肿瘤干细胞与肿瘤耐药研究进展

【关键词】 肿瘤；耐药性；肿瘤干细胞

文章编号：1003-1383(2008)03-0351-03中图分类号：R 730.1文献标识码：Aお

肿瘤治疗的主要障碍是肿瘤细胞耐药性的产生。未治愈或复发后的肿瘤对多种从未使用过的药物也产生耐药，从而使肿瘤治疗的效果得不到显著提高。对肿瘤耐药发生机制的研究和寻找开发逆转耐药的药物是当前值得研究的重要课题。近年来肿瘤干细胞的研究日益引起人们的关注［1～3］，许多研究者陆续从实验中找到并分离出肿瘤干细胞，并提出肿瘤干细胞假说，这种新的肿瘤发生模型很好地解释了药物治疗后肿瘤复发的原因。本文介绍其耐药的机制及对策，为临床肿瘤治疗提供指导。

1.肿瘤干细胞的发现和特性

1977 年，Hamburger 等实验证实 1/1000～1/5000 的实体瘤细胞能形成集落，首次明确提出“肿瘤干细胞假说”，该假说认为肿瘤起源于少数的Cancer Stem Cells（CSCs）。1997 年，Bonnet等［4］从急性髓系白血病患者骨髓中分离鉴定出第一个CSCs：白血病干细胞，其表型为 CD34+ CD38-。随后乳腺癌干细胞和脑肿瘤干细胞的相继发现，使肿瘤干细胞假说得到进一步的实验支持。CSCs 同造血干细胞一样，具有自我更新能力，能长期存活，也具有CD34+ 、CD38-表面标记，有相似的基因调控系统，如Wnt信号通路［5］。CSCs的分选大多利用其特异性表面标记和正常干细胞区分，但亦有通过流式细胞分选SP(side population)细胞来获得。

干细胞表达ABCG2，它可以将荧光染料Hoechst33342泵出细胞外而不被染色，其它细胞不具有此功能，因此可以用荧光染色技术结合流式细胞分选技术分选，没有荧光的那群不被染色的细胞叫SP细胞，SP细胞已经在成神经细胞瘤、乳腺癌、肺癌和恶性胶质瘤细胞系中被分离鉴定出来［6］。有实验进一步证实了SP细胞具有自我更新和有限的成熟能力。从肿瘤细胞系中分离出SP细胞，体外培养后发现它能产生 SP 和非SP 两类细胞，移植给小鼠后能使小鼠形成移植瘤，而非 SP 细胞不能［7，8］，故认为CSCs存在于SP细胞群中。

肿瘤干细胞具有很多正常干细胞所具有的特性，干细胞之所以能够保持永生性是因为它具有活跃的DNA修复能力、高表达三磷酸腺苷结合盒（ATP binding casstte，ABC）转运体、耐药、抗辐射、抗凋亡等特性。为此肿瘤干细胞就有可能也拥有耐药特性。

2.肿瘤细胞的耐药产生机制

肿瘤细胞耐药性形成因素主要包括：药物靶标的突变或过表达、使药物失去活性以及使细胞内药物减少等。目前对肿瘤细胞耐药产生机制有四种模型: 经典的模型认为一个或多个肿瘤细胞获得基因突变后产生耐药，化疗后这些耐药的克隆仍存活并增殖; 而基于CSCs 学说的理论则认为，肿瘤中存在 CSCs，它表达ABC 转运蛋白，因此 CSCs 及其子代细胞具有天然的抗化疗药物的能力而得以存活使肿瘤复发；第三种“获得性耐药”(acpuired resistance) 模型认为 CSCs 表达ABC 转运蛋白，能避免化疗药物的杀伤存活下来，之后 CSCs 及其子代细胞获得突变如点突变、基因扩增或基因激活，从而产生耐药性［9］；第四个是“内源性耐药”(intrinsic resistance)模型，该模型认为肿瘤中的干细胞和各种已分化的细胞均具有内在的耐药性，故化疗对它们作用不大或没有作用，结果肿瘤无限生长。这四个模型均不能单独圆满地解释肿瘤耐药问题，肿瘤耐药性的产生可能是多个因素共同作用的结果。如以前研究发现急性淋巴细胞白血病细胞对 imatinib 的抗药性与染色体易位 t(9；22)(q34；q11)有关，但这并非imatinib产生耐药的唯一原因。最近有实验证明imatinib既是ABCG2的底物，又是其抑制剂，这使它更容易被表达 ABC 转运蛋白的干细胞排出［10～12］。肿瘤耐药机制还包括许多其它因素，如CSCs处于静息期，而大多数药物主要作用于细胞周期或分裂期细胞，导致耐药。体外研究发现，将 BCR/ABL 阳性细胞阻止在G1/S 期后，imatinib诱导肿瘤细胞凋亡的能力并无明显影响，说明imatinib对分裂期细胞是有效的［13］。近年来，越来越多的实验集中到了CSCs和耐药关系上，并且发现不同的CSCs表达相应的耐药基因，为肿瘤治疗提供了更多的启发。如前列腺癌CSCs表达ABCG2，保护CSCs不受化疗药物影响，避免产生耐药，导致疾病复发［14］。

3.克服肿瘤耐药性的研究

目前肿瘤治疗的难题之一就是肿瘤复发，不能完全根除。抗肿瘤药物一般只能作用于处在细胞周期中的肿瘤细胞，CSCs多在静止期常常不受影响，是疾病复发的根源，加上CSCs具有耐药特性，更难彻底将它清除。CSCs表达ABC转运蛋白对化疗药物产生耐药，这一特性为抗肿瘤治疗提供了新的靶点。从耐药的角度探寻杀伤CSCs的治疗策略，是一个具有深远意义和大有前景的工作，可能为肿瘤的根除带来一线希望。

对这方面的研究已经有初步尝试。在研究肿瘤耐药机制的同时，科学家们也同时在研究如何克服肿瘤耐药的问题，并提出了一些解决策略。大多数尝试集中在针对ABC转运蛋白家族，研制ABC 转运蛋白抑制剂。第一代的 ABC 转运蛋白抑制剂包括ABCB1抑制剂，如维拉帕米、环孢菌素A。这些药物在临床上常常联合应用，治疗多种肿瘤，治疗的特异性不强［15］，效果不理想且常常产生较大细胞毒性作用。第二、三代抑制剂如 PSC833、VX-710、GF120918、LY335979，因化疗药物和ABCB1抑制剂间的药物代谢相互作用而使临床应用受到限制，其失败的原因可能还包括药物未能抑制其它ABC转运蛋白，如ABCC1和ABCG2。虽然这些 ABC 转运蛋白抑制剂的临床疗效还不满意，但相关研究证实人类有些肿瘤有ABCB1活性，ABCB1可以被 ABC 转运蛋白抑制剂抑制［16］。

ABC 转运蛋白抑制剂临床疗效并没有人们想象的那样满意，可能的原因有三个：一是人们是通过肿瘤缩小程度来衡量疗效的，但是如果干细胞是产生耐药的主要媒介，那么ABC抑制剂对肿瘤的影响就不会立竿见影，它影响的是复发频率或复发时间。因此，单独使用细胞毒性药物或ABC抑制剂都不能有效地杀伤CSCs，两者如果联合应用将更有效。另一个原因是临床运用的ABC抑制剂可能没有找对正确的转运蛋白作为靶点，导致效果不佳。如许多实验表明干细胞过表达ABCG2，而不是ABCB1，这样临床使用较多的ABCB1抑制剂效果就受限［17］。要证实第二种原因是否正确，需要研发ABCG2抑制剂，FTC(fumitremorgin C)是一种天然的ABCG2抑制剂，但是它有细胞毒性，临床应用受限。现在已经化学合成了多种 FTC 衍生物，具有特异性高、细胞毒性小的特点［18，19］。第三个原因是MDR 转运蛋白本身种类繁多，其活性相互之间有一定的重叠性，单一的针对一种转运蛋白的抑制剂不能完全阻止耐药的产生［20］。虽然ABC抑制剂在抑制CSCs治疗中很有前景，但在临床应用中还必需解决一个棘手的问题，即它只对 CSCs 有特异杀伤作用而对正常干细胞没有毒性。

4.展望

肿瘤干细胞学说的提出是人类揭露肿瘤本质的一大进步，为研究肿瘤发病机制及根治恶性肿瘤的方法指出新的方向，可能是攻克人类肿瘤新的突破点。

根据肿瘤干细胞理论，肿瘤细胞群中只有肿瘤干细胞致瘤，化疗的耐药机制也应在肿瘤干细胞中探寻，目前仅知ABC转运体基因家族与此有关，但并非唯一，而是与正常干细胞共有。进一步的研究需要应用新技术新手段比较肿瘤干细胞与正常干细胞的分子差异，寻找肿瘤干细胞特有的耐药基因。另外如何能够选择性的杀伤肿瘤干细胞，同时不会抑制正常干细胞而发生严重的毒副作用也是值得开发的领域。

参考文献

［1］葛少华，刘宝瑞.干细胞与肿瘤发生［J］.肿瘤防治杂志,2005,12(8):625-629.

［2］梁慧超，王沂峰.肿瘤干细胞的研究进展［J］.国外医学：肿瘤学分册,2005,32(5):333-335.

［3］欧阳学农，解方为，廖联明，等.肿瘤干细胞：从假说到科学的漫长之路［J］.解剖学报,2005,36(3):333-335.

［4］Bonnet D,Dick JE.Human acute myeloid leukemia is organ ized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoi eticcell［J］.Nat Med,1997,3:730-737.

［5］Jamieson CH,Ailles LE,Dylla SJ,et al.Granulocyte-macrophage progenitors as candidate leukemic stem cells in blast-crisis CML［J］.N Engl J Med,2004,351(7):657-667.

［6］Hirschmann-Jax C, Foster AE, Wulf GG, et al. A distinct "side population" of cells with high drug efflux capacity in human tumor cells［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2004;101:14228-14233.

［7］Kondo T,Setoguchi T,Taga T.Persistence of a small subpopulation of cancer stem-like cells in the C6 glioma cell line［J］.Proc Natl Acad Sci USA,2004,101 (3):781-786.

［8］Setoguchi T,Taga T,Kondo T.Cancer stem cells persist in many cancer cell lines［J］.Cancer Res,2005,65(14):6207-6219.

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

［10］Houghton PJ, Germain GS, Harwood FC, et al. Imatinib mesylate is a potent inhibitor of the ABCG2 (BRCP) transporter and reverses resistance to topotecan and SN- 38 in vitro［J］.Cancer Res,2004,64:2333- 2337.

［11］Ozvegy-Laczka C,Hegedus T,Varady G，et al.High-affinity interaction of tyrosine kinase inhibitors with the ABCG2 multidrug transporter［J］.Mol Pharmacol，2004，65:1485-1495.

［12］Burger H,van Tol H,Boersma AW,et al.Imatinib mesylate (STI571) is a substrate for the breast cancer resistance protein (BCRP)/ABCG2 drug pump［J］.Blood,2004,104(9):2940-2942.

［13］Paterson SC,Smith KD,Holyoake TL,et al.Is there a cloud in the silver lining for imatinib?［J］.Br J Cancer,2003,88:983-987.

［14］Huss WJ， GrayDR，GreenbergNM，et al.Breast Cancer Resistance Protein-Mediated Efflux of Androgen in Putative Benign and M alignant Prostate Stem Cells［J］.Cancer Res，2005，65(15):6640- 6650.

［15］Gottesman MM，FojoT，Bates SE.Multidrug resistance in cancer:role of ATP-dependent transporters［J］.Nature Rev Cancer，2002，2:48-58.

［16］Bates SE，Bakke S，Kang M，et al.A phase Ⅰ/Ⅱ study of infusional vinblastine with the P-glycoprotein antagonist valspodar(PSC833) in renal cell carcinoma［J］.Clin Cancer Res，2004，10:4724-4733.

［17］Hirschmann- Jax C，Foster AE，Wulf GG，et al. A distinct "side population" of cells with high drug efflux capacity in human tumor cells［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2004，101:14228- 14233.

［18］Boumendjel A，Nicolle E，Moraux T，et al.Piperazinobenzopyranones and phenalkylaminobenzopyranones: potent inhibitors of breast cancer resistance protein (ABCG2) ［J］.J Med Chem，2005，48(23):7275- 7281.

［19］Zhou S，Schuetz JD，Bunting KD，et al.The ABC transporter ABCG2/Bcrp1 is expressed in a wide variety of stem cells and is a molecular determinant of the side-population phenotype［J］.Nat Med，2001，7: 1028- 1034.

［20］Allen JD，van Loevezijn A，Lakhai JM，et al.Potent and specific inhibition of the breast cancer resistance protein multidrug transporter in vitro and in mouse intestine by a novel analogue of fumitremorgin C［J］.Mol Cancer Ther，2002，1:417- 425.

(收稿日期：2008-03-10 修回日期：2008-05-30)