多倍体肿瘤巨细胞研究进展

WorldJournalofCancerResearch世界肿瘤研究,2019,9(1),45-59PublishedOnlineJanuary2019inHans.://doi.org/10.12677/wjcr.2019.91008ReviewofPolyploidGiantCancerCellsJuanYu,RenyaZhang,WeiWang*DepartmentofPathology,AffiliatedHospitalofJiningMedicalUniversity,JiningShandongReceived:Dec.23rd,2018;accepted:Jan.9th,2019;published:Jan.16th,2019AbstractPolyploidgiantcancercells(PGCCs)isaspecialsubgroupofcancercells,oftencontainingasinglegiantcellnucleusormultiplenuclei,andthenucleusisusuallyirregular.Comparedwithnormaldiploidcancercells,PGCCswasdifferentincellcycle,proliferationpattern,differentiationability,morphology,size,chromosomalabnormalities,tumorigenicity,radiotherapyandchemotherapy.PGCCshasnotbeenvaluedinthepast,anditisgenerallyconsideredthatPGCCsisattheedgeofmitosisandtheedgeofapoptosis,whichisnotdivided,soitisconsideredtobeunviable.However,recentstudieshavefoundthatPGCCsisnotonlyviablebutalsohasembryonicstemcelllikecha-racteristics.Itproducesmultipledifferentiationsthroughasymmetricdivisionoftheprogenycells,andplaysanimportantroleinchemoresistance,proliferation,epithelialtransformationandinva-sionandmetastasis.Inthispaper,theresearchprogressofPGCCsinrecentyearsisreviewed,providinganewdirectionandmethodforclinicaltreatment.KeywordsPolyploidGiantCancerCells,MultidirectionalDifferentiation,Chemoresistance,EpithelialMesenchymalTransition,InvasionandMetastasis多倍体肿瘤巨细胞研究进展于娟，张仁亚，王卫*济宁医学院附属医院病理科，山东济宁收稿日期：2018年12月23日；录用日期：2019年1月9日；发布日期：2019年1月16日摘要多倍体肿瘤巨细胞(PGCCs)是一种特殊类型的癌细胞亚群，常含有单个巨大的细胞核或多个细胞核，且*通讯作者。文章引用: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.DOI:10.12677/wjcr.2019.91008于娟等细胞核通常不规则。与普通二倍体肿瘤细胞相比，PGCCs细胞周期、增殖方式、分化能力、形态、大小、染色体异常、致瘤性、抵抗放化疗等方面均不相同。过去常认为PGCCs处于有丝分裂的阻滞期并且处于细胞凋亡的边缘，是无法存活的，因此不被重视。但是最近研究发现，PGCCs不仅是可生存的，而且具备胚胎干细胞样特性，通过不对称分裂产生子代细胞，进行多向分化，且在肿瘤耐药、上皮间质转化和侵袭转移中发挥重要作用。本文就PGCCs近年来的研究进展进行综述，为临床治疗提供一种新的方向和思路。关键词多倍体肿瘤巨细胞，多向分化，耐药，上皮间质转化，侵袭转移Copyright©2019byauthor(s)andHansPublishersInc.ThisworkislicensedundertheCreativeCommonsAttributionInternationalLicense(CCBY).引言恶性肿瘤是指肿瘤细胞处于去分化状态，其中一个显著特征是存在多个基因组DNA拷贝(多倍体)的巨型细胞，被称为多倍体肿瘤巨细胞(PGCCs)[1]。PGCCs是一种特殊的非典型癌细胞亚群，主要存在于实体肿瘤中，含单个巨大细胞核或多个细胞核，细胞核通常不规则。病理学家张诗武等[2]将细胞核体积与二倍体肿瘤细胞核的比例≥3的细胞定义为PGCCs。PGCCs通常被认为是基因组不稳定性的中间产物。在形态、大小、染色体异常、致瘤性、抗放疗和抗化疗方面，PGCCs与普通二倍体癌细胞均有显著不同[3]。这类细胞在体外培养过程中常被发现，但是过去不被重视，通常认为PGCCs是处于有丝分裂的阻滞期并且处于细胞凋亡的边缘的细胞，是不分裂且不能生存的。然而，最近研究发现，这些大的癌细胞不仅是可生存的，而且还可以通过不对称分裂产生具有癌症干细胞样特性的子代细胞[1][4]。研究表明，四倍体细胞促进癌细胞存活并促进转化，在放射治疗、化疗和RAS致癌基因激活后，在衰老的成纤维细胞和癌细胞中观察到，多倍体肿瘤巨细胞出芽产生子代细胞而再生。多倍体可以促进衰老诱导的复制障碍，促进肿瘤的进展，甚至会导致转移[5]。多倍体比二倍体有多重优势，例如，与有丝分裂的细胞相比，PGCCs具有灵活性，对高度结构化的组织破坏性较小。此外，PGCCs基因组拷贝数增加，它们通常产生基因的相互作用、表观遗传变化、基因表达水平以及DNA重组，这些基因表达变化可能是癌细胞生命周期至关重要的因素，进行高效的DNA复制，更能适应肿瘤微环境的低氧和其他刺激，产生子代细胞更加高效，所有这些机制都可以协同工作，促进快速的恶性增长[4]。PGCCs促进了实体瘤的异质性并具有癌症干细胞的特性，PGCCs的数量通常随着病理分级和分期程度增高而增加[1][2][3][4][6][7][8][9][10]。大多数的PGCCs都存在于坏死区域周围以及在正常组织和肿瘤组织之间的浸润边界，这些地方的肿瘤细胞处于低氧微环境中[8][9]。PGCCs通常在高级别癌症、化疗或靶向治疗后被发现，而且通常随着肿瘤分期、分级和治疗而增加[11]。然而，由于对PGCCs的生物学功能研究较少，PGCCs只在病理学家阅片的时候经常被发现，并没有引起肿瘤学家的广泛关注[4]。2.PGCCs形成机制2.1.PGCCs不是细胞衰老状态传统认为多倍体细胞是细胞的衰老状态，而多倍体诱导则被认为是一种肿瘤抑制机制，因为多倍体OpenAccessDOI:10.12677/wjcr.2019.9100846世界肿瘤研究于娟等细胞被认为不能进行有丝分裂。SZhang等对HEY、SKOv3和MDA-MB-23形成的PGCCs进行β-Gal染色未发现阳性染色，表明PGCCs并不处于衰老状态[7]。研究已经证明PGCCs通过出芽产生子代细胞，而子细胞出芽则与衰老逃避有关[1]。PGCCs可以通过形成一个非整倍性的后代来逃离衰老，这种后代具有增殖能力，且对抗癌治疗具有抗性，研究表明，紫杉诱导的有丝分裂和胞质分裂失败可以激活衰老程序并导致衰老PGCCs的形成，同时促进重新编程和基因组重组以产生新的耐药癌症细胞[11]。2.2.组蛋白表观遗传调控可能在PGCCs的形成过程中扮演重要角色PGCCs最显著的特征之一是有多个DNA拷贝，流式细胞术和荧光原位杂交(FISH)揭示了单个PGCC中多个DNA拷贝的存在[2]。但尚不清楚这些DNA在遇到组蛋白时如何组织成核体的。卵巢癌细胞系HEY和SKOv3在使用CoCl2处理以后形成PGCCs，通过蛋白质组分析HEY和SKOv3及其PGCCs，PGCCs中下调最显著的是参与核苷生成的组蛋白H1链蛋白家族。不同类型的组蛋白和组蛋白去乙酰化酶的表达在HEY-PGCCs中则显著升高，在SKOv3-PGCCs中，磷酸化的H2AX，三甲基-H3和H1.3的表达比普通SKOv3细胞要高。这些结果有力地表明，组蛋白介导的表观遗传调控可能在PGCCs的形成过程中扮演重要角色[4]。为了确定PGCCs形成过程中所涉及的分子机制，NNiu等对二倍体HEY细胞进行H1B、AuroraA和γ-tubulin染色后使用共聚焦扫描显微镜进行观察。在有丝分裂期间，H1B被高度表达并与染色体共定位在细胞的中间平面上，在中心体的纺锤体极中发现了AuroraA，而且在排列的染色体两端都很容易看到中心体γ-tubulin。而在PGCCs中，没有发现任何纺锤体样的结构，而α-tubulin形成了一个微管状结构，围绕着伴有出芽的巨大细胞核。在一些细胞核中，只有零星的H1B阳性颗粒散在，这表明染色体并不是用组蛋白组装的。此外，没有AuroraA表达。出芽的细胞在横切面上由红色荧光标示的不连续的α-tubulin组成的微管网状结构围绕，在纵切面上，由微管状编织结构所围绕，并由纤细的纤维桥连接。此外，细胞核也分裂成大小不同的子核，它们连接到一个纤细的染色质桥上。这一过程并不涉及中心体的组装，因为缺乏γ-tubulin染色[5]。2.3.常见诱导剂及产生方式PGCCs可以通过失败的细胞周期(核内复制)或细胞融合产生[2][3][4][12]。核内复制有两种主要的形式。第一种形式被称为核内周期，它由交替的DNA合成期(S)和间隙期(G)组成，在有丝分裂期(M)或细胞分裂期间没有染色体分离。另一种形式被称为核内有丝分裂，在这种情况下，细胞执行一种失败的有丝分裂，姐妹染色单体不会完全分离或细胞不会完全分裂，然后重新进入S期以产生多核细胞[11]。核内经历多轮DNA复制，而无有丝分裂，是一种进化上保守的方法产生多倍体细胞，在人滋养层细胞(为了满足胎儿发育的高氧需求)以及巨核细胞(产生血小板)中很常见。在癌症患者中，某些抗肿瘤化疗药物可以增加巨细胞的形成，这些细胞通常被认为处于有丝分裂的阻滞期，随后是细胞凋亡阶段。由于PGCCs绕过耗时且有序的有丝分裂事件，因此可以进行快速更新和繁殖[4]。2.3.1.氯化钴(CoCl2)一种化学缺氧模拟剂，可以选择性地杀死普通二倍体细胞，通过核内复制或细胞融合来诱导PGCCs的形成[2][4][6][7][9][12]。CoCl2通过稳定低氧诱导转录因子1α(HIF-1α)来模拟缺氧，CoCl2处理所得PGCCs中HIF-1α的表达上调[7][11]。张诗武等研究发现低氧诱导因子HIF-1α及其已知的靶标STC1在人类卵巢癌细胞系HEY和SKOv3的PGCCs中被上调[4]。CSL是典型的Notch信号传导的关键蛋白，CSL的缺失导致常氧条件下的缺氧反应，导致HIF-1α稳定不降解以及PGCCs产生，这表明在产生PGCCs和癌症发展方面，Notch信号通路起了关键作用[11]。DOI:10.12677/wjcr.2019.9100847世界肿瘤研究于娟等2.3.2.紫杉醇(PTX)一种有丝分裂抑制剂，通过抑制细胞分裂和诱导细胞凋亡而广泛应用于治疗癌症患者。紫杉醇处理的细胞在有丝分裂的纺锤体组装、染色体分离和细胞分裂等方面存在缺陷。紫杉醇稳定微管聚合物，使细胞周期阻滞