尿路上皮干细胞演化与膀胱肿瘤的起源及复发

美国癌症协会2017癌症统计年报数据显示，就男性而 言，每年新增的膀胱癌患者约占所有新发癌症患者的7％， 位列所有癌症的第4位，其男性死亡病例数量位列所有癌症 的第8位‘1 J。在中国，膀胱癌的发病率占泌尿男生殖系肿瘤 第1位。2 J，而根据中国2015年癌症统计，中国的膀胱癌新增病例也在200l_2011年逐年上升∞J。近年来，虽然膀胱癌 诊疗技术进步迅速，但患者病死率仍居高不下。4～。。膀胱癌 目前缺乏有效的治疗靶点和术后评估指标，5％～50％的患 者术后发生复发或转移¨…。膀胱癌具有易复发、耐药的特 点，需多次手术和定期膀胱镜检，医疗费用昂贵一l。膀胱癌 异质性高，其恶性度、复发潜能、对化疗耐受程度都与起源细 胞的特征有关¨““o。对于肿瘤起源于相应的正常组织干细胞还是肿瘤组织内“干性”祖细胞的问题，目前尚无定论，本 文将针对尿路上皮干细胞演化与膀胱癌起源和复发的关系进行综述，为解释该科学问题提供更清晰的研究线索。

一、 尿路上皮干细胞演化及相关分子标志

膀胱尿路上皮组织由3种形态和分化程度完全不同的 细胞组成，自下而上依次分别为基底细胞、中间细胞和伞状 细胞¨“。通常认为，膀胱尿路上皮组织十细胞主要存在于 基底层，伞状细胞为终末分化细胞，不同分化程度的尿路上 皮细胞表达不同的分子标志物¨3。”。。基底层细胞可以向中 间细胞和伞状细胞分化。1…。既往的研究结果表明，细胞角 蛋白在上皮组织分化过程中呈现差异表达的特征。在上皮 细胞癌化的过程中，角蛋白(keratin，KRT)的表达特征通常 较为保守¨“。膀胱尿路上皮祖细胞呈KRTl4+／KRT5+／ KRT20一，中间细胞呈KRTl4一／KRT5+／KRT20一，伞状细胞 呈KRTl4一／KRT5一／KRT20十-”。KRT5是分化较为早期的表达产物，而KRT20则为相对晚期的表达产物、1…。通过比 较不同分化程度的尿路上皮细胞及临床肿瘤样本的表达特征，国外研究者发现根据CD90、CIM4、CD49等细胞表面分 子标志物的表达情况可以将膀胱上皮细胞及肿瘤细胞的分 化程度由低到高分成4种不同的细胞亚群：CD90+／CD44+／ CD49+、CD90／CD44+／CD49+、CD90一／CD44一／CD49+、 CD90一／CD44一／CD49一(终末分化细胞)71”。

二、 尿路上皮干细胞、肿瘤干细胞与膀胱癌起源的关系

干细胞可以不断自我更新，其子代细胞可进一步分化为 终末细胞，从而在维持组织器官的稳态方面发挥关键的作 用。在动物模型中，经促癌剂N一丁基一N一(4羟基丁基)亚硝 胺长期慢性刺激损伤，小鼠尿路上皮基底层中荧光标志的 Sonichedgehog(shh)信号通路Shh蛋白高表达的干细胞可以 介导形成原位癌及肌层浸润性膀胱癌；将荧光标志干细胞删除后，动物体内无法成瘤∞…。上述研究结果表明，正常尿路 上皮组织干细胞在膀胱癌的发生和进展过程中发挥了关键 作用，但其具体癌变的分子作用机制不明。肿瘤干细胞是肿瘤组织或细胞系中一群具有自我更新 和多向分化潜能、并能产生肿瘤异质性的细胞，研究者推测 其介导了肿瘤复发和耐药【2。”J。在泌尿生殖系肿瘤中，前 列腺癌肿瘤于细胞的相关研究报道较多-z…，而膀胱癌肿瘤 干细胞的研究相对较少，其分离和鉴定方法仍在探索阶 段【24 J。用于分离膀胱癌干细胞的方法和策略主要有以下3 种：细胞表面标志物分选、流式侧群分离以及成球培养。其 中，细胞表面标志物分选法应用较多；基于CD44和其他标 志物的组合，有研究报道可以从膀胱癌组织或细胞系中分离 出具有干细胞特性的细胞亚群‘1L”J。也有学者利用乙醛脱 氢酶1(aldehyde dehydrogenase 1，ALDH一1)‘2”川或者八聚体 结合转录因子4(oetamer—binding transcription factor 4，OCT一 4)[28-29]鉴定出具有膀胱癌干细胞特性的细胞。最近有研究 者通过BCmabl抗体结合CD44对膀胱癌细胞亚群进行研 究，其中双阳性的亚群显示出膀胱癌干细胞的多数特 征。3”。。虽然过去的研究已经取得了一系列重要的发现，但在膀胱癌干细胞鉴定和分离方面仍待突破，这也为后续的 研究指明了方向。

三、 干细胞突变在肿瘤发生过程巾的作用

在肿瘤起源问题上，与基于肿瘤细胞系或动物模型的研究不同，针对人体干细胞的演化研究存在体内建模的限制， 难以通过体内示踪技术研究肿瘤细胞的起源口…。虽然在体 外利用组织干细胞诱导构建的类器官模型能够在一定程度上用于模拟肿瘤发生的过程，但这种体外模拟过程无法再现 人体内的细胞微环境¨3：。

基因组学和生物信息学领域的快速进步使人们有机会从分子水平上研究和推测肿瘤的动态演化，构建正常细胞形 成病变组织过程的“分子进化树”。通过分析癌症基因组图 谱数据库中多种肿瘤的外显子测序数据，发现部分实体瘤患 者的血细胞基因组中存在白血病／淋巴瘤相关的关键基因低频突变，并且患者年龄越大，其突变比例越高。34。5 o。这些低频促癌突变可能发生在具有分裂能力的造血干(祖)细胞中，随着造血干(祖)细胞分裂而不断累积突变，进而导致肿 瘤发生。

随着细胞分裂代数的增加，正常组织干细胞通常会累积大量的随机突变。2016年，荷兰科学家报道了不同年龄成 人小肠、结肠、肝等正常组织干细胞的突变特征，发现人体组织干细胞每年大约累积40个新的突变。3…。成体组织干细 胞在自我更新过程中累积的体细胞突变与癌症等各种衰老相关疾病的发生风险相关，干细胞分裂快的组织发生癌变的 风险更高口“。这提示干细胞突变可能在肿瘤发生中起关键 作用。既往针对尿路上皮组织干细胞开展的相关研究主要集中在鉴定干细胞相关分子表达特征上，尚无研究报道尿路 上皮干细胞的突变特征及其在膀胱癌发生和演化过程中的 作用与机制。1…。未来的研究应更多地聚焦在尿路上皮组织干细胞分裂过程中累积的相关体细胞突变的致癌或促癌作 用及其机制方面。

四、 单细胞水平研究膀胱癌干性细胞突变特征与演化规律

膀胱癌的异质性较高，同一患者肿瘤组织内可能存在多个不同的亚克隆，每个亚克隆可能具有不同的突变特征和生 物学行为‘3…。应用单细胞测序技术可以同时从细胞来源和 基因组变异角度直观地研究肿瘤的细胞来源和演化特征‘3…J。已有研究从膀胱肿瘤组织和癌旁组织中分离出肿 瘤细胞、肿瘤干性细胞、正常细胞及正常干细胞，并利用单细胞技术对每个细胞的体细胞突变进行分析，构建细胞之间的 “分子进化树”，发现膀胱肿瘤细胞与正常膀胱组织细胞均起源于正常组织干细胞，膀胱肿瘤干性细胞可能是尿路上皮 干细胞突变积累产生的中问产物，它们可能兼具恶性增殖与 分化能力，最终形成具有异质性的肿瘤细胞群ⅢJ。

五、 干细胞在膀胱癌“游击式”复发中的作用

在临床上，膀胱癌具有易复发的特点，75％～80％的患 者初诊为非肌层浸润性膀胱癌，首次接受经尿道膀胱肿瘤切除术后，50％～60％的患者2年内会出现肿瘤复发’4“，肿瘤 复发位置常不同于原发肿瘤或已切除的复发肿瘤的位 置‘4…，存在“游击式”复发现象。膀胱癌复发的机制尚未明 确，累积突变的尿路上皮干细胞或其子代肿瘤干细胞可能是潜藏和散布在整个膀胱尿路上皮组织中的肿瘤发生与复发 的“种子”_4…。目前的研究结果提示，这个“种子”可能是在 人体胚胎发育早期就埋藏在膀胱组织中携带特定遗传信息 的膀胱尿路上皮组织干细胞Ⅲo。先天携带的遗传信息与细 胞复制及分化过程中新获得的变异在外界致癌或促癌剂作 用下使得尿路上皮组织干细胞具有易于恶性转化的特点㈨4引。

六、 展望

正常干细胞突变演化与肿瘤发生、复发及治疗耐受等力 面密切相关。作为干细胞演化过程的分子钟，基因突变的作 用越来越受到重视。近年来，随着大规模临床队列研究的开展及单细胞研究技术的进步，从干细胞突变积累及演化的角 度对膀胱肿瘤起源与复发问题进行探索，利用诸如谱系示踪、类器官以及顺序突变等新兴技术可以实现对正常干细胞 突变在肿瘤演化过程中的作用进行深入解析，将有助于明确干细胞恶性转化过程相关的分子机制，为临床上针对膀胱癌 复发问题制定新策略提供理论依据和潜在的靶向或免疫治 疗靶点。