多倍体肿瘤巨细胞的研究进展.pdf

多倍体肿瘤巨细胞(polyploid gaint cancer cells,PGCCs)是肿瘤细胞的一个特殊亚群，具有单个巨核或多个细胞核，细胞体积、形态、遗传信息总量等方面与正常细胞相比有明显不同1。PGCCs 存在于多种实体肿瘤中，包括脑胶质瘤、乳腺肿瘤、鼻咽癌等2-4。至少在 180 年前 PGCCs 就被癌症生物学家观察到和记录过5，但是当时多数人认为观察到的 PGCCs是由于多极分裂细胞发生了错误的有丝分裂，不能继续存活，因此相关研究一直很少。约 20 年前，由于T.M.ILLIDGE 等6提出多倍体巨细胞可为 DNA 损伤后的 P53 突变细胞提供一种保护机制，所以多倍体巨细胞被引起重视，并开展大量研究。J.COWARD 等7宣布 PGCCs 是对抗癌症治疗中的关键药物靶点，进一步提升了 PGCCs 在肿瘤研究领域的地位。如今，PGCCs 在肿瘤异质性、治疗耐药以及肿瘤复发中的重要作用已得到学者们的认同。目前已有的治疗方法还无法根治肿瘤，尤其是脑胶质瘤，易复发且预后差8，可能源于对肿瘤的本质认识还不足，或 PGCCs 长期被忽视，对其深入探索可能会为肿瘤的研究提供新思路。1多倍体细胞的概述染色体的倍性是指细胞内同源染色体的数目，具有两组的称为“二倍体”，自然界中几乎所有的哺多倍体肿瘤巨细胞的研究进展*宋高超1,2综述袁沈剑虹1*审校(1南通大学附属医院神经外科袁南通 226001曰2南京医科大学第二附属医院神经外科)摘要多倍体肿瘤巨细胞(polyploid gaint cancer cells,PGCCs)是一类拥有特殊细胞周期的细胞袁存在于多种实体肿瘤中遥 过去常认为此类细胞处于衰老尧凋亡边缘袁不能分裂且无法生存袁但近年发现 PGCCs 可在化疗尧放疗尧缺氧等条件下存活袁并参与肿瘤的发展尧治疗抵抗以及转移复发等遥 本文围绕 PGCCs 的研究现状进行阐述袁为肿瘤的研究提供新思路遥关键词多倍体肿瘤巨细胞曰细胞周期曰脑胶质瘤曰复发中图分类号R730.21文献标志码B文章编号1674-7887渊2023冤03-0273-04273窑窑南 通 大 学 学 报(医 学 版)2023 颐 43渊3冤乳动物都是二倍体生物，但在一些特定条件下，如细胞分裂发生错误时会产生多倍体细胞，有丝分裂和胞质分裂错误是常见的产生途径9-10。多倍体细胞是指细胞内含有额外的同源染色体组，在自然界中较常见，如植物细胞、血巨核细胞、肝实质细胞等10-11。在一些生理过程(胚胎发生、终末分化等)或病理情况下(遗传毒性、代谢应激等)，一些二倍体细胞也会向多倍体转化，学者们12认为这一转化机制一方面对生物进化有着深远影响，另一方面代表着机体对于生存压力的防御抵抗。然而细胞发生多倍体转化并不总是代表积极的作用，增殖中的多倍体细胞在遗传学上并不稳定，错误的复制可能会促进肿瘤基因组形成而导致肿瘤的发生13。2PGCCs 的概述已有证据14-16表明，肿瘤组织中存在的一些多倍体细胞能抵抗生存环境威胁，并具有去多倍化以及增殖能力，可将二倍体肿瘤细胞所需的染色体从混乱的基因组中分离出来，并通过不对称的胞质分裂方式产生后代细胞，这类细胞被称为 PGCCs。PGCCs的特别之处在于其具有肿瘤干细胞特性、分化及再增殖能力，尤其是可存在于治疗后的肿瘤组织中16，且高级别肿瘤中存在的 PGCCs 数量一般多于低级别肿瘤3。S.W.ZHANG 等4从形态学上将细胞核体积比正常二倍体癌细胞大 3 倍以上的细胞定义为PGCCs；J.S.CHEN 等17从遗传学上提出，这些巨细胞中的 DNA 含量需要等于四倍体或大于四倍体。3PGCCs 的形成机制3.1内复制周期最经典的细胞周期是有丝分裂周期，包括间期和分裂期(M 期)，间期又分为 DNA 合成前期(G1期)、DNA 合成期(S 期)和 DNA 合成后期(G2期)，正常的有丝分裂周期由 G1-S-G2-M 期组成16。只有合成期细胞周期蛋白依赖性激酶(synthesis-cy原clin dependent kinase,S-CDK)和分裂期细胞周期蛋白依赖性激酶(mitosis-cyclin dependent kinase,M-CDK)共同激活，两者形成的总 CDK 水平达到一定阈值时，才能激活正常的有丝分裂周期发生18。M-CDK 主要负责驱动 G2/M 期进程。而研究18-19发现在发生 P53 突变的细胞中，M-CDK 的表达水平下调可以延长 G2期，阻止细胞周期进入 M 期，同时，随着S-CDK 的周期性失活，G 期和 S 期交替驱动，肿瘤细胞进入内周期，形成多倍体细胞。简单地说，总体 CDK的低水平激活容易导致细胞进入内复制周期16。内复制周期可以理解为细胞脱离了正常的有丝分裂周期，仅包括 G 期、S 期的简单循环，没有染色体的分离，也不发生核膜和细胞质的分裂，最终形成一个含有大量 DNA 的巨大多倍体细胞核。3.2胞质分裂失败胞质分裂发生在核分裂之后，是细胞分裂的最后一步，将母细胞分裂成两个子细胞。人体中典型的生理性胞质分裂失败发生在血液系统中，天然多倍体巨核细胞的成熟经历了多轮无细胞质分裂20。GTPase RhoA 是启动胞质分裂的关键调节因子21，活性降低将导致胞质分裂失败。L.LORDIER等22-23在抑制 GTPase RhoA 以及下游 RhoA/ROCK的活性后发现，肌动蛋白和肌球蛋白聚集明显减少，造成胞质分裂所需的收缩环功能障碍而导致胞质分裂失败。这些结果表明胞质分裂失败可促使多倍体细胞形成，而由于未发生核分裂，最终会形成含有多个小核的多倍体。3.3细胞融合(最直接的方式)细胞融合被认为是一种相对罕见且受到严格监管的生物学现象，只有在特定细胞才会发生，如胎盘滋养层细胞、受精卵等24-25。二倍体癌细胞相互融合是产生 PGCCs 最直接的方式，与有丝分裂没有直接关系16。米蕊芳等26通过慢病毒感染获得带有红色以及绿色荧光的脑胶质瘤细胞株后，利用植物血凝素-聚乙二醇诱导细胞融合观察到了黄色荧光的 PGCCs 产生。有学者25认为肿瘤细胞生理性融合蛋白表达的失调可能会促进细胞融合。J.M.PAWELEK 等27发现参与破骨细胞生成过程中细胞融合的细胞表面受体 CD44 经常在癌细胞中过度表达，由此推测 CD44 可能是促进细胞融合的一个要素。综上，二倍体癌细胞相互融合形成PGCCs 可能是由于细胞表面蛋白表达异常，但其中具体的分子机制目前尚未明确需后期继续研究。4PGCCs 的生物学特性4.1耐药尧耐缺氧PGCCs 能通过调节肿瘤微环境来抵抗部分化疗毒性，当 PGCCs 暴露于大剂量化疗药物时，可以衍生出血管内皮生长因子和巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)，这两种因子与肿瘤持续生长所必需的血管生成有关28，且能提升癌细胞的化疗耐药性29；另外，当化疗药物造成细胞 DNA 损伤时，肿瘤抑制因子 P53可诱导细胞衰老或凋亡以清除肿瘤细胞，而 PGCCs释放的 MIF 可以抑制 P53 功能而促使癌细胞继续存活28。PGCCs 常在一些高度恶性的肿瘤，或化疗、靶向治疗后的肿瘤组织中被发现，且多位于正常组织274窑窑与肿瘤组织之间的浸润交界处，这些地方内在血流低且不均匀，血管系统异常，往往处于缺氧的环境；持续的缺氧刺激可诱使肿瘤细胞发生“细胞分裂错误”而导致 PGCCs 的形成17，因此 PGCCs 具有耐缺氧的特性，而缺氧又可诱导 PGCCs 形成。4.2独特的增殖方式目前，多个课题组2,4,30已通过显微镜观察或荧光染色的方式发现了 PGCCs 可以去多倍化，即产生子代，而对于具体模式，可以概括为萌发和爆发式分裂，这两种模式与真菌这类原始生物类似。F.IANZINI 等31在使用 酌 射线诱导肿瘤细胞的同时利用活细胞成像技术观察到有部分多倍体细胞形成，它们逃脱了死亡，并通过去多倍化过程产生了子代，并且这种子代细胞与正常细胞无明显差异，也可以继续分裂；同时，细胞核中出现类似减数分裂的结构基础联会复合体，在通过一系列反转录-PCR 实验后发现减数分裂过程的特异性基因在 PGCCs 中被激活。同样，J.ERENPREISA 等32发现在 酌 射线诱导 Namalwa、WI-L2-NS、HeLa 细胞产生的多倍体细胞中，减数分裂黏附剂 REC8 会从着丝粒移位到中心体和星形纤维，并与微管相关蛋白核有丝分裂器蛋白共定位，从而诱导细胞染色体分离和基因组减少。这些结果表明 PGCCs 可能通过启动减数分裂来产生子代。4.3肿瘤干细胞特性肿瘤干细胞是一类能致瘤以及自我更新的异质性细胞，学者们4,33发现了PGCCs具有 CD44、CD133 等肿瘤干细胞标志物的阳性表达，因此 PGCCs 的干细胞样属性一直都是研究热点。大致可分为以下两方面：(1)PGCCs 具有强大的成瘤能力。W.H.ZHANG 等34通过制备单细胞悬液分离出小鼠纤维肉瘤 UV-2237 细胞的单个 PGCC 并将其注射到裸鼠皮下，成功构建了单个 PGCC 水平的活体肿瘤模型，这项研究也被认为是 PGCC 具有肿瘤形成能力的经典证据。(2)PGCCs 具有多向分化的能力。S.W.ZHANG 等4将 HEY 细胞来源的 PGCCs在成脂、成骨等特殊培养基中培养一定时间后，发现PGCCs 可以分化成多种组织，包括脂肪组织、软骨组织等。综上，PGCCs 具有肿瘤干细胞特性，可以导致肿瘤的发生，结合其耐药特性，有理由相信 PGCCs在历经化疗后的肿瘤复发中有潜在作用。4.4参与肿瘤转移W.H.ZHANG 等34在用单个小鼠纤维肉瘤 UV-2237 细胞来源的 PGCC 建立裸鼠皮下肿瘤模型的实验中，除接种处形成肿瘤外，还观察到少量裸鼠肺部形成病灶，经 HE 切片鉴定为肺部转移瘤，这一现象为 PGCC 及其子代细胞具有转移能力提供了一个研究方向。F.FEI 等35通过划痕以及 Transwell 实验比较 MCF-7、MDA-MB-231 细胞来源的 PGCCs 子代细胞和对照组的侵袭和迁移能力，结果发现前者具有更强的侵袭和迁移能力，同时 Western Blot 检测到转移相关标志物神经钙黏附蛋白和波形蛋白在 PGCCs 子代细胞中显著升高。由此可见 PGCCs 具有转移能力，而由于大部分伴有转移的肿瘤患者生存期较低，治疗棘手，未来早期针对 PGCCs 进行靶向治疗或许是延缓肿瘤转移的一个方案。综上所述，PGCCs 可被认为是肿瘤发生、治疗耐药以及转移的根源。近年来对于 PGCCs 的研究日益增多，其在肿瘤发生、发展、转移等方面的作用也逐渐明晰，但这些研究结论大都停留在现象层面，对于PGCCs 如何形成的机制层面的研究少之甚少。此外，仍有大量肿瘤细胞系尚未构建起 PGCCs 的诱导体系，对于 PGCCs 的生物学特性是否适用于所有肿瘤类型的 PGCCs 还不得而知。由于 PGCCs 多存在于高级别以及治疗后的肿瘤中，那么 PGCCs 的数量也许可以作为病理学家诊断肿瘤级别、性质时的辅助指标。进一步研究 PGCCs 如何形成、产生子代、造成复发的分子机制，寻找相关药物以及治疗靶点来清除 PGCCs，将会为肿瘤的治疗提供新的帮助。参考文献1于娟,张仁亚,王卫.多倍体肿瘤巨细胞研究进展J.世界肿瘤研究,2019,9(1):45-59.2YOU B,XIA T,GU M,et al.AMPK-mTOR-mediated ac鄄tivation of autophagy promotes formation of dormant poly鄄ploid giant cancer cellsJ.Cancer Res,2022,82(5):846-858.3QU 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