肿瘤干细胞学说与端粒酶学说的联系与假设

【摘要】 随着对肿瘤细胞研究的深入，越来越多的证据支持肿瘤干细胞学说，而端粒与细胞寿命的研究也在不断深入，根据现有证据与成果，把二者应用于临床治疗中，也许会有令人振奋的结果出现。

【关键词】 肿瘤干细胞； 端粒酶

Contact and hypothesis of cancer stem cell theory with telomerase theory QUAN Qi. Medical School of Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China

【Abstract】 With advanced research into cancer cell development, more and more evidence supports cancer stem cell theory. With the age of cell research, telomerase also receives great attention. According to existing evidence and accomplishments, if the two theories are connected and applied in clinical treatment. We might witness heart-stopping results.

【Key words】 Cancer Stem Cell; Telomerase

恶性肿瘤是威胁人类的严重疾病，自1907年来，近百年的研究取得了令人瞩目的成绩，特别是近年来原癌基因与抑癌基因的发现，蛋白质的转录与翻译，细胞间信号转导通路与级联效应的研究深入，在恶性肿瘤的基础研究方面都取得了令人欣喜的成果，但临床应用中的癌症的早期诊断及手术后的转移与复发以及放疗对于癌细胞扩散后的无能为力，而化疗不分敌我的一杀到底的尴尬局面并未得到很大改善。癌症依旧每年在全球夺走700万条生命。本文以肿瘤干细胞学说和端粒酶学说为依据，提出肿瘤干细胞的理论模型，并试着以端粒酶为手段提出癌症治疗的新想法，起到抛砖引玉的作用。

1 干细胞与肿瘤细胞

干细胞是指一种低分化或未分化的，具有多向分化潜能并可以自我复制在人体内少量存在细胞，在体内存在的形式与位置多种多样，以胃部干细胞为例。胃干细胞是存在于胃组织中的成体干细胞，其位于胃底腺颈部与峡部。关于其起源主要认同Peanse等，认为胃道内分泌干细胞来源于神经嵴的神经内分泌干细胞，上皮细胞的更新来自多功能干细胞［1］。

肿瘤细胞可分为良性与恶性。与良性肿瘤细胞相比，恶性肿瘤具有大量的正常与非正常的有丝分裂，生长方式也以一种浸润性的生长，其分级与分化呈反比。恶性肿瘤同样具有低分化，无限增殖，可转移的特点，其对某些环境的变化同干细胞一样敏感。这点已在Fisher和Fisher(1967)所建立的休眠实验模型中得到了初步的验证［2］。并且，20世纪70年代Barry Pierce利用某些物质作用于肿瘤细胞而改变其生物学特征。而恶性肿瘤细胞的转移也可以在受精卵在子宫着床，即子宫内膜遭到进攻性滋养层细胞侵袭的过程，和来源于骨髓的组织定向干细胞（tissue committed stem cells,TCSC）在组织受到损伤时所进行的锚定修复［3］。而且干细胞与肿瘤干细胞还有共同的细胞信号转导通路，如：CDC2、EGFR、Notch等［4，5］。

2 肿瘤也许可以被视为由肿瘤干细胞增殖分化而成的对身体有害的组织或器官

肿瘤可被视为器官，或者说是多种奢侈基因不受机体控制而随意表达的结果，现今比较公认的癌的发生是多步骤过程，分为始发突变、促癌、演进和恶变。Loeb曾以DNA本身在胞液中不稳定可能为内源性癌发生的基础为依据［6］。如果以高频脱嘌呤为例而言，在嘌呤脱去后，被DNA修复酶修复，一个缺嘌呤位点可有该酶产生，该酶可以识别一个改变了的碱基或加合物，并将它们从DNA链中除去，便会产生裂隙，而此时DNA-poly（DNA聚合酶）会较有自由度的选择以任意dNTP结合于该位点，使错误被保留下来，此时便形成了“源肿瘤干细胞”，这时再以促癌剂的作用下形成早期良性肿瘤细胞，继而再在某些环境因子的作用下向恶性演进。

众所周知，肿瘤细胞在遗传学上是不稳定的，这种较正常干细胞的突变很有可能发生在顺势作用元件上。

3 端粒酶的活性与肿瘤细胞

端粒酶（telomerase）活性的增高在大多数肿瘤细胞中都有发现。端粒酶是一种具有逆转录活性的DNA聚合酶，使端粒DNA在复制过程中得到延长，1997年人类端粒酶被克隆成功并鉴定了有三部分组成：人端粒酶RNA（human telomerase RNA, hTR）、人端粒酶协同蛋白1（human telomerase associated protein 1, hTp1）和端粒酶逆转录酶（human telomerase reverse transcriptase, Htrt）［7］。

研究发现，随着细胞的分裂，端粒会逐渐变短，当缩短到一定程度时，就会涉及在生命体起着关键作用的DNA，即不能再维持DNA的稳定性与完整性，细胞将衰老死亡，这就是端粒钟学说。故端粒酶在看衰老中发挥了重要作用，这已经在抗癌动物模型中得到了证实［8］。

可以推测正常干细胞在某些情况下，完成了向肿瘤干细胞的转变，又在一些致癌因子的作用下发生了演进与恶变，导致正常的抑制端粒酶活性的物质被抑制，从而使其产生肿瘤细胞最大的特点――永生，继而无限增殖。

但是这种由正常细胞分泌的可抑制端粒酶活性的物质却由于化学物质变化太多和到现在为止还很难弄清的级联反应而变得难以分离，究竟是单纯一种物质，还是多重产物共同作用，目前还没有定论。但物质X如果具有普通生物学共性的话，是否可以用以下方法加以缩小范围呢？这里只提供一个设想。

将正常的、高分化的细胞在含14N的培养液中培养2～3代，之后分离一部分，加入同样有14N标记的端粒酶，如果不可以使细胞产生反应，可以考虑显微注射的方法，再将细胞转入15N的培养液中，如果正常细胞中有可以产生抑制物的基因，此时便会被激活，产生大量含15N的蛋白，检测，与未注入端粒酶的细胞产物对比放射性物质峰值，从而达到减少靶物质范围的目的。而且，近期研究还发现端粒酶还可以除核外的别的细胞器发挥作用，如促进DNA修复，改变基因表达，改善线粒体功能等［9］。越来越多的证据显示，如果可以控制端粒酶，那么攻破癌细胞的永生便不是梦想。

4 肿瘤干细胞学说对于临床的启示

目前一旦癌细胞出现进行性转移，就不能将它们以手术或射线的方式清除，只能用细胞毒素药物进行治疗，但这种无特异性的治疗方式最大的目的不是治愈患者而是减轻症状，如胰腺癌的治愈率仅为百分之五，肿瘤干细胞学说认为，肿瘤干细胞是演进与转移的源头［10］。也就是说只有完全清楚肿瘤干细胞才是治愈癌症的关键。

手术切除对于癌症治疗的不确定性在于无法证明肿瘤干细胞是否完全清除与进行手术时是否有肿瘤干细胞正在休眠，临床上休眠的恶性肿瘤细胞并不少见。这些处于G0期的细胞在一定正性调节下（如损伤后的机体的正常修复，自身对端粒酶活性抑制的解除）便会恶变，而处于G0期的它们在术后所马上采用的如5-FU等抗癌药物治疗过程中也可以逃过一劫。

如果以干细胞所具有的生物学特性或细胞转导通路为靶点的话，的确可以减少对大部分细胞的伤害，但其中不免会对大量正常干细胞也产生巨大伤害。近几年来美国Calando制药公司所研发的IT-101这一纳米药物应用肿瘤生长的特点即当肿瘤生长至一定厚度(约3 mm)时，就需要有新的通道为其输送营养，也就是要催生大量畸形血管，而这些血管上会出现很多大小不一的裂缝，而纳米载体便会利用物理屏障较为特异性的在癌组织释放药物，如果可以将根据肿瘤干细胞特征所研发的新药与这种纳米载体结合起来的话，再应用于临床，也许会有一些令人振奋的效果。

总之，特异性治疗就是不断的寻找特异蛋白与靶点的过程，随着研究的深入特异性治疗肿瘤细胞一定会在不远的将来实现。

参考文献

［1］ 章榆.干细胞、胃干细胞与胃肿瘤.华西医学,2007,22（2）:38.

［2］ Fisher B, Fisher E. Experimental evidence in support of the dormant tumor cell.Science,1967,130:918-919.

［3］ Kucia M, Ratajczak J, Ratajczak MZ. Bone marrow as a source of circulating CXCR4+ tissue-committed stem cells. Biol Cell,2005,97(2):33-146.

［4］ Beachy PA, Karhadkar SS, Berman DM. Tissue repair and stem cell renewal in carcinogenesis. Nature,2004,432(7015):324-331.

［5］ Donm G, Jackson KW, Mcnicholas E, et al. Role of Notch signaling in cell fate determination of human mammary stem progenitor cells. Breast Cancer Res,2004,6(6):605-615.

［6］ Loeb LA. Endogenous carcinogenesis: Molecular oncology into the 21.Cancer Res,1989,49:5489-5496.

［7］ 查锡良.生物化学，DNA生物合成.北京：人民卫生出版社，2010.

［8］ Tomas-loba A, Flores I, Fernandez-Marcos PJ,et al. Telomerase reverse transcriptase delays aging in cancer-resistant mice.Cell,2008,135(4):609-622.

［9］ Ahmed S, Passos JF, Birket MJ. Telomerase doesn’t counteract telomere shortening but protects mitochondrial function under oxidative stress. Cell Sci,2008,17:562.

［10］ Dalerba P,Cho RW, Clarke MF. Cancer stem cells: Models and concepts. Annu Rev Med, 2007,58(1):267-284.

（收稿日期：2010-12-13）

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