劉 欣劉麗麗曹靖晨陸志平綜述 顧 曉江 明審校

1. 江蘇省靖江市人民醫(yī)院泌尿外科（靖江 214500）;

2. 南通大學醫(yī)學院基礎醫(yī)學研究室核受體與腫瘤研究實驗室; 3. 江蘇省蘇北人民醫(yī)院泌尿外科

·綜 述·

前列腺癌干細胞的研究進展

劉 欣1劉麗麗2曹靖晨2陸志平1綜述 顧 曉3江 明2審校

1. 江蘇省靖江市人民醫(yī)院泌尿外科（靖江 214500）;

2. 南通大學醫(yī)學院基礎醫(yī)學研究室核受體與腫瘤研究實驗室; 3. 江蘇省蘇北人民醫(yī)院泌尿外科

前列腺癌是歐美國家最常見的上皮性惡性腫瘤，占所有惡性腫瘤的29%，致死率在美國僅次于肺癌。中國前列腺癌的發(fā)病率遠低于歐美國家，但研究表明，近年來，我國尤其是上海等經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域前列腺癌的發(fā)病率有逐年升高的趨勢[1]。目前，前列腺癌的發(fā)病原因及發(fā)病機制尚不清楚，但前列腺癌的高發(fā)人群集中于老年人，年齡越大發(fā)病率越高。有研究發(fā)現(xiàn)，睪丸不發(fā)育或沒有睪丸的人不發(fā)生前列腺肥大，也不發(fā)生前列腺癌，說明前列腺癌的發(fā)生與男性睪丸和雄激素（androgens）有著密切的關系。各國特別是歐美國家每年投入巨額經(jīng)費進行前列腺癌基礎研究及臨床治療，但至今尚未獲得實質性進展?！鞍└杉毎麑W說”為探討前列腺癌發(fā)生發(fā)展機制及治療開拓了思路，本文就“癌干細胞學說”、前列腺癌干細胞的起源、表面標志物、信號通路和臨床意義等方面做一綜述。

一、“癌干細胞學說”

二十世紀九十年代，Lapidot 等[2]首次發(fā)現(xiàn)在白血病腫瘤細胞中只有少數(shù)細胞表型為CD34+CD38-，且這些細胞接種在非肥胖糖尿病/嚴重聯(lián)合免疫缺陷小鼠體內后可導致癌癥形成，隨后被證實這些細胞屬于腫瘤干細胞。腫瘤干細胞（tumor stem cell, TSC或 tumor-initiating cell, TIC）又稱為癌干細胞（cancer stem cells，CSC）是一類具有自我更新能力、無限增殖能力和多分化潛能的細胞[3]，它們數(shù)目稀少、有端粒酶活性、異質化特性和高致瘤性[4]。大量研究表明，實體腫瘤的邊緣細胞具有間充質細胞特點，而且表達腫瘤干細胞標記物[3]，如乳腺癌[1]、顱內腫瘤[5]、肺癌[6]、結腸癌[7]、卵巢癌[8]、胰腺癌[9]、前列腺癌[10]和甲狀腺腫瘤[11]等。且隨著Ponti等[12]從乳腺癌、Singh等[5]從腦腫瘤等實體瘤中成功分離出相應的癌干細胞，證實了癌干細胞的存在。

二、前列腺癌及前列腺癌干細胞的起源

人類及鼠前列腺都包含3種不同的、分化的上皮細胞：基底細胞（Basal Cells, BC）、管腔上皮細胞（Luminal Cells, LC）及神經(jīng)內分泌細胞（neuroendocrine, NE）。基底細胞位于基底膜上面的基底層，高表達CK5、CK14、CD44、CD133、p63和Bcl-2等分子標記，且有較低表達雄激素受體（AR）。而管腔上皮細胞則位于基底層上面，分泌前列腺蛋白，高表達CK8、CK18、CK19、前列腺特異性抗原（PSA）、前列腺酸性磷酸酶（PAP）、CD57和AR等分子標記。神經(jīng)內分泌細胞則較為罕見，僅對突觸素及嗜鉻粒蛋白A表達陽性[13]。最新研究表明，表觀遺傳修飾可能參與了前列腺組織分化過程，如：5-羥甲基胞嘧啶在正常的人類前列腺管腔細胞中的表達更為豐富，而在基底細胞中表達較低，由此證實，應用合適的表觀遺傳修飾作為分子標記，可區(qū)分前列腺管腔細胞的分化過程。

雄激素去勢治療后正常成年小鼠前列腺萎縮，90%以上的管腔細胞及少量基底細胞發(fā)生凋亡。然而，雄激素恢復后，前列腺則恢復至正常大小[14]，且這種萎縮-恢復過程可重復30次以上，間接證明前列腺干細胞可能對雄激素撤退具有一定的耐受性。

目前，前列腺癌的起源尚存在一些爭議。最初認為終末分化的管腔細胞是所有致瘤細胞的來源[15]，因為＞95%的未治療原發(fā)前列腺癌表現(xiàn)為腺泡癌，管腔樣細胞高表達AR和PSA，而基底樣細胞則較少表達這兩種蛋白[13]。此外，Zhou等[16]發(fā)現(xiàn)將雄激素去勢耐受Nkx3-1表達細胞（castration-resistant Nkx3-1-expressing cells, CARNs）腎包膜下種植后，可形成前列腺管狀結構，且CARNs中人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（PTEN）腫瘤抑制基因缺失及予以雄激素處理后，可導致高等級PIN及腫瘤形成，說明CARNs可能作為前列腺癌的起源細胞。Choi等[17]運用譜系跟蹤方法，重組基底細胞特異誘導Cre重組酶系統(tǒng)（K14-CreERTg/Tg; mTmGTg/Tg）及管腔上皮細胞特異誘導Cre重組酶系統(tǒng)（K8-CreERTg/Tg; mTmGTg/Tg），發(fā)現(xiàn)管腔上皮細胞在Pten基因敲除后，更容易直接向惡性腫瘤轉變，而基底細胞似乎需要先分化成具有轉化功能的管腔上皮細胞，進而再轉化為腫瘤細胞?？傊?，這些模型研究可證實小鼠前列腺管腔上皮細胞可以作為前列腺癌的起源細胞。

然而，經(jīng)組織重組/移植實驗證明前列腺基底細胞更容易向惡性轉變。轉錄因子ERG1及融合基因TMPRSS2過表達后，小鼠前列腺基底細胞/干細胞會導致發(fā)育障礙和前列腺上皮內瘤變（PIN），而在管腔上皮細胞或基質細胞中未見相似表型[18]。并且，將小鼠基底細胞/干細胞中的AKT 和 AR過表達后，可見形成惡性程度較高的低分化癌[19]。值得注意的是，當在良性前列腺基底細胞 （CD49fhiTrop2hi）和管腔上皮細胞（CD49floTrop2hi）過表達時，只有基底細胞易向惡性轉化，且在免疫缺陷老鼠體內可形成前列腺癌，發(fā)現(xiàn)為類似于前列腺癌患者的腫瘤組織學特點[20]。Goldstein等[20]從人類的良性前列腺增生組織中可以分離出基底細胞和管腔上皮細胞，將腫瘤基因導入上述細胞后，移植至小鼠體內，證實了是基底細胞而非管腔細胞產(chǎn)生了類似于人體內前列腺癌的腫瘤組織。這項研究結果表明，基底細胞可能是PCSC的主要來源。總之，不論是人類前列腺還是小鼠前列腺中，基底細胞都可以作為前列腺癌的起源細胞。

無論前列腺癌的起源細胞為何種細胞，都需要注意前列腺癌的起源細胞不同于前列腺癌干細胞的起源。前列腺癌干細胞（prostate cancer stem cells，PCSC）類似于正常前列腺干細胞，壽命較長，一直處于靜息或慢周期狀態(tài)，保持低分化狀態(tài)，具有胚胎干細胞特性[21]，低表達PSA[22]和CK18/CK19（HLA）等[23]分化標志物。研究證實，低分化PCSCs越多，腫瘤侵襲性越強[24]，具有腫瘤干細胞特性[25]。有證據(jù)表明前列腺癌干細胞來自于前列腺干細胞。干細胞和癌干細胞（cancer stem cells，CSC）具有許多相似的特征：如自我更新能力無限增殖能力、多分化潛能、永生性及具有相同的細胞表面標志（如CD133、角蛋白CK5、CK14等）和相同信號傳導通路（如Notch、Wnt、Hedgehog）等，且它們都不表達雄激素受體。前列腺干細胞的轉化是在雄激素存在的情況下大部分上皮干細胞分化為雄激素依賴的上皮癌細胞。

早在上世紀80年代，Barrandon等[26]已對人表皮角質細胞進行克隆形成實驗，研究發(fā)現(xiàn)單個角質細胞貼壁培養(yǎng)所形成的克隆具有不同的形態(tài)和侵襲能力，根據(jù)形態(tài)可將其分為3類，即全克?。╤oloclone）、部分克?。╩eroclone）和副克隆（paraclone）。其中，全克隆最大，可達10～30 mm2， 呈規(guī)則的類圓形， 且邊緣光滑，由小體積的細胞緊密貼合而成，具有最強的再生能力；副克隆是由較大的細胞疏松組合形成，再生及傳代能力較低，一般不能傳代超過15代；而部分克隆大小介于前兩者之間，形態(tài)不規(guī)則，是全克隆或副克隆的過渡階段[27]。類似于原代角化細胞，長期培養(yǎng)的鱗狀細胞癌，以及許多其他的上皮癌細胞，也可以形成不同類型的克隆。Li等[27]已證實前列腺癌細胞與人表皮角質細胞一樣，可形成明顯的克隆形態(tài)（如圖1），且具有不同的增殖和自我更新能力，全克隆中包含有干細胞樣腫瘤細胞，表達干祖細胞表面標記物CD44,α1β2整合素及β-連環(huán)蛋白，可加快腫瘤進展轉移情況。

圖1 PC-3細胞的克隆形態(tài)

三、前列腺癌干細胞的表面標志物

常見前列腺癌干細胞的表面標志物包括CD44、Sca-1、CD133+/α1β2hi和ABCG2等。

（一）黏附分子CD44

CD44是一種透明質酸結合的細胞表面糖蛋白，分布極為廣泛，在內皮細胞等多種細胞表面均有表達。CD44通常用于FACS癌干細胞的分選。因其沒有特異性，當需要分選PCSCs時，CD44通常輔以多種其他標記。已有文獻證實，在前列腺癌細胞株形成的干細胞球中，CD44的表達顯著[28]。CD44+/CD24的DU145[29]和LNCaP[30]細胞所形成的干細胞球具有分化潛能。

（二）干細胞抗原1（Stem cell antigen-1，Sca1）

Sca1是一種18KD的磷脂酰肌醇錨定蛋白，屬于Ly26抗原家族成員之一，在某些組織的干/祖細胞中表達陽性，如造血細胞、心肌組織、乳腺、皮膚、肌肉和睪丸等。Sca-1細胞在前列腺癌中可表現(xiàn)出干細胞特性，具有多向分化及增殖能力。60%以上的Sca1+細胞可協(xié)同表達整合素α6/CD49f和Bcl-2。Sca1+細胞表現(xiàn)出激素非依賴性，當雄激素去勢后Sca1+細胞增多[31]。研究表明，Sca1+鼠前列腺細胞在慢病毒介導的AKT1過表達后，可表現(xiàn)為PIN[31]，進而可進展為前列腺癌，證明AKT高表達活性的Sca1+細胞可作為前列腺癌病變的起源。

（三）CD133+/α2β1hi（高表達）

CD133是一種分子量為120kD具有5個跨膜區(qū)的糖蛋白，是一種早期抗原，已成為多種腫瘤干細胞的標記分子。Collins等[32]已成功從原代培養(yǎng)的前列腺癌細胞中分離高純度的CD44+/整合素α2β1+/CD133+細胞（共表達此3種分子的細胞），并利用體外克隆形成實驗、FACS和免疫熒光技術等，證實這些細胞具有多向分化、克隆形成、自我更新和較強的增殖潛能，即干細胞特性（干性）。

（四）ATP結合膜轉運體（ABCG2）

ABCG2與前列腺癌多重耐藥相關，被認為是分選化療耐藥性腫瘤干細胞樣細胞的分子基礎[16]。ABCG2+的細胞被證實是具有多向分化潛質的祖細胞，而ABCG2-的細胞為腫瘤干細胞。說明ABCG2可能并不是腫瘤干細胞分選的理想標記分子，但是卻是識別腫瘤耐藥性的重要標志。

四、前列腺癌干細胞的信號通路

常見前列腺癌干細胞研究的信號通路包括Notch、Wnt/β-Catenin、PTEN/PI3K/Akt和Sonic hedgehog(Shh)等。

（一）Notch通路

Notch是由四分之一Notch基因（Notch1-4）編碼的異二聚體Ⅰ型跨膜受體蛋白，Notch受體和其配體結合后使其被激活，從而產(chǎn)生細胞內結合域（ICN），已有研究表明，ICN1在干細胞和CSCs中的表達上調[33]。最新研究表明，PCSCs中的ICN1活化蛋白水平顯著提高，且PCSCs比非前列腺癌干細胞的化療耐受性高得多[19]，說明Notch通路參與前列腺癌的發(fā)生發(fā)展過程。

（二）Wnt/β-Catenin通路

Wnt信號通路是一條與配體、受體、輔助受體及下游分子協(xié)同作用的復雜的信號通路，在有絲分裂中可以影響同源染色體的定位，且其突變將導致染色質異常高表達或干擾Wnt信號通路以促進前列腺癌的發(fā)生。同時，Bisson等[34]發(fā)現(xiàn)Wnt信號通路不依賴于AR，推測其可能是雄激素耐受性相關的主要信號通路。

（三）PTEN/PI3K/Akt信號通路

研究證實，在前列腺癌中，腫瘤抑制基因PTEN發(fā)生了突變，而且，PTEN基因功能的喪失及AKT信號的激活同時也參與人前列腺癌的發(fā)生。小鼠PTEN基因敲除以后，前列腺組織可形成原位癌，并進一步發(fā)展成轉移性癌腫瘤。Dubrowska等[35]研究亦發(fā)現(xiàn)PTEN/PI3K/Akt信號通路在維持前列腺癌干細胞樣細胞的自我更新與分化中具有重要作用。

（四）Sonic hedgehog（Shh）通路

hedgehog（Hh）和其受體Patched（PTCH）和Smoothened（SMO）在胚胎發(fā)育和成年干細胞自我更新及再生和腫瘤的維持等方面起著至關重要的作用。Chang等[22]研究表明Hedgehog 信號通路在正常前列腺基底細胞/干細胞向PCSCs轉化過程中起著重要作用，并且影響著PCSCs向轉移性腫瘤的轉變過程。

五、研究前列腺癌干細胞的臨床意義

（一）針對前列腺癌干細胞高表達ABCG2和端粒酶的治療

前列腺癌干細胞中ABC膜轉運蛋白ABCG2呈高表達、端粒酶的水平明顯升高, 通過抑制ABCG2及端粒酶活性可以抑制前列腺癌干細胞的生長[36]。且根據(jù)ABCG2+的細胞是具有多向分化潛質的祖細胞，而ABCG2-的細胞為腫瘤干細胞特點，設計抑制劑結合化療藥物使用亦能改善臨床治療的效果及預后。

（二）針對前列腺癌干細胞微環(huán)境的治療

可能會抑制前列腺癌干細胞的惡性轉化及分化過程。通過抑制血管內皮細胞因子的表達，可以顯著抑制腫瘤的生長、浸潤和復發(fā)。目前研究證明，常規(guī)前列腺癌的治療會導致腫瘤微環(huán)境的變化，進而產(chǎn)生WNT16B蛋白，可能會提高腫瘤耐藥性，致使腫瘤增殖或侵襲[37]。因此,同時針對前列腺癌干細胞及其分化細胞和微環(huán)境可以設計很好的前列腺癌的靶向治療策略。

（三）針對前列腺癌干細胞信號通路的治療

針對前列腺癌干細胞Notch和PTEN/PI3K/Akt信號通路的靶向治療，可以阻止前列腺癌的發(fā)展和復發(fā)。如Hedgehog通路抑制劑環(huán)王巴明可導致異種移植到裸鼠體內的低分化、高致瘤性人前列腺癌細胞株PC3發(fā)生凋亡。且最新研究表明，粗糠柴毒素可通過PI3K/Akt/mTOR 信號通路誘導前列腺癌干細胞發(fā)生自噬與凋亡，從而抑制前列腺癌的進展[23]。

六、展望

前列腺“癌干細胞學說”的提出令我們對前列腺癌的分子機制有了更深入的認識，近年來在前列腺癌干細胞的研究方面取得了一些進展，如關于前列腺干細胞的成功分離和鑒別、表面標志物和信號通路的認識等。但目前對前列腺癌干細胞的研究仍然處于初級階段，還有許多問題亟需解決，譬如如何更好地分離鑒定前列腺癌干細胞及其表型，其分化不同階段表達的表面標志物是否相同，它在雄激素非依賴性前列腺癌（androgen independent prostate cancer，AIPC）形成中的具體機制，還有如何將癌干細胞發(fā)生和發(fā)展的分子機制轉化為臨床應用等。目前, 各種前列腺癌的治療方法效果均不盡人意，特別是當患者在接受早期治療后，很大一部分到中后期都發(fā)展成為致死性的AIPC，這可能因為我們抗雄激素治療會殺死瞬時擴增和增殖的癌細胞，而作為前列腺癌發(fā)生根源的前列腺癌干細胞卻存活下來，從而導致前列腺癌的復發(fā)和發(fā)展。因此深入地了解前列腺癌干細胞將有利于人類更好地針對前列腺癌干細胞進行治療, 更有效地治療前列腺癌患者。

致謝：本課題受國家自然科學基金面上項目（編號：81372772）和江蘇特聘教授科研基金[蘇教師（2012）34]資助

前列腺腫瘤; 腫瘤干細胞

1 孫穎浩. 前列腺癌研究進展. 上海醫(yī)學 2013; 34(7): 487-488

2 Lapidot T, Sirard C, Vormoor J,et al. Nature1994; 367(6464): 645-648

3 Rosen JM, Jordan CT.Science2009; 324(5935): 1670-1673

4 Li S, Li Q.Int J Oncol2014; 44(6): 1806-1812

5 Singh SK, Clarke ID, Terasaki M,et al. Cancer Res2003; 63(18): 5821-5828

6 O'Flaherty JD, Barr M, Fennell D,et al. J Thorac Oncol2012; 7(12): 1880-1890

7 Dhawan P, Ahmad R, Srivastava AS,et al. Curr Top Med Chem2011; 11(13): 1592-1598

8 Ahmed N, Abubaker K, Findlay JK.Mol Aspects Med2013; 39: 110-125

9 Hamada S, Masamune A, Takikawa T,et al. Biochem Biophys Res Commun2012; 421(2): 349-354

10 Lang SH, Frame FM, Collins AT.J Pathol2009; 217(2): 299-306

11 Malaguarnera R, Frasca F, Garozzo A,et al. J Clin Endocrinol Metab2011; 96(3): 766-774

12 Ponti D, Costa A, Zaffaroni N, et al.Cancer Res2005; 65(13): 5506-5511

13 Shen MM, Abate-Shen C.Genes Dev2010; 24(18): 1967-2000

14 Wang ZA, Shen MM.Oncogene2011; 30(11): 1261-1271

15 Kurita T, Medina RT, Mills AA,et al. Development2004; 131(20): 4955-4964

16 Zhou S, Schuetz JD, Bunting KD,et al. Nat Med2001; 7(9): 1028-1034

17 Choi N, Zhang B, Zhang L,et al. Cancer Cell2012; 21(2): 253-265

18 Lawson DA, Zong Y, Memarzadeh S,et al. Proc Natl Acad Sci U S A2010; 107(6): 2610-2615

19 Zhang L, Liu C, Meng XM,et al. Mol Cell Biochem2015; 400(1-2): 17-28

20 Goldstein AS, Huang J, Guo C,et al. Science2010; 329(5991): 568-571

21 Kerr CL, Hussain A.Curr Opin Oncol2014; 26(3): 328-333

22 Chang HH, Chen BY, Wu CY,et al. J Biomed Sci2011; 18: 6

23 Kumar D, Shankar S, Srivastava RK.Cancer Lett2014; 343(2): 179-189

24 Domingo-Domenech J, Vidal SJ, Rodriguez-Bravo V,et al. Cancer Cell2012; 22(3): 373-388

25 Zhou BB, Zhang H, Damelin M,et al. Nat Rev Drug Discov2009; 8(10): 806-823

26 Barrandon Y, Green H.Proc Natl Acad Sci U S A1987; 84(8): 2302-2306

27 Li H, Chen X, Calhoun-Davis T,et al. Cancer Res2008; 68(6): 1820-1825

28 Zhang L, Jiao M, Li L,et al. J Cancer Res Clin Oncol2012; 138(4): 675-686

29 Salvatori L, Caporuscio F, Verdina A,et al. PLoS One2012; 7(2): e31467

30 Hurt EM, Kawasaki BT, Klarmann GJ,et al. Br J Cancer2008; 98(4): 756-765

31 Xin L, Lawson DA, Witte ON.Proc Natl Acad Sci U S A2005; 102(19): 6942-6947

32 Collins AT, Berry PA, Hyde C,et al. Cancer Res2005; 65(23): 10946-10951

33 Li Y, Hibbs MA, Gard AL,et al. Stem Cells2012; 30(4): 741-752

34 Bisson I, Prowse DM.Cell Res2009; 19(6): 683-697

35 Dubrovska A, Kim S, Salamone RJ,et al. Proc Natl Acad Sci U S A2009; 106(1): 268-273

36 Marian CO, Shay JW.Biochim Biophys Acta2009; 1792(4): 289-296

37 Sun Y, Campisi J, Higano C,et al. Nat Med2012; 18(9): 1359-1368

（2014-09-10收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2014.11.017

R 737.25