基于靶向肿瘤干细胞抗肿瘤策略的研究进展

杨力侠，邢书娟，董明清

(西安外事学院医学院，西安710077)

研究显示，大多数来源于造血的实体瘤和恶性肿瘤中存在肿瘤干细胞(CSC)，其致瘤活性已在多种恶性肿瘤中得到证实[1]。CSC具有独特的自我更新、增殖和分化能力，在不同类型的恶性肿瘤中，CSC对肿瘤的进展、耐药性、复发和转移均有显著影响。因此，选择性根除CSC成为一种有前途的肿瘤干预策略。近年研究报道了许多特异性靶向CSC的方法，如阻断CSC的自我更新和存活、抑制ATP结合盒转运蛋白(ABC)、靶向CSC表面标志物、抑制干细胞相关通路、清除肿瘤微环境等，此外，免疫治疗、激素治疗、miRNA与siRNA的传递和基因敲除、小分子药物、核酸和抗体药物等亦能选择性地破坏CSC[2～6]。现将CSC靶向治疗的研究进展综述如下。

1 靶向CSC特异性表面标志物

CSC具有高度可塑性，隐藏在肿瘤中，不易识别和根除。抗CSC治疗首先涉及到对各种CSC特异性细胞表面标志物的识别，从而正确识别和靶向特定肿瘤的干细胞群体。CD24、CD26、CD44、CD133、CD166、ALDH、EpCAM均是CSC特异性表面标志物，CD24、CD34、CD44、CD133、CD166、ALDH1被用来鉴定实体瘤中的CSC，CD29、CD44、CD133、CD166、EpCAM等的关键功能是介导细胞与肿瘤微环境的黏附。一些标志物具有CSC广泛表达的特性，如MET广泛表达于CSC中，与CSC侵袭、扩增及干性维持相关；而一些标志物是细胞特异性的，如Lgr5是一种肠道CSC标志物，仅在结肠癌患者及结肠癌动物模型中表达。

细胞表面标志物的鉴定是靶向CSC的关键，因此科研工作者针对细胞标志物开发出各种类型肿瘤精确的治疗方案。Jin等[2]报道，对NOD/SCID-人急性髓系白血病移植小鼠模型给予活化的抗CD44单克隆抗体治疗，结果显示白血病细胞数量显著减少。Kikushige等[3]报道，TIM-3特异表达于CD34+CD38-的人急性髓系白血病CSC中，向人类白血病CSC中加入TIM-3抗体，靶向CSC特异性标志物TIM-3，结果显示TIM-3抗体能够选择性阻断人类AML在NOD-SCID小鼠中的移植和(或)发育，提示TIM-3抗体可特异性清除人类白血病CSC。CD133是识别人类大脑正常神经前体细胞的标志物，也被用来富集CSC。Brescia等[4]报道，对胶质母细胞瘤患者给予靶向CD133治疗，通过沉默人胶质瘤神经球中的CD133，破坏了神经球细胞的自我更新和致瘤能力。显示了CD133具有显著的抗癌治疗潜力。CD13是一种特异性的肝CSC标志物。Haraguchi等[5]报道，靶向CD13可显著抑制肿瘤细胞的自我更新和休眠CSC的活化。

2 靶向信号通路

CSC保留标志性的干细胞样特性，可通过修饰或解除控制的Wnt/β-catenin、Notch、Bcl-2、Hedgehog、PI3K/Akt、PTEN和NF-κB等信号通路调节CSC的自我更新和分化。这些分子及其相关信号级联的详细信息对于制定有效的对抗CSC介导的肿瘤治疗策略至关重要。

2.1 Wnt/β-catenin信号通路 Wnt信号通路由β-catenin和TCF激活，导致c-MYC、CCND1/2、Axin2、SOX4、TCF7、ASCL2、LGR5等靶基因表达，用于保持CSC的自我更新，使其保持在未分化状态。Wu等[6]报道，Wnt/β-catenin信号在皮肤癌中维持CSC的表型与干性。Mei等[7]通过在肺癌细胞中过表达RIF1(Wnt通路的正调节因子)诱导细胞周期进程，发现Wnt/β-catenin信号通路在维护CSC的增殖和CSC特性中起重要作用。由癌症相关成纤维细胞(CAFs)释放的肝细胞生长因子(HGF)介导的癌细胞Wnt信号通路的激活有助于促进癌细胞向CSC的去分化，因此Wnt信号通路的激活与CSC的发生有关。

Chen等[8]认为，有两类可以破坏Wnt通路反应的抑制因子，一类抑制Porcupine(一种膜结合的酰基转移酶，对Wnt蛋白的产生至关重要)的活性，另一类抑制轴蛋白(Wnt/β-catenin通路活性的抑制剂)的活性，可实现体内Wnt/β-catenin通路的短暂、可逆抑制。因此，在不对正常干细胞功能造成永久性损伤的情况下，通过短期抑制病理Wnt反应，可以达到抗癌治疗的目的。Krishnamurthy等[9]报道，Porcupine选择性抑制剂LGK974及小分子抑制剂ETC-159在体内阻断Wnt信号通路和肿瘤生长，FH535、PKF115-584、ICG-001、PKF118-310、NCB-0846、CWP232291等通过抑制轴蛋白即通过靶向Wnt/β-catenin信号通路抑制CSC的活性。抗Wnt1/Wnt2单克隆抗体OMP-18R5、OMP-54F28、Foxy-5、OTSA101已被证明是体外有效的抗肿瘤方法。

2.2 Hedgehog信号通路 Hedgehog信号通路与胚胎发育过程中干细胞的维持有关，通过两个跨膜蛋白Patched和Smoothened向胞内传递信号，Hedgehog过度激活可导致多种器官发生肿瘤。Hedgehog通路抑制剂环巴胺可通过阻断Hedgehog介导的信号通路，抑制肿瘤生长、增殖、侵袭和转移。GDC-0449(Genentech′s公司)通过靶向Smoothened抑制Hedgehog信号发挥抗肿瘤作用，在晚期基底细胞癌患者中显示出良好的治疗效果。同样针对Hedgehog信号通路的药物MK0752(Merck公司)、R04929097(Roche公司)、PF-03084014(Pfizer公司)、LY450139(Eli Lilly公司)已进入临床试验，同时一些作用于Hedgehog信号通路的小分子Vismodegib、BMS-833923、Saridegib、Sonidegib、PF-04449913、LY2940680、LEQ506、TAK-441等亦被报道单一治疗对多种癌症具有疗效。

2.3 Notch信号通路 Notch信号通路与CSC的持续自我更新能力有关。当Notch受体与Notch配体DLL-4结合时，Notch受体被γ-分泌酶裂解成稳定的细胞内结构域(NICD)，NICD可以转位到细胞核内，激活Notch靶基因的转录，包括HES家族基因、HEY家族基因、NRARP等。Baker等[10]报道，在乳腺癌中Notch通过抑制磷酸酶和PTEN促进CSC存活。因此，Notch通路可作为清除CSC的治疗靶点。Harrison等[11]报道，抑制Notch1及Notch4信号通路可降低CD44+CD24low亚群比例，降低乳腺癌CSC活性，抑制了肿瘤的发生。Yabuuchi等[12]报道，选择性γ-分泌酶抑制剂PF-03084014能够抑制Notch1细胞分裂和Hey-1、HES-1的激活，其单独或与吉西他滨联合用于胰腺癌异种移植模型，通过诱导凋亡抑制CSC，从而有效的抑制肿瘤的生长与扩散。Notch3过表达可导致CSC扩增，从而增加肿瘤细胞对铂药的耐药，而Notch3通路抑制剂GSI(γ-分泌酶抑制剂)可通过减少CSC数量增加肿瘤对铂药的敏感性，如Ceccarelli等[13]报道了卵巢癌中Notch3在CSC介导的耐药中的作用，推测Notch3可能成为对抗卵巢癌CSC的新靶点。

3 靶向肿瘤微环境

肿瘤微环境是肿瘤细胞存在的周边环境，影响肿瘤细胞的生长。CSC存在于一种更小的特化肿瘤微环境niches，这个niches上包含了与肿瘤微环境相似的细胞和非细胞成分，包括癌症相关成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞以及细胞外基质等。不同类型肿瘤的肿瘤微环境及其CSC niches不同。这些微环境维持了CSC的干细胞特性如表型、可塑性，并保护其免受药物诱导的细胞凋亡，促进其转移。因此，靶向CSC niches可能是控制肿瘤进展及其治疗的有力工具。

3.1 靶向肿瘤相关基质细胞 癌症相关成纤维细胞、肿瘤相关巨噬细胞(M2细胞)是肿瘤微环境中最重要的两种细胞，这些细胞在各种肿瘤的稳态调节中发挥重要作用，抑制这些基质细胞可能会减少CSC生长。Gao等[14]认为，在肝细胞癌中，癌症相关成纤维细胞分泌的OPN在CSC中积累，OPN水平高的CSC对DNA甲基化抑制剂(如5-azacytidine)更为敏感。癌症相关成纤维细胞还可分泌大量TGF-β于肿瘤微环境内，Zuo等[15]使用LY364947抑制TGF-β信号，增加CSC对纳米药物的穿透率，提高对CSC的清除效率，达到了较好的抗肿瘤效果。M2细胞通过与肿瘤进展相关的细胞(包括Th2细胞、癌相关成纤维细胞、癌细胞、调节性T细胞和骨髓来源的抑制细胞)相互作用来发挥这些功能。

3.2 靶向肿瘤缺氧 缺氧是肿瘤微环境的共同特征。缺氧通过上皮间质转化(EMT)基因的激活和自噬过程参与CSC的耐药性，细胞外基质的组成与缺氧有直接关系，因此细胞外基质在CSC的产生中起关键作用。Hout等[16]报道，HIF-1和HIF-2α是癌症缺氧反应的重要因子，HIF-1通过激活TWIST1调节EMT的表达，从而调节CSC活性；而HIF-2α通过激活Sox2、OCT4、CD44等干细胞因子起作用。缺氧亦可以通过激活CSC中的自噬过程，弥补ATP的不足，增加代谢营养物质，促进细胞的存活并上调干性相关基因。CSC的自噬可以通过抑制或过度激活失巢凋亡实现。Talukdar等[17]报道，自噬抑制剂能够抑制多形性胶质母细胞瘤的CSC，自噬过度激活可启动毒性自噬过程，降低CSC的存活率。

3.3 靶向CSC代谢通路 代谢通路在CSC基因组改变及干性维持方面具有重要作用。CSC依赖于OXPHOS代谢或高糖酵解的代谢(如缺氧)，并且表现出代谢可塑性和高度灵活性，以适应不同的微环境。另外维持CSC干性的多种信号通路影响CSC的代谢通路，但线粒体功能对CSC功能如干性、迁移和耐药性至关重要。葡萄糖转运体和糖酵解酶如GLUT1-4、己糖激酶1-2、丙酮酸激酶M2和乳酸脱氢酶是目前抑制CSC糖酵解代谢的靶点。依赖于OXPHOS的CSC可以通过损害线粒体能量代谢作为靶点。研究表明，二甲双胍和Phenformin能够抑制CSC中的电子传递链复合物Ⅰ，并通过能量危机导致细胞死亡。De Francesco等[18]通过四环素抑制线粒体核糖体合成线粒体蛋白来阻断线粒体OXPHOS，从而对CSC产生毒性。同样，线粒体伴侣TRAP1抑制剂Gamitrinib也可以靶向线粒体代谢，导致线粒体蛋白折叠功能受损，从而抑CSC。越来越多的证据表明，靶向线粒体OXPHOS可能是靶向CSC、减少癌症转移和化疗耐药性的有效策略。另外CSC高度依赖脂质代谢来满足其能量需求，靶向脂质代谢亦成为研究的热点。代谢底物天冬氨酸、谷氨酰胺和脂肪酸等均影响代谢的过程。研究表明，天冬氨酸可能是肿瘤生长的限速代谢物，靶向天冬氨酸的胞内运输可能是治疗肿瘤的一个新策略。

4 靶向ATP结合盒(ABC)转运蛋白

ABC转运蛋白在CSC中高表达，且ABC转运蛋白的表达与CSC的多药耐药有关[3]。ABC转运蛋白可减少各种治疗药物的细胞积累，因此CSC对更高剂量的抗癌药物具有相对更强的耐药性。参与癌症多药耐药(MDR)的ABC转运蛋白包括经典的p-糖蛋白(MDR1、ABCB1)，多药耐药相关蛋白(MRPs、ABCC亚家族)，以及ABC半转运蛋白ABCG2。Fumitremorgin C、Tryprostatin等药物通过抑制ABCG2泵的作用从而对CSC有增敏和杀伤作用，而基于靶向ABCB5的单克隆抗体可使人类恶性黑色素瘤患者对抗癌药物阿霉素敏感。环孢素A、VX710、Tariquidar等小分子抑制剂或单克隆抗体等可用于直接抑制ABC转运蛋白。以上研究表明转运蛋白在MDR中的重要性，靶向这些外排泵可能是癌症治疗中控制MDR的有效方法。

5 靶向miRNA

miRNA是一种小的非编码RNA，通过与靶向mRNA结合或通过翻译修饰来调节基因的表达。CSC异常表达多种miRNA，与CSC相关EMT、转移、血管生成和耐药性相关。不同miRNA在CSC中的差异表达谱使其成为治疗MDR的潜在生物标志物，并具有靶向CSC各种特性的生物学特异性，通过控制致癌或抑癌miRNA表达成为一种新的癌症治疗方法。

某些特定癌症类型中的CSC特异性miRNA可能会调控某些CSC生物表型。Sun等[19]发现，某些致癌miRNA如LIN-28B、miR-9、miR-181、miR-93、miR-215，对CSC引起的肿瘤发生或耐药起作用。miR-4319在乳腺癌中调节CSC的发生和自我更新；miR-93通过靶向自噬调控胶质母细胞瘤的致瘤性和治疗反应。miR-18a-5p在肺癌中通过下调HIF-1α表达抑制CSC的功能。

某些特异性miRNA在不同的组织中表现出不同的调节方式，如miR-34a在前列腺CSC中的低表达导致雄激素受体和CD44的激活；在胶质母细胞瘤中通过引起细胞周期阻滞、凋亡对CSC进行调节；而在乳腺CSC中，miR-34a直接靶向CD44抑制CSC；p53可直接靶向miR-34b/miR-34c，该miRNA在p53缺陷的卵巢癌细胞中表达下调。

某些特异性miRNA通过靶向信号通路或细胞表面标志物等发挥调节作用，Kaur等[21]报道，miR-320靶向β-catenin mRNA的3′UTR区，从而抑制β-catenin表达。Garcinol通过调节miR-200c下调Notch1信号通路，抑制人胰腺癌CSC的致癌特性[22]。Let 7 miRNA通过抑制cyclin D1/Akt1/Wnt1信号通路，使乳腺癌CSC对辐射诱导的抑制敏感[23]。miRNA可以调控这些通路之间的信号转导，并与通路分子形成CSC信号网络，从而控制CSC的自我更新和分化。因此，靶向目标miRNA调节CSC为癌症治疗提供了一种新的思路。siRNA也可以用于靶向治疗，有报道称si-Akt2对CSC介导的乳腺肿瘤复发有抑制作用[24]。

CSC具有复杂的调控网络，除上述靶向肿瘤的方法外，免疫疗法、激素疗法、靶向细胞因子、纳米递送系统等均被用于CSC的治疗，各种策略均有一定的效果，但由于CSC的复杂性、异质性和可塑性，单一方法并不能根除CSC。对于不同组织中CSC身份的鉴定、肿瘤中的精确位置以及确定的靶向方法的研究仍然任重而道远。提高对CSC特征及其介导的信号转导的认识，有助于开发针对CSC更有效的治疗方法。