CSCs标志物在结直肠癌发生、发展中的研究

The Study on Cancer Stem Cell Markers in the Occurrence and Development of Colorectal Cancer

摘要: CRC是全球最常见的癌症之一，目前CRC患者预后较差，其死亡与肿瘤侵袭和远处转移有着密切关系，寻找CRC治疗的新思路是亟待解决的问题。CSCs是恶性肿瘤中自我更新、具有多向分化潜能的细胞群，与恶性肿瘤的复发、转移、耐药等生物学行为密切相关；CSCs标志物的发现对结直肠癌的早发现、早诊治及预后评估具有重要意义。本文基于近年来国内外相关文献，就CSCs标志物在结直肠癌发生、发展过程中的研究进展作一综述，旨在为结直肠癌的靶向治疗提供参考。

Abstract: Colorectal cancer is one of the most common cancers in the world. At present, the prognosis of colorectal cancer patients is poor. Its death is closely related to tumor invasion and distant metastasis. It is an urgent problem to find new ideas for the treatment of colorectal cancer. Cancer stem cells are self-renewal cells with multidirectional differentiation potential in malignant tumors, which are closely related to the biological behaviors of malignant tumors, such as recurrence, metastasis and drug resistance; The discovery of tumor stem cell markers is of great significance for the early detection, early diagnosis, treatment and prognosis of colorectal cancer. Based on the relevant literature at home and abroad in recent years, this paper reviews the research progress of tumor stem cell markers in the occurrence and development of colorectal cancer, in order to provide reference for the targeted treatment of colorectal cancer.

1. 引言

结直肠癌(Colorectal cancer, CRC)是结肠癌和直肠癌的简称，是常见的消化系统恶性肿瘤。结直肠癌的发生与癌基因过度激活、抑癌基因失活、凋亡与抗凋亡基因的表达失衡等多种因素有关，是一个慢性演变过程。据2020年世界癌症统计指出，在全球癌症新发病例为1930万，其中死亡病例近1000万；在36种常见癌症中，CRC新发病例超过190万，死亡人数93.5万，约占癌症病例和死亡人数的十分之一，其发病率排名第三位，死亡率排名第二位 [1]。在过去三十多年里，尽管CRC的死亡率呈下降趋势，但其发病率呈上升趋势，并且在青壮年中，CRC发病率增加的最明显。结直肠癌患病年龄趋于年轻化，且预后较差，其死亡原因与肿瘤侵袭、复发及远处转移等密切相关，寻找结直肠癌治疗的新思路是亟待解决的问题。肿瘤干细胞(Cancer stem cell, CSCs)是近些年的研究热点，有研究发现肿瘤干细胞或癌干细胞是恶性肿瘤中具有自我更新和多向分化潜能的细胞群，与恶性肿瘤的生物学行为密切相关，如肿瘤复发、转移及耐药等。越来越多的研究表明肿瘤干细胞标志物的发现对结直肠癌的早发现、早诊治及预后评估具有重要意义。本文基于近年来国内外相关文献，就CSCs标志物在结直肠癌发生、发展过程中的研究进展作一综述，旨在为结直肠癌的靶向治疗提供参考依据。

2. CSCs的定义及特征

肿瘤干细胞的概念最早在血液系统恶性肿瘤中被提出，它是肿瘤组织内一小部分具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。肿瘤干细胞数目极其稀少，但却具有极强的致瘤能力，具有独特的分子表达、表面标志物、干性相关信号通路和代谢模式等特征，是肿瘤发生及发展的基础。肿瘤干细胞因其高致瘤、高转移、高治疗抵抗性，致使传统的放疗和化疗并不能将其彻底清除，是肿瘤复发、转移和耐药等生物学行为的重要因素 [2] [3]。越来越多的研究表明，CSCs使正常干细胞自我更新的信号传导通路发生异常传导，使细胞发生恶性增殖，从而形成肿瘤。此外，研究 [4] 表明肿瘤干细胞中DNA错配修复功能的缺失，导致突变基因的积累和微卫星不稳定，使结直肠上皮细胞增殖和凋亡失衡，从而导致肿瘤的发生。CSCs的发现使得人们对肿瘤生物学行为、发生发展机制及预后的认识有了进一步提高，深入研究肿瘤干细胞标志物有助于为肿瘤的治疗提供更有效的方案，提高治疗效率。

3. CRC中CSCs标志物

3.1. Lgr5

富含亮氨酸重复单位的G蛋白耦联受体5 (leucine rich repeat containing G protein coupled receptor 5, Lgr5)又被称为GPR49、GPR67、HG38，是G蛋白耦联受体家族成员之一，是由17个富含亮氨酸重复序列和7次α螺旋跨膜区组成的大分子糖蛋白。研究表明，Lgr5可在人体很多正常组织中表达，如生殖道、乳腺、脑组织等，但其在CRC中显著高表达。Lgr5是结肠肿瘤干细胞表面标志物，其参与肿瘤的形成、转移、复发和治疗抵抗 [5] [6]。Wnt/β-catenin信号通路与肿瘤的发生和发展密切相关。Lgr5是最新发现的Wnt信号传导的靶基因，其过度表达可增强Wnt/β-catenin信号转导，从而促进CRC的发生 [7]。肠道胆汁酸(BAs)水平升高是CRC的一个危险因素，最近研究发现，高脂肪饮食和Wnt信号传导失调改变了BA谱，拮抗肠道胆汁酸受体FXR，驱动Lgr5⁺表达，促进腺瘤向腺癌的恶性转化 [8]。Gzil等 [9] 通过研究发现Lgr5与血管浸润、淋巴结转移和低生存率密切相关，其在CRC组织中高表达与肿瘤侵袭性有关，这表明Lgr5可能是CRC预后的一个不利因素，我们可以通过Lgr5在CRC中的高水平，为生存期较短的患者的精确治疗进行指导。Xu等 [10] 通过Western blot检测98例结直肠癌患者的肿瘤及癌旁组织和50例健康受试者的肠粘膜组织中Lgr5的表达水平，得出结果Lgr5在结直肠癌诊断中的敏感性为90.00%，特异性为79.59%，这表明Lgr5在结直肠癌的诊断中具有较好的应用价值。此外，在早期结直肠癌中即可检测出Lgr5过度表达，这使得Lgr5在结直肠癌的早期诊断中发挥作用成为可能。以上研究表明，Lgr5的高表达促进了CRC的发生发展，可以推测Lgr5可能是CRC治疗的新靶点，以及预测CRC治疗预后的指标。也有研究 [11] 表明Lgr5过度表达通过降低DLD1细胞(人结直肠腺癌细胞)中ERK (细胞外信号调节激酶)磷酸化以及降低集落形成和迁移能力来抑制肿瘤生长，这提示Lgr5在CRC的发展中有潜在的抑癌功能。因此目前Lgr5在CRC中的作用存在争议，但可以肯定的是，在肿瘤恶性转化过程中，Lgr5的表达在介导肿瘤存活和(或)增殖中起着关键作用。

3.2. Sox2

Sox (sry-related high mobility group box containing)基因家族最早在Y染色体缺失的小鼠中发现，是一类与发育相关的基因，主要参与早期胚胎发育、神经发育和晶状体发育等。Sox2是Sox基因家族的一员，参与调控多个器官的形成及保持各种干细胞的特性。越来越多的研究表明，Sox2是潜在的结直肠癌肿瘤干细胞标志物，Sox2的表达和肿瘤侵袭、转移具有密切联系。Sox2异常表达于多种肿瘤组织中，如肺癌、胃癌、食管癌和乳腺癌等，提示Sox2对肿瘤的发生发展有重要意义。相关研究报道，Sox2可通过不同的信号传导通路来参与结直肠癌的进展过程。首先，Sox2可激活Wnt/β-catenin信号传导通路的下游分子或调控因子促进上皮–间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)，从而促进癌细胞转移。Zheng等 [12] 认为Sox2表达升高，激活Rho-ROCK信号通路，改变细胞形态，促进细胞迁移和进展，即促进结直肠癌的进展。此外Zhu等 [13] 报道了一种新的机制，即Sox2-β-catenin/Beclin1/自噬信号轴可调节CRC中的化学耐药性、CSCs特性和EMT，为CRC的发生、发展提供新的见解。Sox2在肿瘤组织中高表达使细胞生长加快、细胞凋亡减少，肿瘤细胞的侵袭和迁移能力提高，从而促进远处转移。郑媛媛等 [14] 探讨了Sox2在CRC组织中的表达及其与临床病理特征的关系，得出结论Sox2在CRC组织中表达阳性率较癌旁组织和大肠腺瘤组织中高，并认为Sox2高表达与CRC的分化程度、肿瘤发病部位、性别等无关，而与淋巴结转移及临床分期有明显相关性，即Sox2在CRC淋巴结转移组织及临床晚期患者中表达增高，这与多数研究结果一致。这提示Sox2可以应用于临床作为预测CRC患者有无转移的标志物，也预示着Sox2阳性表达可能是CRC患者预后不良的标志。

3.3. EpCAM

上皮细胞黏附分子(epithelial cell adhesion molecule, EpCAM)又称为白细胞分化抗原326、膜糖基化蛋白、上皮特异抗原(epithelial surface antigen, ESA)。EpCAM具有多种生物学功能，可通过调节细胞增殖、分化及免疫逃逸等促进肿瘤的发生和发展。相关研究表明，EpCAM具有自我更新、遗传稳定性及强致瘤性，可作为干细胞筛选的细胞表面分子标志物，其参与调控Wnt/β-catenin信号通路，进而促进肿瘤的发生发展 [15]。王利康等 [16] 通过对5396例结直肠癌患者进行meta分析，推测EpCAM可能参与调节生物过程，其表达水平与肿瘤的恶性程度呈正相关，高表达可能预示CRC预后较差。另外有文献报道，EpCAM的单克隆抗体在临床肿瘤治疗中取得一定的疗效，抗EpCAM毒素结合抗体也已在不同的临床试验中获得良好结果，这说明EpCAM有可能成为治疗肿瘤的潜在而有力的靶点 [17] [18] [19]。目前EpCAM在CRC的形成及发展中的机制和作用有待进一步研究，但是越来越多的证据表明EpCAM与CRC具有相关性，可作为肿瘤干细胞标志物用于结直肠癌的早期诊断及治疗。因此，EpCAM有可能成为早期预测CRC的指标，并有助于评估预后及提供新的CRC治疗方向。

3.4. Bmi1

B细胞特异性莫洛尼鼠白血病病毒整合位点1 (B cell-specific moloney murine leukemia virus integration site 1, Bmi1)是第一个被发现的多梳基因家族(polycomb group gene, PcG)成员，它是一种转录抑制因子，也是一种促癌基因。近年来，Bmi1被发现在多种恶性肿瘤中过表达，如非小细胞肺癌、食管鳞状细胞癌、结直肠癌等。Bmi1能够参与干细胞的维持和自噬过程，激活Wnt信号通路，调控PI3K/AKT信号通路和Notch信号通路，从而导致恶性肿瘤的发生。Yu等 [20] 通过免疫组织化学染色法检测Bmi1在结肠癌组织及癌旁正常组织中的表达情况，发现Bmi1在结肠癌组织中高表达于癌旁正常组织，并且与肿瘤分期及远处转移密切相关，这提示Bmi1表达越高，肿瘤发生远处转移的可能越大，肿瘤的分期越晚，患者的预后就越差。此外，有研究显示，下调结肠癌细胞系HCT116中Bmi1基因的表达后，肿瘤干细胞的侵袭和迁移能力均明显降低 [21]。卢敏等 [22] 研究发现，Bmi1的表达水平与CRC患者生存预后之间存在相关性，高表达的患者总体病死率较高，预后较差；并发现敲除Bmi1基因后，促使细胞周期中G1期的停滞和S期的缩短，因此认为敲除Bmi1可通过抑制肿瘤细胞的细胞周期从而抑制肿瘤细胞增殖。以上结论可表明Bmi1可作为判断CRC恶性程度、预测生存期和预后的重要指标，是潜在的CRC肿瘤干细胞治疗靶点。目前对于Bmi1研究较少，Bmi1促进CRC发生的机制及其功能和作用尚不明确。

4. CSCs标志物在CRC治疗中的意义

目前CRC以手术治疗为主，放疗和化疗为辅。由于CSCs对常规放化疗具有内在抗性，推动肿瘤进展和转移，进而导致肿瘤治疗后复发，因此传统的治疗方法不足以根除CRC，结直肠癌患者的预后仍然较差，患者生存质量降低及死亡率升高 [23]。CSCs标志物的靶向治疗具有潜在的清除肿瘤干细胞的作用，精准的靶向杀伤肿瘤干细胞且对正常细胞不会造成伤害，将有利于CRC的治疗。目前，靶向Lgr5治疗CRC的研究主要以抗体偶联药物(antibody-drug conjugates, ADCs)为主，ADCs药物通常由肿瘤细胞上特异性表达抗原的单克隆抗体、偶联链和细胞毒性小分子药物组成，它能准确的识别肿瘤细胞靶点，提高局部药效，并减少毒副作用 [24]。Azhdarinia等 [25] 对靶向Lgr5的两种单克隆抗体89Zr-DFO-8F2和89Zr-DFO-9G5的结合、特异性和内化进行比较，发现前者的肿瘤摄取明显高于后者，这说明通过8F2靶向Lgr5设计ADCs药物，治疗Lgr5高表达的CRC更高效。员亚晶等 [26] 首次报告了Sox2与结直肠癌细胞的耐药性相关，沉默Sox2后能够逆转结直肠癌细胞SW620对化疗药物5-FU的耐受性。也有文献报道EpCAM的单克隆抗体在临床肿瘤治疗中取得一定的疗效，抗EpCAM毒素结合抗体也已在不同的临床试验中获得良好结果。以上研究为临床上研制抗肿瘤药物和制定治疗方案提供了新思路，监测靶向CSCs标志物治疗结直肠癌患者的治疗效果，可以进一步提高靶向治疗的精准性。肿瘤干细胞学说对于理解肿瘤发生发展的生物学行为以及发展新的肿瘤预防策略和治疗方案具有重要意义，因此，确定结直肠癌CSCs标志物的存在对于CRC的治疗至关重要，免疫靶向肿瘤干细胞代表着克服肿瘤治疗耐药性的新方向。

5. 小结与展望

恶性肿瘤细胞的发生主要表现在细胞凋亡受阻和细胞增殖过快，传统的治疗方式不足以遏制肿瘤细胞的发生，以手术及放化疗治疗CRC后，CSCs是肿瘤复发及转移的根源，根除肿瘤可能需要靶向和消除肿瘤干细胞。由于CSCs推动肿瘤进展和转移，癌症治疗的长期效益可能取决于其有效靶向CSCs的能力 [27]。肿瘤细胞具有高度异质性，并且CSCs表面标志物的特异性较差，目前尚不能准确识别结直肠癌肿瘤干细胞标志物。结直肠癌的发病机制目前尚不明确，临床上CRC患者在发现时已呈中晚期，为治疗带来了极大的挑战，使得患者预后较差，生存率明显降低，因此，深入了解结直肠癌CSCs标志物对CSCs生物学行为的影响及探索新的肿瘤干细胞标志物有助于确定CRC潜在的治疗靶点，并为CRC的诊断、治疗及预后评估提供更多分子生物学的理论基础。

NOTES

^*通讯作者。