食管癌干細(xì)胞特性及相關(guān)蛋白的研究進(jìn)展

閆俊濤，李洪霖，朱亞輝，常思思，高付彥，馬純政，

(1．河南中醫(yī)藥大學(xué)，河南 鄭州 450046；2．河南省中醫(yī)院/河南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450002)

食管癌發(fā)病率居全球癌癥發(fā)病率第8位，每年造成超過50萬例死亡，占全球癌癥死亡總數(shù)的5.3%[1]。我國是食管癌的高發(fā)地區(qū)，2020年中國新增食管癌死亡病例數(shù)為30.1萬例，占全球死亡病例的50%以上，居中國惡性腫瘤死因第4位[2]。食管癌干細(xì)胞參與并促進(jìn)了食管癌的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移及治療抵抗，與食管癌的高死亡率密切相關(guān)[3]。因此，深入了解食管癌干細(xì)胞的特性及其相關(guān)的影響因素可能為食管癌的診治提供新的方向。

1 食管癌干細(xì)胞特性

腫瘤中并非每一個(gè)細(xì)胞都有再生能力，其中一部分細(xì)胞能夠自我更新，并在治療后再生構(gòu)成腫瘤的異質(zhì)細(xì)胞譜系，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、耐藥、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，這些細(xì)胞就是腫瘤干細(xì)胞[4]。腫瘤干細(xì)胞的幾個(gè)特點(diǎn)如下：①自我更新能力，腫瘤干細(xì)胞可以產(chǎn)生與上一代相似的子代細(xì)胞，從而保持持續(xù)生長；②分化潛能，體外分化的腫瘤干細(xì)胞可形成新的腫瘤；③高致瘤性，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，將少量腫瘤干細(xì)胞注射到動(dòng)物體內(nèi)時(shí)，可以生成腫瘤；④治療抵抗，腫瘤干細(xì)胞的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可攝取和分泌多種與細(xì)胞能量代謝相關(guān)的物質(zhì)，導(dǎo)致其對(duì)多種抗癌藥物產(chǎn)生抵抗[5]。食管癌干細(xì)胞的這些特性，促進(jìn)了食管癌的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移與治療抵抗。

2 食管癌干細(xì)胞特性相關(guān)蛋白

2.1 ATP結(jié)合盒蛋白G亞家族成員2

ATP 結(jié)合盒蛋白G 亞家族成員2 ( ATP binding cassette subfamily G member 2，ABCG2)是ABC細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族中的一員，是最重要的多藥耐藥轉(zhuǎn)運(yùn)體之一，其轉(zhuǎn)運(yùn)底物包括許多常用的化療藥物[6]，可以將多種內(nèi)源性和外源性化合物泵出細(xì)胞，ABCG2參與的抗癌藥物外排或其他機(jī)制影響了癌癥的治療效果[7]。研究[8]發(fā)現(xiàn)，ABCG2可能是腫瘤干細(xì)胞的一種新的生物標(biāo)志物，其不僅在正常食管上皮細(xì)胞頂膜中大量表達(dá)，在食管鱗癌手術(shù)標(biāo)本中也高表達(dá)，并與食管癌的病理分級(jí)、TNM分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。Huang 等[9]的研究發(fā)現(xiàn)ABCG2 的表達(dá)在腫瘤干細(xì)胞增殖、維持干細(xì)胞表型和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)育中發(fā)揮了重要作用。

2.2 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1

DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA methyl transferases 1，DNMT1)在DNA 的甲基化修飾中發(fā)揮主要作用。研究發(fā)現(xiàn)DNMT1 的高表達(dá)可以抑制P53的轉(zhuǎn)錄從而促進(jìn)腫瘤生長，DNMT1也參與了干細(xì)胞的干性維持，在干細(xì)胞分化過程中DNMT1 的表達(dá)呈下降趨勢[10]。滕穎[11]進(jìn)行了DNMT1對(duì)食管癌干細(xì)胞影響的研究，發(fā)現(xiàn)在抑制DNMT1 的表達(dá)后，食管癌細(xì)胞系中干細(xì)胞的比例降低，懸浮培養(yǎng)形成腫瘤球的數(shù)量及體積均減少，裸鼠體內(nèi)形成的移植瘤體積及質(zhì)量也減小，食管癌細(xì)胞的增殖、克隆、轉(zhuǎn)移及耐藥能力均受到抑制，干細(xì)胞標(biāo)記物Sox2的表達(dá)也下降。這表明DNMT1 對(duì)于維持食管癌干細(xì)胞的數(shù)量和干細(xì)胞特性有著重要作用。最近有研究表明，新型抗癌藥RX-3117可通過抑制DNMT1 直接抑制腫瘤生長，表明DNMT1 可作為一個(gè)潛在的食管癌治療靶點(diǎn)[12]。

2.3 畸胎瘤衍生生長因子1

畸胎瘤衍生生長因子1(cripto-1，CR-1)是表皮生長因子富含半胱氨酸家族(EGF-CFC)的成員，能編碼一種與胚胎發(fā)育有關(guān)的蛋白[13]。CR-1在成人組織中不表達(dá)，但在腫瘤細(xì)胞特別是腫瘤干細(xì)胞中重新表達(dá)[14]，促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的增殖、存活、轉(zhuǎn)移和侵襲，也促進(jìn)了腫瘤組織中的血管生成。Xu等[15]發(fā)現(xiàn)CR-1的表達(dá)水平與腫瘤的侵襲深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、較晚的TNM分期和較差的總體生存呈正相關(guān)。

在食管癌中，CR-1 高表達(dá)的細(xì)胞系中干細(xì)胞相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Sox2、Oct4 和Nanog 的表達(dá)水平更高，而抑制CR-1 會(huì)使食管癌干細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)水平顯著降低，也會(huì)使食管癌細(xì)胞的自我更新能力和腫瘤球形成能力顯著降低，提示CR-1 可視作食管癌干細(xì)胞的特異性標(biāo)志物，且在調(diào)節(jié)食管癌細(xì)胞的干細(xì)胞特性方面發(fā)揮作用[16]。宋爽等[17]實(shí)驗(yàn)證實(shí)，轉(zhuǎn)染CR-1基因過表達(dá)載體的食管癌干細(xì)胞的存活率明顯升高，凋亡率明顯降低，即CR-1 的過表達(dá)對(duì)食管癌干細(xì)胞的存活具有促進(jìn)作用。Liu等[16]研究證實(shí)，CR-1還參與了誘導(dǎo)食管癌細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的過程，促進(jìn)了食管癌干細(xì)胞的生成。最近，針對(duì)CR-1 的反義核酸技術(shù)和針對(duì)CR-1 的CfC 結(jié)構(gòu)域的拮抗劑已被報(bào)道能抑制人乳腺癌、結(jié)腸癌和睪丸癌細(xì)胞的生長，提示CR-1 是針對(duì)食管癌干細(xì)胞的一個(gè)有價(jià)值的治療靶點(diǎn)。

2.4 CXCL12-CXCR4趨化因子軸

趨化因子與其受體之間的相互作用在腫瘤干細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移中起著重要作用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，趨化因子配體12(CXCL12)及其同源受體(CXCR4)在腫瘤的增殖、侵襲、血管生成、微環(huán)境和化療耐藥等方面發(fā)揮了重要作用[18]。腫瘤細(xì)胞及其所處微環(huán)境產(chǎn)生的大量CXCL12 會(huì)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT，也會(huì)上調(diào)腫瘤細(xì)胞上的CXCR4 來阻止細(xì)胞凋亡[19]。CXCL12 還能吸引CXCR4陽性的炎性細(xì)胞、血管細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞進(jìn)入腫瘤組織，從而支持腫瘤的發(fā)展[18]。CXCR4是介導(dǎo)食管癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移的一個(gè)主要趨化性受體，抑制CXCR4可以顯著降低食管癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和增殖潛力，CXCR4在食管癌干細(xì)胞中的高表達(dá)促進(jìn)了食管癌干細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，增加了食管癌的惡性潛能[19]。Wang等[20]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)食管癌干細(xì)胞能自分泌大量CXCL12并高表達(dá)CXCR4，且CXCL12-CXCR4趨化因子軸對(duì)食管癌干細(xì)胞上的ERK1/2 信號(hào)通路具有激活作用，從而促進(jìn)了食管癌干細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

2.5 YAP1-SOX9軸

Hippo 信號(hào)通路(Hippo pathway)及其轉(zhuǎn)錄輔助激活因子Yes相關(guān)蛋白1(Yes-associated protein 1，YAP1)是調(diào)節(jié)器官大小和增殖的主要因子，YAP1和Hippo通路的去調(diào)控在惡性腫瘤進(jìn)展過程中的重要性正在顯現(xiàn)[21]。Song等[21]研究發(fā)現(xiàn)YAP1驅(qū)動(dòng)Y染色體性別決定區(qū)-盒轉(zhuǎn)錄因子9(sex-determing region of Y-box transcription factor 9，Sox9)的表達(dá)是細(xì)胞獲得干細(xì)胞特性的關(guān)鍵，且YAP1 能通過保守的TEAD 結(jié)合位點(diǎn)直接上調(diào)Sox9，從而賦予多種胃腸道來源的非轉(zhuǎn)化細(xì)胞(包括食管癌細(xì)胞)的干細(xì)胞特性。在這些非轉(zhuǎn)化細(xì)胞中，包括腫瘤球形成、增殖和致瘤性在內(nèi)的多種干細(xì)胞特性均依賴于YAP1的表達(dá)，抑制YAP1會(huì)使由YAP1-Sox9 軸誘導(dǎo)的食管癌干細(xì)胞的體外腫瘤形成能力、體內(nèi)致瘤性和干細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)量顯著降低。Sox9在多種癌癥中被認(rèn)為是腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志，在食管癌細(xì)胞中，敲除YAP1基因會(huì)使Sox9 的表達(dá)降低，腫瘤球形成能力減弱，因此Wei等[22]認(rèn)為YAP1對(duì)Sox9的激活可能是賦予食管癌細(xì)胞干細(xì)胞特性的重要因素。YAP1 抑制劑維替普芬，已被發(fā)現(xiàn)可抑制食管癌的腫瘤干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞生長。總之，YAP1-Sox9通路可以視作抑制食管癌惡性進(jìn)展的基因或藥理學(xué)靶點(diǎn)[23]。

2.6 GASC1-Notch1軸

鱗狀細(xì)胞癌擴(kuò)增基因1(gene amplified in squamous cell carcinoma 1，GASC1)，對(duì)維持胚胎干細(xì)胞的特征至關(guān)重要[24]。賈瑞諾[25]進(jìn)行了GASC1參與食管癌干細(xì)胞維持的研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)GASC1進(jìn)行遺傳和藥理學(xué)抑制后，食管癌干細(xì)胞的數(shù)量、增殖能力、靜止?fàn)顟B(tài)、致瘤性和侵襲轉(zhuǎn)移能力均顯著下降。該研究另外發(fā)現(xiàn)Notch1基因在食管癌細(xì)胞系的表達(dá)隨著GASC1的抑制而顯著下調(diào)，且Notch1基因敲減后也會(huì)引起食管癌干細(xì)胞的比例和懸浮培養(yǎng)成球率下降，但Notch1基因的過表達(dá)卻可以補(bǔ)償GASC1表達(dá)下調(diào)引起的“干細(xì)胞性削減”[25]，這表明Notch1對(duì)于GASC1誘導(dǎo)食管癌干細(xì)胞形成是必不可少的。Jia等[26]后續(xù)發(fā)現(xiàn)GASC1是通過促進(jìn)Notch1啟動(dòng)子區(qū)域去甲基化來調(diào)控食管癌干細(xì)胞的，提示GASC1-Notch1軸參與食管癌干細(xì)胞的干性維持。

3 上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

EMT是一個(gè)生物學(xué)過程，上皮細(xì)胞經(jīng)歷該過程會(huì)失去細(xì)胞極性，并失去與基底膜的連接等上皮細(xì)胞表型，獲得較高的轉(zhuǎn)移能力、侵襲性和抗凋亡能力，呈現(xiàn)間質(zhì)細(xì)胞表型[27]，從而促進(jìn)腫瘤的侵襲性和轉(zhuǎn)移性生長，這可能是上皮細(xì)胞獲得惡性表型的關(guān)鍵[28]。目前認(rèn)為EMT和腫瘤干細(xì)胞之間可能存在直接關(guān)系，Liu 等[29]進(jìn)行的食管癌干細(xì)胞與EMT 過程的相關(guān)性研究證實(shí)，食管癌干細(xì)胞中上皮蛋白生物標(biāo)記物的表達(dá)降低，而間質(zhì)蛋白生物標(biāo)記物和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)增加，表明食管癌干細(xì)胞具有了EMT 特征，抑制EMT 進(jìn)程可以視作食管癌的一種潛在治療方法。

4 缺氧微環(huán)境

各種組織的正常干細(xì)胞均處在一個(gè)微環(huán)境中，該微環(huán)境密切影響它們的生存和自我更新。有學(xué)者認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞可能也存在于特定的微環(huán)境中，使它們對(duì)放射治療和化療更具抵抗力，從而導(dǎo)致腫瘤的再生和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[4]。研究發(fā)現(xiàn)，與正常干細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的微環(huán)境組成成分或信號(hào)通路，在腫瘤細(xì)胞的侵襲和擴(kuò)散中也起著關(guān)鍵作用[30]。缺氧已被證明是正常干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞微環(huán)境的組成成分，缺氧微環(huán)境通過激活缺氧誘導(dǎo)因子來維持細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)而使腫瘤干細(xì)胞保持未分化狀態(tài)[4]，進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞的放化療抵抗，為轉(zhuǎn)移創(chuàng)造條件。劉靈[31]進(jìn)一步明確了缺氧微環(huán)境對(duì)食管癌細(xì)胞干細(xì)胞化的影響，她發(fā)現(xiàn)經(jīng)過缺氧培養(yǎng)后，食管癌細(xì)胞內(nèi)的腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)量、食管癌細(xì)胞系中腫瘤干細(xì)胞的比例及食管癌細(xì)胞的體外侵襲能力均明顯增加。這提示缺氧能夠誘導(dǎo)食管癌細(xì)胞干細(xì)胞化，缺氧微環(huán)境及缺氧誘導(dǎo)因子對(duì)食管癌干細(xì)胞的干性維持十分重要，逆轉(zhuǎn)缺氧微環(huán)境或殺滅缺氧誘導(dǎo)因子可視作一種潛在的食管癌治療方法。

5 細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)與DNA損傷抵抗

增殖會(huì)誘導(dǎo)干細(xì)胞的分化和衰竭并增加大多數(shù)成體組織中突變的積累從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而當(dāng)細(xì)胞處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)DNA的復(fù)制和代謝下降，細(xì)胞凋亡明顯減少。Fleming等[32]由此認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞的靜止?fàn)顟B(tài)在腫瘤維持過程中發(fā)揮了重要作用，是腫瘤細(xì)胞躲避傷害的必要條件。Chen等[33]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與非干細(xì)胞相比，食管癌干細(xì)胞處在靜止?fàn)顟B(tài)的細(xì)胞比例更多，對(duì)DNA損傷劑的抵抗能力更強(qiáng)，還能誘導(dǎo)DNA 損傷應(yīng)答(DNAdamage response，DDR)的衰減，以此來抵抗DNA 損傷引起的細(xì)胞死亡，這可能是食管癌對(duì)放化療抵抗的主要原因之一。

6 結(jié) 語

綜上所述，分子通路、EMT、微環(huán)境、細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)和DNA損傷抵抗共同維持了食管癌干細(xì)胞的自我更新能力、分化潛能、高致瘤性和放化療抵抗，使食管癌成為消化系統(tǒng)常見的高危惡性腫瘤。食管癌干細(xì)胞可視作一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)，為改善患者預(yù)后提供了更多的可能性。