在过去几年当中,癌症研究的最重要事件之一就是出乎意料的干细胞的发现,不是胚胎干细胞(embryonic stem cells,生物谷注),而是癌症干细胞(tumor stem cells,生物谷注)。这些突变的细胞界定模糊,能引发新的肿瘤,目前认为已覆盖了几乎左右的癌症,而且重要的是,这些顽固的细胞不会被化疗或者其它目前的治疗手段杀死。这些细胞的存在也许就解释了为什么癌症经常反复发作,治疗后还会扩散。所以当今的许多研究人员将根除这些癌症干细胞视为治疗癌症更有效的方法,但是由于这些细胞即使在大型肿瘤中也极其稀少,因此难以研究。
本期的Cell为这一研究领域带来了好消息,一些研究人员设计新的实验方案,从小鼠中获得了大量的人类乳腺癌干细胞,并且发现了调控这些细胞关键特征的一个遗传开关。这个调控子,属于一类小分子RNA(miRNAs),能通过关闭一些特异基因,诱导这些干细胞分化,及减少肿瘤发生。
领导这一研究的是中山大学附属第二医院宋尔卫教授,其早年毕业于原中山医科大学,现任中山大学附属第二医院普外科副主任、乳腺研究中心研究员,博士生导师,2006年被聘为“长江学者”特聘教授。宋尔卫教授主要从事RNA干扰在疾病治疗的应用价值研究与巨噬细胞激活状态与疾病关系研究。他在小分子RNA(siRNA)治疗上的论著,两度登上英国《自然》杂志。
在这一研究中,宋和文章第一作者于凤燕首先在国内开始从新鲜肿瘤样品上分离乳腺癌干细胞,由于癌症干细胞抵制化疗,因此研究人员预测从这些在手术前曾经接受过这类治疗的妇女上获得的乳腺癌样品也富集了干细胞状细胞,并且他们的实验结果也证实了这一点:从未接受过治疗的妇女身上获得的肿瘤样品250个细胞中少于1个具有干细胞的细胞表面标记,以及生长特征;而接受过治疗的肿瘤,这个数字则增加到了1/17,即17个细胞中就有1个有干细胞特征。
这一研究结果让宋等人产生了利用在带有化疗试剂的免疫抑制小鼠中获得人类乳腺癌细胞,继而得到更大量肿瘤干细胞的想法,之后他们通过病毒载体,把人工合成的蛋白精确导入癌干细胞中,恢复一种称为let-7的miRNA的表达,发现干细胞特性(这些特征是癌干细胞生成肿瘤、导致癌细胞转移和产生对治疗耐药的关键)被明显抑制,癌干细胞在体外和体内的自我增殖能力、多向分化和成瘤能力均显著下降。因此,他们认为小分子RNA干扰可成为针对乳腺癌干细胞的有效治疗手段。
文章的另一重要作者,霍德华休斯医学院教授Judy Lieberman在2003年率先发现治疗性RNAs能在肝脏疾病的一个动物模型中发挥作用,并且实验室之后将工作也聚焦到了设计方法靶向各种细胞的RNAs,她表示,“所有现在我们进行的治疗的一个基础性问题就是他们对于这些细胞无能为力”,目前这些研究人员正在致力于寻找方式将let-7 RNA模拟物传递入干细胞中进行治疗。
冷泉港教授发表miRNA对癌症干细胞新作用
来自冷泉港实验室,霍德华休斯医学院,沃森生物科学学院(Watson School of Biological Sciences,生物谷注),纽约州立大学石溪分校
(Stony Brook University)的研究人员通过操纵一种高特异性基因表达小分子:miRNAs,成功的在小鼠乳腺组织(普遍被认为引发癌症)中筛选并抑制了干细胞状细胞。这一研究成果公布在《GENES & DEVELOPMENT》杂志上。
这一项研究由霍德华休斯医学院研究员,冷泉港实验室教授Gregory Hannon领导完成,他也是冷泉港一主力研究小分子RNA的实验室的主任,他表示,“如果乳腺癌的某些形式确实起源于一些顽固的干细胞,那么找到能选择性的攻击这些肿瘤起源的癌症干细胞的方法就十分必要和关键了。”
“我们已经发现一种称为let-7的miRNA——之前只发现与肿瘤抑制相关,能被传递到乳腺组织细胞样品中,这样我们就能将干细胞状肿瘤起源细胞与其它细胞区分开来。而且更加令人激动的是,我们发现通过在样品中表达let-7,我们能以极高特异性,攻击并最终消灭潜在具有危险性的祖细胞(progenitor cells,生物谷注)子群体。”
这项研究是一个集体研究的成果,来自冷泉港实验室的乳腺癌研究专家Senthil Muthuswamy博士在解析癌症发生和增生的乳腺上皮细胞生物学变化方面发挥了重要作用,并且Muthuswamy博士提出了这一研究成果的一个关键因素,即利用一种称为COMMA-1D的小鼠乳腺来源模式细胞系统,这一细胞不仅包含了分化的细胞,而且也包含了不同成熟阶段和不同分化阶段的干细胞状祖细胞(stem-like progenitors,生物谷注)。
癌症干细胞(tumor stem cells,生物谷注)是一种界定模糊,能引发新的肿瘤的细胞,目前认为已覆盖了几乎左右的癌症,而且重要的是,这些顽固的细胞不会被化疗或者其它目前的治疗手段杀死。这些细胞的存在也许就解释了为什么癌症经常反复发作,治疗后还会扩散。所以当今的许多研究人员将根除这些癌症干细胞视为治疗癌症更有效的方法,但是由于这些细胞即使在大型肿瘤中也极其稀少,因此难以研究。
冷泉港实验室的这一最新研究不仅说明了实现针对癌症干细胞这一目的的一种可能方式——Hannon实验室在小鼠中证明了这一点,而且也说明了化疗鸡尾酒疗法(chemotherapy cocktail,目前用于针对某些乳腺癌的一线治疗,生物谷注)中的一种成分实际上能潜在的富集可作为癌症祖细胞的干细胞状细胞。
Hannon表示,“我们发现对小鼠细胞样品中的环磷酰胺(Cyclophosphamide)进行监控能富集这些细胞”,“这也就是说我们需要仔细检测这些模式系统中的治疗效果,看在细胞培养物中的效果是否与真实肿瘤中一致,然后再去估测治疗后对转移和复发的效果。”
我们知道,有时干细胞和祖细胞具有独一无二的防御机制,这不同于成熟的,或分化细胞——这些细胞不像它们的干细胞“母亲”,能进行自我更新,产生多种细胞类型。2001年来自多伦多大学的John E. Dick首次证明了癌症干细胞的存在,而发展至今,在对抗这类“顽固”的细胞的道路上依然存在许多障碍,等待着科学家们一一解除。