石小軍 綜述, 江 華 審校

(同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，上海 200120)

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·綜 述·

胰腺腫瘤干細(xì)胞研究進(jìn)展

石小軍 綜述, 江 華 審校

(同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，上海 200120)

胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma， PDAC)是最常見的胰腺癌病理類型，亦是預(yù)后最差的惡性腫瘤。近年來胰腺腫瘤干細(xì)胞(pancreatic cancer stem cell， PCSC)的研究取得了諸多進(jìn)展，PCSC與胰腺腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)都有著直接聯(lián)系。本研究將從PCSC的相關(guān)標(biāo)志物、腫瘤微環(huán)境及靶向治療等角度對(duì)近年來PCSC的相關(guān)研究進(jìn)展作一綜述。

胰腺腫瘤； 腫瘤干細(xì)胞； 標(biāo)志物； 腫瘤微環(huán)境

胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarci-noma， PDAC)是胰腺癌中最常見的病理類型，預(yù)后極差。由于缺乏有效的治療手段，30年來PDAC的生存率一直沒有明顯改觀，5年生存率低于5%[1]。腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cell， CSC)是腫瘤細(xì)胞群中一小部分具有自我更新、無限增殖和多向分化潛能的細(xì)胞[2]。越來越多的證據(jù)表明胰腺腫瘤干細(xì)胞(pancreatic cancer stem cell， PCSC)在PDAC的發(fā)生、發(fā)展過程中扮演著非常重要的角色。PCSC促進(jìn)腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)，且與腫瘤放化療耐受密切相關(guān)[3-4]。本研究將從PCSC標(biāo)志物、腫瘤微環(huán)境及靶向治療三方面對(duì)PCSC作用機(jī)制及臨床應(yīng)用作一綜述。

1 PCSC相關(guān)標(biāo)志物

腫瘤標(biāo)志物是由腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生，特征性反映腫瘤生物學(xué)特性的一類物質(zhì)。當(dāng)前研究主要通過腫瘤標(biāo)志物來篩選PCSC，然而由于PCSC與正常干細(xì)胞的表面標(biāo)志物類似，使得PCSC的分離鑒別存在困難，故尋找特異的PCSC表面分子標(biāo)志十分重要。

1.1 CD24、EPCAM

胰腺癌中較早發(fā)現(xiàn)的PCSC表面標(biāo)志包括CD44、CD24、表皮黏附分子(epithelial cell adhesion molecule， EPCAM)。與沒有分選過的腫瘤細(xì)胞相比，異種移植模型中CD44+CD24+EPCAM+的細(xì)胞成瘤率更高，與來源腫瘤的組織形態(tài)學(xué)、細(xì)胞異質(zhì)性等特征更相像。與CD44-CD24-EPCAM-相比，CD44+CD24+EPCAM+細(xì)胞在經(jīng)過皮下或原位種植后能夠繼續(xù)保持原有特性[3]，同時(shí)CD44+CD24+EPCAM+細(xì)胞還表現(xiàn)出對(duì)吉西他濱更強(qiáng)的耐藥性[5]。近年來，CD44、CD24、EPCAM在PCSC的相關(guān)研究中僅作為分選標(biāo)志物，未見相關(guān)功能研究。

1.2 CD133、CXCR4

CD133亦可作為PCSC的鑒別標(biāo)志之一[4]。研究發(fā)現(xiàn)正常胰腺導(dǎo)管上皮并不表達(dá)CD133，而在部分胰腺導(dǎo)管癌患者外周血中可同時(shí)檢出CD133和角蛋白，并發(fā)現(xiàn)其與組織分級(jí)、淋巴管侵犯，淋巴轉(zhuǎn)移相關(guān)；同時(shí)，CD133+胰腺癌患者5年生存率明顯低于CD133-患者[6]。體外功能試驗(yàn)提示CD133可能通過上調(diào)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition， EMT)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子ERK、Slug和Snail的表達(dá)，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT，進(jìn)而促進(jìn)遷徙和轉(zhuǎn)移[7]，CD133+胰腺癌細(xì)胞比CD44+CD24+細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的成瘤和轉(zhuǎn)移潛能。此外，CD133+胰腺癌細(xì)胞對(duì)吉西他濱的耐受性也明顯增強(qiáng)。

CXCR4是SDF-1、CXCL12的細(xì)胞因子受體，通常在CD133+細(xì)胞表達(dá)。有報(bào)道[8]稱CXCR4與其配體SDF-1結(jié)合后可誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞株發(fā)生EMT，增強(qiáng)轉(zhuǎn)移能力。Hermann等[4]發(fā)現(xiàn)CD133+CXCR4+的細(xì)胞亞群比CXCR4-細(xì)胞亞群的轉(zhuǎn)移能力更強(qiáng)。清除CD133+CXCR4+細(xì)胞亞群可明顯降低腫瘤的復(fù)發(fā)率。

1.3 ALDH

Ginestier等[9]首次利用乙醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase， ALDH)為標(biāo)記物篩選出乳腺癌干細(xì)胞，隨后ALDH作為標(biāo)記物在肺癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌及胰腺癌等腫瘤中應(yīng)用。Rasheed等[10]發(fā)現(xiàn)ALDH+胰腺癌細(xì)胞成瘤能力比未經(jīng)分選的胰腺癌細(xì)胞或是ALGH-細(xì)胞更強(qiáng)，基于269例胰腺癌組織樣本的免疫組化研究也得到類似的結(jié)果，ALDH在轉(zhuǎn)移灶中的表達(dá)高于原發(fā)灶，同時(shí)ALDH陽性的腫瘤遠(yuǎn)期生存率也較低；且ALDH+CD44+CD24+的PCSC可以表達(dá)一系列間質(zhì)特征的基因，提示這類細(xì)胞具有潛在轉(zhuǎn)移能力。此外，單純ALDH+腫瘤干細(xì)胞的侵襲性遠(yuǎn)比CD44+CD24+腫瘤干細(xì)胞或非CSC高，提示ALDH在腫瘤進(jìn)展過程中發(fā)揮重要作用[5]。ALDH介導(dǎo)的環(huán)磷酰氨代謝、烷基化逆轉(zhuǎn)可能是腫瘤耐藥的機(jī)制之一[11]，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)ALDH+細(xì)胞對(duì)吉西他濱有相對(duì)耐藥性。

1.4 c-Met

可作為惡性膠質(zhì)瘤干細(xì)胞表面標(biāo)志的c-Met在PCSC中發(fā)揮著類似的作用，c-Met與PDAC細(xì)胞的遷移，侵襲，轉(zhuǎn)移有關(guān)。Li等[12]發(fā)現(xiàn)c-Met+CD44+細(xì)胞轉(zhuǎn)移性能遠(yuǎn)比c-Met-細(xì)胞強(qiáng)，且c-Met的靶向藥物卡博替尼能夠抑制PCSC成球，同時(shí)抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[13]。

2 PCSC的腫瘤微環(huán)境

胰腺腫瘤微環(huán)境不僅包括腫瘤細(xì)胞之間的相互作用，也包括了腫瘤細(xì)胞和胰腺細(xì)胞的相互作用，諸如星形細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞以及浸潤(rùn)的免疫細(xì)胞等。這一復(fù)雜的細(xì)胞間關(guān)系促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)，維持著部分腫瘤的干細(xì)胞特性，甚至?xí)绊懟熕幬锏男Ч?/p>

2.1 PCSC與普通胰腺癌細(xì)胞的相互作用

通過成球培養(yǎng)和CD133-篩選獲得的PCSC能夠表達(dá)大量TGF-β超家族成員，包括Activin、Nodal以及活化了的SMAD4。與重組Activin或Nodal共培養(yǎng)可以提高成球率，同時(shí)啟動(dòng)胚胎干細(xì)胞關(guān)鍵蛋白Nanog的轉(zhuǎn)錄。Activin或Nodal信號(hào)需要和相應(yīng)受體諸如Alk-4、Alk-7或SMAD4結(jié)合才能發(fā)揮作用，阻斷了其中任意一個(gè)便能顯著降低成球率。將Alk-4、Alk-7表達(dá)抑制后的PCSC植入模型鼠體內(nèi)，可以增加吉西他濱的藥物敏感性同時(shí)延長(zhǎng)模型鼠的生存時(shí)間[14]。PCSC通過釋放Nodal和Activin與周邊其他胰腺癌細(xì)胞相互作用的機(jī)制已經(jīng)被闡述的比較明了，但尚有一些調(diào)控機(jī)制未被闡明。例如，有將近半數(shù)的胰腺癌組織存在SMAD4低表達(dá)，PCSC通過其他調(diào)控信號(hào)通路進(jìn)行自我更新和生長(zhǎng)的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.2 PCSC與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用

除PCSC表達(dá)的Nodal和Activin與腫瘤細(xì)胞的相互作用外，細(xì)胞外基質(zhì)釋放Nodal對(duì)PCSC功能的促進(jìn)作用也逐漸被發(fā)現(xiàn)。胰腺基質(zhì)表達(dá)的Activin和Nodal能夠促進(jìn)干細(xì)胞成球[15]，甚至可以促使Nodal基因敲除的PCSC細(xì)胞株在移植鼠體內(nèi)成瘤，增強(qiáng)PCSC的耐藥性[14]，表明腫瘤細(xì)胞周圍基質(zhì)對(duì)PCSC亦有作用。

2.3 PCSC與胰腺星形細(xì)胞的相互作用

胰腺星形細(xì)胞可以通過分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor， VEGF)和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hepatocyte growth factor， HGF)促進(jìn)腫瘤新生血管生成，HGF還可在體外促進(jìn)c-MetHigh的PCSC生長(zhǎng)和自我更新。胰腺星形細(xì)胞高表達(dá)的SDF-1是PCSC表面CXCR4的配體，二者結(jié)合后能促進(jìn)PCSC的遷徙，浸潤(rùn)和增殖[16]。表達(dá)CXCR4的細(xì)胞比較容易種植于高表達(dá)SDF-1的組織中[17]，因此CD133+/CXCR4+細(xì)胞很難定植于表達(dá)SDF-1的組織中形成轉(zhuǎn)移灶[4]。

3 PCSC與靶向治療

靶向清除CSC克隆是一種有效的臨床治療手段，但有任何一組亞克隆殘留，都將可能造成腫瘤的復(fù)發(fā)[18]。因此，為了有效清除所有不同類型的CSC克隆，必須作用于多個(gè)不同的靶點(diǎn)[19]來徹底清除殘余CSC，從根本上消除腫瘤復(fù)發(fā)的可能性。針對(duì)PCSC特有的表面標(biāo)志和關(guān)鍵信號(hào)通路的靶向治療研究已取得了一定的進(jìn)展。

3.1 PCSC靶向治療相關(guān)表面分子

以PCSC表面標(biāo)志物作為藥物作用靶點(diǎn)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。已有研究[13]發(fā)現(xiàn)，c-Met抑制劑卡博替尼可以有效增加吉西他濱的抗腫瘤能力。DR5亦在PCSC表面大量表達(dá)。將DR5激動(dòng)劑，替加珠單抗與吉西他濱連用可顯著抑制PDCSC的生長(zhǎng)，延緩腫瘤進(jìn)展[20]。Gu等[21]發(fā)現(xiàn)，CD133+的PCSC對(duì)二甲雙胍較為敏感，二甲雙胍能夠選擇性清除CD133+的PCSC，其中的分子機(jī)制可能與mTOR和Erk的激活有關(guān)。另一個(gè)與疾病較差預(yù)后相關(guān)的細(xì)胞表面蛋白，Mucin(MUC1)黏蛋白經(jīng)常與CD133、CD44、CD24同時(shí)出現(xiàn)在PDCSC中，提示MUC1可能是藥物作用的潛在靶點(diǎn)[22]，其具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

3.2 PCSC靶向治療相關(guān)信號(hào)通路

由于PCSC和正常干細(xì)胞具有類似的功能，因此早期的靶向治療研究基本都著眼于發(fā)育途徑例如Notch、Hedgehog、Bmil及Nodal/Activin等，其中Notch通路被認(rèn)為能夠促進(jìn)胰腺上皮細(xì)胞內(nèi)的成瘤和腫瘤進(jìn)展[23]，該觀點(diǎn)已有動(dòng)物模型證實(shí)[24]。一系列γ分泌酶抑制劑(GSIs)，能夠通過抑制γ分泌酶依賴性Notch受體清除來阻斷Notch通路，繼而抑制腫瘤的生長(zhǎng)，提示Notch通路是對(duì)抗PCSC的潛在靶點(diǎn)[25-27]。Hedgehog通路在PDAC中被激活，并且通過調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、組織極性、細(xì)胞增殖等維持CSC的存在[21，28]。抑制Hedgehog通路已被證實(shí)能夠抑制PCSC的生長(zhǎng)[29-30]。Nodal和Activin是在胚胎發(fā)育過程中表達(dá)的一種分泌性蛋白，與中胚層形成及胚胎干細(xì)胞性狀的維持有關(guān)，使用ALK4受體拮抗劑抑制Nodal/activin通路可有效減少CD133+細(xì)胞數(shù)量，同時(shí)逆轉(zhuǎn)吉西他濱耐藥性[14]。在L3.6pl細(xì)胞裸鼠皮下種植模型中，Lonardo等[14]分別以吉西他濱單藥、吉西他濱聯(lián)合Nodal/activin通路抑制劑SB431542、吉西他濱聯(lián)合Nodal/activin通路抑制劑SB431542和Hedgehog通路抑制劑CUR199691來抑制移植瘤生長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 和吉西他濱單藥、吉西他濱聯(lián)合Nodal/activin通路抑制劑SB431542相比，吉西他濱聯(lián)合Nodal/activin通路抑制劑SB431542和Hedgehog通路抑制劑CUR199691可以迅速抑制腫瘤進(jìn)展，并且在隨后的3個(gè)多月內(nèi)維持腫瘤穩(wěn)定；吉西他濱單藥應(yīng)用后腫瘤細(xì)胞的成球能力比三藥聯(lián)合處理后的更強(qiáng)；同時(shí)，三藥聯(lián)合應(yīng)用后腫瘤細(xì)胞都表現(xiàn)為高分化形態(tài)，流式細(xì)胞計(jì)數(shù)顯示CD133+或CD133+/CD44+細(xì)胞數(shù)量明顯減少，這一結(jié)果提示吉西他濱聯(lián)合Nodal/activin和Hedgehog通路抑制可以明顯抑制PCSC的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)無進(jìn)展生存時(shí)間。

4 結(jié) 語

PCSC與PDAC的進(jìn)展、復(fù)發(fā)、治療及預(yù)后都有著密不可分的關(guān)系。深入研究PCSC的表面標(biāo)志、內(nèi)部信號(hào)通路及其與腫瘤微環(huán)境的交互作用是進(jìn)一步促進(jìn)PDAC臨床診療進(jìn)步的關(guān)鍵。由于PCSC亞群的活化信號(hào)通路多種多樣，多重靶向藥物將是應(yīng)對(duì)CSC的重要策略。近年來，PCSC相關(guān)研究已經(jīng)取得了相當(dāng)可觀的成就，這些成果將有望用于改善胰腺癌患者的診治與預(yù)后。

[1] Siegel R， Naishadham D， Jemal A. Cancerstatistics[J]. CA Cancer J Clin， 2013，63(1)： 11-30.

[2] Reya T， Morrison SJ， Clarke MF， et al. Stem cells， cancer， and cancer stem cells[J]. Nature， 2001， 414(6859)： 105-111.

[3] Li C， Heidt DG， Dalerba P， et al. Identification of pancreatic cancer stem cells[J]. Cancer Res， 2007，67(3)： 1030-1037.

[4] Hermann PC， Huber SL， Herrler T， et al. Distinct populations of cancer stem cells determine tumor growth and metastatic activity in human pancreatic cancer[J]. Cell Stem Cell， 2007，1(3)： 313-323.

[5] Shah AN， Summy JM， Zhang J， et al. Development and characterization of gemcitabine-resistant pancreatic tumor cells[J]. Ann Surg Oncol， 2007，14(12)： 3629-3637.

[6] Maeda S， Shinchi H， Kurahara H， et al. CD133 expression is correlated with lymph node metastasis and vascular endothelial growth factor-C expression in pancreatic cancer[J]. Br J Cancer， 2008，98(8)： 1389-1397.

[7] Ding Q， Miyazaki Y， Tsukasa K， et al. CD133 facilitates epithelial-mesenchymal transition through interaction with the ERK pathway in pancreatic cancer metastasis[J]. Mol Cancer， 2014，13： 15.

[8] Li X， Ma Q， Xu Q， et al. SDF-1/CXCR4 signaling induces pancreatic cancer cell invasion and epithelial-mesenchymal transition in vitro through non-canonical activation of Hedgehog pathway[J]. Cancer Lett， 2012，322(2)： 169-176.

[9] Ginestier C， Hur MH， Charafe-Jauffret E， et al. ALDH1 is a marker of normal and malignant human mammary stem cells and a predictor of poor clinical outcome[J]. Cell Stem Cell， 2007，1(5)： 555-567.

[10] Rasheed ZA， Yang J， Wang Q， et al. Prognostic significance of tumorigenic cells with mesenchymal features in pancreatic adenocarcinoma[J]. J Natl Cancer Inst， 2010，102(5)： 340-351.

[11] Rovira M， Scott SG， Liss AS， et al. Isolation and characterization of centroacinar/terminal ductal progenitor cells in adult mouse pancreas[J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 2010，107(1)： 75-80.

[12] Li Y， Li A， Glas M， et al. c-Met signaling induces a reprogramming network and supports the glioblastoma stem-like phenotype[J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 2011，108(24)： 9951-9956.

[13] Hage C， Rausch V， Giese N， et al. The novel c-Met inhibitor cabozantinib overcomes gemcitabine resistance and stem cell signaling in pancreatic cancer[J]. Cell Death Dis， 2013，4： e627.

[14] Lonardo E， Hermann PC， Mueller MT， et al. Nodal/Activin signaling drives self-renewal and tumorigenicity of pancreatic cancer stem cells and provides a target for combined drug therapy[J]. Cell Stem Cell， 2011，9(5)： 433-446.

[15] Masamune A， Kikuta K， Watanabe T， et al. Hypoxia stimulates pancreatic stellate cells to induce fibrosis and angiogenesis in pancreatic cancer[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol， 2008，295(4)： G709-717.

[16] Gao Z， Wang X， Wu K， et al. Pancreatic stellate cells increase the invasion of human pancreatic cancer cells through the stromal cell-derived factor-1/CXCR4 axis[J]. Pancreatology， 2010，10(2-3)： 186-193.

[17] Muller A， Homey B， Soto H， et al. Involvement of chemokine receptors in breast cancer metastasis[J]. Nature， 2001，410(6824)： 50-56.

[18] Balic A， Dorado J， Alonso-Gomez M， et al. Stem cells as the root of pancreatic ductal adenocarcinoma[J]. Exp Cell Res， 2012，318(6)： 691-704.

[19] Liu C， Tang DG. MicroRNA regulation of cancer stem cells[J]. Cancer Res， 2011，71(18)： 5950-5954.

[20] Rajeshkumar NV， Rasheed ZA， Garcia-Garcia E， et al. A combination of DR5 agonistic monoclonal antibody with gemcitabine targets pancreatic cancer stem cells and results in long-term disease control in human pancreatic cancer model[J]. Mol Cancer Ther， 2010，9(9)： 2582-2592.

[21] Gu D， Liu H， Su GH， et al. Combining hedgehog signaling inhibition with focal irradiation on reduction of pancreatic cancer metastasis[J]. Mol Cancer Ther， 2013，12(6)： 1038-1048.

[22] Curry JM， Thompson KJ， Rao SG， et al. The use of a novel MUC1 antibody to identify cancer stem cells and circulating MUC1 in mice and patients with pancreatic cancer[J]. J Surg Oncol， 2013，107(7)： 713-722.

[23] De La OJ， Emerson LL， Goodman JL， et al. Notch and Kras reprogram pancreatic acinar cells to ductal intraepithelial neoplasia[J]. Proc Natl Acad Sci USA， 2008，105(48)： 18907-18912.

[24] Garcia A， Kandel JJ. Notch： a key regulator of tumor angiogenesis and metastasis[J]. Histol Histopathol， 2012，27(2)： 151-156.

[25] Mullendore ME， Koorstra JB， Li YM， et al. Ligand-dependent Notch signaling is involved in tumor initiation and tumor maintenance in pancreatic cancer[J]. Clin Cancer Res， 2009，15(7)： 2291-2301.

[26] Palagani V， El Khatib M， Kossatz U， et al. Epithelial mesenchymal transition and pancreatic tumor initiating CD44+/EpCAM+ cells are inhibited by gamma-secretase inhibitor IX[J]. PLoS One， 2012，7(10)： e46514.

[27] Yabuuchi S， Pai SG， Campbell NR， et al. Notch signaling pathway targeted therapy suppresses tumor progression and metastatic spread in pancreatic cancer[J]. Cancer Lett， 2013，335(1)： 41-51.

[28] Berman DM， Karhadkar SS， Maitra A， et al. Widespread requirement for Hedgehog ligand stimulation in growth of digestive tract tumours[J]. Nature， 2003，425(6960)： 846-851.

[29] Jimeno A， Feldmann G， Suarez-Gauthier A， et al. A direct pancreatic cancer xenograft model as a platform for cancer stem cell therapeutic development[J]. Mol Cancer Ther，2009，8(2)： 310-314.

[30] Huang FT， Zhuan-Sun YX， Zhuang YY， et al. Inhibition of hedgehog signaling depresses self-renewal of pancreatic cancer stem cells and reverses chemoresistance[J]. Int J Oncol， 2012，41(5)： 1707-1714.

Advance in pancreatic cancer stem cell research

SHIXiao-jun，JIANGHua

(Dept. of Geriatric Medicine， East Hospital， Tongji University， Shanghai 200120， China)

Pancreatic ductal adenocarcinoma(PDAC) is the most common histopathological type of pancreatic cancer with a poor prognosis. Pancreatic cancer stem cell(PCSC) are considered a direct connection with the invasion， metastasis and recurrence of PDAC. This article reviews the recent research progress on the bio-markers， tumor microenvironment of PCSC and it’s potential application in targeted therapy.

pancreatic cancer； cancer stem cells； bio-markers； tumor microenvironment

10.16118/j.1008-0392.2016.04.024

2015-05-30

上海浦東新區(qū)衛(wèi)生系統(tǒng)領(lǐng)先人才(PWR12012-01)

石小軍(1981—)，男，主治醫(yī)師，碩士研究生.E-mail: lemon0901@sina.com

江 華.E-mail: huajiang2013@#edu.cn

R 735.9

A

1008-0392(2016)04-0119-05