生丌 LErrI RS INBIOTECHNOLOGY技术通讯…Vo1.. 1 9一--No..6一,O iNov.・,2, …008一 823 文章编号:1009-0002(2008)06-0823-03 研究报告 乳腺癌患者循环肿瘤细胞与癌干细胞相关性的初步研究 曹明刚 ,尤承忠 ,王净 ,王彩莲 ,王永仿 ,李雅婷 ,赵枫姝。,刘胜利 ,窦骏 东南大学a.基础医学院病原生物学与免疫学系;b.附属中大医院;江苏南京210009 [摘要] 目的:检测乳腺癌患者外周血单核细胞(PBMC)中循环肿瘤细胞(CTC)和具有癌干细胞(CSC)标志的CTC(CSC— CTC),探讨患者外周血微转移与CSC的相关性。方法:患者和健康者PBMC与磁珠偶联上皮细胞黏附分子单抗孵育后,用 磁性分离法富集PBMC中的上皮细胞。以CK 为患者PBMC中CTC标志,用流式细胞术(FCM)检测健康者和患者的PBMC 中CK 细胞及CK ̄/CD44+/CD24一细胞含量,并比较各组间CTC、CSC—CTC含量的差异。结果:用FCM在73.07%的患者中检 测到CTC,在19例检测到CTC的患者中18例有CSC—CTC(94.74%),CTC中CSC数量比例平均为19.0l%,且患者PBMC 中CTC和CSC—CTC比例与临床TNM分期相关。结论:初步建立了患者外周血CSC—CTC的检测方法,结果显示乳腺癌患者 外周血微转移中有CSC—CTC的参与,临床分期越晚的患者CTC和CSC—CTC的数量越多。 [关键词] 乳腺癌;循环肿瘤细胞;癌干细胞;外周血单核细胞;磁性分离 [中图分类号】R730;R737.9 [文献标识码】A Investigation on the Correlation Between Circulating Tumor Cells and Cancer Stem Cells in Patients with Breast Cancer CA 0 Ming-Gang ̄,YOU Cheng-Zhongb,WANG 窖。WANG Cai-Lianb, WANG Yong-Fang ̄,LI】, 死噶ZHA0 Feng-Shu ̄,LIU Sheng-Li ̄DOU Jun a.Department of Pathogenic Biology and Immunology,School of Basic Medical Science;b.Affiliated Zhongda Hospital; Southeast University,Nanjing 210009;China [Abstract] Objective:To detect circulating tumor cells(CTC)and cancer stem cells(CSC)-CTC in patients with breast cancer respectively,evaluating the correlation between breast cancer s micrometastsis in peripheral blood mononuclear cell (PBMC)and CSC.Methods:The monoclonal antibody of epithelial cell adhesion molecule(EpCAM)was first incubated with PBMC from patients with breast cancer and then the epithelial cells conjugated with monoantibody of EpCAM in PBMC was selected by magnetic-activated cell separation.The speciifc marker of CTC is cytokeratin(CK)positive cells in PBMC and the CK cells as well as the amount of CKVCD44+/CD24一cells were respectively detected in PBMC of patients with breast cancer and health women by multiparameter flow cytometry finally. It was also compared with the health women that there was diference between the amount of CTC and amount of CSC—CTC in breast cancer of diferent pathologic stage.Results:CSC-CTC could be detected in 94.74%(18/19)of patients,who had CTC in PBMC,and the ratio of CSC- CTC in CTC was 19.01%.The result indicated that there was a signiicantf diferences in the rate of CSC and CSC-CTC between patients with breast cancer and health women.Conclusions:It was established that a novel method was used in detecting CSC-CTC from PBMC in patients with breast cancer.he datTa showed that CSC was of participating in the metastasis of breast cancer cells in patients, and there were more CTC and CSC-CTC in later pathologic stage patients than that of early pathologic stage patients. [Key words]breast cancer;circulating breast cancer cells;cancer stem cells;peripheral blood mononuclear cell;magnet— ic—activated cell separation 血行播散是乳腺癌转移的重要途径,乳腺癌细胞进入外周 血中的微转移是远处转移的前提,肿瘤细胞可以通过血液循环 抵达任何组织和器官。研究显示,检测乳腺癌患者外周血循环肿 瘤细胞(circulating tumor cells,CTC),对其诊断、评估预后及治 生和发展的主要因素。有研究显示【”,乳腺癌细胞中只有一部分 表型为CD44 ̄CD24一的细胞具有肿瘤形成能力,而且这部分细胞 还可以非对称分化和自我更新,具有CSC活性。鉴于此,我们用 免疫磁性分离(magnetic-activated cell separation,MACS)联合多 [收稿13期]2008—04—30 [基金项目]江苏省卫生厅资助项目(16230005777) [作者简介]曹明刚(1981一),男,硕士研究生 [通信作者]窦骏,(E-mail)njdoujun@yahoo.con.an 疗方案的选择具有重要价值。近年提出的癌干细胞(cancer stem cells,CSC)学说又为乳腺癌微转移提供了新的理论依据。该 学说认为在肿瘤组织中只有少部分细胞不断地增殖,而大部分 肿瘤细胞处于不增殖或有限增殖的状态,只有CSC才是肿瘤产 824 生 物 技 术 通 讯 LETFERS IN BIOTE。CHN0LOGY Vo1.19 No.6 Nov.,2008 参数流式细胞术(FCM)检测乳腺癌患者外周血单核细胞(pe— ripheral blood mononuclear cell,PBMC)中CD44VCD24一CTC,以 检测了8例健康志愿者外周血,其中1例有CK 细胞出现, 其余标本均未检测到CK 细胞。26例乳腺癌患者检测结果见表 1,在19例患者中检测到CK 细胞(19/26,73.07%),其中18例 (18/19,94.74%)患者检测到CK+/CD44+/CI)24一细胞。 观察乳腺癌患者外周血微转移与CSC之间的相关性。 1材料和方法 1.1材料 2.2 乳腺癌患者PBMC中CK 和CKVCD44+/CD24一细胞比例与 临床分期的关系 乳腺癌患者按J晦床分期不同分为3组,3组之间的CK 细胞 磁珠标记的抗人上皮细胞黏附分子(EpCAM)单克隆抗体、 MACS磁珠分离柱均购自德国美天妮公司;F1TC标记鼠抗人细 胞角蛋白(CK)单克隆抗体、PE标记鼠抗人CD44单克隆抗体购 于美国eBioscience公司;PE—cy5标记鼠抗人CD24单克隆抗体 比例和CK+/CD44+/CD24一细胞比例与临床分期的关系见图1。 2.3乳腺癌患者CTC中CD4 /CD24-CTC的比例 以每例标本所得CK CD44+/CD24一细胞比例除以CK 细胞 比例,得到每例患者CTC中的CSC比例。经统计,CSC—CTC在 购自北京赛驰生物技术公司;FCM为BD公司产品。 1.2一般资料 CTC中的比例平均为19.01%,其与临床分期的关系见图2。 乳腺癌组病人为2006—03~2007—05中大医院普外科、肿瘤 科收治的乳腺癌患者,共计26例,均为女性,年龄49~71岁,平 均年龄59.5岁;TNM分期I期12人、Ⅱ期l1人、Ⅲ期3人,所 3讨论 研究表明,CTC的出现与乳腺癌患者的临床分期、淋巴结状 况及预后均密切相关㈣,因此临床上对CTC的检测可作为早期 表1 乳腺癌患者PBMC中C 细胞、CK十/CD44 CD24一细胞检测结果 有病例均经病理学检查证实。8例健康志愿者作为对照组,均为 女性,年龄25~54岁,平均年龄38.5岁。 1.3 MACS富集上皮细胞 常规分离PBMC后加入FcR阻断剂(10/a,L/10 细胞),混匀 后4℃孵育30 rain;再加入10 L磁珠标记的抗人EpCAM单克 隆抗体,混匀后4℃孵育30 min;缓冲液洗涤细胞2次以去除多 余的抗体,以100 L分离缓冲液重悬细胞;把分离柱放人磁场 中,加入500 L缓冲液,平衡分离柱;加入细胞悬液,稍后加入 1 500 mL缓冲液冲洗,收集阴性细胞;将分离柱移出磁场;用1 mL缓冲液匀速冲洗,必要时要用泵加压,收集阳性细胞。 1.4 FCM检测 分别以CK—FITC、CD44一PE、CD24一PE—cy5单克隆抗体标记 上述分离后的阳性细胞,抗体与样本充分混匀,4℃孵育30 min, PBS洗2次后以300 L 1%多聚甲醛重悬,固定。FCM检测,以 CK 细胞比例表示PBMC中的肿瘤细胞含量,以CD44+/CD24一细 胞设门,分析CK+/CD44 CD24一细胞比例,以此数据表示乳腺癌 患者PBMC中具有CSC活性的肿瘤细胞含量。 2结果 2.1 FCM检测结果 4 3 ● 量 z 3 1 O TNM分期TNM分期 图1 乳腺癌患者PBMC中CK 细胞与CKVCD44+/CD24一细胞比例与临床分期的关系 统计结果显示3组问有显著差异(P<0.05),乳腺癌患者PBMC中CK 细胞与CKVCD44VCD24一细胞比例均与临床分期相关 曹明刚等:乳腺癌患者循环肿瘤细胞与癌干细胞相关性的初步研究 825 一 一nl上O。0∞u H Ill TNM分期 图2乳腺癌患者CTC中CD44 ̄/CD24一CTC的比例与临床分期的关系 统计结果显示3组问无显著差异(尸>O.05),乳腺癌患者CTC中CD44"/ CD24一CTC的比例与临床分期没有明显相关性 诊断的依据,对于更好地判断预后并以此制定合适的个体化治 疗方案有一定的临床价值_51。但在乳腺癌患者外周血中检测到 CTC并不意味着一定会形成转移,乳腺癌患者的大部分CTC在 血循环中很快就会凋亡旧。而CSC学说认为在肿瘤组织中只有少 部分细胞不断增殖,大部分肿瘤细胞处于不增殖或有限增殖的 状态,只有CSC才是肿瘤产生和发展的主要因素F 。因此,非 CSC癌细胞由于不具备肿瘤形成能力,即使到达转移的组织或 器官也不易形成新的肿瘤,只有具有CSC活性的CTC(csc— CTC)才可以在继发组织、器官形成转移灶。 我们检测了乳腺癌患者PBMC中CD44+/CD24一CTC,并以 健康志愿者作为对照。分离PBMC后,以抗EpCAM单克隆抗体 直接偶联的免疫磁珠富集乳腺癌患者外周血中的肿瘤细胞,提 高了外周血样本中肿瘤细胞浓度,从而提高了FCM检测CTC的 敏感性。再以FITC—CK、PE—CD44、PE—cy5一CD24等3种单克隆 抗体标记富集后的PBMC,用FCM同时分析CK、CD44、CD24共 3种细胞表面分子,以CK 细胞为CTC的标志,而以CK+/CD44+/ CD24一细胞为CSC—CTC的标志,对乳腺癌患者PBMC中的CTC 及CSC—CTC的比例进行定量分析。结果表明,该方法可以有效 检测乳腺癌患者PBMC中CD44+/CD24一CTC,而在8例健康志 愿者中,有1例检测到CK 细胞,可能为采血或操作过程中污染 所致。 在19例(73.07%)乳腺癌患者外周血中检测到了CK 细胞, 其中l8例均有CD44+/CD24一CTC出现(94.74%)。可见,乳腺癌 患者外周血微转移中有CSC的参与,且CSC可能在乳腺癌外周 血微转移中扮演着重要角色。另外,CK+/CD44+/CD24一细胞比例 与临床分期相关,即临床分期越晚,随着进入外周血中的肿瘤细 胞增加,外周血中存在的具有CSC标志的乳腺癌细胞也越多。检 测结果还显示,乳腺癌患者PBMC中CSC—CTC占总体CTC的比 例平均为19.01%,但在各期乳腺癌患者中,CTC中CSC的比例 并无差异。有报道,在原位乳腺癌中CSC的比例小于10%t 01。导 致这种结果可能有2种机制。第一,CSC具有更强的转移侵袭能 力。人们很早就发现转移是一个高度选择非随机的过程,最近的 研究表明,相比于非CSC乳腺癌细胞,CSC具有更强的转移侵 袭能力r)】,也就是说CSC进入外周血的几率更大。第二,由于非 CSC的乳腺癌细胞在外周血中凋亡所致。早在2001年,Mehest ̄ 等研究发现乳腺癌患者外周血CTC大部分都趋于凋亡,这是由 于外周血微环境与原位肿瘤不同所致,CSC则可能由于具有干 细胞特性而可以适应于血循环的微环境中免于凋亡。因此,由于 外周血中的非CSC—CTC乳腺癌细胞因凋亡而减少,从而致使 CSC的比例升高。Balict“ 等检测了50例乳腺癌患者骨髓中表型 为CD44VCD24一的弥散肿瘤细胞(disseminated tumor ceils, DTC),发现所有检测到DTC的患者骨髓中均含有CSC—DTC,且 DTC中CSC的比例高达72%。这个结果提示,由于非CSC—CTC 乳腺癌细胞不断凋亡,最后能够进入骨髓的大部分甚至全部都 是CSC,这些CSC在骨髓中增殖分化形成新的肿瘤,骨髓中的 CSC的比例又会随之降低。 综上所述,我们建立的MACS联合多参数FCM检测方法可 以有效地检测乳腺癌患者外周血CSC—CTC,乳腺癌患者外周血 微转移中有CSC参与,CSC—CTC的数量与临床分期相关,CTC 中CSC—CTC的比例高于已报道原位肿瘤中的CSC比例。 参考文献 [1】A1一Hajj M,Wicha M S,Benito-Hernandez A,et a1.Prospective i— dentification of tumorigenic breast cancer cells啪.Proc Natl Acad Sci USA,2003,100:3983—3988. 『2 St2Jathopoulou A,Gizi A,Perraki M,et a1.Real—time quantification of CK一19 mRNA-positive cells in periphera]blood of breast can- cer patients using the lightcycler system田.Clin Cancer Res,2003, 9:5145—5151. 【3]Taubert H,Blumke K,Bilkenroth U,et a1.Detection of dissemioat— ed tumor ceils in peripheral blood of patients with breast cancer: correlation to nodal status and occurrellce of metastases[J].Gynecol Oncol,2004,92:256—261. 『4】 Cristfoanilli M,Budd G T,Ellis M J,et a1.Circulating tumor cells,disease progression,and survival in metastatic breast cancer [J].N Engl J Med,2004,351:781—791. 【5]曹明刚,窦骏.乳腺癌患者循环肿瘤细胞检测的研究进展【J].生物 技术通讯,20o7,18:313—315. 【6】Mehes G,Witt A,Kubista E,et a1.Circulating breast cancer cells are frequently apoptotic[J].Am J Pathol。2001.159:17—20. 【7】Ponti D,Zaffaroni N,Capelli C,et a1.Breast cancer stem cell:an overview[J].Eur J Cancer,20o6.42:1219-1224. 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