癌症幹細胞：癌症治療的目標

癌症幹細胞假說

癌症與幹細胞有關係嗎？癌症幹細胞(CSC's)是癌症細胞的亞群，可以自我更新，在腫瘤腫塊中產生不同的細胞，並維持腫瘤的生成¹。癌症研究人員假設，腫瘤是由於正常幹細胞的突變、受限祖細胞的轉化，甚至是分化細胞獲得自我更新能力²而產生的 CSCs。這些幹細胞驅使腫瘤惡化和化療後復發，最近成為癌症幹細胞治療的目標³。由於正常幹細胞和癌細胞都具有自我更新的能力，許多經典上與癌症相關的通路也參與正常幹細胞發育的調控，包括Notch、Wnt、Shh和經典多能轉錄因子通路Oct-4、Sox-2和Nanog⁴。

癌症幹細胞假說的說明

3D Spheroid Culture of CSC

3D微環境⁵。體外3D腫瘤球體或體內3D腫瘤中的少量細胞呈現 「類幹細胞 」特徵，包括 1.類幹細胞 "的特徵，包括：1）增殖速度減慢；2）自我更新能力；3）未分化表型，可進行多線分化。CSCs可在藥物治療後重建腫瘤，已在3D球體模型和接受化療的病人身上發現⁶。在比較以3D球形體培養的實體腫瘤細胞系與單層細胞時，觀察到「幹細胞相關基因」的表現增加⁷。儘管這些結果顯然並非CSCs存在的確切證據，但卻說明了體外3D微環境，以創造「類幹細胞」族群，類似於被認為造成腫瘤耐藥性的體內族群。

癌症幹細胞培養基

傳統上， CSCs 是利用 3D 腫瘤球聚集體，在未定義的含血清培養基，從癌症細胞系和腫瘤活組織中分離和培養出來的。然而，使用未定義的培養條件會導致實驗變異和次優的細胞生長。

特點和優點

• 化學定義，無血清配方。
• 高腫瘤球形成效率。
• 允許延長序列腫瘤球傳代 (>10)。
• 經證實能從多種癌症細胞系中富集 CSCs。

測試的細胞株3dGRO™ Spheroid Medium

MCF-7、A-431、Panc-1、LNCaP、HT-29、A-549、U-87 MG、HT1080、E006AA

圖 1. 在 3dGRO™ Spheroid Medium 中培養的 MCF7 乳癌和 E006AA 前列腺癌細胞在第 5 階段形成的 3D 腫瘤球。

三維球形形成板

Corning^® Costar^® Ultra-Low 附著力多孔板專為抑制細胞附著而設計，可有效形成 3D 球體，包括癌症幹細胞。表面塗有高親水性及中性電荷的塗層，可與聚苯乙烯結合，迫使播種的細胞呈懸浮浮動狀態。塗層穩定、無毒、生物惰性且不可降解。

癌症幹細胞標記

從大多數白血病以及許多實體腫瘤，如腦膠質母細胞瘤、髓母細胞瘤、乳腺癌、宮頸癌、結腸直腸癌、胃腸癌、肝癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌和皮膚癌⁸中分離出小群幹細胞。 癌症幹細胞顯示出與正常細胞相同的細胞表面標記，但卻表現出不受控制的增殖，這可能是由於對負性生長調節劑的反應性降低或失去接觸抑制和細胞間隙結溝通（GJIC）所致。

表 1. 癌症幹細胞標記

Markers	正常幹細胞	癌症幹細胞
Oct3/4,Sox2, Nanog	高表現於乳癌、膠質母細胞瘤和膀胱癌等分化不良的腫瘤。上調類幹細胞的轉錄因子
CD133 (Prominin-1)	在許多組織中發現的造血幹細胞、神經幹細胞和體質幹細胞的標記	在人類口腔鱗狀細胞癌中具有較高的宗族性、侵襲性和腫瘤發生性。
CD44	自我更新和分化	CD44	CD44
ALDH	正常和惡性乳腺幹細胞的標記。乳癌的預後標誌物和轉移的預測因子。
富含造血幹細胞	在實體腫瘤，如肝癌、膠質腫瘤、卵巢癌和乳癌中鑒定

表 2. 癌症幹細胞抗體

CD133

CD44

CD24

CD29<

CD90

Nestin

SCA-1

BMI-1

ALDH1

OCT3/4

癌症幹細胞 ALDH 檢測

癌症幹細胞是獨一無二的，因為它們表達高水平的醛脫氫酶（ALDH） ⁹。從歷史上看，ALDEFLUOR™ 分析法一直被用來測量 ALDH 的水平，對於研究罕見的 CSCs 群體很有影響力。ALDEFLUOR 分析法在電磁波譜的綠色區域 (512 nm) 發光。因此，該試劑不能同時用於表達在綠色螢光光譜中發光的綠色螢光蛋白的細胞或小鼠。AldeRed 是 ALDH 的紅移螢光底物，用於標記存活的 ALDH 陽性細胞，留下綠色發射通道供進一步實驗使用¹⁰。AldeRed ALDH Detection Assay 解決了目前 ALDEFLUOR 分析法的限制。

AldeRed的特點和優點：

• 紅移檢測留有綠色通道可供進一步實驗使用
• 活體幹細胞鑑定可對稀有細胞群進行流式分選
• 快速酵素檢測方案

圖 2. AldeRed 588-A 是一種螢光且無毒性的 ALDH 底物，可自由擴散到完整且有生命力的活細胞中，但一旦被 ALDH 轉換為相對應的酸，就會滯留在細胞內。

參考資料

1. Kreso A, Dick J. 2014. Evolution of the Cancer Stem Cell Model. Cell Stem Cell. 14(3):275-291. https://doi.org/10.1016/j.stem.2014.02.006

2. Adams P, Jasper H, Rudolph K. 2015. Aging-Induced Stem Cell Mutations as Drivers for Disease and Cancer. Cell Stem Cell. 16(6):601-612. https://doi.org/10.1016/j.stem.2015.05.002

3. Vinogradov S, Wei X. 2012. Cancer stem cells and drug resistance: the potential of nanomedicine. Nanomedicine. 7(4):597-615. https://doi.org/10.2217/nnm.12.22

4. Karamboulas C, Ailles L. 2013. Developmental signaling pathways in cancer stem cells of solid tumors. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 1830(2):2481-2495. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2012.11.008

5. Plaks V, Kong N, Werb Z. 2015. The Cancer Stem Cell Niche: How Essential Is the Niche in Regulating Stemness of Tumor Cells?. Cell Stem Cell. 16(3):225-238. https://doi.org/10.1016/j.stem.2015.02.015

6. Vidal SJ, Rodriguez-Bravo V, Galsky M, Cordon-Cardo C, Domingo-Domenech J. 2014. Targeting cancer stem cells to suppress acquired chemotherapy resistance. Oncogene. 33(36):4451-4463. https://doi.org/10.1038/onc.2013.411

7. Wong DJ, Segal E, Chang HY. 2008. Stemness, cancer, and cancer stem cells. Cell Cycle. 7(23):3622-3624. https://doi.org/10.4161/cc.7.23.7104

8. Nguyen LV, Vanner R, Dirks P, Eaves CJ. 2012. Cancer stem cells: an evolving concept. Nat Rev Cancer. 12(2):133-143. https://doi.org/10.1038/nrc3184

9. Marcato P, Dean CA, Giacomantonio CA, Lee PW. 2011. Aldehyde dehydrogenase: Its role as a cancer stem cell marker comes down to the specific isoform. Cell Cycle. 10(9):1378-1384. https://doi.org/10.4161/cc.10.9.15486

10. Minn I, Wang H, Mease RC, Byun Y, Yang X, Wang J, Leach SD, Pomper MG. 2014. A red-shifted fluorescent substrate for aldehyde dehydrogenase. Nat Commun. 5(1): https://doi.org/10.1038/ncomms4662