兩篇Nature提出癌症幹細胞概念新質疑：幹細胞與癌症轉移

報道：科學家們認為幹細胞分裂是腫瘤生長所必需的，癌症幹細胞能驅動腫瘤生長與轉移，由此提出了將去除癌症幹細胞作為癌症治療的靶標之一。然而這在許多類型的癌症中都還沒有找到確鑿的實驗證據。最新一期（3月29日）Nature雜誌中，來自日本和美國的科學家通過靶向去除特殊的幹細胞群體，發現了這些幹細胞在腫瘤發展中的作用，以及對於癌症轉移的影響。

Lgr5+幹細胞

小腸上皮細胞層是哺乳動物機體的自我更新支持者，它的生命周期只有4-5天。結合其特徵性的隱窩-絨毛結構，這一上皮細胞成為了研究哺乳動物幹細胞的選擇模型。腸隱窩兩種幹細胞群（一種快速循環，一種靜止）的功能及相互關係一直是引起注意且存在爭議的一個重要問題。

隱窩底的幹細胞形成年輕上皮細胞后，在分化及離開隱窩前2天，這些上皮細胞會頻繁增殖。細胞隨後移動到絨毛側面處理營養物，最終在4-5天內在絨毛頂端死亡。同樣來源於幹細胞的潘氏細胞（Paneth cell）卻能在隱窩底存留1-2個月，被認為在那裡維持了幹細胞更新，及保護對抗細菌。

十多年前，科學家們定義了隱窩幹細胞兩種選擇性的身份。一方面，有人認為，擠在潘氏細胞之間的小增殖細胞是隱窩幹細胞。後來，蛋白質Lgr5被確定為是這些細胞的一種靈敏標記物，提供了它們體內「乾性」（ stemness）的證據。隨後，單一表達Lgr5(Lgr5+)的細胞被證實在體外形成了不斷擴大的、可移植的「微型腸」。另一方面，研究人員在潘氏細胞上方+4位點直接標記出了DNA標記滯留細胞(LRCs)。隨後他們報道了靜態「+4 LRCs」的一些分子標記物，其中包括Bmi1蛋白。

令人驚訝的研究結果

在最新研究中，Genentech公司的Frederic J. de Sauvage等人發現在結腸癌中，原發性腫瘤細胞生長並不需要Lgr5+腫瘤幹細胞，這是因為後者具有可塑性。研究人員去除了Lgr5+幹細胞之後，並沒有觀察到預期中的退化現象。相反，Lgr5-細胞維持了腫瘤生長。但是研究人員也發現腫瘤細胞在肝臟中的轉移擴散和生長受到了很大限制，這表明Lgr5+腫瘤幹細胞對這一過程是不可或缺的，因此或許可以成為應對癌症轉移的一個靶點。

Sauvage研究組此前構建了能在Lgr5+幹細胞中表達白喉毒素受體的轉基因小鼠，同時也加入了一個能用於顯微觀察細胞的熒光蛋白。當讓這些動物接觸白喉毒素時，就會特異性破壞Lgr5+細胞。由此利用來自這些小鼠的細胞，研究人員建立了稱為的體外腸細胞群，並利用基因組編輯技術，將大腸癌發展過程中所需的幾種突變引入到了細胞里。

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研究人員將帶有突變的到了小鼠中，這樣細胞形成腫瘤，在用白喉毒素處理后，這些小鼠中Lgr5+細胞長期被剔除了。然而他們發現Lgr5+細胞的破壞並沒有使腫瘤縮小，腫瘤依然保持著之前的大小。這表明一些非Lgr5表達細胞可能可以補償Lgr5 +細胞的損失，來維持腫瘤大小。

此外，當研究人員停止使用白喉毒素，Lgr5+細胞迅速再次出現，腫瘤生長速度與未用白喉毒素治療的對照腫瘤移植中中立的生長速度並沒有出現多少差別（見下圖）。與對照相比，來自Lgr5+剔除后腫瘤的癌細胞出現了Myc下游靶標的增加（Myc是一種可以驅動細胞周期進程的蛋白質），而這可能是由於Lgr5 +細胞缺失情況下，癌細胞的代償性生長。

研究證明，Lgr5+細胞並不是腫瘤維持所必要的，這一結果無疑令人感到驚訝。不過研究也表明這能增加腸道中細胞可塑性，也就是細胞從一種類型轉變為另一種類型的能力，在腸道中，是指在再生，以及腫瘤起始階段，通過去分化從腸上皮細胞逆轉變成幹細胞的能力。

研究表明乾性（具有能夠自我更新和分化的幹細胞特性）是癌轉移的先決條件，癌轉移一般認為是腫瘤細胞從腫瘤形成的主要部位遷移到遠處的腫瘤的過程。

在這項研究中，當研究人員將腫瘤形成的組織細胞移植到小鼠結腸中時，發現發生了轉移，並在肝臟中形成腫瘤。然而如果用白喉毒素治療小鼠，轉移性肝腫瘤顯著減少，這表明Lgr5+細胞參與了癌轉移。而且更加令人驚訝的是，研究人員發現已出現肝轉移的細胞，如果缺失Lgr5+細胞，就會導致這些腫瘤收縮，當停止白喉毒素治療時，這些轉移也沒有再次開始生長。

這些研究結果引發了對一種癌症幹細胞模型的質疑，單向層次模型，生物通譯）。幹細胞通常被認為僅占細胞群體的一小部分，然而，考慮到在研究中發現的腫瘤Lgr5 +細胞數量相對較高，因此可能有另外一種解釋：結腸癌Lgr5+細胞不具有相同的幹細胞特徵，因為它用於支持組織平衡。

但是，鑒於之前的細胞譜系跟蹤實驗（證實了Lgr5+細胞的幹細胞特性），並且腫瘤也能快速補充丟失的Lgr5+細胞，因此存在另外一種類型幹細胞參與了癌症和體內平衡的可能性並不大。也許缺乏專門的幹細胞群體可能是一個更合理的解釋，這也支持之前的一個觀點：乾性應該是細胞細胞生命期中任何時間可以獲得的屬性，與它的分化狀態無關。

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另外一項研究提出的新問題

日本慶應義塾大學的研究人員也發表論文，指出在人結腸癌中，LGR5+細胞的選擇性破壞會導致暫時腫瘤的消退，其它細胞則會出現補償性增殖。因此，必須確定負責Lgr5+細胞再出現的信號通路。Genentech的研究結果初步指出了Myc信號傳遞的作用，但是Lgr5+細胞丟失如何被腫瘤中的剩餘細胞所發現，以及在缺失Lgr5+細胞時，哪些信號級聯也許會導致Myc激活，還並不清楚。此外，研究並沒有檢測Myc的抑制或丟失是否會阻止儲備幹細胞池的運作，也沒有檢測Myc抑制是否可以在沒有Lgr5+細胞的情況下引起原發性腫瘤的消退。

目前，Myc藥理學抑制研究存在許多挑戰，因此鑒定其上游信號通路或其它必需途徑可能具有重要意義，研究指出剔除Lgr5 +細胞可能是一種針對肝轉移值得嘗試的新方法，未來也許會給我們帶來好消息。

（生物通：萬紋）

原文標題：

A distinct role for Lgr5+ stem cells in primary and metastatic colon cancer

Visualization and targeting of LGR5+ human colon cancer stem cells