结肠癌干细胞标记物研究进展*

张泽锋　王启仪　沙卫红

广东省人民医院(广东省医学科学院)消化内科(510080)

·综述·

结肠癌干细胞标记物研究进展*

张泽锋王启仪#沙卫红

广东省人民医院(广东省医学科学院)消化内科(510080)

摘要防治肿瘤转移是结肠癌治疗的重点和难点。干细胞标记物的发现为根治肿瘤提供了新途径，目前发现的结肠癌干细胞标记物包括多种膜蛋白分子、转录因子以及相关信号通路等。探寻结肠癌干细胞标记物有助于根治肿瘤，提高患者生存率和生存质量。本文就结肠癌干细胞标记物研究进展作一综述。

关键词结肠肿瘤；干细胞；生物学标记；肿瘤转移；信号通路

我国每年结直肠癌新发病例超过25万，死亡病例约14万，新发和死亡病例均占全世界同期结直肠癌病例的20%。局部进展期结直肠癌5年癌症相关生存率为70%，而发生远处转移的晚期结直肠癌患者5年生存率仅12%，且生活质量低[1]。防治肿瘤转移是结肠癌治疗的重点和难点。结肠癌干细胞是指具有自我更新并能产生异质性肿瘤细胞的癌细胞，在肿瘤的发生、发展、转移、耐药和复发过程中发挥重要作用。目前清除肿瘤干细胞是根治肿瘤的关键。肿瘤干细胞标记物的发现为肿瘤根治提供了新途径，其包括膜蛋白分子、转录因子以及信号通路等。本文就结肠癌干细胞标记物研究进展作一综述。

一、CD133

CD133基因位于染色体4p15.32，具有1个细胞外区N端、5个跨膜区域、2个细胞外loop环、1个包含59个氨基酸的细胞内尾、8个N糖基化区[2]。CD133存在两种亚型，CD133-1和CD133-2，两者在不同肿瘤组织中存在差异性表达。

2007年O’Brien等[3]首次从人结肠癌细胞中分选出CD133+结肠癌激发细胞，并证实非肥胖糖尿病/严重联合免疫缺陷(NOD/SCID)小鼠肾被膜下接种CD133+结肠癌细胞后可形成肿瘤，从而提出了结肠癌干细胞理论。随后，Ricci-Vitiani等[4]亦证实CD133+结肠癌细胞可在无血清培养基中指数生长成瘤，且肿瘤表型与原发肿瘤相同。然而，2008年Shmelkov等[5]的研究显示，在转移性结肠癌中，CD133-细胞亦能成瘤，且侵袭性更强，成瘤速度更快，此可能与CD133启动子区域的CpG岛甲基化和细胞分化中CD133糖基化相关。2009年Choi等[6]再次肯定了CD133+结肠癌干细胞在肿瘤侵袭和转移中的重要作用。2012年Schneider等[7]的研究表明，CD133可作为结肠癌干细胞的有效标记物，优于CD24、CD44、CDCP1和CXCR4。

二、CD44

CD44基因位于11号染色体短臂，编码广泛分布于细胞表面的跨膜糖蛋白，主要参与异质性黏附，可促进肿瘤细胞侵袭和转移，与结肠癌转移和预后密切相关[8]。Dalerba等[9]和Du等[10]的研究证实，CD44+结肠癌细胞具有较强的成瘤能力，敲除CD44基因后，结肠癌干细胞在体内不能成瘤，在体外失去克隆能力。由此可见，CD44在维持结肠癌干性以及调节结肠癌干细胞生物学特性上具有重要作用。

此外，Jing等[11]的研究发现，CD133和CD44可共表达于结肠癌肝转移组织中，但CD44预测肝转移和5年无病生存率优于CD133，可作为患者生存率的独立预测因子。然而，该结论尚需大规模前瞻性研究加以证实。

三、CD166

CD166是活化的白细胞黏附分子，是淋巴细胞CD6的配基，与CD6共同介导细胞间黏附，其表达下降可使肿瘤细胞黏附能力减弱。早期对CD166的研究主要集中于恶性黑色素瘤，现已知CD166参与调节多种肿瘤干细胞的分化。Weichert等[12]的研究发现，CD166在结肠癌组织中的表达明显高于正常组织。然而，Lugli等[13]的研究显示，未表达CD166、CD44的结肠癌细胞具有更强的浸润性和更高的淋巴转移率，且与生存期降低相关。Patel等[14]的研究亦发现CD166膜阳性细胞局限分布于结肠腺管周围，且CD166表达水平与年龄呈正相关，但相关原因和意义尚未明确。

四、EpCAM

EpCAM基因位于人染色体2p21，编码Ⅰ型跨膜糖蛋白，参与细胞增殖、分化和再生。EpCAM广泛表达于多种上皮肿瘤，与肿瘤增殖和侵袭相关。Went等[15]的研究显示，EpCAM在结肠癌中的表达率高达100%，但该研究的样本量较小，结论有待进一步研究证实。Dalerba等[9]的研究发现，EpCAM+/CD44+和EpCAM+/CD166+结肠癌细胞均具有成瘤能力，且成瘤与原发肿瘤表型相似，因而推测EpCAM是结肠癌干细胞标记物。Levin等[16]的研究显示，EpCAM+/CD44+结肠癌干细胞可在裸鼠体内成瘤，且CD44和CD166阳性的结肠癌干细胞均表达EpCAM，推测干细胞标记物间可能存在共表达。

五、CD24、CD26和CD29

CD24是促进肿瘤细胞增殖、黏附和转移的高度糖基化蛋白。P选择素是最早明确的CD24配体。病理状态下，CD24通过与P选择素结合，促进肿瘤细胞与内皮细胞或血小板相互作用，从而导致肿瘤转移。Vermeulen等[17]的研究发现，CD133+/CD24+结肠癌细胞除具有自我更新克隆能力外，还具有多向分化潜能。

白细胞分化抗原CD26是一种广泛存在于上皮细胞、血管内皮细胞和淋巴细胞中的Ⅱ型跨膜糖蛋白，参与机体免疫调节、细胞迁移和黏附，在肿瘤发展过程中起重要作用。Fric等[18]的研究显示，结直肠黏膜发生恶性转化后出现CD26表达升高。Pang等[19]在结直肠癌组织中分离出CD26+细胞，将其注入小鼠盲肠壁后可发生远处转移，其侵袭性和耐药性强于CD26-细胞。

细胞黏附分子CD29属于整合素家族中的迟现抗原(very late antigen, VLA)(β1)亚家族，参与细胞活化、增殖等过程，在免疫应答、组织修复以及肿瘤浸润、转移中发挥重要作用。Fric等[18]的研究发现，人和小鼠结肠肿瘤干细胞中均有CD24/CD29高表达，因而提出CD29可作为新的结肠癌干细胞标记物。

六、Lgr5

Lgr5是近年发现的Wnt信号转导目标基因，编码具有18个富含亮氨酸的重复单位和7个跨膜区域组成的大分子蛋白，是G蛋白耦联受体家族成员之一。Lgr5作为多种人体组织干细胞标记物，在正常组织中表达受限，在结肠癌、卵巢癌、基底细胞癌、肝癌以及食管癌组织中表达上调[20-22]。

Barker等[23]的研究发现，Lgr5在小肠和结肠隐窝中特异性表达，并证实其为小肠和结直肠肿瘤干细胞标记物。McClanahan等[20]的研究显示，Lgr5在结肠肿瘤细胞中的表达率为73%，敲除该基因后肿瘤细胞发生凋亡。Yui等[24]提出Lgr5+结肠癌细胞在小鼠体内可成瘤，且细胞表型和原肿瘤细胞表型相同。

柴宁莉等[25]的研究显示，Lgr5和CD44均为结直肠癌干细胞标记物，但Lgr5的表达与结直肠息肉癌变风险的相关性优于CD44，提出Lgr5更有助于结直肠癌的早期诊断和治疗评估。Femia等[26]的研究发现，大鼠结肠癌早期即出现Lgr5表达上调，并提出Lgr5+结肠癌细胞具有干细胞特性，有助于结肠癌的早期诊断和治疗。

七、ALDH1

ALDH1基因定位于9号染色体，其编码蛋白为肿瘤干细胞代谢相关酶，可将干细胞内的乙醛氧化为乙酸，并且对烷化剂有强耐受性和抗氧化能力，参与介导肿瘤耐药。Ginestier等[27]的研究发现，ALDH1是一种新的乳腺癌干细胞标记物，是疾病预后的独立危险因素。Huang等[28]的研究发现，ALDH1在结肠癌组织中表达升高，高表达ALDH1的结肠癌细胞具有干细胞特性。进一步研究发现ALDH1+结肠癌细胞在裸鼠体内能成瘤，而ALDH1-结肠癌细胞无成瘤能力。

Dylla等[29]的研究表明，ALDH1作为结肠癌干细胞的标记物，因存在于细胞质而非细胞膜，相较于其他标记物更具有诊断优势。ALDH1表达与结肠癌预后、耐药以及侵袭、转移密切相关。进一步研究发现，ALDH1表达与CD133、CD44和CD24等存在一定重叠，且ALDH1联合其他分子标记物分选出的结肠癌细胞具有更高的致瘤能力。联合应用干细胞标记物有助于结肠癌干细胞筛选。

八、Oct4、Sox2、Ascl2、Hes1

Oct4基因位于人染色体6p21.3，其编码的蛋白是POU转录因子家族成员之一。Oct4是全能干细胞标记物，不仅调控正常细胞分化，亦在上皮恶性肿瘤中高表达，并与肿瘤的发生、转移和复发密切相关。李宁等[30]的研究发现，Oct4在结肠癌组织中的表达明显高于癌旁组织，但由于研究样本量较小，未能阐述Oct4与肿瘤远处转移和复发的关系。

Sox2是由Sox基因家族编码的蛋白，在胚胎发育中起重要作用。Sox2在肺癌、乳腺癌、胃癌等肿瘤中呈高表达，与肿瘤的侵袭、转移和复发相关。Sox2作用类似于Oct4，两者可能存在共表达，联合检测有助于检测相关肿瘤的转移和复发。Saigusa等[31]的研究现，Oct4和Sox2与结直肠癌放化疗后复发和转移相关。

Ascl2基因位于染色体11p15.5，其编码蛋白为碱性螺旋-环-螺旋转录因子。Ascl2是肠隐窝基底柱状细胞(CBC)作为肠干细胞的重要标记物，是Wnt通路的直接靶基因[32]。Zhu等[33]的研究发现，干扰Ascl2基因表达可使结肠癌HT29细胞体内外成瘤能力明显下降，同时使CD133、Oct4和Sox2等干性标记物表达下降。Jubb等[34]的研究显示，Ascl2在结肠癌组织中的表达明显高于癌旁组织，干扰人结肠癌细胞Ascl2表达可使细胞周期G2/M期阻滞。有学者认为结肠癌干细胞起源于正常成体肠隐窝干细胞，该细胞突变后可发生上皮结构和功能异常，最终逐步成为结肠癌。

Hes1基因属于前神经元碱性螺旋-环-螺旋基因家族，编码参与细胞分化的转录因子，是Notch信号通路的下游靶基因，在多种实体瘤中异常表达，与肿瘤转移、侵袭密切相关。Reedijk等[35]的研究的发现，Hes1和Notch1在结肠癌组织中均呈高表达，且表达水平一致，此外，Hes1表达水平与细胞分化程度呈负相关。Gao等[36]的研究表明，Hes1在结肠隐窝中高表达，通过增加结肠癌侧群细胞和CD133+细胞体积，从而增强干细胞自我更新和体内外致瘤能力。

九、Wnt和Notch信号通路

结肠癌干细胞中存在Wnt信号通路异常激活，Wnt基因的编码产物对调节上皮细胞增殖和分化具有重要作用。Wnt信号失调与包括结肠癌在内的多种上皮肿瘤相关，同时APC失活易激活Wnt信号通路[37]。研究[38]显示，Wnt信号通路异常激活的结肠癌细胞高表达干细胞分子标记物，且具有较强的克隆能力和致瘤性。Lgr5是Wnt信号通路的靶基因，提示Wnt信号通路可作为结肠癌细胞致癌能力的标记物之一。

Notch信号通路对细胞发育、增殖和分化具有重要作用。结肠癌干细胞中Notch信号通路活性较结肠癌细胞高10～30倍，其可通过抑制p27阻止结肠癌干细胞凋亡，在结肠癌初始细胞的自我更新过程中发挥关键作用[39]。此外，Hes1亦是Notch信号通路的靶基因。目前认为结肠癌干细胞存在Notch信号通路标志性特征。

十、结语

预防肿瘤转移是结肠癌治疗中的难题，作为肿瘤发生过程中的重要因素，肿瘤干细胞的清除对治疗具有重要意义。探寻结肠癌干细胞标记物有助于根治肿瘤，提高患者生存率和生存质量。目前明确的结肠癌干细胞标记物包括上述膜蛋白分子、转录因子以及信号通路等，随着分子生物学和细胞免疫学的不断发展，将进一步加深对肿瘤干细胞标记物的认识，从而为结肠癌治疗提供新途径，从源头抑制肿瘤发生、发展。

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(2015-05-29收稿；2015-07-20修回)

Advances in Study on Colon Cancer Stem Cell Markers

ZHANGZefeng,WANGQiyi,SHAWeihong.

DepartmentofGastroenterology,GuangdongGeneralHospital,Guangzhou(510080)

Correspondence to: WANG Qiyi, Email: qiyiw@163.com

AbstractPrevention and treatment of tumor metastasis are important for the therapy of colon cancer. The discovery of stem cell markers provides a new approach for radical treatment of cancer. So far, the colon cancer stem cell markers discovered included several membrane protein molecules, transcription factors and related signal pathway. Exploration of colon cancer stem cell markers could contribute to the treatment of colon cancer and improve the survival rate and life quality of patients. This article reviewed the advances in study on colon cancer stem cell markers.

Key wordsColonic Neoplasms;Stem Cells;Biological Markers;Neoplasm Metastasis;Signaling Pathway

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2016.05.011

*基金项目：广东省自然科学基金(2014A030313543)

#本文通信作者，Email: qiyiw@163.com