乳腺干细胞及其对乳腺再生和癌变作用研究

基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金面上项目(2011211A069); 新疆医科大学第一附属医院院内自然科学基金青年项目(2013ZRQN50)

作者简介：郭晨明(1980-)，男，硕士，主治医师，研究方向：乳腺癌早期诊断与治疗。

通信作者：郭丽英，女，硕士，主任医师，博士生导师，研究方向：乳腺疾病,E-mail ：ggs318@126.com。

·综述·

乳腺干细胞及其对乳腺再生和癌变作用研究

郭晨明1, 毕晓娟2综述郭丽英1审校

(新疆医科大学第一附属医院1消化血管中心乳腺外科,2临床研究院干细胞研究中心， 乌鲁木齐830054)

中图分类号：R655.7

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2015.03.033

干细胞是一类存在于生物体中、用于维持组织与器官再生或损伤后修复的原始细胞[1]。虽然其分化增殖的速度较慢，但有能够向多种组织分化的潜能[2]。目前在医学发展的各个领域，干细胞都生占有一席之地，关于乳腺干细胞(MSCs)及乳腺癌干细胞的识别、干细胞在乳腺组织中的微环境调控以及在再生医学中的作用，逐渐成为学者们关注和研究的焦点[3-5]。本文就乳腺干细胞及其与乳腺再生乳腺癌关系的作用作一综述。

1干细胞与乳腺

干细胞按其来源可分为胚胎干细胞(embryonic stem cell，ESC)与成体干细胞(adult stem cell，ASC)，在胚胎时期及胎儿时期组织中起源的被称为胚胎干细胞，在出生后的个体组织中提取的为成体干细胞。目前由于存在伦理的问题，ESC的应用比较受限，并且技术相对而言不太成熟，而ASC则有着来源丰富、易于扩增、安全性高、不涉及伦理问题等优势，在临床上广泛应用[6]。

哺乳动物的乳腺是一种由乳腺导管及乳腺小叶构成的具有乳汁分泌功能的复管泡状腺；在哺乳动物出生后，乳腺可以多次重复再生，并且是体内唯一具有此项能力的器官。乳腺的发育可分为3个部分：胚胎期、青春期及妊娠期。在胚胎期发育中，已形成初级的乳腺导管，也称为原基上皮芽[7]。其后乳腺一直停止生长，从青春期开始，原基上皮芽逐渐发育延生，最终形成上皮增生活跃的球形杵状结构，成为终末芽胚(terminal end buds，TEBs)。TEBs由多层体细胞(body cell)构成内部，单层的帽细胞(cap cell)构成其外部，帽细胞的细胞分裂及分化能力很强[8]。细胞继续增殖分化，到青春期末期时，发育为终末导管小叶单位(TDLU) ，形成一个完整的导管系统。人的乳腺上皮在纤维脂肪结缔组织之中，而在小鼠体内，乳腺上皮是单纯存在脂肪中。在人和小鼠乳腺中，包含2种不同类型的细胞系，分别为肌上皮细胞与管腔细胞，但相似之处在于这2种细胞系，都将分化形成导管细胞及泌乳细胞。方形或柱状腔上皮细胞，排列在导管或小叶腔，在哺乳期是与乳汁的分泌有关的[9]。

自20世纪50年代起，已先后有科学家们通过分离小鼠乳腺上皮、细胞克隆、细胞移植等实验对乳腺的再生进行研究。研究者惊奇地发现，在小鼠乳腺发育的阶段内任意时段，取一定的组织进行培养移植，都能生成拥有完全再生能力的细胞，这是MSCs第一次进入研究者的视线。其后许多研究证明，从小鼠体内分离出的MSCs，在进行克隆并移植后，能够再生出完整的小鼠乳腺腺体。而其中克隆化MSCs占乳腺上皮细胞的千分之一[10-13]。Van Keymeulen等[14]进行的小鼠实验研究发现，其可增殖分化并生成不同的乳腺细胞系；研究发现在上皮内的2种细胞系中有1种单能干细胞，并能长期存活，这些细胞有强大的扩增能力。这一研究不仅在再生领域有很大的意义，而且还可以大胆猜测乳腺癌的不同亚型是否为干细胞所致。

2乳腺干细胞(MSCs)的识别与分离培养

正常的乳腺干细胞(MSCs)可处于未分裂静息状态，目前研究用于识别乳腺干细胞(MSCs)的方法主要有表型标记、DNA标记、超微分析、乙酰脱氢酶(ALDH) 等等。

2.1表型标记表型标记即为细胞表面标记早期常用的标记物多为Hoe-chest染色、SCA1、BrdU标志与雌激素受体等[15]。但这些因子在识别的特异性与灵敏性上，都或多或少存在一定的问题。近年来的研究发现了几个更有效的细胞表面标记物，促进对乳腺干细胞的研究。

2.1.1CD49f、CD29与CD24CD24是可表达乳腺干细胞并用作于标记物的干细胞。从小鼠乳腺的组织中分离出的Lin+-CD24++CD29high细胞群，具有双向分化的能力。实验发现其能产生上皮细胞，内含有乳腺干细胞(MSCs)[16]。而在分离培养时剔除其余组织细胞的标志物后，单个Lin+-CD24++CD29high细胞同样分化成乳腺组织，也证实了乳腺干细胞存在于这种细胞亚群中的观点。

2.1.2Prominin-1此为是一种跨膜蛋白，在各种组织如血液、神经上皮细胞、人和小鼠胚胎和许多癌症中，被常规作为标记物用以分离干细胞。

2.1.3Musashi-1Musashi-1是Musashi家族中的一员，在乳腺干细胞(MSCs)中有强表达[17]。此外，Kagara等[18]研究也证实了在Musashi-1基因的诱导下，肿瘤转移性及耐药性提高，严重影响预后，因此还可能是一个肿瘤干细胞的标志物。

2.2DNA标记许多研究发现，将标记的DNA合成物前体注入小鼠体内后，其DNA能够长时间保持能被追踪识别的状态。间断注射还能够辨别初代的干细胞与后代细胞。

2.3电镜下超微分析早在1997年，科学家通过电镜观察啮齿类乳腺上皮的超微结构，发现有5种不同类型的细胞，而其中的小亮细胞则被被认为是干细胞和I级祖细胞[19]。

在2002年，研究人员首次使用蛋白Sca-l标记乳腺干细胞(MSCs)，分选出小鼠乳腺干细胞，并且研究了其特性与分化潜能。实验结果表明，在青春期的小鼠乳腺的末端芽部位大量地表达Sca-1，Sca-1阳性细胞富含乳腺重建单位(mammary repopulating units, MRU)；将其按照一定比例稀释后注射到清除了腺上皮的小鼠乳脂垫中可再生乳腺[20]。目前分离技术主要是免疫磁珠分选法(MACS)及流式细胞仪分选法(FACS)。乳腺干细胞(MSCs)的培养大多是通过黏附性表面的细胞贴壁进行的单层细胞培养，而Dontu等[19]将整形手术中切除的乳腺组织分离出上皮细胞，使用无血清培养基悬浮培养，即可繁殖形成多细胞球，即乳腺球。通过培养乳腺球，成功实现了体外研究乳腺干细胞。在有生长因子存在的非黏附性表面培养时，人类乳腺上皮细胞形成了球形群体，并证明了具有干细胞功能特性的细胞更易形成这种球形群体。乳腺球与神经球在结构上有一定的相似性，其具有自我更新能力。乳腺球的启始细胞可能为乳腺干细胞，在这个培养的基础上，成功建立了一种适合检验的细胞的自我更新和分化的体外含量测定方法，其分离出的细胞，在多次传代之后，仍能够保持未分化的状态。因此，为乳腺的研究新领域。

3乳腺干细胞(MSCs)与乳腺再生

理论上来说，每个乳腺干细胞(MSCs)均可发育为一个完整的乳腺组织。哺乳动物的乳腺在妊娠期前后可发生反复再生与退化，是哺乳动物出生后，唯一一个可重复再生的器官。因而如何提取并应用乳腺干细胞(MSCs)，达到人体乳腺的修复、重建与再生，是目前乳腺干细胞(MSCs)的研究关注焦点。再生医学的核心问题在于如何获得“多能干细胞”。2012年的诺贝尔奖得主约翰·戈登与山中伸弥的研究方向就是动物克隆与干细胞生成，并发表了关于诱导多能干细胞的论文[21]。

乳腺的再生需要适宜的微环境，即乳腺干细胞龛[22]。微环境在不同的组织中有不同的条件，乳腺的微环境在不同时期中，既能支持乳腺干细胞(MSCs)的自我更新分裂，也能促进乳腺小叶、导管的形成，同时也能够阻止乳腺干细胞的分化。有研究表明，干细胞微环境由3个方面组成，分别为干细胞、信号细胞及特异性细胞外基质。将源自乳腺的散在上皮细胞移植时，乳腺可以再生，这也能够证实完整的微环境也能促进乳腺的再生[23]。微环境对于乳腺干细胞(MSCs)的调控有4条途径：(1)壁龛内存在很多分泌因子，这些因子围绕在干细胞周围，参与了微环境的形成，分泌因子的稳定也有助于维持干细胞的稳定；(2)除分泌因子外，还需要完整的膜蛋白介导下的细胞与细胞之间信号的传递；(3)细胞外基质蛋白与整合素；(4)各种信号通路，如Wnt信号、Hedgehog信号等，均可在不同步骤影响干细胞的发育与分化。

4乳腺干细胞与乳腺癌变

自20世纪中期起，多发性骨髓瘤及白血病的相关研究第一次证实了癌干细胞的存在,其后发现的各种实体瘤中就包括乳腺癌的癌干/祖细胞。目前认为其来源可能有2个：正常干细胞发生癌性转化和分化后的细胞获得自我更新。细胞发生恶变是由于遗传转化及克隆与选择所致,是累计的过程，并非是单独某次改变能够产生的结果。因此，持续分裂的细胞才能最终产生恶性转化克隆[22-24]。

目前对于乳腺癌干细胞的应用主要集中在治疗:(1)诱导乳腺癌干细胞的分化。由于乳腺癌干细胞对很多化疗药物耐受，故诱导分化后可以使化疗敏感性提高[25]；(2)消除乳腺癌干细胞。通过实验寻找相应的干细胞靶点，用于针对靶向治疗[25]。(3)免疫介导杀伤乳腺癌干细胞。 Mine等[26]发现通过免疫系统，可以有效地识别并消除肿瘤，对处于静止期的乳腺癌干细胞可能有效。

5现状与展望

目前，对于乳腺干细胞(MSCs)的研究已取得了一定的成果。但特异性的乳腺干细胞(MSCs)标记物仍需不断地研究，且在再生领域也鲜有再生正常乳腺的病例。对乳腺干细胞(MSCs)标记物及对乳腺再生的研究，将有助于认识正常乳腺的发育，与研究乳腺干细胞(MSCs)在乳腺癌发生中能够产生何种作用，可进一步研究乳腺干细胞(MSCs)信号转导的调控机制，从基因、分子水平理解乳腺癌的发生、发展关键调控点，并为乳腺癌的靶向治疗及术后整形带来了新的思路。应用乳腺成体干细胞长出的乳腺组织可用于乳房切除术后的乳房1、2期再造手术或隆胸手术，对乳腺癌患者或者其他相关疾病的患者，都有着十分广阔的应用前景。

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[收稿日期:2014-09-13]

(本文编辑杨晨晨)