干細胞樣SP細胞研究進展

胡均，岳欣

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綜述

干細胞樣SP細胞研究進展

胡均，岳欣

摘要：干細胞樣SP細胞是近年來在很多正常組織和惡性腫瘤組織及細胞系中發現的一種具有不同程度分化潛能和自我更新能力的細胞群體。雖然SP細胞在總體細胞中所占比例很低，但這部分具有干細胞特性的細胞在干細胞以及腫瘤干細胞研究方面起著越來越重要的作用。本文綜述了SP細胞的發現、生物學特性、與腫瘤干細胞之間的關系以及SP細胞的未來臨床應用等。最后對SP細胞的發展進行了展望。

關鍵詞：干細胞；腫瘤干細胞；綜述；SP細胞

在干細胞研究中，SP細胞（side population cells）是近年來發現的具有一定程度自我更新和分化潛能的細胞群體，擁有干細胞的特性［1］。目前已經在很多組織［2-4］，如在血液系統、骨骼肌、心肌、皮膚、乳腺、神經、腦、肝臟、脾臟、腎臟、肺、小腸，以及各種腫瘤組織，如膽囊癌［5-7］、胃癌［8-9］、胰腺癌［10-11］、肝癌［12］、口腔癌［13］、骨肉瘤［14］、肺癌［15-16］、膀胱癌［17］、結腸癌［18-20］、子宮內膜癌［21］、乳腺癌［22］、喉癌［23］、卵巢癌［24］、垂體瘤［25］、腦膠質母細胞瘤［26］、平滑肌瘤［27］、黑色素瘤［28］、前列腺癌［29］及相應腫瘤細胞系中均發現了具有干細胞特性的SP細胞。SP細胞的發現使得人們對干細胞的認識又增添了一條全新的途徑。隨著對SP細胞研究的進一步深入，可以預言，在當前分離純化干細胞、但同時尚缺乏特異性細胞表面標志的情況下，SP細胞的研究將在干細胞生物學方面有著廣闊的前景并具有極其深遠的意義。

1　SP細胞的概念

1996年，Goodell等［30］用DNA染料Hoechst33342進行骨髓細胞染色時，在流式細胞儀上發現有一小群細胞染色偏低（約占總骨髓細胞的0.05%），與其他大部分細胞不同，便把這一小部分染色偏弱的細胞命名為side population cells，即SP細胞，也叫側群細胞。它們有很強的增殖能力和重建造血系統的功能，并且絕大部分細胞都表達造血干細胞（haemopoietic stem cell，HSC）的表面標志物。把它們移植到受致死照射劑量處理的小鼠體內后，則可以表現出重建造血系統的能力。這群細胞之所以呈現弱染狀態，是因為其對多種染料具有排斥作用，目前研究認為可能是其細胞表面的ATP 結 合 轉 運 蛋白（ATP-binding cassette transporters）將Hoechst33342泵出細胞體外的緣故。

2　SP細胞的生物學特性

干細胞是一類尚未分化的細胞或是原始細胞，多潛能分化和自我更新是其兩個主要的生物學特性［31］。SP細胞之所以能引起眾多的關注，主要得益于其具有類似干細胞的性質。Kondo等［32］從神經膠質瘤細胞系C6中分離出SP細胞及非SP細胞，加入相應的生長因子后進行體外培養，結果顯示SP細胞相對于非SP細胞具有類似干細胞的特征，如自我更新和分化能力。另外，SP細胞相對于非SP細胞以及總體細胞而言，擁有較為明顯的高度惡性和較強的體外增殖能力的特點［14］。SP細胞在全部細胞中所占的比例很低（0.01%～0.02%），但其在腫瘤組織的耐藥性方面起著決定性作用［20］。雖然腫瘤SP細胞對染料和藥物排斥作用的分子機制還不十分清楚，但已有證據顯示可能與經典的耐藥途徑產生機制基本相似，即與細胞膜上的ATP結合轉運蛋白有關，特別是那些由多藥耐藥基因 1（multidrug-resistance transporter 1，MDR-1）編碼的MDR蛋白（MRP）和乳腺癌耐藥蛋白1 （breast cancer resistance protein 1，BCRP-1），以及非特異性載體如P-糖蛋白的過度表達導致了藥物外泄。位于SP細胞表面的ATP結合轉運蛋白可以將化療藥物泵出細胞外，從而降低胞內藥物濃度，進而導致SP細胞對化療藥物的敏感度降低［36-37］。這也是為何SP細胞可以將熒光染料Hoechst33342排出到細胞體外，從而導致其在流式分析中呈現出弱染色狀態的緣故。

3　腫瘤SP細胞與腫瘤干細胞

并非所有的腫瘤細胞在體內外都具有形成克隆和致瘤的能力，在進行腫瘤細胞體外裸鼠致瘤實驗時，通常需要注射大量腫瘤細胞才能在注射部位形成腫瘤。而腫瘤干細胞理論的出現則可以很好地彌補傳統腫瘤理論的不足［35］。該理論認為，在惡性腫瘤組織中，僅有少量的腫瘤細胞，也就是腫瘤干細胞，在惡性腫瘤的發生發展過程中起著干細胞作用，它們可以不斷自我更新和分化，從而維持惡性腫瘤組織生長和轉移；另外，它們還可以分化成各種腫瘤細胞和非腫瘤細胞，這些細胞在惡性腫瘤的發生、發展和轉移過程中起著極為關鍵的作用。而腫瘤組織中其余的大部分細胞在經過短暫的分化后，即使沒有化療藥物的作用也會最終走向凋亡或死亡。這些少數的腫瘤細胞對化療藥物的明顯耐藥性是惡性腫瘤局部復發和（或）遠處轉移的根本原因，同時也是惡性腫瘤患者難以治愈而最終死亡的最主要原因。腫瘤組織中的SP細胞，因細胞表面ATP轉運載體的存在，使其產生了一定的耐藥性，從而逃過化療藥物的攻擊。雖然很多學者在不斷探索和開發新的化療藥物，并采取各種增強化療藥物作用的手段，但至今仍收效甚微［36］。即使在臨床上進行了根治性切除和化療、放療或介入治療等，患者的5年生存率也很低，這些臨床實踐結果使人們感到失望和困惑，也迫使人們重新審視傳統的腫瘤理論和以往的研究思路及方法。在漫長的進化過程中，干細胞可以將進入機體的危險因素如毒物、藥物等物質通過細胞膜表面的ABCG2（ATP-binding cassette superfamily G member 2）/BCRP1蛋白排出體外，從而維持機體遺傳的穩定性。而這種保護性機制應用在腫瘤干細胞時，便會出現常見的腫瘤耐藥性、局部復發、遠處轉移等臨床表現。

4　SP細胞的表面標志物

研究發現，在很多正常組織和腫瘤細胞系中均存在著具有自我更新和分化潛能的SP細胞，并且均高表達ABCG2/ BCRP1［37］。最近的研究亦表明，ATP結合轉運蛋白家族中的多藥耐藥蛋白MDR-1及人ABCG2和鼠BCRP1與造血干/祖細胞泵出Hochest染料的特性有關。多數學者研究認為，SP細胞很可能代表了一群原始的干細胞或早期干細胞，其特征是CD34low/neg［26］。在各種干細胞標志物中，BCRP1基因是相對保守的，多在較為原始的造血干細胞中高表達，其在分化過程中表達水平迅速下降，在成熟細胞中表達非常低。這些研究表明，ABCG2/BCRP1是SP表型的重要決定因子，同時可以作為各種來源干細胞的一種標志［38-39］。

5　SP細胞的臨床價值展望

Carvalho等［21］進行的卵巢癌干細胞異種移植實驗為干細胞的臨床應用展示了誘人的前景。Olmsted-Davis等［40］從鼠骨髓細胞中分離出SP細胞，利用單基因標記后移植到受致死劑量照射后的鼠體內，隨后觀察到這些SP細胞使得原本幾乎耗竭的骨祖細胞池獲得了再生。Jackson等［41］獲取了Rosa26轉基因鼠分離的骨髓SP細胞，將它們移植到受致死劑量照射并且冠狀動脈局部缺血的小鼠心肌以及血管中，隨后發現在梗死區出現了SP細胞來源的心肌細胞和內皮細胞。上述實驗初步顯示了SP細胞在干細胞臨床應用方面的廣闊前景［42］。在腫瘤治療方面，如果將治療的靶點定位于具有腫瘤干細胞特性的腫瘤SP細胞上，那么便可以有效殺傷腫瘤細胞［43］。

6　結語

一方面，筆者可以認為SP表型可以用來作為一種干細胞的功能性標志，但同時我們也應該意識到SP表型與目前廣泛承認的干細胞的特異性標記還存在著一定的差異。如何解釋這種差異以及SP細胞與干細胞或是前體細胞之間到底存在什么樣的關系，將是今后研究的方向和重點。SP細胞具有一定程度上的干細胞特性，但是SP細胞是否就等同于干細胞，還是SP細胞僅僅只是干細胞的一個亞群，這兩者之間到底存在何種關系等一系列的問題都還不甚明了［44］，還需要更深一步的探究。即使目前的研究傾向性地認為：腫瘤SP細胞并不完全等同于腫瘤干細胞，而是相對富集了腫瘤干細胞［45］。SP細胞包含了很大一部分干細胞，但還有一部分干細胞是位于SP細胞之外的。即使目前認為SP細胞的分選存在一定的不穩定性［46］和細胞毒性［47］，但并不妨礙今后利用其來對干細胞生物學進行深入研究。在今天，利用排出Hoechst33342染料的特性來分離純化各種組織以及惡性腫瘤的干細胞或是前體細胞的方法已經被證實是一種高效而實用的策略，尤其是在那些缺乏特異性細胞表面標志的組織中。

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（2015-11-30收稿2015-12-09修回）

（本文編輯李鵬）

Advances in the stem cell-like side population cells

HU Jun，YUE Xin
Department of Colorectum，Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital，the National Clinical Research Center of Cancer，and Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy，Tianjin 300060，China Corresponding Author and RevisorE-mail:yuexin@tjmuch.com

Abstract：Recently，stem cell like side population（SP）cells have been found in many normal organizations and malignant tumors，which have the proficiency of differentiation and self-renewal.These cells play an important role in cancer stem cell research，though they occupy a low proportion in total cells.Here，we reviewed the foundation of SP cells，and their relationship with stem cells，and the clinical application in the future.

Key words：stem cells；neoplastic stem cells；review；SPcells

中圖分類號：R735

文獻標志碼：A

DOI：10.11958/20150349

基金項目：國家自然科學基金資助項目（81101870）；天津市衛生局科技基金項目（2014KZ080）

作者單位：天津醫科大學腫瘤醫院結直腸科，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市“腫瘤防治”重點實驗室（郵編300060）

作者簡介：胡均（1979），男，博士研究生，主治醫師，主要從事結直腸腫瘤的診治和研究

通訊作者及審校者E-mail：yuexin@tjmuch.com