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ALDH1 或CD44 /CD24-是目前公认的乳腺癌干细胞标志物，在细胞成瘤实验中，ALDH1 、CD44 /CD24-已被证实具有较强的成瘤能力和转移侵袭能力[1]。ALDH作为乳腺肿瘤干细胞（BCSC）的标志物，是一类涉及细胞中醛氧化成羧酸、维甲酸和γ-氨基丁酸生物合成的酶家族，在肿瘤干细胞自我更新和分化中起重要作用[2]。ALDH1是哺乳动物的主要酶-醛脱氢酶，介导视黄醛向维甲酸的转化，与乳腺癌恶性程度、转移、侵袭及预后不良有关。在化疗后ALDH1 细胞数量增加。与CD44 /CD24-类似，ALDH1在BCSC群体中亦表现出活性增加。Intriguingly等[3]研究表明，ALDH1活性细胞群仅与CD44 /CD24-BCSC群体稍有重叠。虽然ALDH1 /CD44＋/CD24-/low细胞的数量非常少，但该群体的致瘤能力最高[4]。 在2003年，Al-Hajj等[5]最先分离出人“乳腺癌干细胞”，CD44 /CD24-亦被用作分离BCSCs的可靠表型。CD44是一种与多种细胞外基质蛋白结合的跨膜糖蛋白，其中透明质酸最为常见。透明质酸是细胞黏附、运动、迁移、增殖、侵袭和血管生成的关键因素[6]。相反，在CD44 /CD24-干细胞中CD24是一个小表面糖蛋白，它的缺失能增强肿瘤的生长和转移[7]。随后的功能研究表明，CD44参与了乳腺癌和其他肿瘤（结肠癌、膀胱癌）的发生和转移[8]。现就近年来ALDH 和CD44 /CD24-在乳腺癌治疗抵抗性中的研究进展综述如下。 1、乳腺癌中CD44 /CD24-/low与ALDH1 的差异 高CD44 /CD24-比率与细胞增殖能力和致瘤性相关 CD44 /CD24-是一个CSC通用标志物,而CD44 CD24-/low作为CSC标志物则具有组织特异性[9]。为了研究CSC标志物与肿瘤增殖能力之间的关系，Li等[10]利用流式细胞术分析和免疫染色法检测了MCF-7（Luminal A）、SK-BR-3（HER2阳性）、MDA-MB-468（基底上皮）和MDA-MB-231（三阴性亚型）等4种乳腺癌细胞株CD44、CD24和ALDH1的表达及细胞增殖能力，首先检测Ki-67（是一种常用于增殖能力的指标）的表达。免疫染色荧光图像定量分析显示基础间充质细胞系MDA-MB-231中Ki-67表达最高，其次是基底上皮细胞株MDA-MB-468，HER2阳性细胞株SK-BR-3和Lumina A细胞株MCF-7。该趋势与这些细胞株中检测到的CD44 /CD24-比率相同，表明CD44 /CD24-比率与细胞增殖能力呈正相关。 通过比较异种移植模型中四种亚型细胞株的致瘤性，进一步研究高CD44 / CD24-比率是否与乳腺癌细胞的肿瘤发生相关。从动物模型动物可得出结论，只有注射了最高CD44 / CD24-比率的MDA-MB-231细胞小鼠才能产生肿瘤，而其他三种细胞株则不能，提示具有高CD44 /CD24-比率的细胞才具有更强的增殖和自我更新能力[10]。 ALDH1 与肿瘤转移能力相关 将肿瘤干细胞植入四个亚型（LuminalA、HER-2阳性、基底上皮型及三阴性）的雌性BALB / c裸鼠的乳腺脂肪垫中。通过流式细胞仪和免疫染色法测定，在MDA-MB-231（ALDH为最高）显示肝脏中转移区域的最大尺寸（9.1327 mm2），表明该细胞株具有最强的转移潜力。说明ALDH1表达与乳腺癌的转移能力呈正相关。进一步迁移实验和伤口愈合试验研究细胞迁移能力，结果发现具有最高ALDH1表达的MDA-MB-231细胞表现出更高水平的随机迁移能力，而具有低ALDH1表达的MCF-7和MDA-MB-468细胞仅表现出小部分迁移。此与伤口愈合测定的结果一致，表明MDA-MB-231的迁移距离是MCF-7的6倍和MDA-MB-468的12倍。通过使用小干扰RNA（siRNA）抑制ALDH表达，细胞转移能力降低，表明ALDH1与细胞迁移呈正相关[11]。 2、乳腺癌放化疗抵抗中ALDH与CD44 /CD24-差异 ALDH与CD44 /CD24-的放疗耐受性差异 放疗仍是乳腺癌治疗预处理程序的重要组成部分。早期乳房手术后癌症患者的放疗已被证明可以改善局部控制和生存，但放疗对肿瘤生长的完全控制力仍较低，这表明多数乳腺癌患者并不能从放疗中受益。患者的癌细胞将对治疗产生抵抗。Alysha等[4]利用流式细胞仪对两种不同的人乳腺癌细胞株（MDA-MB-231，MDA-MB-468）进行分析，将两种乳腺癌细胞分离成干细胞样ALDHhighCD44 和ALDHlowCD44-细胞群，结果照射后具有乳腺癌干细胞特征的（ALDH1highCD44 ）细胞数量明显大于ALDHlowCD44-细胞数，表明乳腺癌干细胞特有的细胞亚群（ALDH1highCD44 ）细胞体外显示出对放疗的增强抗性。此外，ALDH1high/CD44 /CD24-/low细胞通过增殖和迁移实验测定显示出比ALDH1lowCD44-/CD24-/low细胞更高的增殖、集落形成、黏附、转移和侵袭能力。这些表明富含ALDH1high/CD44 /CD24-low细胞的乳腺癌干细胞是抗辐射治疗中人乳腺癌侵袭和转移的重要因素。通过Yan等[13]建立的实验研究，从人乳腺癌MCF-7细胞株中分离出全反式维甲酸（ATRA），获得长期耐辐射能力。MCF7/C6(放疗不敏感乳腺癌细胞)，其MCF7/C6细胞中富含CD44 /CD24-/low肿瘤干细胞，以及与肿瘤侵袭和转移传递显著相关的E-钙黏蛋白的含量，增加致瘤潜力及对放射性细胞的抵抗力。并且在过表达CD44 的MCF7/C6细胞中，siRNA介导的CD44 抑制，导致细胞侵袭和迁移减少近70%，间隙填充率降低，这些结果表明富含CD44 的BCSC确实存在于抗辐射的MCF7/C6群体中，并且CD44 还可用作治疗抗辐射乳腺癌的有效治疗靶标[14]。 ALDH 与CD44 /CD24-在乳腺癌蒽环类及紫杉类药物耐药性中的差异 为明确乳腺癌干细胞体外化疗耐药与肿瘤干细胞亚群之间的关系，验证ALDH1 肿瘤干细胞对化疗的耐药性，并与乳腺癌患者预后相关的程度。Tanei等[15]通过免疫组织化学技术检测了108例乳腺癌患者新辅助化疗前后肿瘤组织标本的ALDH1表达，发现ALDH1 乳腺癌患者病理完全缓解率显著低于ALDH1-患者；在78例未取得病理完全缓解的患者中，9例患者的ALDH1 细胞比例在新辅助化疗后显著增加，其中3例由0增加到1 ，2例由1 增加到2 ，2例由1 增加到3 ，2例由2 增加到3 ，提示ALDH1 与乳腺癌化疗耐药性相关。 为进一步明确ALDH在蒽环类药物化疗中的耐受性，用全反式维甲酸预处理增强表柔比星和5-Fu对MCF7/C6细胞的克隆形成细胞杀伤作用。ALDH 对诱导分化、侵袭和迁移及对MCF7/C6化疗敏感性的潜在影响细胞进行了研究。ATRA治疗诱导MCF7/C6细胞分化，导致侵袭和迁移减少，并增加对表柔比星治疗的敏感性。治疗耐药性乳腺癌，特别是对于转移性病变。ATRA作为表柔比星（乳腺癌患者的一线治疗选择）敏化剂的基本原理。 三阴性乳腺癌是乳腺癌的侵略性变体。由于缺乏解决分子靶点的问题，因此用于治疗的化疗药物较少。紫杉类和蒽环类药物是早期和转移性三阴性乳腺癌化疗的一线治疗药物。Wang等[16]研究ALDH是否对人乳腺癌的化疗耐药有临床意义，使原发性乳腺癌患者（n=108）接受紫杉醇和表柔比星顺序化疗的新辅助化疗，30例（27.8%）患者达到病理完全缓解（pCR）。ALDH1阳性肿瘤与低pCR率（9.5% vs. 32.2%；P=0.037）显著相关，但CD44 /CD24-肿瘤细胞比例与pCR率间无显著相关性。在78例未获得pCR的患者中研究新辅助化疗前后CD44 /CD24-或ALDH1阳性肿瘤细胞比例变化。结果新辅助化疗后ALDH1阳性肿瘤细胞比例显著增加，而CD44 /CD24-肿瘤细胞则无此现象。CD44 CD24-/low的乳腺癌干细胞未表现出显著性耐药，通过化疗耐药性比较，ALDH1 是比CD44 CD24-/low更好的乳腺癌干细胞标志物，对于鉴定乳腺癌干细胞对化学疗法的抗性具有更显著的预测性标记。 3、ALDH在乳腺癌曲妥珠单抗耐药性中的机制 HER2过表达调节ALDH阳性干细胞比例增加 人源化抗HER2抗体曲妥珠单抗（赫赛汀）已成为治疗HER2过表达乳腺癌的重要制剂，但在接受辅助治疗患者中仍有部分复发。1/3的晚期疾病患者无反应，多数初始反应患者在1年内表现出疾病进展。结果发现，基于分子分型和ALDH1在乳腺癌各种亚型中的表达，研究了62例乳腺癌患者分子分型。其中26例是LuminalA（42%），15例为Luminal B（24%），13例（21%）属于HER2富集亚组，8例（13%）属于三阴性组。在各种分子亚型中观察到ALDH1表达水平的显著差异，但在三阴性和HER2过表达类型中最常见，表明HER2和ALDH之间存在正相关关系。 HER2过表达通过调节干/祖细胞（主要是ALDH）的比例来增加乳腺癌的致瘤性。为了确定HER2过表达对CSC群体的影响，通过Aldefour实验标记ALDH。我们分别稳定感染了三种乳腺癌细胞株：MCF7、SUM149和SUM159，分别用HER2感染或DsRed慢病毒转染。用Western blotting证明感染的效率，导致Aldefour HER2阳性过表达。为进一步检查HER2表达以维持干细胞表型的需要，我们测试了HCC1954细胞中基于载体的短发夹RNA（显示HER2扩增的细胞株）。通过Western blotting评估，HER2的作用降低，HER2表达降低约80％。对照转染的细胞株中，为含有6％～10％的Alde阳性细胞群，并且HER2表达的敲低使Alde阳性细胞群减少至少2％。这些结果补充了功能研究并表明HER2扩增细胞中的连续性。HER2过表达对于维持乳腺癌干细胞的数量是必需的。确定HER2过表达可以调节富含ALDH的乳腺癌干细胞数量增加[17]。 PI3K/Akt信号通路通过HER2介导ALDH肿瘤干细胞的表达 HER2阳性乳腺癌PIK3CA基因突变率高达25%，该基因突变能激活PI3K-Akt信号通路并促进HER2介导的肿瘤细胞上皮转化，改变HER2过表达肿瘤的内在表型，进而导致抗HER2靶向治疗耐药[18]，通过Western blotting检测从对照或过表达HER2细胞株中分离的Alde阳性和Alde阴性细胞群中的Akt磷酸化水平。与从相同细胞株分离的Alde阴性细胞相比，Alde阳性细胞显示出更高的Akt磷酸化，导致用曲妥珠单抗治疗后Alde阳性SUM159-HER2细胞群减少80%。SUM159-HER2细胞的处理使Aldefluor阳性细胞数量减少到与转染DsRed慢病毒的对照细胞相同水平，表明该抗体抑制HER2信号传导至基线水平。用ALDH-1单克隆抗体进行的免疫荧光染色亦证实曲妥珠单抗降低干细胞百分比的能力。曲妥珠单抗治疗SUM159-HER2细胞后，我们发现HER2表面表达减少约50%，而曲妥珠单抗治疗的主要机制是抑制HER2表达。HER2过表达在乳腺癌干细胞中的影响敏感，但在不耐受曲妥珠单抗的治疗中，此由PI3激酶/Akt通路介导[17]。 结语 高CD44 /CD24-比例和ALDH1 的肿瘤干细胞与乳腺癌治疗抵抗性间为正相关关系。然而，这两种干细胞标志物在不同亚型的乳腺癌中表达不同，并且在肿瘤进展中有不同功能。高CD44 /CD24-比率与细胞增殖和肿瘤发生有更高相关性，而ALDH1 与肿瘤转移有关。其中在抗辐射的细胞群体中确实存在富含CD44 的BCSC，且CD44 可用作治疗放射抗性乳腺癌的有效治疗靶标，在耐受蒽环类化疗中，ALDH1 是比CD44 /CD24-敏感的乳腺癌干细胞标志物。曲妥珠单抗通过抑制PI3-K/Akt信号通路降低乳腺癌细胞中ALDH阳性细胞比例，且HER2过表达能调节ALDH阳性干细胞比例。HER2蛋白是乳腺癌中CSC的关键驱动因素，即使在HER2未过表达/扩增的情况下，这可能解释了曲妥珠单抗治疗在HER2阴性BC中良好的临床效果，HER2过表达能增加表达醛脱氢酶（ALDH）的CSC群体，增强侵袭性和促进肿瘤发生[19]。ALDH1 是乳腺癌生物学侵袭性行为的显型，转移是影响肿瘤患者预后的重要指标之一，转移潜能的大小是评价肿瘤患者预后的关键。两者相比，ALDH1 在诸多方面更具有优越性。 作者简介 王晓稼 浙江省肿瘤医院教授，博士、博士生导师、主任医师。院长助理、科教科长、乳腺内科主任；国家卫健委合理用药专家组成员兼乳腺癌实践基地主任；国家肿瘤质控中心乳腺癌专家委员会；浙江省肿瘤诊治质控中心副主任；CSCO乳腺癌专家委员会常委；中国抗癌协会乳腺癌专业委员会常委；浙江省抗癌协会肿瘤内科专业委员会主任委员、乳腺癌专业委员会候任主任委员；省免疫学会副理事长；浙江省转化医学学会副理事长兼精准医学分会会长等。 推荐看： 【参考文献】 [1]Shima H, Yamada A, Ishikawa T, et al. Are breast cancer stem cells the key toresolving clinical issues in breast cancer therapy[J]. Gland Surg, 2017, 6(1):82-88. DOI: 10.21037/gs.2016.08.03. [2] Velasco-Velázquez MA, Homsi N, de laFuente M, et al. Breast cancer stem cells[J]. The International Journal ofBiochemistry & Cell Biology, 2012, 44(4): 573-577.DOI:10.1016/j.biocel.2011.12.020. [3] Tomita H, Tanaka K, Tanaka T, et al.Aldehyde dehydrogenase 1A1 in stem cells and cancer[J]. Oncotarget, 2016,7(10):11018-11032. DOI: 10.18632/oncotarget.6920. [4] Duru N, Fan M, Candas D, et al.HER2-associated radioresistance of breast cancer stem cells isolated fromHER2-negative breast cancer cells[J]. Clin Cancer Res, 2012, 18(24): 6634-6647.DOI:10.1158/1078-0432. [5] 周鑫, 吴诚义. CD44 /CD24-/low在乳腺癌中的表达及其与含蒽环类药物化疗方案敏感度的关系[J]. 肿瘤防治研究, 2012,39(8): 966-969. DOI：10.3971/j.issn.1000-8578.2012.08.021. [6] 王安安, 吴恒宇, 刘磊,等. 三阴性乳腺癌组织中肿瘤干细胞相关标记物CD44^ /CD24^-/low和ALDH1 的表达及意义[J]. 中国医学创新, 2017, 14(25): 23-27.DOI：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.25.006. [7]Kwon MJ, Han J, Seo JH, et al. CD24 overexpression is associated with poorprognosis in luminal a and triple-negative breast cancer[J]. PLoS One, 2015,10(10): e0139112. DOI:10.1371/journal.pone.0139112. .[8] 华云旗, 毋永娟, 谭亚琴, 等. CD44、CD24在结直肠癌和腺瘤中的表达及其致瘤和侵袭能力的研究[J]. 内蒙古医科大学学报, 2015, 37(5): 407-412.DOI:10.16343/j.cnki.issn.2095-512x.2015.05.002. [9] Sun HM, Jia J, Wang XL, et al. CD44 /CD24−breast cancer cells isolated from MCF-7 cultures exhibit enhanced angiogenicproperties[J]. Clin Transl Oncol, 2013, 15(1): 46-54.DOI:10.1007/s12094-012-0891-2. [10]Li WZ, Ma HL, Zhang J, et al. Unraveling the roles of CD44/CD24 and ALDH1 ascancer stem cell markers in tumorigenesis and metastasis[J]. Sci Rep, 2017, 7(1):13856. DOI:10.1038/s41598-017-14364-2. [11] Chun J, Kim YS . Platycodin D inhibitsmigration, invasion, and growth of MDA-MB-231 human breast cancer cells viasuppression of EGFR-mediated Akt and MAPK pathways[J]. Chemico-BiologicalInteractions, 2013, 205(3): 212-221. DOI：10.1016/ j.cbi.2013.07.002. [12] Zhong Y, Shen SJ, Zhou YD, et al. ALDH1is a better clinical indicator for relapse of invasive ductal breast cancerthan the CD44 /CD24− phenotype[J]. Med Oncol, 2014, 31(3): 864.DOI:10.1007/s12032-014-0864-0. [13] Yan YW, Li Z, Xu X, et al. All-transretinoic acids induce differentiation and sensitize a radioresistant breastcancer cells to chemotherapy[J]. BMC Complement Altern Med, 2016, 16: 113.DOI:10.1186/s12906-016-1088-y. [14] Ge GQ, Zhou C, Ren Y, et al. EnhancedSLC34A2 in breast cancer stem cell-like cells induces chemotherapeuticresistance to doxorubicin via SLC34A2-Bmi1-ABCC5 signaling[J]. Tumor Biol,2016, 37(4): 5049-5062. DOI:10.1007/s13277-015-4226-0. [15]Tanei T, Morimoto K, Shimazu K, et al. Association of breast cancer stem cellsidentified by aldehyde dehydrogenase 1 expression with resistance to sequentialPaclitaxel and epirubicin-based chemotherapy for breast cancers[J]. ClinicalCancer Research, 2009, 15(12): 4234-4241. DOI：10.1158/ 1078-0432.CCR-08-1479. [16] Wang H, Wang L, Song Y, et al.CD44( )/CD24(-) phenotype predicts a poor prognosis in triple-negative breastcancer[J]. Oncol Lett, 2017,14(5):5890-5898. DOI: 10.3892/ol.2017.6959. [17] Martin-Castillo B, Lopez-Bonet E, CuyàsE, et al. Cancer stem cell-driven efficacy of trastuzumab (Herceptin): towardsa reclassification of clinically HER2-positive breast carcinomas[J].Oncotarget, 2015, 6(32): 32317-32338. DOI:10.18632/oncotarget.6094. [18] 邵喜英, 郑亚兵, 王晓稼. 乳腺癌 PIK3CA 基因突变与抗 HER2靶向治疗疗效的相关性[J]. 国际肿瘤学杂志, 2016, V43(9): 699-702. DOI：10.3760/cma.j.issn.1673-422X.2016.09.015. [19] Korkaya H, Kim GI,Davis A, et al. Activation of an IL6 inflammatory loop mediates trastuzumabresistance in HER2 breast cancer by expanding the cancer stem cell population[J].Mol Cell, 2012, 47(4): 570-584. DOI: 10.1016/j.molcel.2012.06.014.
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