支持，而且在于間皮細胞內VEGF的高度表達。乳斑內含有大量的免疫細胞，且主要由巨噬細胞構成，然而在大網膜乳斑模型中，初期胃癌細胞的減少而后期胃癌細胞的增多說明了巨噬細胞對胃癌細胞的殺傷是具有選擇性的，也證實了胃癌干細胞不僅能夠在乳斑中存活，而且可以生長增殖成為更大的轉移灶。巨噬細胞是一種MHC非限制的抗腫瘤免疫的天然免疫細胞類型，其對腫瘤細胞的殺傷作用主要表現為以下幾個方面：巨噬細胞的直接殺傷作用，例如釋放溶酶體直接殺傷腫瘤細胞；抗體依賴的細胞介導的毒作用，例如PWM等；釋放殺傷腫瘤細胞的效應分子，例如TNF-α及NO等；T淋巴細胞的活化殺傷及NK細胞的抗腫瘤作用。研究表明，巨噬細胞在不同細胞因子的激活下可以向不同的方向進行極化[18]，例如在IFN-y及LPS的作用下巨噬細胞可以向M1方向極化，從而具有抗腫瘤細胞的功能；在IL-6的作用下，巨噬細胞可以向M2方向極化，從而具有促進腫瘤細胞生長的功能。腫瘤相關巨噬細胞(TAMS)在大多數的文獻主要指的是M2型的巨噬細胞，巨噬細胞通過多種途徑募集到腫瘤微環境(Tumor microenvironment，TME)中，又被多種因素影響最終極化為TAMs，它促進了胃癌細胞的侵襲及促血管生成能力, 進而促成了癌細胞的轉移性播散[19]。

綜上所述，胃巨噬細胞的轉化是否與ALDH1的高度表達之間存在密切聯系？例如：ALDH1高度表達的細胞是否可以影響胃巨噬細胞向不同的方向極化，從而影響胃巨噬細胞的殺傷功能？ALDH1的生物學功能是否可以減輕巨噬細胞對胃癌細胞的殺傷能力？目前來說，胃癌干細胞的復發及轉移是導致胃癌患者死亡的最重要的原因，如何統一胃癌的標志物，又如何提高腹腔內游離癌細胞的檢出率，以及如何指導臨床的治療手段是目前治療胃癌的一項難題。相信通過對ALDH1及胃癌干細胞逃逸胃巨噬細胞殺傷作用及其機制的研究，定會讓我們對胃癌的復發、轉移及治療有更深的理解。