醫學

幹細胞是癌症元兇?

癌症的幕後殺手是幹細胞?

撰文/克拉克(Michael F. Clarke)、貝克(Michael W. Becker)
翻譯/涂可欣

醫學

幹細胞是癌症元兇?

癌症的幕後殺手是幹細胞?

撰文/克拉克(Michael F. Clarke)、貝克(Michael W. Becker)
翻譯/涂可欣

自從30年前人類向癌症宣戰後,至今已獲得幾項重要斬獲:例如某些兒童癌症,過去一旦診斷出來就等於宣判死刑,現在則有85%的病童可存活下來;還有些新開發的藥物可以控制癌症,延長患者生命,像是2001年核准的基利克(Gleevec),可用來治療慢性骨髓性白血症(CML)。基利克的臨床治療效果極為成功,許多服用基利克的癌症病患,現在病情都處於緩解狀態;但有強烈證據顯示,這些病患並未完全痊癒,他們體內仍有一群惡性細胞尚未被殲滅。


傳統看法是:只要人體內殘留任何癌細胞,癌症就可能復發,因此目前大部份的治療策略,都是殺死越多癌細胞越好。但是這種處理方式並不一定成功,尤其是罹患最常見的惡性實心腫瘤、且病程較後期的患者,預後通常都不佳。


此外,我們現在也知道,對於CML和其他少數癌症,只有當中極小比率的腫瘤細胞能造成新的癌組織;若想根除癌症,針對這些特定細胞將會更有效,因為它們才是促成新癌細胞生長的禍首,也很可能是腫瘤惡化的根源。這些細胞就是癌症幹細胞。一般相信,癌症幹細胞原本是正常的幹細胞,或者是由幹細胞分生出來、尚不成熟的前驅細胞,之後才轉形成癌細胞。


「癌症是由一小群惡性幹細胞所造成」的這個概念並不算新。一般認為,幹細胞的研究,正式開始於1950和1960年代的實心腫瘤和血液癌症研究;我們對健康組織生長發育的認識,有許多就是觀察這些過程出錯的結果而得來。


到了今日,幹細胞研究更有助於我們了解癌症。過去50年來,科學家對於調控正常幹細胞表現及其衍生子代的機制,已有詳盡的認識。這些知識讓科學家發現到,腫瘤內的癌細胞也有著類似的層級結構,為幹細胞引發癌症的理論提供了支持證據。要成功斬除癌症幹細胞,首先我們需要了解一個正常的幹細胞是怎麼變壞的。


層級行為


人體是個高度區劃的系統,由獨立的器官和組織所構成,它們各自擔負不同的重要功能,而維續了生命。然而構成組織和器官的細胞,壽命通常並不長:今天覆蓋在我們身體外層的皮膚,和一個月前的皮膚並不相同,因為表層的皮膚細胞會不斷脫落,由下層細胞取代;腸道的內襯細胞數週就更新一次;具凝血功能的血小板生命週期只有10天。


我們全身上下都有同一套機制,來維持各組織中運作細胞的數目;事實上,所有複雜生物體內都保存了相同的這套機制。它的核心是一小群長壽的幹細胞,可以像工廠般源源生產具功能的細胞。製造過程中,每一步驟都有嚴格的組織和調控,讓幹細胞的子代一代比一代特化。


要解說這套機制,最佳範例就是血液細胞和免疫細胞所屬的造血家族。所有血液和淋巴液中的功能性細胞,全都衍生自骨髓內的造血幹細胞。在成人骨髓細胞中,造血幹細胞佔不到0.01%,然而這些稀有的細胞卻能形成多種中度分化的前驅細胞,這些前驅細胞又經過數個階段的分裂和分化,製造出多種成熟的功能性細胞,類別涵蓋可防禦感染的細胞,以及攜帶氧氣至各組織的細胞。當細胞具備了最終的特定功能時,它也失去了所有增生或改變指定功能的能力,我們稱這樣的狀態為終末分化。


在製造功能性細胞的過程中,幹細胞卻可利用獨特的自我更新能力,始終保持在未分化狀態:在形成新組織細胞的第一步,幹細胞會分裂成兩個細胞,其中一個子細胞仍維持幹細胞的身份,讓幹細胞總數保持固定,另一個子細胞則走向特化之路,產生前驅細胞繼續分裂繁殖,來因應生物體的需求,快速增生特定的造血細胞類型。


經由自我更新來再造自己,是界定幹細胞最重要的特性,它讓幹細胞具備不朽的壽命和無限繁殖的潛能。相對的,前驅細胞在繁殖時也有一定程度的自我更新能力,但它們會受到內部計算機制的限制,只能進行一定次數的細胞分裂。而隨著前驅細胞子代的分化程度越來越高,其增殖能力則遞減。


這項特性的實質意義,可從移植造血幹細胞或其子代細胞的實驗觀察出來。科學家先以放射線摧毀小鼠的骨髓造血系統,再將前驅細胞或造血幹細胞移植入這些小鼠的骨髓。植入的前驅細胞雖可繁殖,並暫時恢復造血功能,但在4~8週後,這些細胞就全死了。但若移植的是造血幹細胞,則一次手術即能恢復小鼠終生受用的整個造血系統。