胰腺癌干细胞的研究进展

阚美佳， 张尤历， 徐 岷

1.江苏大学附属医院消化科，江苏 镇江 212000； 2.常州市第一人民医院消化内科

胰腺癌是一种具有高度侵袭性和转移性的消化道恶性肿瘤，预后极差，5年生存率不足5%[1]。由于早期缺乏典型临床表现，诊断困难，80%的患者在确诊时已是晚期，失去手术的最佳时机[2]。传统的放化疗虽然可以杀死部分肿瘤细胞，缩小肿瘤的体积，但由于少数肿瘤细胞存在明显的放化疗抵抗，无法根除，使得胰腺癌治疗效果欠佳。即使在根治性手术后大多数患者仍会发生肿瘤复发或转移，总体生存率无明显改善[3]。近年来研究发现，肿瘤干细胞(cancer stem cells，CSCs)具有多系分化、不对称分裂和自我更新的能力，并参与了肺癌、乳腺癌、结直肠癌等多种恶性肿瘤的起病及转归[4-6]。研究认为，胰腺癌干细胞(pancreatic cancer stem cells，PCSCs)可能是诱导胰腺癌发生发展的启动因子，在其转移、侵袭、放化疗抵抗等方面起着重要作用[7-8]。本文将从PCSCs的表面标志物、可塑性、能量代谢特点及其在胰腺癌转移、耐药、治疗中的作用等方面进行阐述。

1 CSCs

CSCs是肿瘤细胞中极少数处于静止状态的未分化细胞，不仅具有自我更新的能力，同时还具有独特的可塑性、代谢能力以及较强的放化疗抵抗能力[9]。美国癌症研究协会将其定义为肿瘤中具有自我更新能力并能分化为其他异质性肿瘤细胞的一类细胞[10]。1997年，Bonnet和Dick首次在人急性髓系白血病中发现了CSCs，他们将不同类型的白血病细胞亚群移植到免疫缺陷小鼠体内，发现仅有极少部分表面标志有CD34+CD38-的白血病细胞能够在小鼠体内持续增殖，引发白血病。因此，研究人员将这种能够在小鼠体内增殖致病的CD34+CD38-白血病细胞定义为白血病干细胞(leukemia stem cells，LSCs)[11]。此后，CSCs的存在在乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌、结直肠癌、黑色素瘤等多种实体肿瘤中得到证实，并且随着干细胞分离与鉴定技术的不断发展，越来越多的CSCs表面标志物逐步被鉴定出来[12-14]。

2 PCSCs表面标志物

在胰腺癌中，研究认为，PCSCs驱动了肿瘤的发生发展，并且在肿瘤转移、耐药、复发等过程中起到了重要作用，胰腺癌高度恶性的生物学行为可能由PCSCs决定[7-8]。2007年，Li等通过异种移植小鼠模型，首次从人源性胰腺癌细胞株中分选出了PCSCs，研究人员将胰腺癌患者的肿瘤细胞移植到免疫缺陷小鼠体内，发现只有极少数表面标记有CD44+CD24+ESA+的肿瘤细胞在注射到小鼠体内后能够再现原发肿瘤的特征。这些能够使小鼠致病的细胞被认为是PCSCs，虽然只占原始肿瘤细胞的不到1%，但其致瘤性却是普通肿瘤细胞的近百倍[15]。随后，CD133、CXCR4、c-Met、ALDH1等PCSCs表面标志物也不断被鉴定出来。Hermann等发现，从人胰腺癌组织中分离出来的CD133+细胞接种到免疫缺陷小鼠体内后可形成原位肿瘤，且CD133+胰腺癌细胞对吉西他滨的耐药性明显高于CD133-胰腺癌细胞。同时，CD133+CXCR4+胰腺癌细胞与胰腺癌转移性相关，减少CD133+CXCR4+细胞的数量可大大降低胰腺癌的转移潜能，有利于改善肿瘤的晚期预后[16]。此外，Bailey等研究发现，DCLK1标志着一类侵袭前胰腺癌中具有干细胞特性的细胞，抑制DCLK1的活性可减少小鼠上皮内瘤变的发生[17]。在存在胰腺炎和KRAS的情况下，DCLK1能够作为胰腺癌起源的候选基因启动KRAS突变从而导致胰腺肿瘤的发生[18]。PCSCs表面标志物的不断发现有助于进一步了解PCSCs在胰腺癌中的作用机制，同时为探索新的治疗靶点奠定基础。

3 PCSCs可塑性

细胞可塑性是指在一定环境条件下细胞改变其原有的表型及发生转化的能力[9]。当胰腺腺泡细胞受到损伤、发生炎症反应或代谢环境改变时易发生腺泡导管化生(ADM)，即由腺泡细胞向胚胎学上更为原始的导管细胞转化[19]。研究认为这种化生是可逆的，当外界刺激因素消失，损伤及炎症好转，化生后的导管细胞可重新分化为腺泡细胞[20]。但如果ADM发生的同时还存在着KRAS突变或TP53、SMAD4等基因的失活，那么这种化生将变为不可逆，从而促进导管上皮内瘤变的发生[21]。PCSCs同样具有细胞可塑性，可特征性地从静止状态、未分化或分化程度较低的干细胞样表型分化为增殖活跃、分化程度高的肿瘤细胞表型，从而构成肿瘤主体[22]。当外界刺激持续存在，肿瘤细胞可能会发生上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，失去细胞极性，从而导致转移的发生[23]。

4 PCSCs能量代谢

细胞的能量代谢通常是通过线粒体氧化磷酸化途径进行，而大部分肿瘤细胞则将有氧糖酵解作为主要的生物能量来源，我们称之为“Warburg效应”[24]。肿瘤细胞通过调节代谢关键酶、调控肿瘤微环境、引发线粒体损伤及基因改变等途径增加有氧糖酵解的生物学行为被定义为能量代谢重组[25]。由于CSCs处于相对静止状态，其对能量和物质的需求不同于快速增殖的肿瘤细胞，近年来越来越多的研究致力于探讨CSCs能量代谢的相关途径及分子机制。研究发现，不同类型的CSCs依赖不同的能量代谢途径，例如肝癌、鼻咽癌依赖有氧糖酵解途径，而肺癌、胰腺癌、结肠癌等则依赖线粒体氧化磷酸化途径[26]。在有氧条件下，PCSCs可通过氧化磷酸化途径产生ATP获能，而在缺氧条件下，其能量代谢途径可转变为糖酵解，甚至转变成线粒体脂肪酸氧化途径[27]。Isayev等研究发现，3-溴丙酮酸能够抑制有氧糖酵解的速率从而抑制PCSCs的干细胞特性并增强其对吉西他滨的化疗敏感性[28]。同样，Zhao等研究发现，2-脱氧-D-葡萄糖通过抑制有氧糖酵解抑制了细胞干性并促进耐吉西他滨胰腺癌细胞的化疗敏感性[29]。抑制PCSCs的能量代谢有望成为胰腺癌治疗的新靶点。

5 PCSCs与转移

胰腺癌早期易发生转移是其预后欠佳的重要原因之一。研究认为，相比较于普通胰腺癌细胞，PCSCs具有更强的侵袭能力以及发生EMT的能力，促进了肿瘤的远处转移[30]。Hermann等研究发现，同时表达趋化因子受体CXCR4的CD133+胰腺癌细胞较不表达CXCR4的CD133+胰腺癌细胞具有更强的细胞增殖与远处转移能力，并在模型小鼠体内得到了验证[16]。随后，研究人员发现，抑制PCSCs表面标志物c-Met的表达可抑制小鼠体内胰腺肿瘤向肺和肝脏的转移，进一步证明了PCSCs参与了胰腺癌向远处脏器转移的发生[31]。同样，研究人员探讨了PCSCs表面标志物与EMT之间的关系，研究发现ALDH+细胞更容易发生EMT，使细胞极性丧失，粘附性降低，从而促进了肿瘤细胞的侵袭与转移[32]。ZEB1是EMT的关键启动子，研究认为，ZEB1与PCSCs表面标志物CD44相互调控。ZEB1通过抑制胰腺癌上皮细胞剪接调控因子ESRP1来增强CD44亚型(CD44s)的剪接，而CD44s又能够增加ZEB1的表达，这种相互关系促进了胰腺癌的肿瘤形成与转移[33]。

6 PCSCs与放化疗抵抗

由于CSCs的存在，恶性肿瘤往往具有较强的放化疗抵抗能力，使其对传统治疗敏感性较差。研究认为，CSCs具有增强的抗凋亡能力、DNA损伤修复能力以及较低的有丝分裂率，这些特点提高了CSCs对放化疗的耐受性[34]。有研究指出，胰腺癌的放化疗抵抗可能与其干细胞表面标志物相关[35]。Hermann等研究发现，在长期处于吉西他滨化疗条件下，存活的胰腺癌细胞中CD133+细胞数明显高于CD133-细胞数。同样通过小鼠原位胰腺癌模型进行体内实验，他们发现吉西他滨治疗后虽然肿瘤体积较前缩小，但肿瘤组织中CD133+细胞的比例却明显增加[16]。同样，Lee等研究发现，表面标志有CD44+CD24+ESA+的PCSCs较其他胰腺癌细胞具有更强的放化疗耐受能力[36]。同时，Hong等用吉西他滨对胰腺癌细胞进行化疗，并得出了同样的结论，他们发现大多数肿瘤细胞死亡，而极少数的CD44+CD24+ESA+细胞群却得以存活[37]。近年来，关于PCSCs促进放化疗抵抗的机制也在不断被探讨。研究发现，Wnt、Hedgehog、Notch等信号通路参与了胰腺的胚胎发育与分化，在PCSCs中起着重要作用[38]。Cao等通过生信分析发现，GPC4基因促进了胰腺癌细胞干性及5-氟尿嘧啶(5-FU)耐药，并通过体外实验发现抑制GPC4基因的表达能够抑制Wnt/β-catenin信号通路，从而抑制PCSCs特性，提高5-FU化疗敏感性[39]。此外，研究发现，共同靶向CXCR4和Hedgehog信号通路能够抑制吉西他滨耐药胰腺癌细胞的干细胞特性[40]。以上结果均表明，PCSCs较其他胰腺癌细胞具有更强的放化疗抵抗能力，靶向PCSCs可以提高胰腺癌放化疗敏感性。

7 PCSCs与治疗

通过靶向CSCs能量代谢途径及信号传导通路等方法，越来越多的临床药物被研究用于治疗恶性肿瘤。研究发现，四环素类抗生素通过阻断线粒体蛋白的翻译来抑制线粒体能量代谢相关的生物学效应，从而抑制了肺癌、乳腺癌、胰腺癌等恶性肿瘤中CSCs的生长[41]。此外，二甲双胍被认为能够降低2型糖尿病患者胰腺癌发病率并遏制肿瘤细胞生长，这或许与其抑制了线粒体能量代谢从而抑制PCSCs生长相关[42-43]。然而，在一项关于转移性胰腺癌的Ⅱ期临床随机试验中，二甲双胍对晚期胰腺癌患者的生存获益并不显著[44]。除了通过抑制能量代谢，还有部分研究对PCSCs相关信号通路的抑制进行了探讨。阿瑞匹坦是一种神经激肽-1受体(NK1-R)拮抗剂，用于治疗化疗引起的恶心、呕吐。研究发现，NK1-R拮抗剂能够抑制AKT/mTOR和Wnt信号通路，从而抑制结肠癌和肝母细胞瘤的干细胞特性[45-46]。在胰腺癌中，NK1-R拮抗剂能够调控CSCs转录因子FoxM1，使其从β-catenin复合物中分离出来，从而抑制Wnt信号通路[47]。此外，研究发现，醌霉素A能够抑制PCSCs肿瘤球的形成，降低PCSCs表面标志物DCLK1、CD44、CD24和EPCAM的表达，并且抑制小鼠体内肿瘤的形成，这可能与其抑制Notch信号通路相关[48]。藏红花酸也被认为可能通过抑制Hedgehog信号通路，显著抑制表皮生长因子受体(EGFR)和蛋白激酶B(Akt)磷酸化，并降低了PCSCs表面DCLK-1的表达，从而抑制PCSCs的干性特征及肿瘤生长[49]。同时，研究表明，Hedgehog/GLI抑制剂GANT61联合mTOR抑制剂能够显著降低PCSCs表面CD133的表达，并有效抑制其细胞成球能力，对PCSCs的清除效果显著[50]。随着PCSCs在胰腺癌发生发展中的机制不断完善，越来越多的靶向药物正在被研究，这对于改善胰腺癌患者的预后具有重要意义。

8 结语与展望

胰腺癌的形成、发展、转移、耐药乃至复发均与PCSCs有着密切的关系，抑制PCSCs的生长与代谢有望成为治疗胰腺癌的有效手段。随着实验技术的不断进步，越来越多的PCSCs表面标志物被鉴定，针对PCSCs在胰腺癌中作用机制及相关信号通路的研究也越来越深入，这为进一步的靶向治疗奠定了坚实的基础。目前，虽然部分药物被认为能够抑制PCSCs从而抑制肿瘤生长，但其作用机理仍未完全阐明，将其运用于临床仍需要经过大量的体内外实验以及大数据的临床随机试验。与此同时，更多的靶向PCSCs能量代谢及信号传导等方面的新型治疗方法有待研究。