腫瘤干細胞與腫瘤耐藥研究進展

【關鍵詞】 腫瘤；耐藥性；腫瘤干細胞

文章編號：1003-1383(2008)03-0351-03中圖分類號：R 730.1文獻標識碼：A

腫瘤治療的主要障礙是腫瘤細胞耐藥性的產生。未治愈或復發后的腫瘤對多種從未使用過的藥物也產生耐藥，從而使腫瘤治療的效果得不到顯著提高。對腫瘤耐藥發生機制的研究和尋找開發逆轉耐藥的藥物是當前值得研究的重要課題。近年來腫瘤干細胞的研究日益引起人們的關注［1～3］，許多研究者陸續從實驗中找到并分離出腫瘤干細胞，并提出腫瘤干細胞假說，這種新的腫瘤發生模型很好地解釋了藥物治療后腫瘤復發的原因。本文介紹其耐藥的機制及對策，為臨床腫瘤治療提供指導。

1.腫瘤干細胞的發現和特性

1977 年，Hamburger 等實驗證實 1/1000～1/5000 的實體瘤細胞能形成集落，首次明確提出“腫瘤干細胞假說”，該假說認為腫瘤起源于少數的Cancer Stem Cells（CSCs）。1997 年，Bonnet等［4］從急性髓系白血病患者骨髓中分離鑒定出第一個CSCs：白血病干細胞，其表型為 CD34+ CD38-。隨后乳腺癌干細胞和腦腫瘤干細胞的相繼發現，使腫瘤干細胞假說得到進一步的實驗支持。CSCs 同造血干細胞一樣，具有自我更新能力，能長期存活，也具有CD34+ 、CD38-表面標記，有相似的基因調控系統，如Wnt信號通路［5］。CSCs的分選大多利用其特異性表面標記和正常干細胞區分，但亦有通過流式細胞分選SP(side population)細胞來獲得。

干細胞表達ABCG2，它可以將熒光染料Hoechst33342泵出細胞外而不被染色，其它細胞不具有此功能，因此可以用熒光染色技術結合流式細胞分選技術分選，沒有熒光的那群不被染色的細胞叫SP細胞，SP細胞已經在成神經細胞瘤、乳腺癌、肺癌和惡性膠質瘤細胞系中被分離鑒定出來［6］。有實驗進一步證實了SP細胞具有自我更新和有限的成熟能力。從腫瘤細胞系中分離出SP細胞，體外培養后發現它能產生 SP 和非SP 兩類細胞，移植給小鼠后能使小鼠形成移植瘤，而非 SP 細胞不能［7，8］，故認為CSCs存在于SP細胞群中。

腫瘤干細胞具有很多正常干細胞所具有的特性，干細胞之所以能夠保持永生性是因為它具有活躍的DNA修復能力、高表達三磷酸腺苷結合盒（ATP binding casstte，ABC）轉運體、耐藥、抗輻射、抗凋亡等特性。為此腫瘤干細胞就有可能也擁有耐藥特性。

2.腫瘤細胞的耐藥產生機制

腫瘤細胞耐藥性形成因素主要包括：藥物靶標的突變或過表達、使藥物失去活性以及使細胞內藥物減少等。目前對腫瘤細胞耐藥產生機制有四種模型: 經典的模型認為一個或多個腫瘤細胞獲得基因突變后產生耐藥，化療后這些耐藥的克隆仍存活并增殖; 而基于CSCs 學說的理論則認為，腫瘤中存在 CSCs，它表達ABC 轉運蛋白，因此 CSCs 及其子代細胞具有天然的抗化療藥物的能力而得以存活使腫瘤復發；第三種“獲得性耐藥”(acpuired resistance) 模型認為 CSCs 表達ABC 轉運蛋白，能避免化療藥物的殺傷存活下來，之后 CSCs 及其子代細胞獲得突變如點突變、基因擴增或基因激活，從而產生耐藥性［9］；第四個是“內源性耐藥”(intrinsic resistance)模型，該模型認為腫瘤中的干細胞和各種已分化的細胞均具有內在的耐藥性，故化療對它們作用不大或沒有作用，結果腫瘤無限生長。這四個模型均不能單獨圓滿地解釋腫瘤耐藥問題，腫瘤耐藥性的產生可能是多個因素共同作用的結果。如以前研究發現急性淋巴細胞白血病細胞對 imatinib 的抗藥性與染色體易位 t(9；22)(q34；q11)有關，但這并非imatinib產生耐藥的唯一原因。最近有實驗證明imatinib既是ABCG2的底物，又是其抑制劑，這使它更容易被表達 ABC 轉運蛋白的干細胞排出［10～12］。腫瘤耐藥機制還包括許多其它因素，如CSCs處于靜息期，而大多數藥物主要作用于細胞周期或分裂期細胞，導致耐藥。體外研究發現，將 BCR/ABL 陽性細胞阻止在G1/S 期后，imatinib誘導腫瘤細胞凋亡的能力并無明顯影響，說明imatinib對分裂期細胞是有效的［13］。近年來，越來越多的實驗集中到了CSCs和耐藥關系上，并且發現不同的CSCs表達相應的耐藥基因，為腫瘤治療提供了更多的啟發。如前列腺癌CSCs表達ABCG2，保護CSCs不受化療藥物影響，避免產生耐藥，導致疾病復發［14］。

3.克服腫瘤耐藥性的研究

目前腫瘤治療的難題之一就是腫瘤復發，不能完全根除。抗腫瘤藥物一般只能作用于處在細胞周期中的腫瘤細胞，CSCs多在靜止期常常不受影響，是疾病復發的根源，加上CSCs具有耐藥特性，更難徹底將它清除。CSCs表達ABC轉運蛋白對化療藥物產生耐藥，這一特性為抗腫瘤治療提供了新的靶點。從耐藥的角度探尋殺傷CSCs的治療策略，是一個具有深遠意義和大有前景的工作，可能為腫瘤的根除帶來一線希望。

對這方面的研究已經有初步嘗試。在研究腫瘤耐藥機制的同時，科學家們也同時在研究如何克服腫瘤耐藥的問題，并提出了一些解決策略。大多數嘗試集中在針對ABC轉運蛋白家族，研制ABC 轉運蛋白抑制劑。第一代的 ABC 轉運蛋白抑制劑包括ABCB1抑制劑，如維拉帕米、環孢菌素A。這些藥物在臨床上常常聯合應用，治療多種腫瘤，治療的特異性不強［15］，效果不理想且常常產生較大細胞毒性作用。第二、三代抑制劑如 PSC833、VX-710、GF120918、LY335979，因化療藥物和ABCB1抑制劑間的藥物代謝相互作用而使臨床應用受到限制，其失敗的原因可能還包括藥物未能抑制其它ABC轉運蛋白，如ABCC1和ABCG2。雖然這些 ABC 轉運蛋白抑制劑的臨床療效還不滿意，但相關研究證實人類有些腫瘤有ABCB1活性，ABCB1可以被 ABC 轉運蛋白抑制劑抑制［16］。

ABC 轉運蛋白抑制劑臨床療效并沒有人們想象的那樣滿意，可能的原因有三個：一是人們是通過腫瘤縮小程度來衡量療效的，但是如果干細胞是產生耐藥的主要媒介，那么ABC抑制劑對腫瘤的影響就不會立竿見影，它影響的是復發頻率或復發時間。因此，單獨使用細胞毒性藥物或ABC抑制劑都不能有效地殺傷CSCs，兩者如果聯合應用將更有效。另一個原因是臨床運用的ABC抑制劑可能沒有找對正確的轉運蛋白作為靶點，導致效果不佳。如許多實驗表明干細胞過表達ABCG2，而不是ABCB1，這樣臨床使用較多的ABCB1抑制劑效果就受限［17］。要證實第二種原因是否正確，需要研發ABCG2抑制劑，FTC(fumitremorgin C)是一種天然的ABCG2抑制劑，但是它有細胞毒性，臨床應用受限。現在已經化學合成了多種 FTC 衍生物，具有特異性高、細胞毒性小的特點［18，19］。第三個原因是MDR 轉運蛋白本身種類繁多，其活性相互之間有一定的重疊性，單一的針對一種轉運蛋白的抑制劑不能完全阻止耐藥的產生［20］。雖然ABC抑制劑在抑制CSCs治療中很有前景，但在臨床應用中還必需解決一個棘手的問題，即它只對 CSCs 有特異殺傷作用而對正常干細胞沒有毒性。

4.展望

腫瘤干細胞學說的提出是人類揭露腫瘤本質的一大進步，為研究腫瘤發病機制及根治惡性腫瘤的方法指出新的方向，可能是攻克人類腫瘤新的突破點。

根據腫瘤干細胞理論，腫瘤細胞群中只有腫瘤干細胞致瘤，化療的耐藥機制也應在腫瘤干細胞中探尋，目前僅知ABC轉運體基因家族與此有關，但并非唯一，而是與正常干細胞共有。進一步的研究需要應用新技術新手段比較腫瘤干細胞與正常干細胞的分子差異，尋找腫瘤干細胞特有的耐藥基因。另外如何能夠選擇性的殺傷腫瘤干細胞，同時不會抑制正常干細胞而發生嚴重的毒副作用也是值得開發的領域。

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(收稿日期：2008-03-10 修回日期：2008-05-30)

(編輯：潘明志)