乳腺癌干细胞在肿瘤复发与转移中的作用机制研究进展

陈婷，罗序亮，陈雨劼，金梅

(南昌大学第二附属医院，南昌330006)

目前，乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和病死率均逐年上升。手术、化疗、放疗、内分泌及靶向治疗等综合治疗提高了乳腺癌的控制率，而转移和复发是治疗失败的主要原因。随着生物学技术的不断发展，人们对肿瘤发生、发展等机制有了更深入的探索。多项研究发现，肿瘤组织中极小部分的肿瘤干细胞(CSCs)在其中发挥着重要作用，CSCs是肿瘤起源、复发和转移的根源。现就乳腺癌干细胞(BCSCs)在肿瘤复发与转移中的作用机制研究进展综述如下。

1 BCSCs在肿瘤复发中的作用

1.1 BCSCs高表达三磷酸腺苷结合(ABC)转运蛋白 ABC蛋白本质是一类跨膜ATP驱动泵，利用ATP分解产生的能量能将胞内的肽类、脂类、核苷酸、药物以及疏水性物质等转运至胞外，利用此特性也可进行BCSCs的分选，即侧群细胞分选法。Patrawala等[1]发现，癌组织侧群BCSCs数虽仅占总细胞数的0.2%，但与非侧群细胞相比，在小鼠体内接种成瘤所需细胞数更少，成瘤性更强，成瘤周期更短。在一项体内外研究中发现，若抑制BCSCs中ABC转运蛋白的表达或敲除ABCG2基因，均能使其对化疗药物的敏感性增强[2]。

1.2 BCSCs长期处于静止期,且具有较强修复能力 Mare等[3]发现，使用紫杉醇预处理乳腺癌MCF-7及MCF-12细胞后，乳腺癌细胞形成乳腺微球的能力及生长能力均增强，说明BCSCs对传统化疗药物如紫杉醇等存在一定的耐药性。目前，化疗药物的作用机制主要包括干扰细胞周期、破坏DNA结构、抑制蛋白质合成、诱导凋亡等。BCSCs多长期停留于G0期，既不合成DNA，也不进行细胞分裂，仅当受到外界刺激时才进入细胞周期。这一特点使得BCSCs能够躲避化疗药物的打击作用，最终引起肿瘤的复发转移。此外，BCSCs含有的与DNA损伤修复相关的核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等酶的活性更强、合成更多。Shiotani 等[4]研究发现，当BCSCs受到损伤时，p53、ATM-Chk2、ATR-Chk1 DNA等损伤应答通道自行启动，导致BCSCs停留于当前细胞周期(G1、S、G2期)，给予受损细胞充足的自我修复时间，通过强大的DNA修复和抗凋亡能力实现持续生存。

1.3 BCSCs依靠微环境生长增殖 肿瘤微环境主要包括间质干细胞、细胞外基质、肿瘤相关成纤维细胞、脂肪细胞、内皮细胞、免疫细胞及相关细胞因子等，是肿瘤细胞和邻近组织之间的部分，可作为屏障保护BCSCs，使其接触到化疗药物的概率降低，是肿瘤耐药复发的原因之一。此外，肿瘤微环境使得BCSCs处于特殊的低氧环境中。虽然低氧可诱导任何肿瘤细胞发生上皮间质转化(EMT)，但仅BCSCs获得迁移潜能，因而更有利于发生侵袭和转移[5]。除低氧环境外，微环境中的IL-6及IL-8等细胞因子同样可以影响BCSCs的形成。Korkaya等[6]发现，长期使用曲伐单抗治疗可高度浓缩BCSCs，并且这些EMT表型细胞所分泌的IL-6是其亲代细胞的100倍，而IL-6/NF-κB信号通路同样可诱导EMT的细胞产生干细胞特性；同时，该研究发现曲妥珠单抗耐药性的发展可能是通过激活IL-6炎症反馈环路来介导的。这提示肿瘤微环境中的细胞因子对其治疗抗性亦有重要作用，阻断IL-6循环可能解决肿瘤细胞对曲妥单抗的耐药性。另外，IL-8在乳腺癌中的高表达也与乳腺癌复发有关。体内外研究发现，阻滞IL-8受体CXCR1可减少BCSCs的数量，诱导肿瘤细胞群的大量凋亡，并且在小鼠体内可抑制肿瘤的生长，减少复发转移灶[7]。这表明阻断IL-8介导的信号传导，可能成为一种新的靶向和消除BCSCs的方法。肿瘤微环境可重塑CSCs，对CSCs的复发和转移有促进作用，因此对微环境进行调控可能成为预防乳腺癌复发转移的另一途径。

1.4 BCSCs具有更强的抗辐射能力 研究发现，无论放疗前后，人与小鼠BCSCs内的活性氧(ROS)水平均明显低于非致瘤细胞，而ROS是电离辐射诱导的细胞杀伤的关键介质。因此，BCSCs中的DNA损伤程度也明显少于非BCSCs，对ROS防御能力更强[8]，可能有助于肿瘤的放疗抵抗。相关研究还发现，经放射线照射后，可诱导人体乳腺癌细胞重组分化形成BCSCs，并可富集BCSCs；通过Notch信号途径、转录因子Oct4和Y-box2的活化，以及Nanog和Klf4的重新表达实现放疗抵抗[9]。

2 BCSCs在肿瘤转移中的作用

肿瘤转移是一个涵盖了细胞转化、细胞迁移、免疫逃逸、细胞黏附、血管生成、淋巴转移等在内的多个环节的复杂过程，并需要肿瘤微环境在内的多个因素作用下才能实现。目前认为，肿瘤细胞需经历EMT后才可离开原发灶进入血液系统；进入血液后的肿瘤细胞需克服失巢凋亡和血流应力，并能躲避机体的免疫监视，才能到达相应的转移靶器官；随后，肿瘤细胞适应靶器官微环境并逐渐生长成临床可见的转移灶。越来越多的研究提示，BCSCs与乳腺癌的转移密切相关，这些发现为探索抑制乳腺癌转移的靶点提供新方向。

2.1 BCSCs与趋化因子 谭成等[10]研究发现，在人乳腺癌组织中，BCSCs相比乳腺癌细胞高表达细胞趋化因子受体CCR5；而CCR5可调节与肌动蛋白有关的细胞运动，从而诱导肿瘤细胞的趋化性迁移，表现出更强的侵袭转移能力。因此，CCR5可能是乳腺癌转移性集聚的关键因素之一。此外，有研究发现乳腺癌中CC类趋化因子5(CCL5)的表达与基质金属蛋白酶9(MMP9)含量呈正相关；CCL5可能通过上调MMP9表达促使肿瘤细胞发生EMT形成BCSCs，进而促进乳腺癌的浸润转移过程。因此，CCL5可视为乳腺癌预后的重要指标之一[11]。

2.2 BCSCs与EMT EMT是指具有极性的上皮细胞向具有移行能力的间充质细胞发生转化的过程，在正常生理过程如胚胎发育、细胞生长增殖中发挥重要作用，同时在病理现象如器官纤维化以及肿瘤侵袭转移中同样是不可缺失的环节。上皮肿瘤细胞经EMT转变为间质细胞，其黏附力降低，并成为具有更强运动能力即高侵袭性、强移行性的细胞，更易发生淋巴结及远处转移；待到达转移靶器官后，间叶型肿瘤细胞再经间质上皮转化(MET) 恢复成为上皮细胞后继续生长增殖。Zeisberg等[12]发现，TGF-β可诱导CD24+乳腺癌细胞发生EMT，并伴有CD24-细胞的出现，因此认为EMT是CD44+/CD24-表型BCSCs生成的关键步骤。

EMT过程涉及多条信号通路，其中研究最多是TGF-β/Smad、Wnt/β-catenin、TNF-α/NF-κB、Notch及Hedgehog等通路。此外，研究发现EMT存在特异性的生物学标志改变，其中最明显的包括上皮细胞生物学标记物E型钙黏蛋白(E-cad)及间质细胞生物学标记物波形蛋白(VIN)和纤连蛋白(FN)等[13]。尹燕雪等[14]研究发现，盐霉素可靶向作用于乳腺癌细胞TGF-β1/Smad通路，进而降低MMP2、MMP9的表达水平，抑制CD44+/CD24-表型BCSCs的侵袭与迁移能力。Wnt信号通路能够稳定β-catenin，使得β-catenin在细胞核中积累和转移，在细胞核中形成与T细胞因子(TCF)/淋巴增强因子(LEF)转录因子的复合物，调控Wnt靶基因的转录，致使Snail表达上调和E-cad表达下调，进而促进EMT发生[15]。相关研究发现，TNF-α能够增加细胞内NF-κB的生成，促使Snail过表达，同样可促进EMT的发生[16]。在缺氧引起EMT增强的条件下，检测到Gli表达上调，激活Hedgehog通路能够促进乳腺微球的形成并增强干细胞标记物的表达[17]。Asiedu等[18]研究发现，通过TGF-β/TNF-α诱导乳腺癌细胞发生EMT后，细胞呈现稳定的干性，细胞自我更新能力和致瘤性均提高，并且增强了对奥沙利铂、依托泊苷、紫杉醇等化疗药物的耐药性。

乳腺癌细胞经EMT后可形成CD44+/CD24-表型的BCSCs，并且获得更强的迁移与侵袭能力，因此EMT可被认为是乳腺癌发生浸润转移的重要早期步骤。对EMT更加深入的研究,可能为乳腺癌治疗提供新的思路。

2.3 BCSCs与血管生成及淋巴转移 于缺氧条件下形成的新生血管，在乳腺癌生长、浸润和转移中起着重要的作用。研究发现,BCSCs血管内皮生长因子(VEGF)及基质细胞衍生因子1(SDF-1)受体CXCR4表达水平高于肿瘤细胞,可能促进BCSCs分化为血管内皮细胞并经血管转移，是乳腺癌转移的关键因素之一[19]。VEGF-C是目前已知的最主要的肿瘤淋巴管生成因子,与恶性肿瘤的淋巴道转移密切相关[20]。但目前关于VEGF家族在BCSCs淋巴转移中的作用机制研究相对较少。在尹燕雪等[14]的研究中发现，利用盐霉素靶向作用于乳腺癌细胞TGF-β1/Smad 信号通路后可降低MMPs特别是MMP-2、MMP-9的表达水平，最终能够抑制CD44+/CD24-表型BCSCs的侵袭与迁移能力。MMP-2、MMP-9 是目前研究最多的MMPs，与多种恶性肿瘤包括乳腺癌在内的浸润转移相关[21]，均属于明胶酶，能降解基底膜Ⅳ型胶原，而Ⅳ型胶原又是细胞外基质的主要成分。除此之外，MMPs还能够促进血管重塑并分化成熟形成稳定的血管。肿瘤血管生成与淋巴转移提示肿瘤预后较差，通过抑制与此过程发生相关因子如VEGF及MMPs等的表达，可能能够实现控制乳腺癌复发转移的目的。

2.4 BCSCs与miRNA miRNA是一种小型的非编码RNA，可以调节基因的表达转录，通常能够降低靶基因的翻译或使得RNA降解。miRNA不仅能够调控乳腺癌发生，也与肿瘤侵袭转移的发生、发展过程联系紧密。例如：相关研究[22]发现，miR-200家族成员与miR-205能够降低E-cad转录阻滞蛋白即锌指转录蛋白(ZEB)1和SIP1(也称为ZEB2)的表达水平，最终影响肿瘤细胞EMT的发生；Shimono 等[23]使用干细胞自我更新调节剂BMI1提高乳腺癌细胞中miR-200的表达水平后，发现BCSCs形成肿瘤的能力以及正常乳腺干细胞形成乳腺导管的能力受到了强烈的抑制；miR-125b的过表达能够显著增加CD44+CD24-/low表型BCSCs的数量，而miR-125b的缺失表达能够富集非干细胞群，并使得肿瘤细胞重获对紫杉醇的化疗敏感[24]；有研究[25]发现，TGF-β可以通过上调miR-181进而增强乳腺癌细胞的干性。此外，miRNA的异常表达还与乳腺癌的诸多特定的生物病理学特征相关[26]，如雌激素和孕激素受体的表达、肿瘤分期、血管浸润和增殖状态等。miRNA在基因层面调节着BCSCs的形成与转移，与肿瘤的侵袭转移密切相关。随着对miRNA在肿瘤进展中调控机制更加深入的研究，将为特异性更强的抗乳腺癌药物的研发提供新方向。

BCSCs理论为乳腺癌的治疗开拓了新途径，但BCSCs对放化疗及内分泌治疗的抵抗仍未找出有效的解决办法，从而造成乳腺癌的复发与转移。本文就BCSCs在乳腺癌发生、发展中所扮演的角色进行总结，希望有助于发现更多的可能治疗靶点。但BCSCs与正常乳腺细胞之间可能存在重叠的信号传导通路，在抑制BCSCs生长的同时，也同样会造成正常乳腺细胞的损伤与凋亡。因此，寻找更具有特异性的治疗靶点是目前迫切需要解决的问题。