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肿瘤干细胞

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摘要

  AACRl3(American As.sociation for Cancer Research)2006年给出的定义是:肿瘤中具有自我更新能力并能 产生异质性肿瘤细胞的细胞。传统观念认为,肿瘤是由体细胞突变而成,每个肿瘤细胞都可以无限制地生长。但这无法解释肿瘤细胞似乎具有无限的生命力以及并非 所有肿瘤细胞都能无限制生长的现象。肿瘤细胞生长、转移和复发的特点与干细胞的基本特性十分相似,因此,有学者提出肿瘤干细胞 (tumor stem cell,TSC)的理论。这一理论为我们重新认识肿瘤的起源和本质,以及临床肿瘤治疗提供了新的方向和视觉角度。

概念
  实验依据
  从20世纪50年代SouthamC.等进行的肿瘤细胞自体/异体移植实验到后来众多实验都证实并非每个肿瘤 细胞都有再生肿瘤的能力,只有一小部分肿瘤细胞在体外克隆形成实验中可以形成克
隆,在异种移植模型中,只有移植人大量的肿瘤细胞才能形成移植瘤,究竟何种 细胞行使肿瘤起源细胞(tumor—initiatingcell,T—IC)的功能?目前有两种理论解释,一是随机化理论,它认为肿瘤细胞具有同质性, 即每一个肿瘤细胞都具有新生肿瘤的潜力,但是能进入细胞分化周期的肿瘤细胞很少,是一个小概率随机事件。而分层理论认为,肿瘤细胞具有功能异质性,只有有 限数目的肿瘤细胞具有产生肿瘤的能力,但这些肿瘤细胞再生肿瘤是高频事件。虽然两种理论都认为只有很少数量的肿瘤细胞能再生肿瘤,但是机制是完全不同的。 目前的实验结果倾向于第二种解释,即肿瘤组织中存在数量稀少的癌细胞,在肿瘤形成过程中充当干细胞的角色,具有自我更新、增殖和分化的潜能,虽然数量少, 却在肿瘤的发生、发展、复发和转移中起着重要作用,由于其众多性质与干细胞相似,所以这些细胞被称为肿瘤干细胞,肿瘤干细胞能不对称产成两种异质的细胞, 一种是与之性质相同的肿瘤干细胞,另一种是组成肿瘤大部分的非致瘤癌细胞。 AACRl3(American As.sociation for Cancer Research)2006年给出的定义是:肿瘤中具有自我更新能力并能产生 异质性肿瘤细胞的细胞。
肿瘤启动细胞
  (tumorinitiatingcell,TIC)肿瘤细胞自体同源移植实验表明,移植瘤细胞数大于106个以上,才能形成肿瘤 [1]。体外培养骨髓瘤、人肺癌、卵巢癌及神经母细胞瘤细胞也发现,仅极少细胞能形成集落[2,3]。这些数量极其稀少,却在肿瘤发生中起主要作用的肿瘤 细胞亚群,被称为TIC。
  1.2TSC
  血液TSC
  急性髓性白血病的研究表明[4,5],不同的白血病细胞亚群移植到严重联合免疫缺陷病的裸鼠,其肿瘤细胞成瘤能力差异巨大。占总数0.2%~1%的白血病细胞有稳定持续的形成肿瘤克隆的能力,具备干细胞特性,被称作白血病干细胞。
  实体瘤干细胞
   少数睾丸癌细胞含有与不成熟胚胎细胞同样的表面标志,提示实体瘤中TSC可能存在[6]。首先证实实体瘤中TSC存在的是在2003年,Clarke的 研究小组从乳腺癌中分离出了乳腺癌干细胞[7]。随即,星形细胞瘤、成神经管细胞瘤与胶质母细胞瘤等脑肿瘤干细胞先后分离成功[8]。
  TSC的特性
  极强的致瘤能力
  TSC数目极其稀少,成瘤能力较普通肿瘤细胞大数百倍以上[7],是肿瘤发生、发展与维持的基础。
  2.2自我更新并多向分化
   肿瘤中部分细胞多向分化的现象在临床观察中很早就有发现:前列腺瘤经雄激素治疗后可以变成小细胞癌、鳞癌或者是癌肉瘤;生殖细胞肿瘤也可以转变为非生殖 细胞肿瘤的类型,包括肉瘤、癌、神经外胚层肿瘤以及造血组织恶性肿瘤[9];大部分混合瘤中虽然肿瘤细胞有各种不同的组织形态,但却具有遗传同源性,说明 它们来源于一个共同的祖细胞[10];单个大鼠结肠腺瘤细胞注射到小鼠,可生成结肠所有类型细胞,如黏膜细胞、柱状细胞、内分泌细胞和未分化的肿瘤细胞。
  多发性骨髓瘤中得到的TSC属于B淋巴细胞亚群,能自我更新并分化为浆细胞和肿瘤细胞[11]。乳腺癌细胞与脑肿瘤TSC移植到裸鼠,可以生成原来肿瘤的所有细胞类型,说明TSC具备自我更新与多向分化能力[7]。
TSC与成体干细胞关系
  3.1肿瘤细胞突变最早发生于干细胞
  干细胞与TSC具有无限增殖相似的生物学特性,只需突变获得过度增殖能力,就可以转化成为肿瘤[12];干细胞比分化细胞周期性更新快,寿命长,突变更容易累积。干细胞是突变的靶。
  3.2表面标记表明TSC来源于成体干细胞
  由于造血干细胞研究进展,白血病干细胞的分离和表面标记测定较早开始。目前研究发现,所有几乎白血病干细胞与造血干细胞一致,均为CD34+[13],如所有的急性单核细胞性白血病(除急性早幼粒细胞性白血病)[4,5]干细胞都为[CD34+,CD38?]。
   白血病细胞为[CD34+CD38-Thy?1-]。急性髓性白血病细胞频繁发生染色体易位(8;21),形成AML1?ETO嵌合转录物。患者缓解后 骨髓中有一部分干细胞仍能合成AML1?ETO融合蛋白,但这部分干细胞及其子代不能诱发白血病,在体外能分化为正常的红细胞系,细胞表面标记也与正常造 血干细胞几乎完全一致,为[CD34+CD38-Thy?1+]。说明易位最早发生于正常造血干细胞,突变在造血干细胞的亚群或子代中发生,导致白血病的 发生。根据白血病干细胞的标记与正常造血干细胞的不同,突变大约发生于Thy?1-的祖细胞或丢失Thy?1-的造血干细胞[4,14,15]。
   其他成体干细胞分离与表面标记研究不够深入,目前难以比较TSC与成体干细胞的表面标记。动物实验发现,乳腺癌干细胞标记CD44+在幼稚细胞、祖细胞 或干细胞中都是经常见到的[7];而64位乳腺癌患者的观察证实,大部分患者的肿瘤细胞表型与干细胞表型相同 [CK8+,14+,18+;Vi?mentin+,EGFR+][16];对未成年患者脑肿瘤研究表明,TSC标记CD133、musashi?1、 Sox2、melk、PSP、Bmi?1和nestin,与神经干细胞完全一致[17]。
成体干细胞TSC与Bmi1
  基因参与正常造血过程,其功能障碍与AML有关。Bmi?1基因敲除的小鼠干细胞移植入免疫力摧毁的小鼠,干细胞可以短期产生血细胞,8周后,移植细胞基本消失。说明Bmi?1基因对正常血液干细胞的自我更新是必要的[18,19]。
  Bmi?
   1基因对白血病细胞的产生也是必要的。Meis1a和Hoxa9癌基因导入小鼠骨髓细胞可以产生AML模型。把Meis1a和Hoxa9癌基因导入正常 小鼠与BMI?1基因失活小鼠,都可以产生白血病细胞。但是Bmi?1基因失活小鼠的白血病细胞移植入免疫缺陷小鼠后不能再产生白血病细胞。所 以,Bmi?1基因对白血病干细胞的自我更新和维持都是必要的[20]。
  干细胞与TSC有相似的生长调控机制
  Wnt、SHH(sonichedgehog)、Notch途径,也往往调控干细胞的生长分化,提示机体一生中细胞的生长分化由相似的生长调控机制调节,其异常可引起细胞过度增殖,导致肿瘤。
  3.5TSC与干细胞有相同的起源
   我们知道,侧脑室室管膜下层与海马齿状回是神经干细胞的起源地。通过神经祖细胞与其他祖细胞癌基因神经纤维瘤病1与p53抑癌基因突变,可以制造小鼠脑 肿瘤模型。这些模型小鼠产生不同的脑肿瘤。影象学研究表明,这些脑肿瘤虽然可以在广泛的脑内区域产生,但这些肿瘤都起源于侧脑室与海马。
  TSC理论对目前肿瘤临床的影响
肿瘤基础与临床
  TSC理论可以解释临床上肿瘤对放射治疗与化疗药物治疗不敏感的原因。正常干细胞拥有排出化疗药物的分子泵,对化疗药物敏感性低。TSC与正常干细胞一样,比较分化细胞有更好抵御化疗与放射治疗的能力[21]。
  TSC理论认为,肿瘤一开始就有转移能力,只要TSC到达一个新的区域,转移将不可避免。
  4.2TSC理论对肿瘤诊断与预后判断的影响
  慢性粒细胞白血病中肿瘤细胞的CD38阳性率大于20%的患者,其病情往往处于进展期;而CD38阴性的患者预后较好[22]。
  恶性程度高的成神经管细胞瘤与胶质母细胞瘤比较恶性程度较低的星形细胞瘤含TSC的比例要高一些[14]。Clarke指出,极度恶性的乳腺癌,其TSC的比例可达到肿瘤细胞总数的25%。
   前列腺早期干细胞突变形成的肿瘤会表达一些神经内分泌标志,象嗜铬粒蛋白A(CgA),但不表达特异性前列腺抗原(PSA);源于分化晚期的前列腺干细 胞产生的肿瘤细胞表达PSA,而不是CgA。以此类推,源于分化中期干细胞的前列腺癌会同时表达CgA和PSA[23]。
  4.3肿瘤治疗的靶—TSC
   传统的化疗药物主要是通过筛选能杀灭分裂中肿瘤细胞的化合物。TSC理论认为,只要存在TSC,肿瘤就不可能治愈。所以,肿瘤治疗的焦点是杀伤TSC。 但是TSC通常处于静止状态,只是在增殖时才开始快速分裂产生子细胞,所以,按照传统方法筛选出来的肿瘤治疗药物与杀灭TSC的要求差异巨大。针对TSC 治疗肿瘤已经取得一定的进展:在80%前列腺癌中表达的特有标记前列腺干细胞抗原,是前列腺癌治疗很好的靶点。静脉注射前列腺干细胞抗原单克隆抗体治疗前 列腺癌,可以延长荷瘤小鼠的存活时间,并基本抑制前列腺癌肺转移[24];针对肿瘤干细胞的重要位点?Bmi1进行肿瘤免疫治疗的研究也正进行中
移植技术
  使用分子芯片技术,可分析TSC与他们相应成体干细胞基因表达特征的不同。利用这种差异,可能会出现既直接针对TSC,又能保护成体干细胞的治疗手段;自体造血干细胞移植中,通过TSC的特征标记,可以去除污染的TSC。
结语
  目前,在血液肿瘤、乳腺癌、脑肿瘤及前列腺癌中,TSC研究取得了一定的进展。但是,各种TSC的鉴定与分离、TSC特征以及 TSC与成体干细胞的确切关系,迫切需要通过一些严谨而富有想象力的实验进行探索。TSC理论是肿瘤基础与临床理论上的突破,必将对肿瘤发生、发展的了 解,以及肿瘤的临床诊断、治疗都带来深远的影响
  图书信息

  书名:肿瘤干细胞
  作者:窦骏
  出版社:东南大学出版社
  出版时间:2009年07月
  ISBN:9787564117269
  开本:16开
  定价:42.00元
  内容简介
   《肿瘤干细胞》较全面介绍了干细胞与肿瘤、干细胞与肿瘤干细胞、肿瘤与干细胞及肿瘤干细胞间的分子联系、肿瘤干细胞的生物学特性、肿瘤干细胞的来源、肿 瘤干细胞研究的演进、肿瘤干细胞研究现状、常见的肿瘤干细胞研究、肿瘤干细胞研究面对的挑战与任务等方面内容,详细描述了国内外科研人员近年来对肿瘤干细 胞的研究概况与进展,并提供了有关肿瘤干细胞研究的新技术和新信息,内容较丰富,具有创新性、科学性、实用性和可读性。
  图书目录
  第一章肿瘤干细胞绪论
  第一节干细胞与肿瘤干细胞
  第二节肿瘤干细胞的生物学特性
  第三节肿瘤干细胞的细胞起源
  第四节肿瘤干细胞的研究现况与展望
  第二章肿瘤干细胞研究演进
  第一节肿瘤研究历史
  第二节干细胞研究历史与演进
  第三节肿瘤干细胞研究演进
  第三章肿瘤与干细胞生物学特性
  第一节肿瘤生物学特性
  第二节干细胞生物学特性
  第三节肿瘤与干细胞共有的生物学特性
  第四节肿瘤干细胞的生物学特性
  第四章肿瘤与干细胞及肿瘤干细胞间的分子联系
  第一节肿瘤、干细胞、肿瘤干细胞相关的信号传导途径
  第二节肿瘤、干细胞、肿瘤干细胞间的分子联系研究展望
  第五章肿瘤干细胞特征性表面标记
  第一节肿瘤干细胞特征性CD分子研究
  第二节肿瘤干细胞特征性ATP结合框转运体
  第三节肿瘤干细胞其他特征性分子研究
  第六章肿瘤干细胞体外培养特性
  第一节脑神经胶质瘤干细胞体外培养特性
  第二节卵巢癌干细胞体外培养特性
  第三节消化道肿瘤干细胞体外培养特性
  第四节乳腺癌肿瘤干细胞体外培养特性
  第五节其他肿瘤干细胞体外培养特性
  第七章SP细胞及肿瘤干细胞
  第一节SP细胞来源及分布
  第二节SP细胞的特性及与肿瘤干细胞的关系
  第三节影响SP细胞检测的因素及展望
  第八章肿瘤干细胞在动物模型致瘤性研究
  第一节肿瘤干细胞在NOD/SCID小鼠致瘤性研究
  第二节如何评价肿瘤干细胞在动物模型中的致瘤性
  第九章肿瘤干细胞的放化疗抵抗及机制的研究进展
  第一节耐药相关蛋白的表达
  第二节肿瘤干细胞耐药相关的信号通路
  第三节肿瘤干细胞介导放化疗抵抗的其他相关机制
  第四节结语
  第十章肿瘤干细胞微转移
  第一节常见的肿瘤干细胞早期微转移
  第二节肿瘤干细胞早期微转移的机制
  第三节如何诊断肿瘤干细胞早期微转移
  第十一章肿瘤干细胞的早期诊断
  第一节肿瘤干细胞的早期诊断方法
  第二节血液系统肿瘤干细胞的早期诊断
  第三节实体瘤肿瘤干细胞的早期诊断
  第四节神经系统肿瘤干细胞的早期诊断
  第十二章造血系统肿瘤干细胞
  第一节白血病干细胞起源
  第二节白血病干细胞的生物学特性
  第三节各系白血病中的白血病干细胞
  第四节存在的问题和展望
  第十三章前列腺癌干细胞
  第一节人前列腺生物学、病变及病理学改变
  第二节前列腺上皮干细胞
  第三节前列腺癌干细胞
  第四节前列腺中干细胞示踪
  第五节PCSC对前列腺癌的临床影响
  第十四章黑色素瘤与黑色素瘤干细胞
  第一节黑色素干细胞与黑色素瘤干细胞
  第二节黑色素瘤干细胞的生物学特性
  第三节展望
  第十五章脑胶质瘤干细胞
  第一节脑神经干细胞研究
  第二节脑胶质瘤干细胞研究
  第三节脑神经干细胞和脑胶质瘤干细胞的关系
  第四节脑胶质瘤干细胞在神经系统肿瘤中的重要意义
  第五节展望
  第十六章卵巢癌肿瘤干细胞
  第一节卵巢结构和发育概况
  第二节卵巢肿瘤干细胞的发现和来源
  第三节卵巢癌干细胞分离鉴定、培养及标志研究
  第十七章乳腺癌干细胞
  第一节乳腺干细胞与乳腺癌干细胞
  第二节乳腺癌干细胞与信号转导异常
  第十八章癌干细胞研究面对的挑战与任务
  第一节全面认识癌干细胞生物学特性
  第二节建立特异性方法鉴定癌干细胞
  第三节癌干细胞靶向治疗的策略
  参考文献
  ……

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