生命科学论文——乳腺癌研究及治疗新靶点—乳腺癌干细

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1、乳腺癌研究及治疗新靶点乳腺癌干细胞的研究进展摘要 随着人们对乳腺癌发生、发展机制的深入研究,乳腺癌干细胞日益受到研究者们的重视,研究表明,乳腺癌干细胞是一群未分化、具有自我更新及多系分化潜能的细胞。这些细胞具有化疗、放疗及缺氧抵抗性,同时具有高致瘤性、高侵袭转移性和在乳腺癌的发生发展乃至转移复发中起着极其重要作用。深入研究乳腺癌干细胞相关信号转导通路和微环境的调控,为临床靶向治疗乳腺癌具有重要的指导意义。因此,本文对乳腺癌干细胞在乳腺癌研究及治疗中的最新进展作一综述。关键词 乳腺癌; 干细胞; 治疗; 靶点Abstract Since the study of the mechanism of

2、 breast cancer occurrence and development deepens, breast cancer stem cells are receiving more and more attention. Studies have shown that a group of breast cancer stem cells were undifferentiated, with self-renewal and multi-differentiation potential. These cells have a resistance tochemotherapy, r

3、adiotherapy, hypoxic, high tumorigenic, high invasion and metastasis. In breast cancers recurrence. development, and even metastasis, they play an extremely important role. In-depth study of breast cancer stem cell related signal transduction pathways and the regulation of micro environment are mean

4、ingful for clinical targeted treatment of breast cancer. Therefore, we summarized the latest development on breast cancer stem cells in the treatment of breast cancer.Key words breast cancer; stem cell; treatment; target乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤1 。约有 50的乳腺癌患者经手术治疗后可治愈,其他患者在治疗后 5 年内出现复发及转移而导致治疗失败,且复发及转移是导致患者死亡的

5、主要原因。随着人们对乳腺癌发生、发展机制的深入研究,乳腺癌干细胞日益受到重视。1乳腺癌干细胞基本特征肿瘤干细胞学说认为,肿瘤组织中的癌细胞的生物学特性不尽相同,即肿瘤组织内的细胞本身具有异性,其中一小群细胞数目极其稀少,分化缓慢,但其成瘤能力较强,多具有与干细胞相似的自我更新能力和一定的分化潜能,并表达某些正常干细胞相同的细胞标记。同样,乳腺癌中也存在着此类细胞,即所谓的乳腺癌干细胞(breast cancer stem cells,BCSCs) ,BCSCs 被认为是肿瘤发生、发展与维持的基础,与肿瘤的复发、转移和对治疗的耐受有关。目前研究认为只有少数 BCSCs 进入细胞周期,而多数BCS

6、Cs 处于静止状态,故 BCSCs 对常规的化疗药物并不敏感。现有的物理、化学药物治疗手段所针对的是大多数的肿瘤细胞,对肿瘤中少数的 BCSCs 无法达到最有效的杀灭效果,不能防止恶性肿瘤的复发及转移,而肿瘤的复发与转移是患者死亡的主要原因。2 乳腺癌干细胞标志物和高表达分子2.1 ESA+CD44+CD24-/low, CD44+CD24-/lowLin -B38.1+ESA乳腺癌中以 CD44+CD24-/low 为分子标志物的细胞为乳腺癌干细胞(breast cancerinitiating cells,BRCa IC) 。Clarke 等2首次从人类乳腺癌标本中分离出BRCa IC,并

7、把表达 CD44、B38.1 和 ESA 的乳腺癌细胞移植到 NOD/scid 小鼠体内并生成肿瘤。Al-Hajj 等3以 Lin-ESA+CD44+CD24-/low 为特异性乳腺癌干细胞,证明了表型为 Lin-ESA+CD44+CD24-/low 的细胞较表型为 Lin-ESA-CD44+CD24+的细胞在 NOD/scid 小鼠体内具有更强的成瘤能力。Ponti 等4把乳腺癌组织和乳腺癌的细胞系中分离出的 CD4+CD24-CD43-进行体外培养,结果显示细胞呈球状生长,并过表达血管生成因子、细胞保护因子及公认的干细胞标志物 Oct4。但 Abra-Abraham 等5用免疫双染法检测了

8、 136 例患者石蜡组织切片,发现 CD44+CD24-/low 的比例与临床结果无关,CD44+CD24-/low 比例高的乳腺癌更倾向于骨转移,提示对 BRCa IC 的标志尚需进一步细化及深入研究。2.2 Wnt、Notch 和 Hedgehog 等信号通路分子有证据表明与乳腺癌形成有关的信号通路,如 Notch、Shh 和 Wnt、Hedgehog 参与了调整乳腺癌干细胞自我更新的过程。乳腺干细胞高表达 Notch1、Notch4 及其靶基因 HESR-16 ,Notch 通路的活化导致了乳腺微球体的形成,却对分化细胞无作用7 。Wnt 是细胞间的信号分子,正常情况下,该分子调节一些器

9、官的发育,其异常调节时则导致肿瘤发生。研究表明,Wnt 信号通路的活化可引起乳腺癌干细胞的比例增加8-9 ,骨髓中 Wnt 表达可能同样影响 HSCs,使用高纯化的小鼠骨髓HSCs。在长期的 HSCs 培养中,激活 -catenin 的过表达(一种 Wnt 的下游激活物)能扩增可移植的 HSCs7-9 。Liu 等5研究发现,Hedgehog 在乳腺癌干细胞高表达,其通道活化后乳腺微球体数量及体积均增加,同样提示 Hedgehog 异常表达可导致乳腺癌的形成。2.3乙醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase,ALDH) ALDH1 是细胞内乙醛氧化脱氢酶,可在干细胞分化早期氧化视

10、黄醇而形成视黄酸,鼠和人类的造血及神经干细胞中 ALDH1 活性较高3 ,Hoechst 染色法和ALDH 活性已被用来纯化和鉴定鼠和人的造血干细胞8 。此外,循环祖细胞也可用 ALDH 活性来鉴定1 。另一研究显示 ALDH1 的表达可能提示乳腺上皮细胞具有干细胞特征。Ginestier 等6发现 ALDH1 活性增加的正常人和癌症患者的乳腺上皮细胞具有干/祖细胞特性。含有高水平的 ALDH1 的正常乳腺上皮细胞群能形成乳腺球,从中分离的细胞能自我更新。ALDH1 高活性的乳腺癌细胞可以重现亲代肿瘤的杂合性,表明 ALDH1 高活性的乳腺癌细胞也包含干细胞群。Ginestier 等7还认为

11、ALDH1 免疫组织化学检测可用来鉴别乳腺干细胞。ALDH1 阳性细胞定位于末端导管小叶单位。另一研究认为乳腺癌干细胞定位于乳腺导管3 。在乳腺癌临床检测中 ALDH1 的表达与预后有关。3 乳腺癌干细胞的分离鉴定3.1 乳腺癌干细胞的分离 乳腺癌干细胞的成功分离是为下一步进行乳腺癌干细胞特性研究的关键步骤。研究者采用各种不同途径来分离乳腺癌干细胞,每种方法各有其利弊。目前比较成熟的方法有 2 种:流式分选法(fluores-fluorescence-activated cell sorting,FACS)和磁式分选法(magnetic activated cell sorting,MACS)

12、 。3.1.1 FACS3.1.1.1 利用干细胞通用分子标记 ABCG2 进行分选 三磷酸腺苷结合转运体(ATP-bindingcassette super family G member 2,ABCG2) ,基因在多种来源的干细胞膜均有表达,而在大多数成熟细胞中不表达。在乳腺癌干细胞中同样高表达 ABCG2,其高表达细胞高效外排 DNA 荧光染料Hoechst33342,从而能用流式分选出侧群(side population,SP)干细胞。Patrawala等3利用此法成功分离出乳腺癌干细胞。3.1.1.2利用干细胞表面一些膜蛋白来分选 乳腺癌干细胞可利用 CD44 和 CD244分子来分

13、选,Li 等5采用悬浮培养结合化疗药物分类的方法分离能产生新肿瘤的单个乳腺癌干细胞,将 TMD40 小鼠乳腺癌细胞在无血清培养液中培养,通过流式细胞测试 CD44 和 CD24 的表达,用抗癌剂紫杉醇和多柔比星处理细胞,快速杀死处于分裂期的癌细胞,留下相对静止的乳腺癌干细胞。3.1.1.3利用乳腺癌干细胞中 ALDH 的含量较高的特性进行分选 ALDH 是存在于细胞液中的一种氧化还原酶,主要对细胞内的醛进行氧化,在乙醇和维生素 A 的氧化及环磷酰胺耐药中有重要作用最近有研究中发现,高 ALDH活性的正常乳腺上皮细胞具有干细胞的特性,可在 NOD/scid 小鼠体内形成乳球和导管小叶结构1 。在

14、人类乳腺癌的异种移植中,ALDH+的细胞也具有肿瘤干细胞的特征:约占细胞总数的 1%10%,致瘤性很强,200 个 ALDH+的细胞即可在NOD/scid 小鼠体内形成肿瘤,且新形成的转移瘤中具有与原发肿瘤相同的 ALDH 基因表达图谱,但 2103 个 ALDH-细胞也不能形成转移瘤。此外,利用肿瘤组织的微阵列分析也发现 ALDH+的乳腺癌临床预后差。目前临床上使用测定 ALDH 的活性为乳腺癌的早期发现提供有力支持。3.1.2 MACS 磁珠系统 MACS 利用未标记的 CD 分子的单克隆抗体作为一抗与单细胞悬液温育后,再与免疫磁珠标记的二抗结合,当这种特异性一抗、二抗标记的细胞悬液流过特

15、制的永久磁铁的磁场时,可吸附在磁式分选柱内,再将磁式分选柱移开磁场并从柱内洗脱,从而收集干细胞。3.2 乳腺癌干细胞的鉴定 当前,从形态学方面对乳腺癌干细胞进行鉴定较为困难,只能从功能学方面进行分析。 3.2.1 利用肿乳腺癌干细胞的生物学特性在体外培养进行初步的鉴定 即体外培养的乳腺癌干细胞是否呈悬浮球状生长,是否具有自我更新和增殖能力以及是否具多向分化潜能。目前有研究2表明:乳腺癌干细胞易呈悬浮球状生长并可连续传代,在传代的后期更易出现悬浮球状生长且增殖速加快;此外,通过有限稀释实验和亚克隆培养分析发现所有亲本肿瘤球制成的细胞悬液都再次形成肿瘤球,且与亲本肿瘤球完全相同,提示乳腺癌干细胞具

16、有自我更新和增殖能力;将乳腺癌干细胞转移至含血清的培养液中培养 7 d 左右,便不再或极少表达 Nestin和 CD133,而这 2 种标记物现在普遍被认为在干细胞或是祖细胞中表达,表明了干细胞具有多向分化的潜能。但这些方法只能初步鉴定乳腺癌干细胞。3.2.2 测定体外克隆形成能力鉴定乳腺癌干细胞 即将初步鉴定出的乳腺癌干细胞在 NOD/scid 小鼠体内重建模型,从而观察其致瘤性,此种方法被认为是目前进行肿瘤干细胞鉴定的最具说服力的方法。3.2.3鉴定乳腺癌干细胞的新方法应用 AL-ADEFLUOR 试剂检测美国密歇根大学综合癌症中心的研究人员最近又发现一种鉴定乳腺肿瘤干细胞新方法8 ,这项发现不仅为确定乳腺癌治疗最佳方案提供了一种简单诊断方法,还强有力地支持了癌症干细胞学说。研究人员利用名为 ALDEFLUOR 的试剂来检测细胞中的 ALDH 活性。表达高水平 ALDH 的细胞会发出荧光并且能够被检测到。随后,细胞被分选并与被

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