3 乳腺干细胞增殖和生存的信号通路
3. 1 Wnt信号通路在乳腺癌和乳腺干细胞增殖中的作用
在Wnt信号通路中,Wnt蛋白通过与其受体复合物结合产生信号,受体复合物由Frizzle和LDL 受体家族组成。细胞质中,β2catenin为Wnt信号通路中的重要角色,其稳定性受复合体降解的调节。在缺乏Wnt信号时,包括APC 和Axin支架蛋白在内的几种蛋白与β2catenin形成复合体,导致其被蛋白酶降解。当Wnt蛋白与其受体结合,Wnt信号通路激活,β2catenin
在细胞质中累积并且进入细胞核与Tcf /Lef家族转录因子形成复合体,进而调节靶基因的表达。在乳腺的发育中,Wnt是必需的。文献[ 11 ]报道Lef1 - / - 小鼠的表型提示Wnt信号调节胚胎的乳腺发育。此外,研究还表明在怀孕早期Wnt 4介导孕酮诱导的导管侧支形成[ 12 ] ;Wnt 1 或Wnt 10b转基因的高表达引起处女鼠乳腺的过度分支和过早发育[ 13 ] ; Axin的过量表达抑制β2catenin,在怀孕期引起乳腺泡形成的缺陷[ 14 ] 。以上研究结果充分说明Wnt信号通路在正常乳腺发育中起重要作用。
最近的研究显示Wnt信号通路与胚胎时期的乳腺干细胞分化有关。Wnt 10b转基因动物的乳腺出现小叶增生并有转变为癌症的风险,提示Wnt信号与多能祖细胞群扩增相关。已有研究证明Wnt 信号在乳腺干细胞增殖和扩增中的作用。Musashi 1 (Msi 1) 是一个已知的神经干细胞标志,在乳腺标记保留细胞( lable2retaining cells,LRC)和侧群细胞( side populationcell, spc)中表达[ 11 ] ,被认为是乳腺干细胞标志之一[ 15 ]。Msi 1在小鼠乳腺上皮细胞系的表达导致始祖细胞(CD24high CD29 +细胞)的扩增和β2catenin的细胞核定位增加。Msi 1的表达不仅激活Wnt信号通路,而且抑制了p21Cip1的表达。Wang等[ 15 ]由此认为Msi 1表达作用是促进Cyclin D1和Cyclin D2依赖蛋白激酶的活化和G1 /S细胞周期的转变,从而促进始祖细胞的扩增和增殖。
与Msi 1一样, 小窝蛋白( caveolins)也通过调节Wnt信号通路调节乳腺干细胞增殖。小窝蛋白是质膜内陷的主要结构蛋白,称为细胞质膜微囊( caveolae) [ 16, 17 ] 。小窝蛋白具有许多功能,包括通过与绞手架结构域( caveolin scaffolding domain,CSD)相互作用的信号转导调节[ 17 - 19 ] 。小窝蛋白21 (Cav21)在不同的细胞类型中表达,包括血管内皮细胞[ 17 - 20 ] 。它通过Wnt信号通路在许多组织中发挥抑制原生性增殖蛋白和癌蛋白活性的作用,包括乳腺组织。从Cav21基因敲除小鼠分离出的乳腺细胞中, Sca21和角蛋白6 ( keratin 6) 以及β2catenin在乳腺导管中的表达增加[ 21 ] 。上述研究表明Cav21是Wnt信号通路的一个负性调节因子[ 17 - 22 ] 。由于Wnt信号通路激活,Cav21基因表达缺失可以间接促进乳腺干细胞自我更新。
在乳腺癌中,Wnt信号通路的许多成分已被证实为激活的原癌基因[ 23 ] ,这表示Wnt信号通路异常可促进乳腺癌的发生。由L iu等[ 24 ]研究证实:小鼠体内Wnt信号效应物的正向表达导致乳腺干细胞的积累,在形态上与细胞增生相关。Sdc21 敲除小鼠(抗Wnt21和β2catenin诱导肿瘤小鼠)和Wnt信号通路过表达转基因小鼠杂交产生的后代肿瘤发生率降低,潜伏期较长。进一步研究表明在肿瘤发生、发展的过程中,杂交后代的始祖细胞增殖减低。因此,乳腺干细胞的扩增可能是肿瘤易感性的决定性因素。与此一致, L i等[ 21 ]的研究也表明转基因编码Wnt信号通路的成分能从始祖细胞中诱导乳腺癌发生。MMTV2Wnt21转基因小鼠产生含有Keratin26和Sca21阳性细胞的前瘤样病变和增生性肿瘤。此种小鼠产生的肿瘤中管腔上皮细胞和肌上皮细胞共存,说明恶性转化发生于同一祖细胞。总之,近期的研究表明Wnt信号通路的异常激活可能通过乳腺干细胞引起肿瘤发生。
3. 2 FGF信号通路在乳腺癌和乳腺发育中的作用
成纤维细胞生长因子( fibroblast growth factor, FGF)信号通路也在乳腺癌和乳腺发育中起重要作用[ 25, 26 ] 。成纤维细胞生长因子23 ( fibroblast growth factor 3, FGF23)具有复杂的表达模式,并在发育的胚胎组织增殖和分化中起广泛作用。用小鼠乳腺肿瘤病毒(mouse mammary tumor virus, MMTV ) 插入激活FGF23与乳腺肿瘤发生相关[ 27 ]。转基因小鼠的FGF23异常过度表达会导致乳腺增生[ 28, 29 ] 。Ornitz等[ 30 ]报道,在早期处女鼠中FGF23过量表达引起乳腺畸形发育。但在早期的乳腺发育和肿瘤发生的初期,由于缺乏暂时的、可逆的转基因表达系统,目前尚无法评价FGF23 的作用。此外,实验证明FGF210 是FGFR 2β主要的配体,两者在乳腺发育中至关重要。
3. 3 Notch信号通路的作用
Notch 信号及其配体在乳腺发育中起重要作用[ 31 ] , 在Notch 4位点MMTV 的插入引起乳腺癌[ 32 ] ,转基因小鼠模型中,Notch 4过量表达也会引起乳腺癌[ 33 ] 。Notch信号通路在乳腺干细胞自我更新和分化中的作用已由乳腺球培养证实,其配体过量表达导致乳腺球数目的显著增加[ 34 ] 。反之,使用抗体阻止Notch 4通路可阻断乳腺球的形成。过表达Msi 1的乳腺上皮细胞中始祖细胞的扩增增加(CD24highCD29 +细胞) [ 15 ] ,同时一些与Notch和Wnt信号途径相关的蛋白激酶被上调,用定量RT2PCR分析表明Notch 1、Notch的配体DL 1和Jag 1,以及Notch靶基因Hes1表达均增加[ 15 ] 。通过Msi 1抑制Numb蛋白(与Notch1相互作用决定细胞去向)被发现能保持Notch活性、下游配体以及效应基因的转录, Numb蛋白由此被认为是Notch信号通路的正性调控因子。
研究表明缺氧状态可保持干细胞的表型并促使分化标志物的表达降低,从而阻止细胞分化[ 35 - 37 ] 。体内实验显示干细胞的缺氧调节基因表达水平相当高[ 38 ] 。有研究表明Notch信号通路与缺氧诱导因子1( hypoxia2inducible factor 1, H IF21)相互作用可促进干细胞表型的表达[ 36 ] 。Sansone 等[ 37 ] 报道p66Shc (哺乳动物长寿基因)受缺氧刺激诱导,可控制Notch23的表达,这种相互作用导致Notch配体的上调。此外, p66Shc,Notch23和Jagged21相互作用被证明能促进人类干细胞自我更新。上述研究表明, Notch信号的激活对乳腺干细胞的增殖和自我更新起重要作用,并可促进干细胞表型表达。
