胃癌干细胞的研究进展

杨熙华综述 陈建思 审校

作者单位：530021 南宁 广西医科大学附属肿瘤医院胃肠外科；△广西医科大学研究生学院

综述

胃癌干细胞的研究进展

杨熙华△综述 陈建思 审校

作者单位：530021 南宁 广西医科大学附属肿瘤医院胃肠外科；△广西医科大学研究生学院

胃癌是最常见的恶性肿瘤之一，近年提出的“肿瘤干细胞学说”认为胃癌是一类干细胞疾病。胃癌干细胞（gastric cancer stem cells，GCSCs）在胃癌的发生、发展、转移、复发、治疗及预后等均有重要的作用，本文就胃癌干细胞学说、胃癌干细胞的来源、分子信号调控机制及针对胃癌干细胞的靶向治疗等进行综述。

肿瘤干细胞/癌干细胞；胃癌；靶向治疗；预后

胃癌是最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率均位居前列。尽管综合运用多种治疗手段，但胃癌的术后复发、转移率仍较高，治疗效果难以令人满意。近年的研究认为，胃癌组织中有一小部分（0.01%～1%）与干细胞相似具有自我更新、无限增殖和多向分化等潜能的特殊肿瘤细胞，即肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSC）或肿瘤起始细胞（tumor initiating cells，TIC），其在一定条件下可促进癌细胞生长，导致术后复发和转移。换言之，胃癌也是一种干细胞疾病，为了更好地了解胃癌干细胞（gastric cancer stem cells，GCSCs）在胃癌发生、发展、转移、治疗及预后中的作用，本文就胃癌干细胞学说、胃癌干细胞来源、分子调控机制、靶向治疗和胃癌干细胞对预后的影响等进行综述。

1 肿瘤干细胞学说

19世纪欧洲病理学家首次提出肿瘤干细胞假说，认为肿瘤组织本身是一个异质体，与正常组织一样，均由处于各种分化阶段的细胞组成，其中有少数的干细胞样细胞，具有自我更新和分化潜能。2001年研究者提出完整的肿瘤干细胞学说［1］。近年来，美国肿瘤研究协会达成对肿瘤干细胞一致的定义：指在肿瘤中具有自我更新能力并能导致多样癌细胞谱系，具有致瘤能力的一群细胞［2］。

1997年，Bonnet和Dick最先在急性粒细胞白血病中证实了一小群表面标志物为CD34+CD38-亚群的肿瘤干细胞的存在。2003年，Al-Hajj等［3］从人乳腺癌分离鉴定出表面标志物为CD44+CD24-/lowESA+的乳腺癌干细胞。随后，在多种实体肿瘤中都成功证实肿瘤干细胞的存在，支持了肿瘤干细胞学说。目前认为肿瘤干细胞存在的金标准是实体瘤中少量带有特定标志物的肿瘤细胞能在免疫缺陷鼠体内形成移植瘤［4］。

2 胃癌干细胞存在的依据

Takaishi等［5］进行的体外实验中，将分选出的CD44+胃癌细胞加入只含有表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）和碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）的无血清培养基中培养，数周后形成“球形集落”。体内实验是将少量分选的具有干细胞特性的胃癌细胞植入免疫缺陷鼠（NOD/SCID鼠）皮下或胃黏膜下数周后可成瘤。最近，Han等［6］取新鲜手术标本的胃癌细胞进行原代培养，然后从中分离出少量带有特异标志物的胃癌细胞，植入免疫缺陷的裸鼠皮下可形成肿瘤。以上研究均表明带有特异性标志物的少量阳性细胞可在免疫缺陷的鼠体内成瘤，这些结果均支持胃癌干细胞的存在。

3 胃癌干细胞的来源

胃癌干细胞的起源目前尚不清楚，普遍认为可能来源于胃干细胞（gastric stem cells，GSC）或骨髓干细胞（bone marrow stem cells，BMSC）。

3.1 胃干细胞（gastric stem cells，GSC）

胃干细胞定位于腺体峡部区域，各种前体细胞由此向上或向下双向迁移分化，最终形成成熟的有功能的胃黏膜细胞。由于胃肠道上皮细胞更新速度较快，几天之内就会脱落，所以上皮细胞的突变一般不足以形成恶变，而干细胞寿命较长，更容易累积突变，正因为如此，人们普遍认为是由于干细胞突变导致恶性肿瘤发生。Karam等［7］研究表明在TFF1（trefoil factor 1）基因敲除小鼠模型中，胃腺腔中前体细胞增多，胃上皮干细胞在胃癌发生过程中增生并侵袭，小凹上皮细胞干细胞与腺体黏液细胞干细胞在胃癌发生过程中起到了关键作用，支持了胃癌起源于胃干细胞的观点。

3.2 骨髓干细胞（bone marrow stem cells，BMSC）

Krause等［8］发现纯化的单一小鼠骨髓造血干细胞移植数月后，骨髓造血干细胞可分化为肺、胃肠道及皮肤的上皮细胞，提示骨髓造血干细胞可以分化成血源性和非血源性的成熟细胞。Quante等［9］应用已经建立的H.felis/C57BL/6小鼠模型，进行致死量放疗后，输入表达半乳糖苷酶的转基因小鼠C57BL/6的骨髓细胞，然后用半乳糖苷酶染色来追踪骨髓细胞。研究发现在感染幽门螺杆菌时，骨髓来源的干细胞会汇聚到胃黏膜处，在骨髓间充质干细胞参与及一定的外部环境、微环境下促使胃黏膜发生化生、不典型增生及癌变。

总之，胃癌干细胞可能的起源均是基于现象分析和理论推断，进一步研究尚需用特异性标志来追踪了解胃癌干细胞增殖、分化的途径。

4 胃癌干细胞的分子调控机制

信号通路在调控干细胞增殖、分化中具有重要作用。研究表明，肿瘤干细胞与正常干细胞具有共用的调节自我更新、增殖分化的信号通路，其中包括Wnt、Hedgehog、Notch、BMP（bone morphogenic proteins）等信号通路［10］，当某些关键基因发生突变导致通路紊乱或过度激活，都可能导致肿瘤发生。

4.1 Wnt/β-catenin信号通路

Wnts是一类链接于细胞表面受体、在启动信号级联反应、修复胃上皮细胞中起重要作用的分泌性糖蛋白。Wnt/β-catenin信号通路可能参与调控胃干细胞的分化、增生及凋亡，该通路的异常激活可能诱发肿瘤。Oshima等［11］在K19-Wnt1转基因小鼠模型中已证实Wnt信号通路在维持胃体峡部区域祖细胞的未分化状态中具有重要作用，实验中观察到该信号的异常激活可使祖细胞数目显著增多。Ishimoto等［12］的研究进一步发现一种具有慢循环特征的CD44+干细胞样亚群细胞持续定植于小鼠胃腔柱状上皮连接处，当同时激活PGE2（prostaglandin E2），CD44+干细胞样细胞的数量显著增加，促使胃癌形成。另外，可溶性Wnt拮抗剂在胃癌的发生中具有抑制作用。Cai等［13］的研究表明阻滞Wnt信号通路可抑制肿块的自我更新、增殖能力，相反，激活该通路可提高胃癌中肿瘤干细胞自我更新、增殖能力。此外，已证实还有其他的分子或蛋白参与该过程，如β-catenin蛋白过度表达的胃癌干细胞相比β-catenin蛋白低表达者有更高的致瘤潜能。

4.2 Hedgehog信号通路

在胚胎发生过程中，细胞分化和器官形成需要Hedgehog信号通路调节，在成体一些组织器官Hedgehog信号通路仍然活跃，调节干细胞静止与增殖。Hedgehog基因在不同组织中过度表达或靶基因突变等，均可导致细胞特异性增生，参与肿瘤的发生与发展。Hedgehog在哺乳动物中发现3个同源基因：sonic hedgehog（Shh）、indian hedgehog（Ihh）和desert hedgehog（Dhh）。Hedgehog信号通路的异常激活与胃癌的不良分化及侵袭性紧密相关。Song等［14］初步鉴定出悬浮细胞球为肿瘤干细胞富集，其Ptch1（patched 1）和Gli1（glioma-associated oncogene 1）（Shh通路的靶基因）明显升高，在Shh通路的特异抑制剂环巴胺和5E1的作用下，悬浮细胞球的自我更新能力和抗化疗能力明显下降，由此认为Shh途径是维护人胃癌干细胞样细胞的必要条件。胃癌干细胞所具有的相对特异或高表达的信号通路，可能是其能够有别于普通肿瘤细胞特性的关键，通过细胞信号的异常表达，在细胞增殖、分化、凋亡时出现紊乱，从而具有高致瘤性。

此外，目前研究较多的Notch信号通路、BMP信号通路等也参与胃癌干细胞的自我更新、增殖、分化及凋亡，在胃癌的发生、发展中扮演重要角色，各种信号通路有其自身的调节领域及侧重点。同时，各信号通路之间并不是孤立的，而是存在大量“窜话”相互协同来调控肿瘤的发生［15］。

5 胃癌干细胞与靶向治疗

部分静止的CSC逃脱了化疗药物的损伤，从而成为肿瘤复发、转移、药物抵抗及临床疗效不佳的根源［16］。众多靶向药物的出现为肿瘤患者生存期的延长和生活质量的改善带来新的希望。靶向治疗的策略有：⑴阻滞Wnt、Hedghog、Notch、BMP等信号通路，抑制CSC的自我更新、增殖［13，14，17］。⑵研发针对CSC表达的特定抗原的单克隆抗体，结合分子成像技术实现早期诊断并有效地破坏肿瘤起始细胞，提高疗效［18］。⑶抑制受损DNA的修复能力、下调抗凋亡蛋白或ABC（ATP-Binding Cassette）转运蛋白的表达水平，提高CSC的化疗敏感性［19，20］。⑷找到“唤醒且杀灭”静止状态CSC的方法或途径，如刺激细胞分化，增强其对化疗的敏感性［16］。⑸通过上皮细胞向间充质细胞转化的方式，诱导CSC分化成其终末细胞，抑制CSC增殖［21］。

理想的靶向治疗药物应当是选择性抑制、损伤CSC而对正常干细胞无干扰、损伤作用。Jiang等［22］在胃原发肿瘤模型中发现，曲妥珠单抗可以减少该模型中细胞表面标志物CD90+的细胞比率和抑制肿瘤的生长。Yashiro等［23］研究发现抑制c-met基因可增加胃癌干细胞对基于伊利替康为基础的化疗方案的敏感性。尽管目前研发的靶向药物均不甚理想，相信随着肿瘤干细胞标志物与基因、分子信号通路调控之间关系的深入研究，可能找到较理想的、可用于胃癌治疗的靶向药物，靶向治疗有望成为胃癌治疗的重要手段。

6 胃癌干细胞对预后的影响

目前临床主要关注病理类型、病理分级及临床分期及治疗手段敏感性对预后的影响。近年的研究表明肿瘤干细胞及其标志物在实体肿瘤中的表达与预后紧密相关。Ryu等［24］的研究证实CD44+干细胞样细胞的高表达联合上皮细胞间质转型可作为具有生物学侵袭行为的重要预测指标，并且是原发性胃癌疗效预测的独立预后因素之一。Golestaneh等［25］在比较人胃癌细胞株MKN-45肿瘤细胞的研究中观察到，CSC与其它肿瘤细胞有不同的表达差异：其致瘤过程中mRNA-21 and mRNA-302的表达升高，而mRNA-372、mRNA-373和mRNA-520c-5p的表达水平下降，因此可测定这些mRNA表达水平的差异，间接反映肿瘤干细胞在癌组织中的比例。由于这些微小分子RNA参与癌细胞重要生物程序的调控［26～28］，其表达量的高低与癌细胞的生物学特性有关，可为预后提供参考。

7 问题与展望

目前，胃癌干细胞研究已成为近年来胃癌研究的热点，但仍存在许多有待解决的问题［29］：⑴胃癌干细胞起源仍有争议，胃癌干细胞的获取尚无公认的标志物及方法；⑵尚无较理想的动物模型可以准确模拟人体胃癌干细胞的生物学特性［30］；⑶肿瘤微环境对于胃癌的发生、发展具有重要作用，但各信号通路调控机制尚未完全清楚，胃癌干细胞标志物是否能作为靶向治疗的靶点值得思考［31］。

综上所述，胃癌干细胞的学说尽管仍有许多问题尚未明确，但该学说及其相关研究将为人类早日攻克肿瘤开辟新的方向和带来新的希望，有关方面有待进一步深入研究。

［1］ Reya T，Morrison SJ，Clarke MF，et al.Stem cells，cancer，and cancer stem cells［J］.Nature，2001，414（6859）：105-111.

［2］ Takaishi S，Okumura T，Wang TC.Gastric cancer stem cells［J］.J Clin Oncol，2008，26（17）：2876-2882.

［3］ Al-Hajj M，Wicha MS，Benito-Hernandez A，et al.Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2003，100（7）：3983-3988.

［4］ Shiozawa Y，Nie B，Pienta KJ，et al.Cancer stem cells and their role in metastasis［J］.Pharmacol Ther，2013，138（2）.285-293.

［5］ Takaishi S，Okumura T，Tu S，et al.Identification of gastric cancer stem cells using the cell surface marker CD44［J］.Stell Cells，2009，27（5）：1006-1020.

［6］ Han ME，Jeon TY，Hwang SH，et al.Cancer spheres from gastric cancer patients provide an ideal model system for cancer stem cell research［J］.Cell Mol Life Sci，2011，68（21）：3589-3605.

［7］ Karam SM，Tomasetto C，Rio MC.Amplification and invasiveness of epithelial progenitors during gastric carcinogenesis in trefoil factor 1 knockout mice［J］.Cell Prolif，2008，41（6）：923-935.

［8］ Krause DS，Theise ND，Collector MI，et al.Multi-organ，multi-lineage engraftment by a single bone marrow-derived stem cell［J］.Cell，2001，105（3）：369-377.

［9］ Quante M，Tu SP，Tomita H，et al.Bone marrow-derived myofibroblasts contribute to the mesenchymal stem cell niche and promote tumor growth［J］.Cancer cell，2011，19（2）：257-272.

［10］Takebe N，Harris PJ，Warren RQ，et al.Targeting cancer stem cells by inhibiting Wnt，Notch，and Hedgehog pathways［J］.Nat Rev Clin Oncol，2010，8（2）：97-106.

［11］Oshima H，Matsunaga A，Fujimura T，et al.Carcinogenesis in Mouse Stomach by Simultaneous Activation of the Wnt Signaling and Prostaglandin E2 Pathway［J］.Gastroenterology，2006，131（4）：1086-1095.

［12］ Ishimoto T，Oshima H，Oshima M，et al.CD44+slow-cycling tumor cell expansion is triggered by cooperative actions of Wnt and prostaglandin E2 in gastric tumorigenesis［J］.Cancer Sci，2010，101（3）：673-678.

［13］Cai C，Zhu X.The Wnt/β-catenin pathway regulates self-renewal of cancer stem-like cells in human gastric cancer［J］.Mol Med Rep，2012，5：1191-1196.

［14］Song Z，Yue W，Wei B，et al.Sonic hedgehog pathway is essential for maintenance of cancer stem-like cells in human gastric cancer［J］. PloS One，2011，6（3）：e17687.

［15］周婷婷.BDNF在大鼠胚胎脊髓发育中与Wnt信号通路的关系研究［D］.昆明医科大学，2013.

［16］Li L，Bhatia R.Stem cell quiescence［J］.Clin Cancer Res，2011，17（15）：4936-4941.

［17］Wu WK，Cho CH，Lee CW，et al.Dysregulation of cellular signaling in gastric cancer［J］.Cancer lett，2010，295（2）：144-153.

［18］ Deonarain MP，Kousparou CA，Epenetos AA.Antibodies targeting cancer stem cells：a new paradigm in immunotherapy?［J］.MAbs，2009，1（1）：12-25.

［19］Moserle L，Ghisi M，Amadori A，et al.Side population and cancer stem cells：therapeutic implications［J］.Cancer lett，2010，288（1）：1-9.

［20］Ehata S，Johansson E，Katayama R，et al.Transforming growth factorβ decreases the cancer-initiating cell population within diffuse-type gastric carcinoma cells［J］.Oncogene，2011，30（14）：1693-1705.

［21］Chen C，Wei Y，Hummel M，et al.Evidence for epithelial-mesenchymal transition in cancer stem cells of head and neck squamous cell carcinoma［J］.PloS One，2011，6（1）：e16466.

［22］Jiang J，Zhang Y，Chuai S，et al.Trastuzumab（herceptin）targets gastric cancer stem cells characterized by CD90 phenotype［J］. Oncogene，2012，31（6）：671-682.

［23］Yashiro M，Nishii T，Hasegawa T，et al.A c-Met inhibitor increases the chemosensitivity of cancer stem cells to the irinotecan in gastric carcinoma［J］.Br J Cancer，2013，109（10）：2619-2628.

［24］Ryu HS，Park DJ，Kim HH，et al.Combination of epithelial-mesenchymal transition and cancer stem cell-like phenotypes has independent prognostic value in gastric cancer［J］.Hum Pathol，2012，43（4）：520-528.

［25］ Golestaneh AF，Atashi A，Langroudi L，et al.miRNAs expressed differently in cancer stem cells and cancer cells of human gastric cancer cell line MKN-45［J］.Cell Biochem Funct，2012，30（5）：411-418.

［26］ Dvinge H，Git A，Gräf S，et al.The shaping and functional consequences of the microRNA landscape in breast cancer［J］.Nature，2013，497（7449）：378-382.

［27］Raza U，Zhang J，Sahin O.MicroRNAs：master regulators of drug resistance，stemness，and metastasis［J］.J Mol Med，2014，92（4）：321-336.

［28］Takahashi RU，Miyazaki H，Ochiya T.The role of microRNAs in the regulation of cancer stem cells［J］.Front Genet，2013，4：295.

［29］ Rocco A，Compare D，Nardone G.Cancer stem cell hypothesis and gastric carcinogenesis：Experimental evidence and unsolved questions［J］.World J Gastrointest Oncol，2012，4（3）：54-59.

［30］ Gupta PB，Chaffer CL，Weinberg RA.Cancer stem cells：mirage or reality?［J］.Nat Med，2009，15（9）：1010-1012.

［31］ Singh SR.Gastric cancer stem cells：a novel therapeutic target［J］. Cancer lett，2013，338（1）：110-119.

［2014-03-11收稿］［2014-05-06修回］［编辑 游雪梅］

R735.2

A

1674-5671（2014）03-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2014.03.22

广西卫生厅科研基金资助项目（Z2014254；重200868）

陈建思。E-mail：jiansi_chen@126.com