結(jié)直腸癌腫瘤干細(xì)胞標(biāo)記物研究進(jìn)展*

蘭莉莉，黎 軍，孫 琳，李小安

成都醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 消化內(nèi)科(成都 610500)

隨著生活方式的改變，結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)發(fā)病率及死亡率呈上升趨勢(shì)[1]，是世界上第三大常見癌癥，死亡率居世界第2位。目前，CRC的治療仍以手術(shù)為主，輔以放、化療及分子靶向治療。CRC患者的治療失敗，可能與術(shù)后殘留的腫瘤逃逸，從而引發(fā)轉(zhuǎn)移過(guò)程有關(guān)。分子靶向治療出現(xiàn)后，CRC患者預(yù)后明顯改善，但復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移仍是CRC的兩個(gè)關(guān)鍵生存影響因素，約50%患者治療后復(fù)發(fā)。近年研究[2]發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織中有一種細(xì)胞在腫瘤轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)、耐藥中起著重要作用，稱為腫瘤干細(xì)胞(tumor stem cell， CSCs)。CSCs在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中首先被發(fā)現(xiàn)，后來(lái)在CRC、肝臟、頭頸部、腦、胰腺、乳腺、卵巢腫瘤中逐漸被發(fā)現(xiàn)[3-9]。CSCs能夠啟動(dòng)、維持和發(fā)展癌癥生長(zhǎng)，具有自噬能力，負(fù)責(zé)腫瘤中腫瘤干細(xì)胞分化及形態(tài)多樣的腫瘤細(xì)胞形成，包括抗腫瘤治療和負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移細(xì)胞群[10-11]。為進(jìn)一步提高靶向治療的精準(zhǔn)度，CSCs標(biāo)記物的研究迫在眉睫。本文將對(duì)CRC中識(shí)別CSCs的標(biāo)志物及標(biāo)志物在CRC中的預(yù)后和治療意義進(jìn)行綜述。

1 CRC中CSCs標(biāo)記物

1.1 醛脫氫酶亞型1(ALDH1)

醛脫氫酶(ALDH)是酶的超家族，其解毒各種內(nèi)源性和外源性醛，且是視黃酸(RA)和細(xì)胞功能其他分子調(diào)節(jié)劑生物合成所必需的。ALDH1是一種ALDH的亞型，主要作用是催化醛類向羧酸的轉(zhuǎn)化[12]。在CRC中，ALDH1活性是環(huán)磷酰胺抗性的主要介質(zhì)，且過(guò)表達(dá)ALDH1對(duì)CRC的增殖和進(jìn)展有重要作用，其在預(yù)測(cè)CRC生物學(xué)行為和轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)中有較大價(jià)值。高表達(dá)的DNA修復(fù)機(jī)制、ALDH1等分子泵，有助于克服CRC放化療的效果。有研究[13-14]證實(shí)，ALDH1蛋白在原發(fā)性組織中過(guò)表達(dá)與患者病理分級(jí)高、生存質(zhì)量差有關(guān)。也有研究[15]報(bào)道，CRC術(shù)前接受放化療的患者，通過(guò)免疫染色顯示不同CSC標(biāo)志物(包括ALDH1)的高表達(dá)水平。新輔助治療后，患者ALDH1的高表達(dá)與癌癥復(fù)發(fā)、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良有關(guān)。此外，有研究者[16]注意到，ALDH1核表達(dá)與CRC患者總體生存期縮短有關(guān)。高ALDH活性已越來(lái)越多用作富含干細(xì)胞和祖細(xì)胞的正常細(xì)胞群的選擇標(biāo)記，以及來(lái)自富含腫瘤起始干細(xì)胞樣細(xì)胞的癌組織細(xì)胞群。其常被用來(lái)鑒別乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌、肺癌、白血病、多發(fā)性骨髓瘤、黑色素瘤和肝癌中干細(xì)胞。這些研究表明，ALDH1在CRC患者中是一個(gè)強(qiáng)有力的預(yù)后標(biāo)志物，在CRC組織樣本中ALDH1表達(dá)的增加與分化程度和轉(zhuǎn)移存在相關(guān)性。

1.2 Nanog

Nanog是一種重要的胚胎干細(xì)胞(ESC)基因，其不具有傳統(tǒng)癌基因的功能，需要與其他分子協(xié)同作用以增強(qiáng)致瘤活性。由Nanog編碼的同源盒蛋白，是一種轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控干細(xì)胞的特性，尤其是細(xì)胞的自噬多能性。Nanog在維持CRC細(xì)胞增殖、侵襲和運(yùn)動(dòng)方面起著重要作用，其在CRC發(fā)展過(guò)程中對(duì)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMA)也有貢獻(xiàn)。Nanog通過(guò)直接轉(zhuǎn)錄機(jī)制調(diào)控miR-200簇來(lái)調(diào)控EMT-MET的可塑性，而Nanog-miR-200軸可能是一個(gè)很好的CRC控制治療靶點(diǎn)[17]。通過(guò)實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)和免疫組織化學(xué)檢測(cè)了CRC中Nanog mRNA和蛋白的表達(dá)，這些表達(dá)與CRC患者的高組織學(xué)分級(jí)、癌癥進(jìn)展階段、淋巴結(jié)和肝轉(zhuǎn)移存在相關(guān)[18]。此外，研究[19]發(fā)現(xiàn)，Nanog的高表達(dá)與較短的生存期或無(wú)復(fù)發(fā)生存期相關(guān)。Nanog是CRC患者預(yù)后的一個(gè)潛在獨(dú)立預(yù)后因素。

1.3 SOX-2

SOX-2是sry相關(guān)的HMG-box (SOX)家族成員之一，是由具有DNA結(jié)合能力的轉(zhuǎn)錄激活域和HMG域組成的轉(zhuǎn)錄因子。性別決定區(qū)Y (SRY)-box 2 (SOX-2)是一種干細(xì)胞標(biāo)志物，在維持細(xì)胞多能性和自我更新方面發(fā)揮著重要作用[20]。SOX2參與了ES細(xì)胞或多能干細(xì)胞(iPS)多能性中未分化狀態(tài)的維持，并與其他協(xié)同因子一起在成人組織穩(wěn)態(tài)和再生中發(fā)揮額外的作用。Saigusa等[21]用RT-PCR和免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)了33例直腸癌放化療后SOX-2 mRNA和蛋白水平的表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)所有患者SOX-2的mRNA和蛋白都過(guò)度表達(dá)，表明SOX-2的高表達(dá)與較差的無(wú)病生存和遠(yuǎn)處復(fù)發(fā)相關(guān)。有研究[22]稱，SOX-2在維持CSCs自我更新方面發(fā)揮重要作用，敲除SOX-2和Oct4可降低免疫缺陷小鼠口腔癌的腫瘤大小[23]。在CRC中，SOX-2已在許多研究[24-25]中被用來(lái)鑒定CSCs。

1.4 CD133

CD133是一種五跨膜糖蛋白，由N末端的細(xì)胞外尾和C末端的短細(xì)胞內(nèi)尾組成，可交替剪接或磷酸化。CD133具有5個(gè)啟動(dòng)子，其中3個(gè)參與CD133轉(zhuǎn)錄。CD133被用作鑒定CRC干細(xì)胞的第一標(biāo)記物。CD133陽(yáng)性細(xì)胞與預(yù)后不良密切相關(guān)。CD133陽(yáng)性的人類癌細(xì)胞能夠在免疫缺陷小鼠體內(nèi)產(chǎn)生與原始細(xì)胞形態(tài)相似的癌癥，而CD133陰性的細(xì)胞則不能啟動(dòng)癌癥生長(zhǎng)[26]。CD133陽(yáng)性與CD133陰性的細(xì)胞相比，顯示出較強(qiáng)致瘤性、自我更新途徑信號(hào)的增強(qiáng)和轉(zhuǎn)移增加[27-28]。研究[29-30]證明，CD133+結(jié)腸癌細(xì)胞亞群在體外和體內(nèi)都具有高致瘤潛力。CD133表達(dá)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的數(shù)量和隨后的腫瘤進(jìn)展直接相關(guān)[31]。CD133基因和蛋白水平表達(dá)增加、遠(yuǎn)處復(fù)發(fā)和預(yù)后不良有關(guān)。研究[32]指出，CD133 mRNA表達(dá)預(yù)測(cè)90例Ⅱ期CRC患者生存期較差。Choi等[33]用免疫組織化學(xué)方法研究了CRC組織中CD133蛋白的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)CD133表達(dá)與晚期癌有顯著關(guān)系。此外，CRC組織樣本免疫組織化學(xué)證明高CD133蛋白表達(dá)是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后因子，與CRC患者的生存時(shí)間緊密相關(guān)[34]。

1.5 CD166

CD166又稱活化白細(xì)胞粘附分子，是免疫球蛋白超家族中的跨膜糖蛋白。其由ALCAM編碼，并以5個(gè)細(xì)胞外免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域?yàn)樘卣鳌＠肅D166作為細(xì)胞表面標(biāo)記物可以鑒定結(jié)直腸間充質(zhì)干細(xì)胞。

CD166表達(dá)已被研究[35-36]報(bào)道與多種癌癥的發(fā)病機(jī)制相關(guān)，包括黑色素瘤、乳腺癌、前列腺癌、食道癌、卵巢癌、膀胱癌和CRC。研究[37]表明，CD166蛋白表達(dá)與CRC患者生存時(shí)間顯著相關(guān)；CD166在CRC中經(jīng)常上調(diào)，可以作為癌癥進(jìn)展的獨(dú)立預(yù)后標(biāo)志物。研究[38]表明，CSC標(biāo)志物CD133、CD44和CD166在CRC中表達(dá)，對(duì)CRC患者的預(yù)后具有重要預(yù)測(cè)意義。此外，有學(xué)者[39]通過(guò)免疫組織化學(xué)檢查了術(shù)前放化療治療的結(jié)直腸腺癌，發(fā)現(xiàn)CD166蛋白的表達(dá)與癌癥消退和患者預(yù)后不良有關(guān)。

1.6 其他CRC腫瘤干細(xì)胞標(biāo)記物

除上述標(biāo)記物外，Oct-4、CD24、CD29、EpCAM、CD44、CD26、CD262、Flt-1均在CSCs上有表達(dá)，在促進(jìn)CRC腫瘤發(fā)展、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)中起到重要作用。Padin-Iruegas等[40]證實(shí)，轉(zhuǎn)移性CRC患者外周血中存在Oct4 mRNA。CRC患者表達(dá)高Lgr-5癌癥復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)是低表達(dá)患者Lgr-5的10倍。 此外，有研究[41]證明，來(lái)源于CSC的CRC患者Lgr-5+細(xì)胞可能是大量的球體形成重要條件。研究[42]表明，CRC標(biāo)本中的高CD262水平與不良預(yù)后相關(guān)，CD262+CRC細(xì)胞在連續(xù)過(guò)繼移植中誘導(dǎo)分級(jí)最高的腫瘤形成，CD262+CRC細(xì)胞對(duì)化療更具抵抗力，CD262+CRC細(xì)胞在體外產(chǎn)生更多的腫瘤。研究[43]報(bào)道，F(xiàn)lt-1可用作表面標(biāo)志物以富集CRC中的CSC，選擇性消除Flt-1+CRC細(xì)胞可以改善治療結(jié)果。

2 CSCs在CRC治療中的意義

目前，傳統(tǒng)的手術(shù)治療及放化療能消除部分腫瘤細(xì)胞，但CSCs的殺傷作用較差，CSCs在后期復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移中起主要作用，成為導(dǎo)致患者生存期減短及生存質(zhì)量下降的主要原因。因此，針對(duì)傳統(tǒng)癌細(xì)胞和CSCs治療模式的發(fā)展對(duì)更好管理癌癥的臨床環(huán)境具有更大意義。確定可能的CSC標(biāo)志物，對(duì)開發(fā)新的治療方法至關(guān)重要。此外，通過(guò)開發(fā)針對(duì)CSCs中活躍的特定分子治療方法，可將藥物誘導(dǎo)的毒性降到最低。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，目前正在開發(fā)針對(duì)CSCs的靶向治療策略，其通過(guò)靶向CRC的CSCs表達(dá)的選擇性標(biāo)志物根除CSCs。

3 靶向清除CSCs的標(biāo)記物

針對(duì)CSCs細(xì)胞表面分子特異性的單克隆抗體/免疫毒素具有選擇性清除靶CSC的潛力[44]。研究[45]表明，靶向細(xì)胞表面標(biāo)志物的治療藥物(如CD133、CD44、CD26、CD29、EpCAM)具有潛在清除CSCs的作用，而CSCs又具有抑制腫瘤大小、降低癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移潛能、降低癌細(xì)胞對(duì)化療耐藥的能力。已有研究[46]將CD133靶向的溶腺瘤病毒選擇性感染CD133+ CRC，且在已建立的腫瘤中表現(xiàn)出抗腫瘤發(fā)生和治療效果。這種新型感染性選擇性病毒可能是預(yù)防CRC轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的有效工具。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，CSCs在CRC中的作用顯而易見，CSCs表面標(biāo)記物CD133、CD166、Nanog、Lgr-5、ALDH1等不僅在識(shí)別干細(xì)胞中有重要作用，同時(shí)在患者治療及預(yù)后方面有很大潛力。通過(guò)上述干細(xì)胞標(biāo)記物，可以分離和鑒別CRC中CSCs，且可通過(guò)檢測(cè)CRC中CSCs表面標(biāo)記物預(yù)測(cè)侵襲性、治療耐藥性、癌癥復(fù)發(fā)和生存期，以及先進(jìn)癌癥治療方法的發(fā)展。CSC新舊標(biāo)志物相結(jié)合，可幫助患者選擇治療方案，優(yōu)化患者治療后監(jiān)測(cè)。相信在不久的將來(lái)，將CSC靶向治療與化療、放療、分子靶向治療、免疫治療等其他抗癌治療相結(jié)合，將提高腫瘤患者的預(yù)后及生存質(zhì)量。CSCs在腫瘤發(fā)生發(fā)展及其治療預(yù)后中具有重要作用，但CSCs在腫瘤中的調(diào)控機(jī)制及轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子仍然不明。因此，深入探究CSCs的生物學(xué)性質(zhì)、功能、識(shí)別、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子及機(jī)制、臨床應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)CRC患者更有效的臨床治療措施。