乳腺干細(xì)胞及其對(duì)乳腺再生和癌變作用研究

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2011211A069); 新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院院內(nèi)自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(2013ZRQN50)

作者簡介：郭晨明(1980-)，男，碩士，主治醫(yī)師，研究方向：乳腺癌早期診斷與治療。

通信作者：郭麗英，女，碩士，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，研究方向：乳腺疾病,E-mail ：ggs318@126.com。

·綜述·

乳腺干細(xì)胞及其對(duì)乳腺再生和癌變作用研究

郭晨明1, 畢曉娟2綜述郭麗英1審校

(新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院1消化血管中心乳腺外科,2臨床研究院干細(xì)胞研究中心， 烏魯木齊830054)

中圖分類號(hào)：R655.7

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2015.03.033

干細(xì)胞是一類存在于生物體中、用于維持組織與器官再生或損傷后修復(fù)的原始細(xì)胞[1]。雖然其分化增殖的速度較慢，但有能夠向多種組織分化的潛能[2]。目前在醫(yī)學(xué)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，干細(xì)胞都生占有一席之地，關(guān)于乳腺干細(xì)胞(MSCs)及乳腺癌干細(xì)胞的識(shí)別、干細(xì)胞在乳腺組織中的微環(huán)境調(diào)控以及在再生醫(yī)學(xué)中的作用，逐漸成為學(xué)者們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)[3-5]。本文就乳腺干細(xì)胞及其與乳腺再生乳腺癌關(guān)系的作用作一綜述。

1干細(xì)胞與乳腺

干細(xì)胞按其來源可分為胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell，ESC)與成體干細(xì)胞(adult stem cell，ASC)，在胚胎時(shí)期及胎兒時(shí)期組織中起源的被稱為胚胎干細(xì)胞，在出生后的個(gè)體組織中提取的為成體干細(xì)胞。目前由于存在倫理的問題，ESC的應(yīng)用比較受限，并且技術(shù)相對(duì)而言不太成熟，而ASC則有著來源豐富、易于擴(kuò)增、安全性高、不涉及倫理問題等優(yōu)勢，在臨床上廣泛應(yīng)用[6]。

哺乳動(dòng)物的乳腺是一種由乳腺導(dǎo)管及乳腺小葉構(gòu)成的具有乳汁分泌功能的復(fù)管泡狀腺；在哺乳動(dòng)物出生后，乳腺可以多次重復(fù)再生，并且是體內(nèi)唯一具有此項(xiàng)能力的器官。乳腺的發(fā)育可分為3個(gè)部分：胚胎期、青春期及妊娠期。在胚胎期發(fā)育中，已形成初級(jí)的乳腺導(dǎo)管，也稱為原基上皮芽[7]。其后乳腺一直停止生長，從青春期開始，原基上皮芽逐漸發(fā)育延生，最終形成上皮增生活躍的球形杵狀結(jié)構(gòu)，成為終末芽胚(terminal end buds，TEBs)。TEBs由多層體細(xì)胞(body cell)構(gòu)成內(nèi)部，單層的帽細(xì)胞(cap cell)構(gòu)成其外部，帽細(xì)胞的細(xì)胞分裂及分化能力很強(qiáng)[8]。細(xì)胞繼續(xù)增殖分化，到青春期末期時(shí)，發(fā)育為終末導(dǎo)管小葉單位(TDLU) ，形成一個(gè)完整的導(dǎo)管系統(tǒng)。人的乳腺上皮在纖維脂肪結(jié)締組織之中，而在小鼠體內(nèi)，乳腺上皮是單純存在脂肪中。在人和小鼠乳腺中，包含2種不同類型的細(xì)胞系，分別為肌上皮細(xì)胞與管腔細(xì)胞，但相似之處在于這2種細(xì)胞系，都將分化形成導(dǎo)管細(xì)胞及泌乳細(xì)胞。方形或柱狀腔上皮細(xì)胞，排列在導(dǎo)管或小葉腔，在哺乳期是與乳汁的分泌有關(guān)的[9]。

自20世紀(jì)50年代起，已先后有科學(xué)家們通過分離小鼠乳腺上皮、細(xì)胞克隆、細(xì)胞移植等實(shí)驗(yàn)對(duì)乳腺的再生進(jìn)行研究。研究者驚奇地發(fā)現(xiàn)，在小鼠乳腺發(fā)育的階段內(nèi)任意時(shí)段，取一定的組織進(jìn)行培養(yǎng)移植，都能生成擁有完全再生能力的細(xì)胞，這是MSCs第一次進(jìn)入研究者的視線。其后許多研究證明，從小鼠體內(nèi)分離出的MSCs，在進(jìn)行克隆并移植后，能夠再生出完整的小鼠乳腺腺體。而其中克隆化MSCs占乳腺上皮細(xì)胞的千分之一[10-13]。Van Keymeulen等[14]進(jìn)行的小鼠實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，其可增殖分化并生成不同的乳腺細(xì)胞系；研究發(fā)現(xiàn)在上皮內(nèi)的2種細(xì)胞系中有1種單能干細(xì)胞，并能長期存活，這些細(xì)胞有強(qiáng)大的擴(kuò)增能力。這一研究不僅在再生領(lǐng)域有很大的意義，而且還可以大膽猜測乳腺癌的不同亞型是否為干細(xì)胞所致。

2乳腺干細(xì)胞(MSCs)的識(shí)別與分離培養(yǎng)

正常的乳腺干細(xì)胞(MSCs)可處于未分裂靜息狀態(tài)，目前研究用于識(shí)別乳腺干細(xì)胞(MSCs)的方法主要有表型標(biāo)記、DNA標(biāo)記、超微分析、乙酰脫氫酶(ALDH) 等等。

2.1表型標(biāo)記表型標(biāo)記即為細(xì)胞表面標(biāo)記早期常用的標(biāo)記物多為Hoe-chest染色、SCA1、BrdU標(biāo)志與雌激素受體等[15]。但這些因子在識(shí)別的特異性與靈敏性上，都或多或少存在一定的問題。近年來的研究發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)更有效的細(xì)胞表面標(biāo)記物，促進(jìn)對(duì)乳腺干細(xì)胞的研究。

2.1.1CD49f、CD29與CD24CD24是可表達(dá)乳腺干細(xì)胞并用作于標(biāo)記物的干細(xì)胞。從小鼠乳腺的組織中分離出的Lin+-CD24++CD29high細(xì)胞群，具有雙向分化的能力。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其能產(chǎn)生上皮細(xì)胞，內(nèi)含有乳腺干細(xì)胞(MSCs)[16]。而在分離培養(yǎng)時(shí)剔除其余組織細(xì)胞的標(biāo)志物后，單個(gè)Lin+-CD24++CD29high細(xì)胞同樣分化成乳腺組織，也證實(shí)了乳腺干細(xì)胞存在于這種細(xì)胞亞群中的觀點(diǎn)。

2.1.2Prominin-1此為是一種跨膜蛋白，在各種組織如血液、神經(jīng)上皮細(xì)胞、人和小鼠胚胎和許多癌癥中，被常規(guī)作為標(biāo)記物用以分離干細(xì)胞。

2.1.3Musashi-1Musashi-1是Musashi家族中的一員，在乳腺干細(xì)胞(MSCs)中有強(qiáng)表達(dá)[17]。此外，Kagara等[18]研究也證實(shí)了在Musashi-1基因的誘導(dǎo)下，腫瘤轉(zhuǎn)移性及耐藥性提高，嚴(yán)重影響預(yù)后，因此還可能是一個(gè)腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志物。

2.2DNA標(biāo)記許多研究發(fā)現(xiàn)，將標(biāo)記的DNA合成物前體注入小鼠體內(nèi)后，其DNA能夠長時(shí)間保持能被追蹤識(shí)別的狀態(tài)。間斷注射還能夠辨別初代的干細(xì)胞與后代細(xì)胞。

2.3電鏡下超微分析早在1997年，科學(xué)家通過電鏡觀察嚙齒類乳腺上皮的超微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)有5種不同類型的細(xì)胞，而其中的小亮細(xì)胞則被被認(rèn)為是干細(xì)胞和I級(jí)祖細(xì)胞[19]。

在2002年，研究人員首次使用蛋白Sca-l標(biāo)記乳腺干細(xì)胞(MSCs)，分選出小鼠乳腺干細(xì)胞，并且研究了其特性與分化潛能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在青春期的小鼠乳腺的末端芽部位大量地表達(dá)Sca-1，Sca-1陽性細(xì)胞富含乳腺重建單位(mammary repopulating units, MRU)；將其按照一定比例稀釋后注射到清除了腺上皮的小鼠乳脂墊中可再生乳腺[20]。目前分離技術(shù)主要是免疫磁珠分選法(MACS)及流式細(xì)胞儀分選法(FACS)。乳腺干細(xì)胞(MSCs)的培養(yǎng)大多是通過黏附性表面的細(xì)胞貼壁進(jìn)行的單層細(xì)胞培養(yǎng)，而Dontu等[19]將整形手術(shù)中切除的乳腺組織分離出上皮細(xì)胞，使用無血清培養(yǎng)基懸浮培養(yǎng)，即可繁殖形成多細(xì)胞球，即乳腺球。通過培養(yǎng)乳腺球，成功實(shí)現(xiàn)了體外研究乳腺干細(xì)胞。在有生長因子存在的非黏附性表面培養(yǎng)時(shí)，人類乳腺上皮細(xì)胞形成了球形群體，并證明了具有干細(xì)胞功能特性的細(xì)胞更易形成這種球形群體。乳腺球與神經(jīng)球在結(jié)構(gòu)上有一定的相似性，其具有自我更新能力。乳腺球的啟始細(xì)胞可能為乳腺干細(xì)胞，在這個(gè)培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，成功建立了一種適合檢驗(yàn)的細(xì)胞的自我更新和分化的體外含量測定方法，其分離出的細(xì)胞，在多次傳代之后，仍能夠保持未分化的狀態(tài)。因此，為乳腺的研究新領(lǐng)域。

3乳腺干細(xì)胞(MSCs)與乳腺再生

理論上來說，每個(gè)乳腺干細(xì)胞(MSCs)均可發(fā)育為一個(gè)完整的乳腺組織。哺乳動(dòng)物的乳腺在妊娠期前后可發(fā)生反復(fù)再生與退化，是哺乳動(dòng)物出生后，唯一一個(gè)可重復(fù)再生的器官。因而如何提取并應(yīng)用乳腺干細(xì)胞(MSCs)，達(dá)到人體乳腺的修復(fù)、重建與再生，是目前乳腺干細(xì)胞(MSCs)的研究關(guān)注焦點(diǎn)。再生醫(yī)學(xué)的核心問題在于如何獲得“多能干細(xì)胞”。2012年的諾貝爾獎(jiǎng)得主約翰·戈登與山中伸彌的研究方向就是動(dòng)物克隆與干細(xì)胞生成，并發(fā)表了關(guān)于誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的論文[21]。

乳腺的再生需要適宜的微環(huán)境，即乳腺干細(xì)胞龕[22]。微環(huán)境在不同的組織中有不同的條件，乳腺的微環(huán)境在不同時(shí)期中，既能支持乳腺干細(xì)胞(MSCs)的自我更新分裂，也能促進(jìn)乳腺小葉、導(dǎo)管的形成，同時(shí)也能夠阻止乳腺干細(xì)胞的分化。有研究表明，干細(xì)胞微環(huán)境由3個(gè)方面組成，分別為干細(xì)胞、信號(hào)細(xì)胞及特異性細(xì)胞外基質(zhì)。將源自乳腺的散在上皮細(xì)胞移植時(shí)，乳腺可以再生，這也能夠證實(shí)完整的微環(huán)境也能促進(jìn)乳腺的再生[23]。微環(huán)境對(duì)于乳腺干細(xì)胞(MSCs)的調(diào)控有4條途徑：(1)壁龕內(nèi)存在很多分泌因子，這些因子圍繞在干細(xì)胞周圍，參與了微環(huán)境的形成，分泌因子的穩(wěn)定也有助于維持干細(xì)胞的穩(wěn)定；(2)除分泌因子外，還需要完整的膜蛋白介導(dǎo)下的細(xì)胞與細(xì)胞之間信號(hào)的傳遞；(3)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白與整合素；(4)各種信號(hào)通路，如Wnt信號(hào)、Hedgehog信號(hào)等，均可在不同步驟影響干細(xì)胞的發(fā)育與分化。

4乳腺干細(xì)胞與乳腺癌變

自20世紀(jì)中期起，多發(fā)性骨髓瘤及白血病的相關(guān)研究第一次證實(shí)了癌干細(xì)胞的存在,其后發(fā)現(xiàn)的各種實(shí)體瘤中就包括乳腺癌的癌干/祖細(xì)胞。目前認(rèn)為其來源可能有2個(gè)：正常干細(xì)胞發(fā)生癌性轉(zhuǎn)化和分化后的細(xì)胞獲得自我更新。細(xì)胞發(fā)生惡變是由于遺傳轉(zhuǎn)化及克隆與選擇所致,是累計(jì)的過程，并非是單獨(dú)某次改變能夠產(chǎn)生的結(jié)果。因此，持續(xù)分裂的細(xì)胞才能最終產(chǎn)生惡性轉(zhuǎn)化克隆[22-24]。

目前對(duì)于乳腺癌干細(xì)胞的應(yīng)用主要集中在治療:(1)誘導(dǎo)乳腺癌干細(xì)胞的分化。由于乳腺癌干細(xì)胞對(duì)很多化療藥物耐受，故誘導(dǎo)分化后可以使化療敏感性提高[25]；(2)消除乳腺癌干細(xì)胞。通過實(shí)驗(yàn)尋找相應(yīng)的干細(xì)胞靶點(diǎn)，用于針對(duì)靶向治療[25]。(3)免疫介導(dǎo)殺傷乳腺癌干細(xì)胞。 Mine等[26]發(fā)現(xiàn)通過免疫系統(tǒng)，可以有效地識(shí)別并消除腫瘤，對(duì)處于靜止期的乳腺癌干細(xì)胞可能有效。

5現(xiàn)狀與展望

目前，對(duì)于乳腺干細(xì)胞(MSCs)的研究已取得了一定的成果。但特異性的乳腺干細(xì)胞(MSCs)標(biāo)記物仍需不斷地研究，且在再生領(lǐng)域也鮮有再生正常乳腺的病例。對(duì)乳腺干細(xì)胞(MSCs)標(biāo)記物及對(duì)乳腺再生的研究，將有助于認(rèn)識(shí)正常乳腺的發(fā)育，與研究乳腺干細(xì)胞(MSCs)在乳腺癌發(fā)生中能夠產(chǎn)生何種作用，可進(jìn)一步研究乳腺干細(xì)胞(MSCs)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)控機(jī)制，從基因、分子水平理解乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)，并為乳腺癌的靶向治療及術(shù)后整形帶來了新的思路。應(yīng)用乳腺成體干細(xì)胞長出的乳腺組織可用于乳房切除術(shù)后的乳房1、2期再造手術(shù)或隆胸手術(shù)，對(duì)乳腺癌患者或者其他相關(guān)疾病的患者，都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

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[收稿日期:2014-09-13]

(本文編輯楊晨晨)