肿瘤干细胞及肿瘤靶向治疗的研究进展

黄倩倩 马建加 吴 强 刘彬彬 综述 沐晓芹 刘树林 审校

肿瘤干细胞及肿瘤靶向治疗的研究进展

黄倩倩 马建加 吴 强 刘彬彬 综述 沐晓芹 刘树林 审校

研究发现引起肿瘤复发或转移的根源是肿瘤中一少部分具有无限增殖能力的肿瘤干细胞，其在体内长期存在并不断自我更新，使肿瘤快速增殖且侵袭、转移能力增加，药物敏感性减弱，成为临床治疗的难题。因此，深入了解肿瘤干细胞进而寻找抑制肿瘤干细胞的方法对临床靶向治疗肿瘤具有重要意义。本文从肿瘤干细胞的发现过程、生物学特性、鉴别及培养方法等方面进行了阐述，根据其特点总结针对肿瘤干细胞治疗肿瘤的方法，并重点综述抗生素治疗肿瘤干细胞的研究进展。

肿瘤干细胞；复发；转移；靶向治疗；抗生素

目前临床治疗癌症的主要方法是放疗、化疗和手术切除等。放化疗的方法虽然杀死了癌细胞，但也影响了机体正常细胞的功能，副作用极大，而手术治疗的创伤会导致机体免疫力下降，且手术治疗仅对部分尚未扩散的肿瘤有效，适用范围比较局限[1]。更重要的是，即使经过系统治疗，恶性肿瘤复发与转移几率仍很高，这是肿瘤治疗最终失败的主要原因。最新研究表明，具有无限增殖能力的肿瘤干细胞是引起肿瘤复发或转移的根源[2]，因此，抑制甚至根除肿瘤干细胞是治疗肿瘤的有效措施。

1 肿瘤干细胞

1.1 肿瘤干细胞的特点

肿瘤干细胞(Cancer stem cells，CSCs)是肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的一种特殊细胞。“肿瘤干细胞学说”认为肿瘤是由肿瘤干细胞和由它分化出的程度不均一的细胞团组成的。肿瘤干细胞能够在体内长期存在并不断自我更新，其生长增殖迅速，且生长过程常常不受机体的限制，能产生大量子代细胞[4]。肿瘤干细胞具有很强的抵抗能力，大多数药物能够作用于肿瘤细胞却对肿瘤干细胞无效[5]，其抗凋亡分子增多[6]，细胞DNA修复能力也增强[7]，在体内，肿瘤干细胞通过上皮间质转化、表达趋化因子受体和促进血管生成等机制获得很强的侵袭转移能力[8]，肿瘤干细胞的这些特性使得临床常规治疗对肿瘤干细胞的作用较弱甚至无效，引起肿瘤的复发和转移，成为临床治疗的一个难题。

1.2 肿瘤干细胞的发现

最早发现肿瘤干细胞存在的直接证据是在上世纪90年代，加拿大多伦多大学的Bonnet教授从急性髓样白血病病人的血液中分离出了具有特异表面抗原CD34+CD38-的细胞亚群，这些特殊的细胞亚群仅占白血病细胞的5%，具有很强的体内成瘤能力，并且可以被诱导分化为肿瘤的其他细胞亚型[9]。2003年科学家Al-Hajj从乳腺癌病人实体瘤中分离得到表面标志物为CD44+CD24-/lowLineage-的乳腺癌干细胞[10]，随后研究人员在胰腺癌[11]、结肠癌[12]、肝癌[13]等多种实体瘤中也分离得到了肿瘤干细胞。

2012年，科学家们在皮肤[14]、脑[15]和肠道肿瘤[16]中追踪到了肿瘤干细胞，首次在肿瘤原生环境中确定肿瘤干细胞的存在。这些科学家的发现证实了肿瘤的生长确实来源于肿瘤干细胞，为“肿瘤干细胞学说”的发展奠定了基础。

1.3 肿瘤干细胞的分离培养及鉴定

肿瘤干细胞不仅在人体和动物体内能追踪到，还能将其从肿瘤病灶中分离进行培养，通过一定的方法与肿瘤细胞相区别。日本科学家Kondo采用Liberase DH酶分离消化肠癌组织，收集培养并扩增后得到球状肿瘤干细胞团[17]，其特异性表面标记物CD133呈阳性，有腺癌的组织学特点。与普通肿瘤细胞相比，肿瘤干细胞具有更强的致瘤能力[18]，这是区别肿瘤细胞和肿瘤干细胞的方法。此外，检测肿瘤干细胞表面特异性标志物是常用的区分肿瘤干细胞与普通肿瘤细胞的方法，常见的标志物有CD44、ESA、CD24、CD133、CD105等[19]，除了肠癌肿瘤干细胞利用这种方法已被分离并证实[17]，澳大利亚科学家Hubbard从病灶中分离培养也得到了子宫内膜癌干细胞[20]，其表面特异性标志物为CD133+。

肿瘤细胞系培养也能得到肿瘤干细胞[21]，肿瘤干细胞在无血清培养基(Serum-free medium，SFM)中悬浮生长，镜下观察呈亮的、光滑的球状细胞[17]，而普通肿瘤细胞贴壁生长，在SFM中长时间培养会因缺乏血清而停止生长最终死亡，利用此特点也能分离肿瘤干细胞与普通肿瘤细胞[22]。美国科学家Hemmati和加拿大科学家Singh就采用SFM筛选法从脑瘤病灶中分离培养得到了人脑瘤干细胞[22-23]。

2 抑制肿瘤干细胞靶向治疗肿瘤

2.1 阻断肿瘤干细胞信号转导通路

阻断肿瘤干细胞信号通路能够有效抑制肿瘤干细胞生长。参与肿瘤干细胞信号转导的通路主要有Hedgehog信号通路、Wnt信号通路、Notch信号通路和PTEN信号通路。这些信号通路在细胞的增殖、分化、凋亡、衰老、自我更新等方面发挥着重要作用，阻断这些信号转导通路能够有效抑制肿瘤干细胞的生长，是肿瘤治疗的重要靶点。

Hedgehog信号通路与胚胎干细胞和成体干细胞的增殖和分化有关，是高度保守的信号通路，其分泌的蛋白家族是细胞间信号分子，与多种肿瘤的发生发展相关。在乳腺癌干细胞中，Hedgehog信号通路的配体高表达，活化的Hedgehog信号通路调控细胞自我更新，增加乳腺微球体细胞的数量、改变乳腺微球体的大小，阻断Hedgehog信号通路能减少肿瘤干细胞群，有效抑制肿瘤的生长[24]。

Wnt是一种富含半胱氨酸的分泌型糖蛋白，在调控细胞增殖、分化、迁移等方面发挥着重要作用，异常的Wnt信号转导导致多种疾病的发生。科学家Malanchi等在研究皮肤癌干细胞时发现这些干细胞发挥生物学效应依赖Wnt/β-catenin信号通路，而β-catenin基因敲除的小鼠，肿瘤干细胞消失，肿瘤病灶消退，说明阻断Wnt信号通路能有效抑制肿瘤干细胞的生长[25]。

Notch信号通路通过相邻细胞之间的相互作用调节细胞的凋亡、增殖和分化，抑制Notch信号可以降低脑神经胶质瘤干细胞比例[26]。PTEN为磷酸酶及张力蛋白同源物，PTEN信号通路参与调控基因组的稳定性、干细胞的自我更新和细胞衰老。

2.2 改变肿瘤干细胞生长微环境

细胞外基质、间质细胞、血管和炎症细胞等均是肿瘤干细胞生长的微环境，改变肿瘤干细胞生长微环境可以有效杀死肿瘤干细胞[3]，也被作为肿瘤治疗的重要靶点[27]。

2002年Reardon[28]发现肿瘤干细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)中存在癌症相关性成纤维细胞，这些成纤维细胞可表达肿瘤特异性ECM蛋白，特异性的放射标记抗体与ECM蛋白结合则可改变肿瘤细胞外基质，从而有效抑制神经胶质瘤、淋巴瘤中肿瘤干细胞增殖。

2.3 阻断肿瘤干细胞线粒体呼吸

阻断肿瘤干细胞线粒体呼吸可以抑制肿瘤干细胞的增殖[21]。肿瘤干细胞的增殖迅速，新陈代谢旺盛，比其他细胞更依赖于有氧呼吸，需要更多的线粒体提供能量[29]。

Sancho等发现肿瘤细胞高度依赖糖酵解，而胰腺癌干细胞倾向于利用氧化磷酸化，其生长更加依赖线粒体的有氧呼吸提供能量。二甲双胍通过抑制胰腺癌干细胞的线粒体，中断胰腺癌干细胞氧化磷酸化过程，导致细胞缺乏能量，诱导细胞发生凋亡，从而靶向抑制胰腺癌干细胞的生长[30]。

2.4 降低肿瘤干细胞膜表面转运蛋白活性

降低肿瘤干细胞膜表面转运蛋白活性也能抑制肿瘤干细胞的生长。肿瘤干细胞存在高效的外排系统是其产生多药耐药的原因之一，而这些外排系统依赖药物转运蛋白[19]。现已证实肿瘤干细胞表面高表达ATP结合核转运蛋白ABC，能将各种化疗药物运至胞外，使肿瘤产生耐药性，提高细胞生存能力[31]。扑热息痛可以抑制乳腺癌干细胞转运蛋白ABC的表达，诱导乳腺癌细胞系MDA-MB-231中干细胞的分化，抑制肿瘤生长，扑热息痛与多柔比星联合应用于乳腺癌小鼠，肿瘤的生长受到显著抑制[32]。

2.5 诱导肿瘤干细胞分化

肿瘤干细胞诱导分化治疗是指用特定诱导剂促进肿瘤干细胞向成熟细胞方向分化，诱导分化能够使肿瘤干细胞失去自我更新的能力[33]，促进其凋亡和抑制增殖，达到靶向治疗肿瘤的目的。细胞因子抑瘤素M能促进上皮细胞黏附因子阳性的肝癌干细胞分化，其与5-氟尿嘧啶合用，可增强对癌细胞的杀伤作用，抑制肿瘤生长[34]。科学家Piccirillo[35]还发现诱导剂骨形成蛋白能够促进CD133+脑瘤干细胞的分化，并降低其致瘤能力，治疗效果很好。

2.6 针对肿瘤干细胞分子标志物的免疫治疗(CAR-T)

肿瘤干细胞上存在着很多可以被免疫系统识别的肿瘤抗原，这为靶向肿瘤干细胞的免疫治疗提供了理论基础[36]。Wang等[37]制备出了一种用肿瘤干细胞标记物CD133抗体修饰的纳米管系统，这种系统能够抑制脑胶质瘤干细胞的生长，与热辐射协同阻止肿瘤球体形成，达到很好的治疗效果。

3 抗生素靶向抑制肿瘤干细胞

抗生素的使用已有几十年的的历史，在临床上通常用于抑制或杀灭细菌等病原微生物。近年来，科学家们发现大多数抗生素对于肿瘤干细胞也有明显的抑制作用。

3.1 盐霉素

盐霉素(Salinomycin)是一种对大多数革兰氏阳性菌和各种球虫有较强的抑制和杀灭作用的一元羧酸聚醚类抗生素。2009年盐霉素被发现能靶向作用于肿瘤干细胞，其抑制乳腺癌干细胞的作用比紫杉醇高100倍，通过抑制细胞中CD44基因的表达，抑制肿瘤的生长，并促进肿瘤细胞的分化[38]。盐霉素能减少结直肠癌细胞系中CD133阳性的细胞亚群，降低肿瘤细胞的定植和侵袭能力，减少结肠直肠癌的恶性特征，发挥抗癌的作用[39]。近年来还发现盐霉素对胰腺癌干细胞、非小细胞肺癌干细胞也有明显抑制作用[40-41]。

3.2 雷帕霉素

雷帕霉素(Rapamycin)是大环内酯类抗生素，除了抗菌，还可用于抗癌。雷帕霉素是哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路抑制剂，mTOR信号通路在调节细胞生长和增殖相关蛋白的合成、细胞的代谢等多个方面发挥重要作用，其在肿瘤中异常激活[42]。雷帕霉素与mTOR选择性抑制剂PP242联合应用能够减少干细胞样结直肠癌球状细胞的形成，是结直肠癌干细胞靶向治疗的一个潜在药物[43]。

3.3 硫链丝菌肽

硫链丝菌肽(Thiostrepton)又称藓霉素或硫活素，能抑制结直肠癌干细胞球体和集落形成，诱导细胞凋亡，减少肠癌干细胞特异性标志物如CD44、ALDH1等表达，减少结直肠癌干细胞的比例，其与抗肿瘤药奥沙利铂联合应用还能增强奥沙利铂的抗癌作用[44]。

3.4 其他抗生素

近年来，研究者利用广谱抗细菌和抗寄生虫药物的副作用——影响真核细胞线粒体功能来抑制肿瘤干细胞，这些抗生素包括大环内脂类、四环素类、甘氨酰环素类、抗寄生虫类、酰胺醇类，它们对乳腺癌、胰腺癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌干细胞均有抑制作用，通过抑制肿瘤干细胞内线粒体的生物合成，影响细胞的增殖和活力，达到治疗目的[21]。

抗生素在合理应用情况下对正常细胞损伤很小，相比于放化疗法，其副作用小，具有极大的临床应用潜力。与抗肿瘤药物相比，其价格相对低廉，如果能进一步证实抗生素对肿瘤的疗效，将能极大减轻社会和患者的经济负担，也是临床治疗肿瘤的一个巨大突破。

4 小结与展望

随着科学家对肿瘤干细胞的研究不断深入，“肿瘤干细胞学说”取得了突破性的进展。目前科学家们已经发现肿瘤干细胞维持的分子机制，因此，根据这些机制研发更安全、有效、经济的抗肿瘤药物，靶向抑制肿瘤干细胞从而更有效地治疗肿瘤，将成为未来抗肿瘤药物的重要研究方向。

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Researchprogressontumorstemcellsandtumortargetedtherapy

HUANGQianqian，MAJianjia，WUQiang，LIUBinbin，MUXiaoqin，LIUShulin

Harbin Medical University，Genomics Research Center of Harbin Medical University，Harbin 150081，China

The root cause of tumor recurrence or metastasis is a small part of the tumor with unlimited proliferation of tumor stem cells，which can exist for a long time and continue to self-renewal causing rapid tumor proliferation and invasion，metastasis capacity，drug sensitivity，eventually resulting in the problem of weakened clinical treatment.Therefore，it is of great importance to in-depth understanding of tumor stem cells and then to seek strategies to suppress tumor stem cells in clinical targeted tumor therapy.In this paper，the discovery process of tumor stem cells，biological characteristics，identification and culture methods were described to summary a variety of methods to inhibit tumor stem cells according to their characteristics so as to treat tumor.Moreover，it focuses on the research progress on antibiotic treatment of cancer stem cells.

Cancer stem cells；Recurrence；Metastasis；Targeted therapy；Antibiotics

国家自然科学基金(NSFC81671980)；博士后科研启动金(LBH-Q15080)；黑龙江省教育厅创新科学研究专项(2016JCZX53)

哈尔滨医科大学；哈尔滨医科大学基因组中心(哈尔滨 150081)

黄倩倩，女，(1994-)，本科在读，从事临床药学的研究。

沐晓芹，E-mail：muxiaoqin@ems.hrbmu.edu.cn

R730.5

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.06.010

(收稿：2017-05-24)