簡介癌症幹細胞(Cancer Stem Cells) – 魔鬼在細節中(二):關於癌組織是否是株系層狀結構的討論

這一系列是閱讀此篇論文的摘要和整理
Valent, P., Bonnet, D., Maria, R.D., Lapidot, T., Copland, M., Melo, J.V., Chomienne, C., Ishikawa, F., Schuringa, J.J., Stassi, G., Huntly, B.J., Herrmann, H.G., Soulier, J.S., Rösch, A., Schuurhuis, G.J., Woehrer, S., Arock, M., Zuber, J., Cerny-Reiterer, S., Johnsen, H.E., Andreeff, M., & Eaves, C.G. (2012). Cancer stem cell definitions and terminology: the devil is in the details. Nature Reviews Cancer, 12, 767-775.

假如癌組織的演變是來自於從體幹細胞產生組織的過程中發生變異,轉化成癌症幹細胞,進而衍生出一群癌病變組織,那麼惡性腫瘤組織中的細胞間也具有層狀株系(clonal hierarchy),這想法聽起來蠻合理的,目前支持這觀念的研究通常都是從各類型癌症組織從血液腫瘤到實質腫瘤,經由功能性檢測(functional assay)挑選,重新植入免疫缺乏老鼠身上的實驗模型來推論,但後來發現即使這群從各種腫瘤組織中經由嚴格功能檢測實踐摘選出的癌症幹細胞,其實際上異質性相當高,且目前發現部分無法通過這樣功能性篩選方式的癌組織細胞,在不同條件下,其實也能具有發展成一整群癌症組織的能力。

這篇論文Quintana, E., Shackleton, M., Sabel, M. S., Fullen, D. R., Johnson, T. M., & Morrison, S. J. Efficient tumour formation by single human melanoma cells.Nature 456, 593–598 (2008). 便是在談論這個現象。其藉由調整原本用來篩栓用的免疫缺乏老鼠模型由non-obese diabetic/severe combined immunodeficiency (NOD/SCID) 老鼠改成 NOD/SCID interleukin-2 receptor gamma chain null (Il2rg-/-) 老鼠,原本大概只有0.1%病人癌症組織可以因此發展出癌組織,到27%病人癌組織的癌細胞都經由單一癌細胞便能發展成癌症組織。

These findings highlight the fact that malignant cells have perturbed gene expression program that might affect the normal stability or the developmental control  of the expression of certain cell surface markers particularly when the cells are put in vitro.

這樣的證據讓我們能發現到癌細胞其實是一群基因表現非常不穩定的細胞,尤其是在試管內的環境下,可能有許多不可預期的變化。

這些研究顯示或許癌症幹細胞(CSC)內的分子機制顯示其更偏向於一種不穩定的狀態,而到底是如何的調控關係牽涉進去這樣的“癌症幹細胞”狀態,對於當前的研究者便是一個很有挑戰的問題。

Stochastic State Transitions Give Rise to Phenotypic Equilibrium in Populations of Cancer Cells
Figure 5. Two Distinct Models of Cancer
Cell Populations from Gupta, Piyush B., Fillmore, Christine M., Jiang, G., Shapira, Sagi D., Tao, K., Kuperwasser, C., & Lander, Eric S. (2011). Stochastic State Transitions Give Rise to Phenotypic Equilibrium in Populations of Cancer Cells. Cell, 146(4), 633-644.

上面這篇論文Gupta, Piyush B., Fillmore, Christine M., Jiang, G., Shapira, Sagi D., Tao, K., Kuperwasser, C., & Lander, Eric S. (2011). Stochastic State Transitions Give Rise to Phenotypic Equilibrium in Populations of Cancer Cells. Cell, 146(4), 633-644. 頗有趣,使用馬可夫模型嘗試去解構癌症幹細胞這樣的狀態,是否可以用數學模型去解釋。

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