惡性腫瘤細胞分化調控機制研究進展

馬青，司富春

(1 上海中醫藥大學，上海201203; 2 河南中醫學院)

隨著世界人口增加，老齡化社會的到來以及人類生存環境、生活方式的改變，腫瘤成為現代惡性流行疾病之一［1］，對腫瘤發病機理、治療方法、藥物等的研究已拓展到細胞、分子微觀水平［2］。惡性腫瘤的核心是腫瘤細胞群細胞，具有不同生物學特性即腫瘤異質性，其中小部分細胞亞群具有自我更新、無限增殖分化能力和表達干細胞表型等干細胞樣特征，被認為是腫瘤干細胞，是惡性腫瘤形成、轉移、復發的根源［3～5］，所以誘導惡性腫瘤細胞分化成熟或阻滯其惡性增殖分化是惡性腫瘤防治的主要研究方向［6，7］，惡性腫瘤干細胞是研究重點［8］。細胞分化的關鍵環節是基因調控，故基因表達時間、空間差異性、差異調控下新合成的特異性蛋白質、不同細胞表面抗原，以及異常細胞周期、信號傳導通路等成為惡性腫瘤細胞分化機制的主要研究點。現就惡性腫瘤細胞分化調控機制的研究進展綜述如下。

1 基因調控

惡性腫瘤細胞分化調控中DNA調控是起始環節，轉錄調控是關鍵環節，均影響下游水平調控，調控主要方式是基因突變、重排、缺失及表達甲基化、磷酸化修飾異常等，這些是惡性腫瘤形成的原因和防治靶點。

調控基因根據功能分為促癌和抑癌兩大類，常見促癌因子:Myc、5-脂肪氧化酶基因(Alox5)、低氧誘導因子-1α(HIF-1α)，抑癌因子:人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(PTEN)、BRG1、FBW7 等［9～13］，其中 BRG1 為 SWI/SNF 復合物成員，在癌細胞中發生突變，表達下調，拮抗癌基因Myc促細胞不成熟分化作用，使細胞保持未分化狀態并惡性增殖;Alox5丟失影響BCR-ABL誘導的慢性髓細胞樣白血病干細胞(LT-LSCs)的分化、分裂和存活率，損傷其功能，起到了消除白血病干細胞、阻滯慢性白血病發展的作用，對正常干細胞無影響。

關鍵位點DNA甲基化具有調控細胞分化，引發惡性病變的作用。Rai等［14］證實野生型APC和維甲酸下調脫甲基酶水平，促進主要相關基因DNA甲基化，使腸祖細胞分化，導致結腸腺瘤形成。

轉錄水平調控因子豐富多樣，以mRNA為主，如 CK19 mRNA 、LUNX mRNA 等［15，16］。近年研究熱點集中在以mRNA為靶標的miRNAs和RNAi等方面。miRNAs是內源基因編碼的長度為18～25個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，參與轉錄后調控。最早發現與腫瘤細胞分化相關的是miR-23［17］，其可促進維甲酸誘導NT2細胞(屬人胚胎癌細胞系)向神經前體細胞(腫瘤靶向基因傳遞載體)分化，使藥物易于結合所靶向的腫瘤細胞，調控藥物療效。后來研究發現miR-10a、miR-10b在全反式維甲酸作用下的成神經瘤細胞系SK-N-BE、LAN5及SHSY-5Y表達上調，且miR-10a/b直接靶向NCOR2，誘導細胞系分化［18］;miR-200a/miR-200b與乳腺癌細胞分化相關［19］等。

RNAi技術主要應用腫瘤基因治療領域，Wang等［20］應用RNAi篩出造血干細胞(HSC)依賴性分化檢查點basic leucine zipper轉錄因子(BATF)，在端粒縮短或γ-輻射造成的DNA損傷誘導下以GCSF/STAT3依賴方式使造血干細胞淋巴樣分化，限制HSC自我更新，防止惡性病變。

轉錄調控路徑的其他調節因子還有周期素依賴性蛋白激酶CDK8［21］等，調節腫瘤和胚胎干細胞的轉錄路徑，經MYC介導使細胞保持未分化狀態，CDK8水平上調意味著MYC靶基因標記的胚胎干細胞分化能力喪失，靶向CDK8治療能明確抑制腫瘤細胞的干細胞樣特征。

2 蛋白質調控

蛋白質水平調控是基因調控下相關蛋白表達改變或蛋白表達修飾改變如組乙酰化等。如細胞分化抑制因子YB-1蛋白，在惡性膠質瘤等腫瘤表達上調，在SF188細胞及惡性膠質瘤患者衍生的腦腫瘤起始細胞(BTIC)分化時表達降低［22］;異檸檬酸脫氫酶1(IDH1)和IDH2在神經膠質瘤、急性白血病和軟骨肉瘤中頻發突變，損傷組蛋白脫甲基化，從而阻滯惡性腫瘤細胞分化［23］;二烯丙基二硫(DADS)誘導胃癌細胞株MGC803產生分化與組蛋白H3乙酰化及p21WAF1、CDK1、MUC5AC蛋白表達上調密切相關［24，25］等。

3 細胞周期調控

分化細胞群體主要分布于DNA合成靜止的G0/G1期，因此惡性腫瘤細胞分化周期調控主要目的是將細胞周期不可逆地阻滯于G0/G1期，阻滯其分化。如新型新型維甲酸衍生物4-氨基-2-三氟甲基苯基維甲酸酯(ATPR)可抑制食管癌細胞ECA-109、胰腺癌細胞株PANC-1、宮頸癌細胞株Hela增殖，使G0/G1期細胞表達量增加，S期細胞表達量減少，細胞周期于G0/G1期，ECA-109中SCC-Ag活性下降等，對3種實體瘤細胞株具有不同程度的誘導分化作用［26］，其他非核苷逆轉錄酶抑制劑奈達拉平［27］等，這類制劑是臨床新藥研發的熱點。

4 信號轉導通路調控

惡性腫瘤細胞分化相關基因、蛋白質通過信號通路傳遞信息相互銜接，信號傳導通路是惡性腫瘤細胞分化調控的重要環節。目前已明確的相關通路是Wnt、Notch、PI3K/Akt通路等，通過信號整合發揮促進或抑制惡性腫瘤細胞分化作用。

Rampazzo等［28］在低氧環境中激活Wnt信號通路使原始多形性惡性膠質瘤衍生細胞轉為較高分化、低致瘤性表型。Zhang等［29］運用原位雜交和組織芯片等技術證實Notch信號通路可調節結腸癌祖細胞的分裂、分化。Terés等［30］發現一種治療神經膠質細胞瘤新潛在價值藥物2-羥油酸，其能誘導神經膠質瘤細胞分化發育成熟為神經膠質細胞，此作用主要通過誘導Ras從細胞膜易位至細胞質，阻滯MAP激酶通路，降低PI3K/Akt通路活性，下調細胞周期蛋白D-CDK4/6而實現。

惡性腫瘤細胞分化相關調控機制主要為上述幾類，它們之間不是孤立的，而是有千絲萬縷的聯系，各環節之間協調，特別信號準確傳遞和銜接，才可能實現惡性腫瘤細胞分化的良好調控。惡性腫瘤細胞分化研究應用表現為腫瘤治療分化誘導劑或阻滯劑的研發和臨床應用。目前研發的內源性藥劑有1，25-(OH)2-vitD3、集落刺激因子(CSF)、細胞因子TNF-α和INF-γ、cAMP等，外源性藥劑主要有 DMSO、苯丁酸鈉、放線菌素D、6-巰基嘌呤、奈達拉平等，這些藥物治療具有靶向性強、無傳統化療藥物不良反應等優勢。但目前成熟應用藥物極少，仍需大量實驗和臨床研究的支持。

［1］Jemal A，Bray F，Center MM，et al.Global cancer statistics［J］.CA Cancer J Clin，2011，61(2):69-90.

［2］DeVita VT Jr，Rosenberg SA.Two hundred years of cancer research［J］.NEJM，2012，366(23):2207-2214.

［3］Bonnet D，Dick JE.Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell［J］.Nat Med ，1997，3:730-737.

［4］Al-Hajj M，Wicha MS，Benito-Hernandez A，et al.Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2003，100(7):3983-3988.

［5］Civenni G，Walter A，Kobert N，et al.Human CD271-positive melanoma stem cells associated with metastasis establish tumor heterogeneity and long-term growth［J］.Cancer Res，2011，71(8):3098-3109.

［6］Huang ME，Ye YC，Chen SR，et al.Use of all-trans retinoic acid in the treatment of acute promyelocytic leukemia［J］.Blood，1988，72(2):567-572.

［7］Piccirillo SG，Reynolds BA，Zanetti N，et al.Bone morphogenetic proteins inhibit the tumorigenic potential of human brain tumour-initiating cells［J］.Nature，2006，444(7120):761-765.

［8］Haraguchi N，Ishii H，Sakai D，et al.The concept and significance of cancer stem cells［J］.Nihon Geka Gakkai Zasshi，2012，113(2):204-209.

［9］Watt FM，Frye M，Benitah SA.Myc in mammalian epidermis:how can an oncogene stimulate differentiation［J］.Nat Rev Cancer，2008，8(3):234-242.

［10］Chen Y，Hu Y，Zhang H，et al.Loss of the Alox5 gene impairs leukemia stem cells and preventschronic myeloid leukemia［J］.Nat Genet，2009 ，41(7):783-792.

［11］Qiang L，Wu T，Zhang HW，et al.HIF-1α is critical for hypoxiamediated maintenance of glioblastoma stem cells by activating Notch signaling pathway ［J］.Cell Death Differ，2012，19(2):284-294.

［12］Romero OA，Setien F，John S，et al.The tumour suppressor and chromatin-remodelling factor BRG1 antagonizes Myc activity and promotes cell differentiation in human cancer［J］.EMBO Mol Med，2012，4(7):603-616.

［13］Welcker M，Clurman BE.FBW7 ubiquitin ligase:a tumor suppressor at the crossroads of cell division，growth and differentiation［J］.Nat Rev Cancer，2008 ，8(2):83-93.

［14］Rai K，Sarkar S，Broadbent TJ，et al.DNA demethylase activity maintains intestinal cells in an undifferentiated state following loss of APC［J］.Cell，2010，142(6):930-942.

［15］鐘來平，胡濟安，趙士芳，等.熒光實時定量RT-PCR在口腔鱗癌細胞角蛋白19表達研究中的應用［J］.中華口腔醫學雜志，2006，41(9):553-555.

［16］譚思創，程章波，馬宇超，等.非小細胞肺癌患者區域淋巴結LUNX基因表達及其臨床意義［J］.中南大學學報(醫學版)，2010，35(12):1236-1241.

［17］Kawasaki H，Taira K.Functional analysis of microRNAs during the retinoic acidinduced neuronal differentiation of human NT2 cells［J］.Nucleic Acids Research Supplement，2003，26(3):243-244.

［18］Foley NH，Bray I，Watters KM，et al.MicroRNAs 10a and 10b are potent inducers of neuroblastoma cell differentiation through targeting of nuclear receptor corepressor 2 ［J］.Cell Death Differ，2011，18(7):1089-1098.

［19］Aydogdu E，Katchy A，Tsouko E，et al.microRNA-regulated gene networks during mammary cell differentiation are associated with breast cancer［J］.Carcinogenesis，2012，33(8):1502-1511.

［20］Wang J，Sun Q，Morita Y，et al.A differentiation checkpoint limits hematopoietic stem cell self-renewal in response to DNA damage［J］.Cell，2012，148(5):1001-1014.

［21］Adler AS，McCleland ML，Truong T，et al.CDK8 Maintains Tumor Dedifferentiation and Embryonic Stem Cell Pluripotency［J］.Cancer Res，2012，72(8):2129-2139.

［22］Fotovati A，Abu-Ali S，Wang PS，et al.YB-1 bridges neural stem cells and brain tumor-lnitiating cells via Its roles in differentiation and cell growth［J］.Cancer Res，2011，71(16):1-10.

［23］Lu C，Ward PS，Kapoor GS，et al.IDH mutation impairs histone demethylation and results in a block to cell differentiation［J］.Nature，2012，483(7390):474-478.

［24］向姝霖，肖曉嵐，蘇琦，等.DADS體內誘導人胃癌細胞分化作用中組蛋白乙酰化的變化［J］.中國藥理學通報，2006，22(1):55-59.

［25］蘇琦，劉瑤，向姝霖，等.二烯丙基二硫誘導人胃癌MGC803細胞分化的差異蛋白質分析［J］.中國藥理學通報，2012，28(5):671-676.

［26］吳菲，陳飛虎，洪凡青，等.ATPR 對 ECA-109、PANC-1、HeLa細胞增殖及分化的影響［J］.中國癌癥雜志，2012，22(4):257-263.

［27］Mangiacasale R，Pittoggi C，Sciamanna I，et al.Exposure of normal and transformed cells to nevirapine，a reverse transcriptase inhibitor，reduces cell growth and promotes differentiation［J］.Oncogene，2003，22(18):2750-2761.

［28］Rampazzo E，Persano L，Pistollato F，et al.Wnt activation promotes neuronal differentiation of Glioblastoma［J］.Cell Death Dis，2013，21(4):e500.

［29］Reedijk M，Odorcic S，Zhang H，et al.Activation of Notch signaling in human colon adeno-carcinoma［J］.Int J Oncol，2008，33(6):1223-1229.

［30］Terés S，Lladó V，Higuera M，et al.2-Hydroxyoleate，a nontoxic membrane binding anticancer drug，induces glioma cell differentiation and autophagy［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2012，109(22):8489-8494.