乳腺癌干细胞的研究进展

蒋雪梅综述，顿耀艳审校（三峡大学医学院病理学系，湖北宜昌443002）

癌症被视为一种干细胞疾病。乳腺癌（BC）的癌症干细胞（CSC）与乳腺癌的维持，进展，转移、复发和治疗耐药性均有关，特别是在转移和复发中起着关键作用。BC临床前模型中显示只需要少数CSCs就可以维持肿瘤的再生长，特别是在传统抗内分泌治疗之后，乳腺癌干细胞（BCSC）也是化疗、放疗和激素治疗等标准治疗中存活下来的耐药克隆。

1 BCSCs的起源和BCSC表面标记

了解BC的起源细胞对于揭示肿瘤的异质性是非常重要的。乳腺上皮由2种类型的细胞谱系、腔细胞和肌上皮（基底细胞）组成，它们被组织成一系列的分支导管，最终形成分泌型腺泡帮助泌乳。在乳腺上皮发育过程中腔内细胞和基底细胞来自于多能的乳腺干细胞（MaSC）。BCSCs可以从正常的MaSCs中衍生出来，多种乳腺细胞类型有长期的自我更新能力，而BCSCs可能来源于这些前驱细胞突变。此外，据报道不同的乳腺癌亚型可能来自不同的乳腺细胞谱系。正常组织的体细胞会经历连续的DNA突变，使细胞得以进化并获得BCSCs的恶性表型。正常干细胞（NSC）的长寿特性允许它们有更多的时间来获得突变，成为BCSCs。BCSCs可以通过诱导上皮细胞转化为间叶细胞（EMT）使得疾病进展或对化疗药物和环境应激反应。CD44、CD133、Ep⁃CAM和醛脱氢酶1（ALDH1）是BCSCs的重要生物标记物。CD44+∕CD24low∕ESA+∕谱系细胞连续的传递，产生了包含 CSCs（CD44+∕CD24∕low）和非 CSCs的肿瘤，分别具有自我更新和分化的能力，这证明了BCSCs的存在，CD44是表面糖蛋白，参与多种细胞功能、包括调节细胞黏附、增殖、迁移、生长、存活、血管生成、分化和基质细胞信号处理、与其他细胞蛋白的协同作用[1⁃2]。临床研究显示，CD44阳性的BCSCs表达与乳腺癌患者的肿瘤侵袭性呈正相关[3]。CD133是BCSCs主要与化学抗性相关的另一个重要表面生物标记。据报道上调抗凋亡基因存活素和c⁃FLIP等促进自噬，并与Wnt∕β⁃连环蛋白自我更新信号通路和血管生成拟态（VM）相关。CD133的过度表达与乳腺癌患者的生存率呈负相关[4]。ALDH1在BCSCs中过度表达与化疗∕抗辐射作用有关，BCSCs中的ALDHhigh亚型是一个预测患者存活率不高的因素，ALDHhigh的活性由于通过把抗癌药物代谢成不活跃的代谢物，从而防止细胞凋亡。据报道，在癌细胞中的ALDHhigh亚群中，ALDHs影响各种途径，像Wnt、Notch、转化生长因子⁃β（TGF⁃β）、细胞外信号调节激酶（ERK），影响细胞的增殖和命运，上皮细胞⁃间充质转化（EMT）、视黄酸合成，缺氧，DNA损伤应答反应和细胞的迁移[5]。近年来，研究人员还专注于设计合适的纳米药物输送系统，专门针对BCSCs。纳米技术应用于靶向BCSC还处于初级阶段，许多问题需要在临床环境中得到充分的研究。BCSCs存在是导致BC复发、转移的主要原因。BCSCs中已确定了许多分子目标表面标记，目前的研究主要集中在开发抗癌药物以消除BCSCs，并在BC治疗中获得彻底的治疗，需要充分研究利用BCSCs的这些靶点。

2 BCSCs的属性

CSCs可以推动肿瘤启动、转移，并导致治疗耐药性[6]。因此，高比例CSCs的BC与不良的预后结果有关。

CSCs的假设对BC的致癌作用有根本的影响，BC⁃SCs在乳腺癌的启动和生长中起着至关重要的作用。EMT是一种表型的过程，上皮细胞转化为间质细胞，以促进癌症的发展。EMT过程与产生有干细胞特性的细胞有关，AXL 调控了包括 NF⁃jB、STAT、Akt和 MAPK在内的许多信号转导途径，在BCSCs中被激活，并通过调节EMT标记的表达，如E⁃钙黏蛋白、N⁃钙黏蛋白、Snail和Slug[7]，人类乳腺上皮细胞中上调的转录因子FOXC2诱发的EMT及其抑制作用导致减少侵袭性BC细胞系中CSCs。其他一些与EMT相关的转录因子，如TWIST也被证明可以诱发CSCs多能性[8]。BCSCs可以通过EMT获得转移能力。最近的研究确定了2种具有不同性质的BCSCs：一种更具安静间叶状态的EMT⁃CSCs，以及一种更具增生性上皮样状态的MET⁃CSCs。EMT⁃CSCs是 CD44+∕CD24⁃标记具有 EMT 的特征，如E⁃钙黏蛋白的低表达和波形蛋白的高表达。MET⁃CSCs以ALDH+表型也具有MET特征，如高水平E⁃钙黏蛋白和低水平的波形蛋白。更重要的是，这2个状态之间的转换是肿瘤转移的关键，其很可能通过细胞因子和趋化因子信号调控肿瘤微环境[6]。MET⁃CSCs定位在肿瘤的侵入边缘并能够进入血液循环在远处形成微转移，而MET⁃CSCs的定位更集中，并允许过渡到上皮增殖状态在其他部位产生肿瘤。当侵袭性的边缘成为肿瘤内部时，2种BCSCs的状态可以转换，需要进一步的研究来更深入地了解BCSCs可塑性的临床意义。

转移仍然是导致BC细胞死亡的主要原因之一，目前还没有针对转移性BC的标准化治疗。并不是所有的原发性肿瘤中的BC细胞均具有转移性的潜力，只有一小部分细胞可以到达远处的组织或器官。越来越多的证据确认，BCSCs是转移细胞的一个子集。BC患者骨髓中的早期播散性癌细胞显示CD44+∕CD24⁃表型，来自肺转移的细胞在人类三阴性乳腺癌（TNBC）的异种移植模型中高度表达CD44。与异种移植的ALDH阴性细胞相比，ALDH阳性癌症细胞的转移能力大大增强。这些研究有力地表明了BCSCs的转移作用。BCSCs在临床前模型和临床试验中均表现出相对的耐药性，在体外，带有BCSC表型的乳腺癌细胞对化疗没有反应[9]。BCSCs对放疗也有耐药性。此外，临床前研究发现，对内分泌治疗的抵制总是伴随着BCSCs比例增加[10]。这些研究表明，以BCSCs为靶点可能是治疗BC的有效治疗策略。

3 类固醇激素在BCSCs的作用及影响

类固醇激素如雌激素和黄体酮，以及针对激素受体的治疗，可以调节CSCs的活性。高CD44和低CD24的乳腺癌与TNBC亚型[雌激素受体（ER），孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体⁃2阴性]相关，预后较差。浓缩富集的 BCSCs使用 CD44+∕CD24∕low和 ALDH 阳性细胞在不同状态下标记证明基因表达类似于间叶细胞（CD44+∕CD24∕low细胞）或上皮细胞特征（ALDH 阳性细胞）[11]。这表明BCSCs细胞的可塑性，通过肿瘤微环境驱动可以在间充质和上皮状态之间动态转换（上皮间叶细胞转变及间叶上皮细胞转变），在这种情况下，缺氧或TGF⁃β起了关键作用。其他信号因素，比如类固醇激素，特别是雌激素和孕激素，以及激素的拮抗剂作用也可调节BCSC活性[12]。雌激素促进乳腺上皮细胞增殖，对正常乳腺发育至关重要，而雌激素通过ER刺激BC生长[13]。ERβ的表达与干细胞标记CD44和ALDH1有关，而且对于乳腺球的形成也很重要[14]。ERβ基因表达与肿瘤细胞总数相比在荧光激活细胞分类（FACS）的人类 BCSCs 中是上调的[15]。SANSONE 等[16⁃17]通过循环胞外囊泡将miR⁃221或完整的线粒体DNA从与癌症相关的成纤维细胞转移到BC细胞，可以促进BCSCs（CD133+）的休眠，从而导致内分泌治疗的耐药性。在已建立的癌症细胞系中，黄体酮的应用使祖细胞和CSC的标记增加[18]。在乳腺增大期间，PR通过旁分泌信号进行增殖，包括核因子κB配体受体激活体（RANKL）和Wnt4。最近，NOLAN 等[19]研究表明，在 BRCA1（乳腺癌易感基因）缺陷小鼠模型中，RANKL作为治疗目标的潜力，而对于正常乳腺组织BRCA1突变的携带者，确定腔的RANK（+）祖细胞是高度增殖及有类似基底BC的分子特征，这表明抑制RANKL在预防措施的设置上是一种很有前途的策略。在正常乳腺中，孕激素诱导的干细胞∕祖细胞功能的介质之一是CXCR4∕CXCL12[20]。孕激素的信号以一种旁分泌的方式出现在腔细胞上表达CXCL12，而CXCR4也在基底细胞和腔体PR细胞中被诱导表达。黄体酮的进一步作用是在人类乳腺上皮细胞中分泌生长激素（GH），推动表达生长激素受体（GHR）的干细胞∕祖细胞增殖[21]。CSCs激素活性的研究为未来BC治疗和癌症干细胞提出了新方向。

4 BCSCs的代谢特点

BCSCs在体外和体内均比其他分化的癌细胞有更多的糖酵解作用：葡萄糖摄取、糖酵解酶表达、乳酸产生。在CSCs中，三磷酸腺苷含量显著增加，糖酵解表型与线粒体氧化代谢下降有关[22]。线粒体DNA的突变和线粒体DNA拷贝数低与转移和预后不良有关。线粒体DNA拷贝数不仅影响细胞的生存能力和功能，而且影响细胞的分化潜能。细胞周期蛋白D1调节肿瘤细胞干细胞和线粒体DNA拷贝数。CSCs对线粒体药物和对OXPHOS抑制肿瘤的形成很敏感[23⁃24]。用二甲双胍（一种OXPHOS复合物Ⅰ的抑制剂）治疗，诱导抑制部分干细胞的特性，如乳腺球的形成和延迟体内肿瘤的生长，尽管其效果并不持久，而且治疗有耐药性[25]。

在小鼠和人类肿瘤中，BCSCs比其分化的后代具有更多的糖酵解表型[26]。这种适应性代谢可塑性可能使CSCs能够在变化的、有时充满敌意的环境中或在肿瘤恶化过程中遇到不利情况，比如在转移地点存活。一些研究表明，当OXPHOS被阻断时，CSCs能够转变为糖酵解代谢。CSCs通过上调葡萄糖输送器适应饥饿和缺氧，转换到更多的糖基性显型来战胜分化的后代[27]。缺氧改变了BCSCs与巨噬细胞之间的相互作用，巨噬细胞转化为免疫抑制表型，并上调缺氧诱导因子⁃1（HIF⁃1）和 HIF⁃2 的表达[28]。缺氧和葡萄糖浓度变化诱导CSC浓缩，其是由低氧诱导因子1α（HIF1α）和AKT∕MTOR∕β 链（CTNNB1）干细胞调控途径介导。抑制HIF1α与抗血管生成疗法的结合减少了小鼠乳腺癌模型中的CSCs，确保在乳腺癌成为一种有效的治疗方法，目前正在进行临床试验[29]。人们对利用CSCs的新陈代谢来进行药物靶向治疗的兴趣正在逐渐增加。阐明CSCs与非干细胞之间的代谢差异，以及CSCs与正常祖细胞之间的代谢差异，对于开发新的治疗药物至关重要，并可能揭示出这些药物的新方法。

5 结 论

乳腺癌的治疗目标是延长寿命和保证生活质量。但不实用、致命和极其昂贵的乳腺癌治疗方法无法帮助世界上大量处于危险之中或罹患乳腺癌的女性。而CSCs是由多种其他细胞类型形成，而癌症的异质性显然比最初想象的要复杂得多。由于复杂的信号网络及其高动态可塑性，需要设计多目标的抗BCSC药物，以克服耐药性。肿瘤新陈代谢能力，转移和存活，雌激素和孕激素信号均对BCSC的活动有影响，为了能够更有效地治疗BC，通过阻断新陈代谢的特异性来锁定BC⁃SCs，对BCSCs激素活性的研究，克服多个障碍有效地消除BCSCs在改善目前的BC治疗方面有很大的潜力，对未来BC的有效治疗也会提供新的思路。