乳腺癌干细胞与基因分型

1、综述=文章编号>1007-9424(201003-0302-04乳腺癌干细胞与基因分型韩明利*,吴诚义*=摘要>目的总结乳腺癌干细胞与基因分型的研究进展,并分析二者之间的相关性。方法分析近年来有关乳腺癌干细胞与基因分型研究的文献报道。结果乳腺癌干细胞与基因分型的相关性研究支持了乳腺癌的肿瘤干细胞起源学说,解释了乳腺癌基因分型的复杂性及其异质性。结论乳腺癌干细胞和基因分型的相关性研究能为从细胞分子水平研究乳腺癌的形成机理和生物学特性找到新的途径,有望为乳腺癌的诊断和治疗提供新的策略与手段。=关键词>乳腺癌;异质性;基因分型;肿瘤干细胞=中图分类号>R737.9=文献标识码

2、>ABr east Cancer Stem Cells a nd Genotyping H AN M i ng2li*,WU C heng2y i*.*Depa rtment of E ndocr ine Sur ger y, The F irst Af f ilia ted H ospita l of Chongqing Medica l Univer sity,Chong qing400016,ChinaCor r esponding Author:WU C heng2yi,E2ma il:kitty246437=Abstract>Objectiv e To summar iz

3、e t he advancement of br east cancer stem cells and genotyping and analyze the correlation between the two.Methods R elevant liter at ur es about br east cancer stem cells and genot yping, which wer e published recently were collected and r eviewed.Results Cancer stem cell origin t heory was support

4、ed by researches of corr elation between br east cancer stem cells and genotyping,which also explained the complexity of intrinsic subtypes and heterogeneity of breast cancer.Conclusions A new way can be detected to study the forma2 tion mechanism and biological character istics of breast cancer at

5、the cellular and molecular level by r esear ches of cor2 r elation between br east cancer stem cells and genotyping,which are expected to provide new str ategies and tools for diagnosis and tr eatment of br east cancer.=Key wor ds>Breast cancer;H eterogeneity;Genotyping;Cancer stem cell乳腺癌是一类高度异质

6、性的肿瘤,除了在病理组织形态、分化级别以及激素受体表达方面可分为不同亚型之外,根据基因表达差异也可分为不同基因亚型;此外,肿瘤干细胞理论认为,单个肿瘤内也存在不同特性细胞的亚群,这就使得乳腺癌的个体化治疗更加复杂化1,2。现就乳腺癌干细胞与基因分型的研究进展作一综述。1乳腺癌干细胞1.1乳腺癌干细胞理论的形成与内涵目前,众多研究支持了实体肿瘤的肿瘤干细胞学说:一小部分具有自我更新能力、能产生多种祖细胞的干细胞最终分化为肿瘤内所有的细胞类型3。2003年Al2H ajj等4最先在乳腺癌中证实了乳腺癌干细胞的存在,并且表明乳腺癌干细胞具有自我更新、无限增殖和多向分化的特性;他们在8例癌性胸水和1例

7、原发病灶中分离出了Lin-ESA+ CD44+CD24-/low表型乳腺癌细胞,此表型细胞只需200个=作者单位>*重庆医科大学附属第一医院内分泌外科(重庆400016=通讯作者>吴诚义,E2mail:kitty246437=作者简介>韩明利(1981年-,男,河南省商丘市人,硕士,主要从事乳腺癌基础及临床方面的研究,E2mail:hanmingli00111230 。就可以在非肥胖型糖尿病/重症联合免疫缺陷(NOD/SCID鼠体内经56个月形成直径约1cm大小的肿瘤,而10000个其他表型的细胞也不能或极少产生肿瘤;其产生的子代肿瘤具有与原发肿瘤相似的病理组织学特征,并有1

8、%5%的子代肿瘤细胞表达Lin-ESA+CD44+CD24-/low且具有同样的致瘤能力;此表型细胞只占乳腺癌细胞的2%,但却是乳腺癌的起始细胞。这说明Lin-ESA+CD44+CD24-/low表型细胞亚群在乳腺癌中起着干细胞的作用,从而证实乳腺癌中存在乳腺癌干细胞。迄今,具有CD44+/CD24-表型的乳腺癌细胞已经被公认为乳腺癌干细胞427。2007年Ginestier等8发现ALDH1+表型细胞也具有乳腺癌干细胞的特征:在577例乳腺癌组织标本中,19%30%的肿瘤组织表达ALDH1;用ALDH1+表型细胞进行成瘤实验,只用500个ALDH1+表型细胞就能形成肿瘤,而即使用了50000

9、个ALDH1-表型细胞也不会形成肿瘤;并发现ALDH1+ CD44+CD24-Lin-表型细胞具有最高的致瘤能力。说明ALDH1+表型细胞具有很高的致瘤能力,也被认为是乳腺癌干细胞。P atrawala等9在ER+乳腺癌的MCF27细胞系中分离出的侧群细胞较非侧群细胞具有更强的致瘤能力,且侧群细胞亚群可传代并能生成非侧群细胞,显示其具有自我更新和多向分化的能力,提示侧群细胞也具有乳腺癌干细胞特性,但其与乳腺癌干细胞的具体关系尚不明确。1.2乳腺癌干细胞的临床意义1.2.1乳腺癌干细胞与临床治疗耐受乳腺癌干细胞属于慢分裂细胞,对化疗和放疗具有天然耐受性。Liu等10分析了Lin-ESA+CD44

10、+CD24-/low表型的乳腺癌干细胞亚群与正常乳腺上皮细胞的基因谱差异,发现了与乳腺癌生长、发育、分化、代谢、凋亡等相关的186个基因,称之为/侵袭性基因信号(invasiveness gene signatur e,IGS0;他们将284例已给予化疗的患者分为IGS阴性组(60例和IGS阳性组(224例,前者13%发生了转移,10年无转移率为81%;后者41%发生了转移,10年无转移率为57%;将185例未给予化疗的患者同样分为IGS阴性组(42例和IGS阳性组(143例,前者10年复发率为12%,后者10年复发率为43%。此结果表明,与乳腺癌干细胞有关的IGS状态对于判定乳腺癌患者能否从

11、化疗中受益具有指导意义。Phillips 等11发现,MCF27细胞系在干细胞条件下形成的乳腺微球体(MCF27S与MCF27相比,经过放射性照射后前者形成的克隆更容易存活,C H2AX、反应性氧族(ROS的表达水平也提示前者更不容易发生DNA损伤,提示乳腺癌干细胞对放疗也具有耐受性。1.2.2乳腺癌干细胞与肿瘤侵袭、转移和预后乳腺癌干细胞高度耐药、高侵袭性,是复发、转移的重要因素。Sheri2 dan等6发现,CD44+CD24-/low表型乳腺癌干细胞比例高的细胞株促侵袭相关基因表达水平更高,体外侵袭试验也提示其侵袭能力更强。Liu等10发现,IGS与乳腺癌患者的无转移生存率和总体生存率有

12、关(P<0.001,并且IGS是独立的预后因素,IGS阳性组的乳腺癌患者预后较差。Abraham 等12却发现,CD44+CD24-/low表型乳腺癌干细胞与患者的无事件生存率和总体生存率无明显相关性,但可能与远处转移具有相关性。上述研究结果之间的差异可能是由于研究者采用的方法不同所致,有待于我们进一步证实。Ginestier 等8发现,ALDH1+乳腺癌患者的总体生存率较低,发生转移的可能性是ALDH1-乳腺癌患者的1.76倍,表明ALDH1+乳腺癌患者预后较差。Mor imoto等13发现, ALDH1+与ALDH1-肿瘤的无复发生存率的变化趋势较一致(P=0.056,表明ALDH1

13、+表型乳腺癌干细胞可能有预后意义。2乳腺癌的基因分型2.1基因分型理论的形成和内涵2000年Perou等14对65例乳腺癌标本和17株乳腺癌细胞株进行了含有8012个人类基因的cDNA微阵列分析,发现同一乳腺癌的基因表达相对稳定,不同乳腺癌之间基因表达则存在着较大差别;化疗前、后及肿瘤原发灶和转移灶之间的基因表达则无明显差异。基于此现象,他们根据基因表达的聚类分析将乳腺癌分为ER+及ER-2组:ER+组又被称为luminal型,并被进一步分为luminal A型和luminal B型;ER-组被分为3型:H ER2过表达型、basal2like型和nor mal breast2like型。5种

14、基因亚型分别具有各自特征7,14 (表1。luminal型具有正常乳腺腔上皮细胞基因表型,lu2 minal A型免疫表型为ER+和(或PR+、H ER2-,ER高表达,低分级,低增殖,预后好;luminal B型免疫表型为ER+和(或P R+、H ER2+,ER中低水平表达,预后较好;HER2过表达型免疫表型为ER-、P R-、H ER2+,基底上皮细胞基因高表达,腔上皮细胞基因低表达,预后较差;basal2like型免疫表型为ER-、PR-、H ER2-,增殖基因高表达,预后最表1乳腺癌基因分型和各基因亚型的特征及其与乳腺癌干细胞的关系Table1Characteristic of br

15、east can cer genotyping and each subtype and its relationship with breast cancer s tem cells项目Item lum inal A型lum inal A typeluminal B型luminal B typebasal2like型basal2like typeH ER2过表达型HER2overexpression typen orm al br east2like型n orm al br east2like type分子标记M olecule marker 高表达ERH igh ER ex pres si

16、on中低表达E RLow to moderate ER CK5/6H ER2+脂肪细胞基因标记物Adip os e gene m ark erPR+PR+EGFR+H ER3+脂蛋白脂酶Lip op rotein lipaseGAT A3HER2+肌钙蛋白21T roponin21Grb7整联蛋白A7Integrin A7XB P1Ki67+Grol基因Grol gen ep53突变71%p53m utation71%p53突变33%p53mutation33%FOXA1p53突变40%p53mu tation40%细胞因子家族Cytokine familyp53突变13%p53mutatio

17、n13%p53突变82%p53mutation82%5年生存率52year sur vival rate0.950.500.100.300.50 SAT B1表达SAT B1ex pres sion-+-B CSC表型B CSC p henotype 无/侧群细胞?No/Side p opu lation?极少CD44+CD24-Few CD44+CD24-CD44+CD24-ALDH1ALDH1无No治疗Therapy 内分泌治疗Endocrine therapy内分泌治疗Endocrin e th erapy化疗Ch emotherapy赫赛汀H erceptin?化疗Chem oth e

18、rapy拉帕替尼Lapatinib赫赛汀Herceptin化疗Chemotherapy差;nor ma l breast2like型与正常乳腺组织的免疫表型和基因表达相似,预后较好。值得一提的是,Kreike等15对97例乳腺癌标本的7770个基因进行了基因谱分析,认为basal2like型乳腺癌仍具有异质性,可以进一步分为Ñ、Ò、Ó、Ô及Õ5种亚型,说明上述目前公认的基因分型可能并不完善。2.2基因分型的临床意义2.2.1基因分型对药物敏感性的意义乳腺癌的基因分型能筛选出适合内分泌治疗以及化疗可能获益的患者,约25%的早期乳腺癌患者可因此避免

19、接受不必要的化疗16。luminal A型H ER2-表达者,内分泌治疗疗效明显优于lu2 minal B型者,但对化疗不敏感;luminal B型H ER2+表达者,对三苯氧胺耐药,但对芳香化酶抑制剂敏感;H ER2过表达型激素受体阴性表达者,内分泌治疗疗效差,但对含有蒽环类的化疗方案效果较好,并可以使用抗H ER2的靶向治疗药物赫赛汀(herceptin,从而可以改善患者预后17,18; basal2like型乳腺癌患者的预后较其他亚型差,但化疗可以明显改善其预后14,19;normal breast2like型对化疗最不敏感。2.2.2基因分型对预后与转移的意义各基因亚型乳腺癌具有不同的

20、预后和转移特点。luminal A型预后最佳,lu2 minal B型和normal breast2like型预后较好,basal2like型和HER2过表达型存活期较短,预后较差7,20。luminal A型、luminal B型、nor mal br east2like型、H ER2过表达型和basal2 like型的5年生存率依次为95%、50%、50%、30%、10%7。值得注意的是,由于赫赛汀治疗价格昂贵,限制了其部分临床应用,也就使H ER2过表达型乳腺癌总体疗效相应降低。不同基因亚型乳腺癌患者的复发、转移模式也不同21,如luminal型易发生骨和胸膜转移;lumina l A型

21、无肺转移; HER2过表达型与basal2like型易发生肺、脑转移,却很少出现骨转移。3乳腺癌干细胞与基因分型具有不同分子标记和不同病理表现的乳腺癌基因亚型的存在意味着可能存在不同类型的乳腺癌干细胞,乳腺癌干细胞的类型不同反过来又可以解释不同基因亚型乳腺癌对相同治疗反应不同的原因。研究表明,ER+乳腺癌的MCF27、T472D等细胞系中CD44+CD24-表型乳腺癌干细胞的比例为0,而ER-细胞系如MDA2MB2231其比例高达85%,SUM1315则高达97%5;而且并不是所有的乳腺癌组织标本体外培养都可形成微球体(mammosphere8。这就意味着不同基因亚型乳腺癌的乳腺癌干细胞群体可

22、能不一样,从而造成了不同基因亚型乳腺癌的基因表达、侵袭、转移、治疗和预后差异(表1。具体来讲,CD44+/CD24-表型乳腺癌干细胞与basal2like型乳腺癌密切相关7,22。basal2 like型乳腺癌可进一步分为basal2like A型和basal2like B 型,basal2like B型更多表达间叶细胞样标志物23。研究表明,CD44+/CD24-表型乳腺癌干细胞和basal2like B型相关,经过上皮2间充质细胞转化(EMT显示癌细胞表型6,诱导EMT的基因能使非CD44+/CD24-乳腺癌上皮细胞表达CD44+/CD24-表型24,但只有特定的基因才能诱导EMT 获得C

23、D44+/CD24-表型,basal2like型细胞基因能获得这种表型,而luminal型细胞基因则不能7;并且basal2like型和CD44+/CD24-表型乳腺癌患者预后都很差20,25。因此, CD44+/CD24-表型乳腺癌干细胞可能只和basal2like型乳腺癌相关。而ALDH1+表型乳腺癌干细胞与basal2like型以及H ER2过表达型乳腺癌均相关7,8。H ER2过表达能增加ALDH1+表型乳腺癌干细胞的百分比,但这种表型乳腺癌干细胞比例增加与ER表达无关26。luminal A型和luminal B型与乳腺癌干细胞的关系尚未见报道,但有研究表明,具有侧群细胞表型乳腺癌干

24、细胞可以从luminal A型的M CF27细胞系中分离出来27;在剔除了p53基因的小鼠实验中,Lin-/CD24high/CD29high亚型的癌细胞可以产生ER+的乳腺癌28,但在人乳腺癌中尚无同样报道。可见ER-乳腺癌是最可能直接来源于乳腺癌干细胞的亚型,其中的basal2like型可能来源于最原始的乳腺癌干细胞。以上是关于乳腺癌干细胞与基因亚型关系的主要观点,另外还存在多种假说。如区域癌化(field cancerization假说认为干细胞经多次突变可产生表型正常而遗传变异的子细胞区域,如果该区域再经一次必需的突变即可发生转化,表现为该区域内任何一个获得自我更新能力的细胞均可形成肿

25、瘤29。此外,Dontu等30认为,正常乳腺干细胞为ER-的细胞群,正常情况下产生ER+的祖细胞,继续生长分化为正常的乳腺上皮细胞;癌变时则可形成3种不同的乳腺癌细胞群:¹由ER-干细胞转化而来,ER+细胞少于10%,分化低,内分泌治疗不敏感,预后最差;º由突变的ER-干细胞转化而来,部分癌细胞可分化成ER+细胞,内分泌治疗可抑制ER+细胞的增殖,起初有效,但随着ER-干细胞继续增殖或有新的突变下调ER+的表达,内分泌治疗逐渐失效;»由ER+祖细胞转化而来,分化好,对激素敏感,内分泌治疗敏感,预后最好。此假说在一定程度上可以解释ER-乳腺癌患者的疗效往往不如ER+

26、患者的原因。4结语总之,乳腺癌干细胞是乳腺癌发生、发展、复发和转移的原因;乳腺癌基因分型可为乳腺癌的诊断、治疗和预后提供重要依据;乳腺癌干细胞和基因分型的相关研究理念以及近年在该领域所取得的成就解释了乳腺癌基因分型的复杂性,也更好地解释了乳腺癌的异质性,跳出了单一方向研究乳腺癌的模式,为从细胞分子水平研究乳腺癌的形成机理和生物学特性找到新的途径,有望为乳腺癌的预防、临床诊断、预后判断以及个体化治疗提供新的策略与手段。5参考文献1魏于全,吴扬.乳腺癌生物治疗进展J.中国普外基础与临床杂志,2004;11(1:325.2莫敖,吴诚义.肿瘤干细胞与实体肿瘤J.中国普外基础与临床杂志,2007;14(

27、5:6122614.3Visvader J E,Lin deman GJ.Cancer stem cells in s olidtum ou rs:accumulating evidence and un resolved questionsJ.Nat Rev Can cer,2008;8(10:7552768.4Al2H ajj M,Wicha MS,B enito2H ernan dez A,et al.Prospec2tive identification of tum origenic breast cancer cellsJ.ProcNatl Acad Sci U SA,2003;1

28、00(11:398323988.5Ponti D,Costa A,Zaffaroni N,et al.Isolation and in vitr op ropagation of tum origenic breas t cancer cells with stem/pro2genitor cell propertiesJ.Can cer Res,2005;65(13:550625511.6Sheridan C,Kis himoto H,Fuch s RK,et al.CD44+/CD24-b reast cancer cells ex hibit enh an ced invasive pr

29、operties:anearly s tep necessary for metastasisJ.Breas t Can cer Res,2006;8(5:R59.7Naks hatri H,Srour EF,B adve S.Breast cancer s tem cellsand intrinsic s ubtypes:controversies rage onJ.Curr StemCell Res T her,2009;4(1:50260.8Ginestier C,H ur M H,Charafe2J auffret E,et al.ALDH1isa mark er of normal

30、and malignant hum an mam mary stem cellsand a predictor of poor clinical outcomeJ.Cell Stem Cell,2007;1(5:5552567.9Patrawala L,Calhoun T,Schn eider2Brous sard R,et a l.Sidep opu lation is en riched in tum orig enic,s tem2like cancer cells,wh ereas ABCG2+and ABCG2-cancer cells are similarly tu2morige

31、nicJ.Can cer Res,2005;65(14:620726219. 10Liu R,Wang X,Chen GY,et al.The prognostic role of agene signature from tu morigen ic breast2cancer cellsJ.NE ngl J M ed,2007;356(3:2172226.11Phillips TM,M cBride WH,Pajonk F.T he res pon se ofCD24-/low/CD44+breast cancer-initiating cells to radiationJ.J Natl

32、Cancer Inst,2006;98(24:177721785.12Ab raham BK,Fritz P,McClellan M,et al.Prevalence ofCD44+/CD24-/low cells in breast cancer may not be associat2ed with clinical outcome but may favor distant m etas tasisJ.Clin Cancer Res,2005;11(3:115421159.13Morimoto K,Kim SJ,T an ei T,et al.Stem cell marker ald e

33、2hyde dehydrogenase12positive br east can cers are character2ized by n egative estrogen receptor,pos itive human epid ermalgr owth factor receptor type2,and h igh Ki67expressionJ.Cancer Sci,2009;100(6:106221068.14Perou CM,S«rlie T,Eis en M B,et al.Molecular portraits ofh uman b reast tum oursJ.

34、Nature,2000;406(6797:7472752.15Kreike B,van Kouwen hove M,H orlings H,et al.Gene ex2pression profiling and h istopathological characterization of tri2ple2negative/basal2like br east carcinomasJ.Breast CancerRes,2007;9(5:R65.16L o SS,Norton J,Mu mby PB,et al.Pr os pective mu lticen ters tu dy of th e

35、 impact of the212gene recurrence s core(RSas2say on medical on cologist(MOand patient(ptadju vantb reast cancer(BCtreatm ent selectionJ.J Clin On col,2007;25(18S:577.17Pritchard KI,Sh epherd LE,O.Malley FP,et al.H ER2an dresponsivenes s of b reast can cer to ad juvant ch emotherapyJ.N E ngl J M ed,2

36、006;354(20:210322111.18Piccart2Gebh art MJ,Procter M,Leyland2Jones B,et al.T ras tuzumab after adju vant chemotherapy in H ER22positivebreas t cancerJ.N Engl J M ed,2005;353(16:165921672.19Nielsen T O,H su FD,Jen sen K,et al.Imm unohistochemicalan d clinical characterization of the basal2like subtyp

37、e of inva2sive breas t carcin om aJ.Clin Can cer Res,2004;10(16:536725374.20S«rlie T,Per ou CM,T ibshirani R,et al.Gene expressionpatterns of breast carcinomas distinguish tumor subclas seswith clinical im plicationsJ.Proc Natl Acad Sci USA,2001;98(19:10869210874.21Smid M,Wan g Y,Zhang Y,et al.Subtypes of breas t can cersh ow preferential site of relapseJ.Cancer Res,2008;68(9:310823114.22H oneth G,Bendahl PO,Ringn r M,et al.T he CD44+/CD24-phen otype is enriched in basal2like breas t tu