肿瘤细胞单克隆群异质性：机遇与挑战

异质性相对于同质化而言，主要体现在个体发育，个体由一个受精卵发育而来，由一个细胞变成无数个细胞，即具有形态和功能明显差异的组织特异性细胞。肿瘤组织也由不同类型细胞组成，如同个肿瘤患者的肿瘤组织就有不同病理类型的肿瘤细胞，还包括间质细胞等。最近研究显示肿瘤细胞单克隆群也具有异质性，本文就该领域研究进展和存在的问题进行总结和探讨。

肿瘤异质性现象很早就被科研人员所关注，最常见的现象比如肿瘤细胞系建立过程中只有一部分细胞能无限繁殖，裸鼠成瘤实验需要上百万细胞等，这些都说明存在肿瘤细胞异质性现象。近年来肿瘤干细胞概念重新被关注，白血病、乳腺癌、脑瘤、前列腺癌、黑色素瘤、肝癌、大肠癌和肺癌等肿瘤中都证实存在肿瘤干细胞亚群，肿瘤干细胞是肿瘤异质性的一种体现，一般认为肿瘤干细胞只占肿瘤细胞群体中很小一部分[1-11]。

然而也有一些学者提出了不同的观点。2007年，Strasser[12]等利用老鼠肿瘤细胞接种老鼠实验证实至少大于10%肿瘤细胞能够成瘤。2008年， Morrison[13]等利用NOD/SCID IL2Rγ^nul老鼠（在NOD/SCID基础上使NK活性失活），能够使近25%～27%的人黑色素肿瘤细胞独立形成新的肿瘤。以上研究有别于其它基于NOD/SCID老鼠评价人肿瘤细胞的实验，因为NOD/SCID老鼠还具有NK活性，因而只有一小部分肿瘤细胞能够成瘤。Hatfiedl[14]等先把老鼠肺癌和乳腺癌细胞系单克隆，然后每个单克隆细胞繁殖后接种裸鼠评价成瘤性，结果绝大部分单细胞能够被克隆，且能够接种裸鼠成瘤。Li[15]等利用类似的方法评价了多种人肿瘤细胞，也得到类似结果。以上结果显示采用不用的方法来研究肿瘤干细胞假说有不同的结果，但有一点很明确，即肿瘤细胞群对环境的适应能力具有明显的异质性（这里主要指在异体内的成瘤能力），这个特性并不等同于肿瘤干细胞概念。即癌症细胞系中大部分细胞具有自我更新能力，能够被单克隆，从而繁殖成群（其中也有一部分细胞具有有限繁殖代数），如果把自我更新能力作为肿瘤干细胞的主要性质，肿瘤细胞系中大多数细胞都可以被认为是肿瘤干细胞。

肿瘤细胞系中的细胞除了有自我更新能力差异外，更主要的是面临环境胁迫时也存在明显的异质性，在种群延续方面有积极意义。比如化疗药物和靶向药物作用下就有相对耐药亚群存在，肿瘤细胞群中不同细胞有不同耐药能力[16]。另外面临不同氧气浓度，不同PH值，放疗等因素时也会存在具有不同生物学行为的细胞亚群。

肿瘤单克隆细胞群异质性是单细胞进化的结果，从细菌到真核细胞，都有单克隆细胞群体异质性问题。单克隆细胞异质性体现的分子机制，更多表现在表观遗传方面，而非DNA序列变化。

关于肿瘤异质性目前至少有两种模型来解释:肿瘤干细胞模型和克隆进化模型。肿瘤干细胞模型认为肿瘤干细胞位于肿瘤细胞分层等级体系的顶端,强调与正常组织干细胞相似特性,包括通过均质或非均质的分裂实现自我更新和可分化成其它细胞的能力,不过肿瘤干细胞的这些干细胞样特性是脱离正常轨道的恶性表现[17]。克隆进化模型认为肿瘤细胞在随机突变中仅具有那些获得生长优势的突变肿瘤细胞能在进化过程中被选择和扩大,这些取得支配权的肿瘤细胞亚群具备肿瘤再生的潜能[18]。两种模型并不互相排斥,都可能存在于癌症发生过程中,如同白血病干细胞表现一样,肿瘤干细胞可以进行克隆进化产生许多遗传背景不一的肿瘤干细胞。另一方面,当突变赋予了肿瘤细胞更强侵袭和增殖能力时,新的肿瘤干细胞就会产生。体外系列移植筛选实验结果表明能产生恶性增殖力更强的肿瘤。肿瘤干细胞并不一定都是正常干细胞转化而来,祖细胞或分化成熟细胞只要累积突变获得了自我更新能力也可成为肿瘤干细胞。有研究表明,粒巨祖细胞中MLL-AF9激活获得自我更新能力后可以转化为白血病干细胞[19] 。

肿瘤细胞单克隆群异质性现象已经明确，随之而来的是更多问题等待解决，比如肿瘤细胞单克隆群异质性亚群间有何不同？这种异质性如何产生？不同异质性亚群间是否可以转换，如何转换？逆境下肿瘤细胞单克隆群各异质性亚群如何存活和进化等？最近，Gupta PB[20]等人证实了不同异质性亚群间可以转换，提示在肿瘤治疗时要综合考虑各亚群的特性。比如恶性程度不同，可以考虑化疗药物和细小病毒联合，尽量达到减瘤效果，然后利用体内外各种有利因素来控制。还需要考虑合适的治疗量，即减瘤到什么程度比较合适，尽量减少治疗给身体本身带来的危害。

参考文献:

1: Bonnet D, Dick JE. Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat Med, 1997, 3:730-737.

2: AI-Hajj M, Wicha MS, Benito-Hernandez A, et al. Prospective identification of tumorigenic breast cancer cells. Proc Natl Acad Sci USA, 2003, 100:3983-3988.

3: Singh SK, Clarke ID, Terasaki M, et al. Identification of a cancer stem cell in human brain tumors. Cancer Res, 2003, 63(18):5821-8.

4: Singh SK, Hawkins C, Clarke ID,et al. Identification of human brain tumour initiating cells. Nature, 2004, 432(7015):396-401.

5: Collins AT, Berry PA, Hyde C, et al. Prospective identification of tumorigenic prostate cancer stem cells. Cancer Res, 2005, 65(23): 10946-51.

6: Fang D, Nguyen TK, Leishear K, et al.A tumorigenic subpopulation with stem cell properties in melanomas. Cancer Res, 2005, 65(20):9328-37.

7: Chiba T, Kita K, Zheng YW, et al. Side population purified from hepatocellular carcinoma cells harbors cancer stem cell-like properties. Hepatology, 2006, 44(1):240-51.

8: Ma S, Chan KW, Hu L,et al. Identification and characterization of tumorigenic liver cancer stem/progenitor cells. Gastroenterology, 2007,132(7):2542-56.

9: O'Brien CA, Pollett A, Gallinger S,et al. A human colon cancer cell capable of initiating tumour growth in immunodeficient mice.

Nature, 2007, 445(7123):106-10.

10: Ricci-Vitiani L, Lombardi DG, Pilozzi E, et al. Identification and expansion of human colon-cancer-initiating cells. Nature, 2007, 445(7123):111-5.

11：Eramo A, Lotti F, Sette G,et al. Identification and expansion of the tumorigenic lung cancer stem cell population. Cell Death Differ, 2008, 15(3):504-14.

12: Kelly PN, Dakic A, Adams JM, et al. Tumor growth need not be driven by rare cancer stem cells. Science, 2007, 317(5836):337.

13: Quintana E, Shackleton M, Sabel MS, et al.  Efficient tumour formation by single human melanoma cells. Nature, 2008, 456(7222):593-8.

14: Yoo MH, Hatfield DL. The cancer stem cell theory: is it correct?

Mol Cells, 2008, 26(5):514-6.

15: Li F. Every single cell clones from cancer cell lines growing tumors in vivo may not invalidate the cancer stem cell concept. Mol Cells, 2009,27(4):491-2.

16: Sharma SV, Lee DY, Li B, et al. A chromatin-mediated reversible drug-tolerant state in cancer cell subpopulations. Cell, 2010, 141(1):69-80.

17: Bonnet D, Dick JE. Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat Med, 1997, 3(7): 730-737.

18: Nowell PC. The clonal evolution of tumor cell populations. Science, 1976, 194(4260): 23-28.

19: Cozzio A, Passegue E, Ayton PM, et al. Similar LL-associated leukemias arising from self-renewing stem cells and short-lived myeloid progenitors. Genes Dev, 2003, 17(24): 3029-3035.