Tác giả: Shweta Bisht, 1 Manisha Nigam, Shyam S. Kunjwal, Plygun Sergey, Abhay Prakash Mishra Biên dịch và Hiệu đính: Bác sĩ Hoàng Đôn Hòa | Viện Y học bản địa Việt nam | 0889999466

Tóm tắt về tế bào gốc ung thư (CSC) và vai trò của chúng trong điều trị ung thư

Ung thư là bệnh lý do sự phát triển không kiểm soát của các tế bào bất thường. Những tế bào này có khả năng xâm lấn và di căn, hình thành các khối u ác tính nguy hiểm đến tính mạng. Một nhóm nhỏ tế bào ung thư có khả năng tự tái tạo và duy trì lâu dài, được gọi là tế bào gốc ung thư (CSC), tế bào khởi phát ung thư hoặc tế bào gốc khối u.

CSC được tìm thấy trong nhiều mô, bao gồm vú, não, phổi, gan, buồng trứng và tinh hoàn. Nguồn gốc của chúng vẫn còn là chủ đề tranh luận. CSC có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào ung thư khác nhau và duy trì khả năng tự tái tạo nhờ vào các con đường truyền tín hiệu nội bào, ví dụ như:

• Tín hiệu Wnt/β-catenin
• Tín hiệu Notch
• Tín hiệu biến đổi yếu tố tăng trưởng - β
• Tín hiệu Hedgehog

CSC đóng vai trò quan trọng trong kháng trị liệu, tái phát và di căn ung thư. Do đó, việc nghiên cứu và nhắm mục tiêu CSC là một hướng điều trị ung thư đầy hứa hẹn.

Đánh giá này tóm tắt những tiến bộ mới nhất trong nghiên cứu CSC trong ba thập kỷ qua. Các chủ đề chính bao gồm:

• Đặc điểm sinh học của CSC
• Chiến lược nhắm mục tiêu CSC (ví dụ: sử dụng công nghệ nano trong sinh học khối u)
• Vai trò của con đường truyền tín hiệu trong CSC
• Tiềm năng ứng dụng của metformin, một loại thuốc trị đái tháo đường, trong điều trị ung thư thông qua khả năng ức chế sự biến đổi tế bào và tiêu diệt CSC có chọn lọc.

Mục tiêu của đánh giá này là cung cấp thông tin cập nhật cho các nhà nghiên cứu và bác sĩ về vai trò quan trọng của CSC trong ung thư và tiềm năng ứng dụng của các phương pháp điều trị nhắm mục tiêu CSC trong tương lai.

1. Giới thiệu

Tế bào gốc ung thư (CSC) là một nhóm nhỏ tế bào ung thư có khả năng tự tái tạo và biệt hóa thành nhiều loại tế bào ung thư khác nhau. CSC được tìm thấy trong nhiều loại ung thư khác nhau, bao gồm ung thư vú, não, phổi, gan, buồng trứng và tinh hoàn.

Lịch sử nghiên cứu CSC:

• Đầu những năm 1900: Julius Friedrich Cohnheim đề xuất lý thuyết "phôi thai còn sót lại" để giải thích sự giống nhau giữa mô ung thư biểu mô quái thai và mô phôi thai.
• Năm 1964: G. Barry Pierce chứng minh rằng các tế bào ung thư biểu mô phôi (EC) có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau và có thể gây ung thư khi cấy ghép vào chuột.
• Thập niên 1980: Nghiên cứu tập trung vào vai trò của gen gây ung thư trong sự tăng sinh và ổn định bộ gen của tế bào ung thư.
• Thập niên 1990: Dominique Bonnet và John E. Dick xác định CSC từ bệnh bạch cầu tủy cấp tính (AML) ở người.

Đặc điểm của CSC:

• Tự tái tạo: CSC có khả năng tự sao chép bản thân để tạo ra nhiều tế bào CSC mới.
• Biệt hóa: CSC có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào ung thư khác nhau.
• Kháng trị liệu: CSC có khả năng chống lại các phương pháp điều trị ung thư thông thường như hóa trị và xạ trị.
• Dẻo dai: CSC có thể chuyển đổi giữa trạng thái tế bào gốc và tế bào không gốc.
• Di căn: CSC có khả năng di chuyển đến các bộ phận khác của cơ thể và tạo ra các khối u mới.

Vai trò của CSC trong ung thư:

• Hình thành khối u: CSC được cho là đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành khối u mới.
• Di căn: CSC đóng vai trò quan trọng trong quá trình di căn ung thư.
• Tái phát: CSC được cho là nguyên nhân chính khiến ung thư tái phát sau khi điều trị.

Điều trị nhắm mục tiêu CSC:

• Việc phát triển các phương pháp điều trị nhắm mục tiêu CSC là một hướng hứa hẹn trong điều trị ung thư.
• Một số phương pháp điều trị nhắm mục tiêu CSC đang được nghiên cứu bao gồm:
  • Liệu pháp miễn dịch
  • Liệu pháp nhắm mục tiêu gen
  • Liệu pháp tế bào gốc
• Việc kết hợp công nghệ nano với sinh học khối u cũng được coi là một phương pháp điều trị tiềm năng cho CSC.

2. Các lý thuyết về nguồn gốc và phân bố của tế bào gốc ung thư

2.1. Lý thuyết về nguồn gốc

Lý thuyết về tế bào gốc ung thư cho rằng một nhóm tế bào ung thư nhất định sẽ thúc đẩy sự lan rộng và phát triển của khối u, khiến cho thế hệ con cháu của các tế bào ung thư có tính biệt hóa cao và sẽ ngừng tăng sinh vì chúng hạn chế sự phân chia phân bào. Lý thuyết về CSC (Hình 1), do đó, cho thấy một số đặc điểm nhất định của hệ thống phân cấp tế bào được quan sát thấy trong các mô bình thường có thể được nhìn thấy ở nhiều khối u (Bảng 1 và bảng 2). Trước đây có ý kiến ​​​​cho rằng CSC được sinh ra từ NSC (bảng 3), bằng cách quan sát khả năng biệt hóa của các tế bào bạch cầu thành nhiều dòng trưởng thành và phân bổ biểu hiện của một số dấu hiệu với NSC.

[caption id="" align="aligncenter" width="551"] Hình 1 Các lý thuyết về nguồn gốc của tế bào gốc ung thư. Có ba giả thuyết khả thi: (i) CSC có thể có nguồn gốc từ các tế bào gốc bình thường khi chúng trải qua đột biến hoặc biến đổi gây ung thư, (ii) từ các tế bào tiền thân cũng trải qua đột biến và (iii) từ các tế bào biệt hóa hoàn toàn trải qua nhiều lần đột biến. đột biến thông qua sự phân biệt hóa (mũi tên cong màu đen biểu thị sự tự đổi mới, trong khi các mũi tên thẳng biểu thị sự thúc đẩy biểu hiện).[/caption]

Bảng 1

Điểm tương đồng giữa NSC và CSC

Bảng 2

Các lý thuyết gợi ý về nguồn gốc của CSC.

Bảng 3

Sự khác biệt giữa NSC và CSC.

Giả thuyết Tế bào gốc Ung thư (CSC) được xây dựng dựa trên khái niệm về tế bào gốc, vốn được biết đến từ quá trình hình thành phôi thai, để hiểu về quá trình sinh ung thư. Dưới đây là một số đặc điểm chính của giả thuyết CSC:

(i) Khả năng sinh khối u chỉ có ở một số ít tế bào ung thư: Khi cấy ghép tế bào ung thư vào chuột suy giảm miễn dịch, chỉ một phần nhỏ tế bào ung thư có khả năng phát triển thành khối u. Điều này cho thấy chỉ có một nhóm nhỏ tế bào ung thư mang đặc tính của tế bào gốc ung thư (CSC).

(ii) Dấu hiệu bề mặt đặc biệt: CSC có thể phân biệt với các tế bào ung thư khác bằng cách sử dụng các dấu hiệu đặc biệt trên bề mặt tế bào. Những dấu hiệu này có thể giúp các nhà khoa học xác định và nhắm mục tiêu CSC để điều trị ung thư hiệu quả hơn.

(iii) Tính đa dạng của tế bào CSC: Khối u ban đầu có thể chứa hỗn hợp các tế bào có khả năng tạo khối u (tế bào ung thư) và các tế bào không có khả năng này. Điều này cho thấy tế bào gốc ung thư có thể phân biệt thành các loại tế bào ung thư khác nhau.

(iv) Khả năng tự tái tạo: CSC có thể được cấy ghép nối tiếp qua nhiều thế hệ chuột, chứng tỏ khả năng tự tái tạo của chúng. Điều này giúp giải thích khả năng duy trì và phát triển khối u của CSC.

Nguồn gốc của Tế bào gốc Ung thư (CSC)

Nguồn gốc của CSC vẫn đang gây tranh cãi. Một số giả thuyết cho rằng CSC có thể phát triển từ:

• Tế bào gốc bình thường: CSC có thể bắt nguồn từ các tế bào gốc bình thường trong cơ thể.
• Tế bào tiền thân: CSC có thể phát triển từ các tế bào tiền thân, là những tế bào có khả năng phân hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau.
• Tế bào biệt hóa: CSC có thể phát triển từ các tế bào biệt hóa, là những tế bào đã trưởng thành và thực hiện chức năng cụ thể trong cơ thể.

2.2 Hốc Tế bào Gốc Ung thư (CSC)

Giống như tế bào gốc bình thường, CSC cũng cư trú trong các hốc (ngách) – một môi trường vi mô đặc biệt được biết đến với chức năng điều hòa số phận của tế bào gốc thông qua các tín hiệu được truyền tải bởi các yếu tố tiết ra hoặc qua tiếp xúc tế bào-tế bào. Ngách của tế bào gốc ở động vật có vú đã được xác định trong nhiều mô biểu mô khác nhau, chẳng hạn như hệ thống ruột, thần kinh, biểu bì và tạo máu. Các thành phần của ngách bình thường bao gồm các tế bào sợi, tế bào nội mạc, tế bào quanh mạch máu hoặc các tế bào tiền thân của chúng, tế bào miễn dịch, các thành phần của ma trận ngoại bào (ECM), mạng lưới các cytokine và yếu tố tăng trưởng .

Ung thư bao gồm các tế bào ác tính cùng với các tế bào viêm, tế bào tạo máu liên quan, mô đệm và hệ thống mạch máu. Do đó, ảnh hưởng của ngách có thể là kích thích hoặc chọn lọc tùy thuộc vào kiểu phụ của mỗi khối u. Trong trường hợp của glioblastoma (u não đa hình dạng), có mối quan hệ hai chiều giữa CSC và môi trường cục bộ, vì ngách có thể thay đổi số phận tế bào của tế bào ung thư và có thể sửa đổi môi trường vi mô của chúng. Bản thân ngách CSC được phân biệt với môi trường vi mô khối u (TME), là một thuật ngữ tập thể cho mô đệm lân cận cùng với các tế bào bình thường tương ứng với các tế bào gây ung thư .

Các tế bào có mặt trong ngách CSC sản xuất một số yếu tố giúp kích thích thêm khả năng tự tái tạo của CSC và gây ra sự hình thành mạch máu (xem Hình 2). Một số yếu tố bổ sung do tế bào miễn dịch và các tế bào mô đệm khác tiết ra được tuyển mộ bởi các tế bào cư trú trong ngách CSC, thúc đẩy sự xâm lấn và di căn của tế bào ung thư thông qua quá trình chuyển phân hóa thành các tế bào mạch máu. CSC có mặt trong glioblastoma góp phần vào hệ thống mạch máu nhỏ, nhấn mạnh mối quan hệ chặt chẽ giữa CSC não và ngách của chúng. Trong trường hợp ung thư biểu mô tế bào gai da, ngách quanh mạch máu đóng vai trò rất quan trọng. Các tín hiệu được cung cấp bởi các thành phần tế bào và phi tế bào của ngách, sau đó điều chỉnh các tín hiệu sinh sản và tự tái tạo để giúp CSC duy trì trạng thái ngủ yên của chúng.

[caption id="" align="aligncenter" width="590"] Hình 2. Nhiễu xuyên âm giữa CSC và các ngóc ngách của chúng. Các tế bào có trong hốc CSC tạo ra một số yếu tố kích thích sự tự đổi mới và hình thành mạch, đồng thời tiết ra các yếu tố liên quan đến sự xâm lấn và di căn của tế bào khối u. MSC tiết ra CXCL12, IL-6 và IL-8 (mũi tên đen biểu thị sự thúc đẩy biểu hiện) giúp thúc đẩy sự phát triển của CSC thông qua việc điều chỉnh lại NF- κ B. Để thu hút nhiều MSC hơn tới CSC, CSC cũng tiết ra IL-6. Gremlin 1 là chất đối kháng do MSC sản xuất để tăng cường trạng thái không phân biệt. Các tế bào khối u có mặt xung quanh CSC tạo ra IL-4 kích thích T H 2 và tiếp tục sản xuất TNF- α để điều chỉnh lại tín hiệu NF- κB . GM-CSF, G-CSF và M-CSF cũng được sản xuất bởi cùng một tế bào khối u để tạo ra sự mở rộng của một số tế bào miễn dịch như TAM, TAN, MDSC và DC. Để tăng cường tính dẻo của CSC, TNF- α và TGF- β được TAM sản xuất để thúc đẩy EMT phụ thuộc NF- κB hoặc phụ thuộc TGF- β . TGF- β cũng được TAM sản xuất để kích thích tế bào T reg . TAM, Treg và vi môi trường thiếu oxy cũng ức chế tế bào T CD8 + , độc tế bào tế bào NK và quá trình thực bào của đại thực bào do đó ức chế giám sát miễn dịch (mũi tên màu đỏ mô tả sự ức chế). Môi trường vi mô thiếu oxy làm tăng nồng độ ROS, thúc đẩy sự sống của tế bào và tạo ra EMT thông qua con đường truyền tín hiệu TGF- . Biểu hiện c-Myc được điều hòa giảm sẽ ức chế sự tăng sinh tế bào trong tình trạng thiếu oxy và tăng cường thân cây. CXCL12 được CAF sản xuất để thúc đẩy quá trình hình thành mạch. Trong môi trường vi mô thiếu oxy, CSC và EC tạo ra VEGF, điều này càng gây ra sự hình thành mạch. Việc sản xuất oxit nitric thông qua đường truyền tín hiệu Notch dẫn đến khả năng tự đổi mới của CSC. CAF cũng sản xuất TNC, HGF và MMP2/3/9, giúp tăng cường tín hiệu Wnt và Notch. Nó cũng tạo ra MMP10 giúp thúc đẩy quá trình xuống cấp và tu sửa ECM, do đó nâng cao khả năng hoạt động của CSC.[/caption]

Tế bào gốc ung thư (CSC) không hoạt động đơn lẻ mà phụ thuộc vào sự tương tác với các tế bào khác trong môi trường vi mô khối u (TME). Dưới đây là một số ví dụ về sự tương tác này:

Tế bào gốc trung mô (MSC):

• Tế bào gốc trung mô (MSC) là một loại tế bào đa năng trong mô đệm. Chúng tiết ra các yếu tố CXCL12, interleukin-6 (IL-6) và IL-8 giúp duy trì tính gốc của CSC bằng cách kích hoạt đường dẫn NF-κB.
• Bên cạnh đó, MSC còn sản sinh ra Gremlin 1, một chất đối kháng giúp tăng cường trạng thái chưa biệt hóa của CSC.

Tế bào ung thư xung quanh CSC:

• Tế bào ung thư xung quanh CSC sản xuất IL-4, kích thích tế bào lympho T helper 2 (TH2) sản xuất thêm TNF-α, từ đó kích hoạt đường dẫn tín hiệu NF-κB.
• Các tế bào ung thư này cũng sản xuất IL-6, yếu tố kích thích thuộc dòng granulocyte-macrophage (GM-CSF), G-CSF và M-CSF. Những yếu tố này thúc đẩy sự gia tăng của một số tế bào miễn dịch như đại thực bào liên quan đến khối u (TAMs), bạch cầu trung tính liên quan đến khối u (TANs), tế bào ức chế tiệt trùng nguồn gốc tủy (MDSCs) và tế bào樹狀突起 (樹狀突起: shù trạng đột khởi - tạm dịch: tế bào tua dendrit - dendritic cells - DCs).
• Tế bào điều hòa T (Treg) tham gia vào quá trình ức chế miễn dịch được tuyển mộ bởi TGF-β do TAM tiết ra.

Tế bào myofibroblast:

• Tế bào myofibroblast có mặt trong mô đệm liên quan đến khối u tiết ra HGF. Yếu tố này giúp duy trì chức năng của CSC bằng cách kích hoạt đường dẫn Wnt trong ung thư đại tràng.
• Ngoài ra, tế bào myofibroblast còn có thể kích thích một số đặc điểm của CSC và khả năng gây ung thư ở các tế bào ung thư đã biệt hóa có khả năng gây ung thư hạn chế.

Tế bào nội mạch:

• Ngược lại, tế bào nội mạch tiết ra oxit nitric (NO), dẫn đến hoạt hóa đường dẫn Notch trong các tế bào glioblastoma (u não đa hình dạng).
• Bên cạnh việc cung cấp chất dinh dưỡng và oxy cho các tế bào, tế bào nội mạch còn tiết ra một số yếu tố đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy khả năng tự tái tạo và hỗ trợ sự sống sót của CSC ở đầu và cổ.

Nhiều tế bào xung quanh CSC như MSC, nguyên bào sợi liên quan đến ung thư (CAF), TAM và một số tế bào ung thư không phải tế bào gốc cũng đóng vai trò rất quan trọng trong việc duy trì thân CSC

Vai trò của Exosome trong Môi trường Vi mô Khối U (TME) và Tế bào Gốc Ung thư (CSC)

Exosome là gì?

Exosome là các nang ngoại bào kích thước nano được bao bọc bởi màng sinh chất, có nguồn gốc từ endosome và chứa nhiều protein chức năng, RNA, microRNA và một số mảnh DNA. Chúng có thể được tìm thấy trong máu ngoại vi, sữa mẹ, nước bọt, nước tiểu và nhiều dịch cơ thể khác.

Exosome và TME:

• So với các tế bào bình thường, tế bào ung thư tiết ra nhiều exosome hơn gấp 10 lần. Exosome được coi là con đường hiệu quả nhất để thông tin về khối u và di căn đến cả tế bào bình thường và tế bào ung thư. Nghiên cứu cho thấy nội dung của exosome từ khối u (TDE) được chuyển đến các tế bào lành có thể kích hoạt kiểu hình khối u và các đặc tính di căn.
• Vai trò chính của exosome khi được tiết ra với nồng độ cao từ tế bào ung thư là thúc đẩy sự biệt hóa của các nguyên bào sợi liên quan đến khối u, thúc đẩy sự hình thành mạch máu, điều hòa môi trường vi mô trước di căn và tham gia vào điều hòa miễn dịch của TME [16].

Exosome và CSC:

• Sự tương tác giữa CSC và tế bào gốc bình thường (NSC) có thể được trung gian bởi tín hiệu exosome, từ đó điều chỉnh sự phát triển của khối u cũng như quá trình sinh ung thư. Bằng cách nhắm vào một số đường dẫn tín hiệu cụ thể (chẳng hạn như Wnt, Notch, Hh và NF-κB), exosome có thể điều hòa sự phát triển của CSC.
• Trong trường hợp ung thư đại tràng, exosome có nguồn gốc từ nguyên bào sợi cung cấp khả năng kháng hóa trị bằng cách thúc đẩy sự phát triển của CSC, trong khi exosome có nguồn gốc từ tế bào sợi liên quan ung thư (CAF) thúc đẩy sự hình thành khối cầu bằng cách kích hoạt đường dẫn Wnt, do đó làm tăng số lượng CSC.
• Exosome được giải phóng từ CSC có thể làm tăng tính gốc của tế bào ung thư vú và cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền tín hiệu ở các tế bào lân cận.

Vai trò của Môi trường Thiếu Khí (Hypoxia) lên Tế bào Gốc Ung thư (CSC)

Môi trường thiếu khí (Hypoxia) là gì?

Môi trường thiếu khí là tình trạng thiếu hụt oxy trong cơ thể, dẫn đến việc cung cấp oxy không đủ cho các mô. Tình trạng thiếu oxy này có thể thúc đẩy mất ổn định di truyền, di căn và khả năng xâm lấn của tế bào ung thư. Nó cũng dẫn đến việc các yếu tố kích thích Hypoxia (HIF) được biểu hiện bởi CSC, trong đó TGF-β đóng vai trò điều hòa và ổn định chúng. Để thích nghi với tình trạng này, tế bào phải trải qua sự thay đổi kiểu hình trong biểu hiện của các gen điều hòa các quá trình tế bào khác nhau [21].

Yếu tố kích thích Hypoxia (HIFs) và CSC:

• Yếu tố kích thích Hypoxia (HIF) đóng vai trò trung gian trong quá trình chuyển đổi này, giúp theo dõi phản ứng của tế bào đối với mức độ oxy trong môi trường thiếu khí [21].
• HIF là các yếu tố phiên mã helix-loop-helix dị hợp tử, bao gồm hai tiểu đơn vị alpha (α) và beta (β) (HIF-α và HIF-β), như được hiển thị trong Hình 3 [22].
• Trong điều kiện thiếu oxy, để duy trì sự sống, vai trò của HIF trong CSC là thúc đẩy tính gốc của tế bào, đồng thời điều hòa sự phát triển khối u và sự sống sót của tế bào bằng cách kích hoạt HIF-1 và HIF-2, tóm tắt trong Hình 4 [23].
• Các thí nghiệm giảm thiểu HIF in vivo cho thấy các CSC có hoạt động HIF thấp không ổn định trong việc duy trì khối u và sự sống sót của tế bào.
• Hơn nữa, tình trạng thiếu oxy làm tăng biểu hiện của các gen Sox2 và Oct4, cả hai đều liên quan đến chức năng của tế bào gốc. Sox2, cùng với Sox4, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tính gốc của CSC [22].
• Đáng chú ý, một số gen liên quan đến phản ứng với thiếu oxy ở tế bào bình thường, chẳng hạn như Glut1, Serpin B9 và VEGF, cũng được tăng cao ở CSC [21].
• Trong trường hợp khối u đặc, hoạt động của oncogene có thể được điều hòa bởi HIF-1α thông qua các đường dẫn khác nhau như Akt và thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR) [21].

Vai trò của HIF-α và HIF-2α trong CSC:

• Tính đặc hiệu của HIF-α và HIF-2α rất cần thiết cho sự sống sót và phát triển của khối u. Khi được kích hoạt trong môi trường thiếu oxy, HIF-1α dẫn đến sự mở rộng của phân nhóm tế bào dương tính với CD133, một dấu hiệu của CSC. Mức độ CD44, một dấu hiệu liên quan đến kiểu hình giống tế bào gốc, cũng tăng lên [21].
• Biểu hiện của HIF-2α kích thích biểu hiện của Oct-4 và thúc đẩy hoạt động của c-Myc, ultimately đảm bảo tính không biệt hóa ở CSC [22].

[caption id="" align="aligncenter" width="549"] Hình 3. Tổ chức cấu trúc và chức năng của các yếu tố gây thiếu oxy (HIF). HIF là một phức hợp dị thể bao gồm tiểu đơn vị α phụ thuộc oxy (HIF-α) và tiểu đơn vị β không nhạy cảm với oxy (HIF-β). HIF-α có ba tiểu đơn vị (HIF-1α, HIF-2α và HIF-3α). Sự điều hòa HIF-1α và HIF-2α được thực hiện bằng áp suất oxy và được biểu hiện ở khắp nơi trong mô bình thường, trong khi HIF-1β là tiểu đơn vị của HIF-β. Miền đầu cuối carboxy (CTD) của HIF-1α và HIF-2α dựa trên quy định của chúng được chia (được biểu thị bằng mũi tên đen) thành hai miền: ODD (điều chỉnh độ ổn định) và TAD (điều chỉnh hoạt động phiên mã thông qua hai miền giao dịch (TAD) )—(i) N-TAD và (ii) C-TAD. Một số tín hiệu định vị hạt nhân (NLS) hiện diện ở cả đầu C và N của các tiểu đơn vị α như N-NLS và C-NLS giúp hướng nó về phía hạt nhân.[/caption] [caption id="" align="aligncenter" width="551"] Hình 4. Vai trò của HIF trong CSC. Trong tình trạng thiếu oxy, HIF-1 được hình thành sau quá trình khử HIF-1 α với HIF-1 β và liên kết với HRE (yếu tố phản ứng HIF) có trong DNA. Sự liên kết này dẫn đến sự phiên mã của các gen mục tiêu (HK1, PGK1, TP11 và BNIP3) (được mô tả trong hộp màu hồng) và điều chỉnh các quá trình tế bào khác nhau như sự sống sót, hình thành mạch, apoptosis, xâm lấn, di căn, trao đổi chất, kháng trị và DNA Sửa chữa.[/caption]

Điều thú vị là bên trong khối u có sự phân bố tế bào không đồng nhất. Tế bào ở vùng rìa ít hoạt động hơn, có khả năng di chuyển xa hơn và kháng nhiễm trùng tốt hơn tế bào ở vùng trung tâm. Ngược lại, tế bào vùng trung tâm phân chia nhanh hơn và có mật độ tế bào cao hơn.

Số lượng tế bào kháng thuốc tăng cao thường gặp trong các ung thư giai đoạn tiến triển. Một phần nguyên nhân là do sự di chuyển tế bào từ vùng trung tâm ra vùng rìa, làm cho vùng rìa khối u mở rộng. Và thiếu oxy (hypoxia) đóng vai trò quan trọng trong quá trình di chuyển tế bào này.

Ở ung thư vú, yếu tố HIF-1α do thiếu oxy kích thích hoạt động của con đường tín hiệu Hippo trong các tế bào gốc ung thư vú (BCSC), từ đó ảnh hưởng đến hoạt động của chúng.

Các nhà khoa học đã sử dụng RNA hairpin ngắn để ức chế HIF-1α hoặc HIF-2α trong tế bào glioblastoma CD133+. Điều này làm giảm sự phân chia và khả năng hình thành khối của tế bào, đồng thời gây ra chết tế bào theo caspase phụ thuộc (apoptosis) - cả trong môi trường nuôi và trong cơ thể sống - qua đó giảm khả năng khởi tạo khối u của chúng.

Trong bệnh bạch cầu cấp dòng tủy (AML), HIF-1 được biểu hiện quá mức và hoạt động mạnh hơn ở nhóm tế bào CD34+CD38-. Điều này làm tăng tính chất giống tế bào gốc và dẫn đến gia tăng số lượng tế bào gốc của bệnh bạch cầu.

Ngoài ra, thiếu oxy còn điều chỉnh các con đường tín hiệu khác như Wnt và Notch. Chúng thúc đẩy EMT (EMT - Sự chuyển đổi biểu mô-trung mô), làm tăng khả năng xâm lấn và tính gốc của CSCs, đồng thời khiến chúng kháng thuốc hơn với xạ trị và hóa trị.

3. Xác định Tế Bào Gốc Ung Thư (CSCs)

Tế bào gốc ung thư (CSCs) được xác định lần đầu tiên ở bệnh bạch cầu cấp dòng tủy (AML) thông qua phân nhóm tế bào CD34+ CD38-, tương tự như các tế bào gốc tạo máu bình thường (HSCs). Khả năng khởi tạo khối u của chúng được chứng minh khi cấy ghép vào chuột suy giảm miễn dịch.

Các dấu hiệu đặc trưng của CSCs có thể được tăng cường, giảm thiểu, đột biến hoặc mất đi do một số glycoprotein hoặc protein marker. Để phát hiện CSCs, việc xác định vị trí của các marker này là rất quan trọng. Một số marker nằm trong tế bào chất, trong khi một số khác lại có mặt trên bề mặt tế bào như kháng nguyên.

Tế bào gốc ung thư vú (BCSCs) lần đầu tiên được xác định vào năm 2003 dựa trên mức độ biểu hiện của các kháng nguyên trên bề mặt tế bào, CD44+ và CD24-. Các tế bào này có khả năng xâm lấn, di chuyển và tăng sinh cao. CD44, một thụ thể glycoprotein xuyên màng, đóng vai trò như một phân tử tín hiệu quan trọng tương tác với các protein khung tế bào hoặc điều hòa biểu hiện gen, do đó ultimately (cuối cùng) làm thay đổi hành vi của tế bào. Nó cũng liên quan đến quá trình kết dính và di chuyển tế bào . Theo các nhà khoa học, CD44 và các dạng khác của nó là những marker đáng tin cậy của tế bào gốc ung thư và có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp với các marker bề mặt khác để phân tích CSCs. ALDH1, CD133 và CD61 là những ví dụ về các marker khác có liên quan đến BCSCs .

Phương pháp phổ biến nhất để xác định các marker đặc hiệu cho CSCs là quan sát sự biểu hiện của kháng nguyên trên bề mặt tế bào. Tuy nhiên, các marker được sử dụng để phân tích tế bào gốc từ một cơ quan lại không hiệu quả trong việc xác định tế bào gốc ở các mô khác. Ví dụ, Sca-1, một protein marker được dùng để nhận diện tế bào gốc máu ở chuột, lại không biểu hiện liên tục trên tế bào gốc ống dẫn sữa ở chuột . Bảng 4 mô tả các dấu hiệu sinh học khác nhau được sử dụng để xác định CSCs trong nhiều loại ung thư ở người.

Bảng 4

Các dấu hiệu được sử dụng để xác định CSC trong khối u .

4. Nghiên cứu Tế Bào Gốc Ung Thư trong khối U đặc

Khối u đặc là một khối mô bất thường không chứa nang hoặc dịch lỏng, có thể lành tính (không ung thư) hoặc ác tính (ung thư). Nghiên cứu đầu tiên về tế bào gốc ung thư trong khối u đặc được thực hiện trên ung thư vú ở người.

Tương tự như bệnh AML, các mẫu khối u vú của người được phân tích và cho thấy sự không đồng nhất về biểu hiện kháng nguyên bề mặt của CD44 và CD24. Dựa trên sự khác biệt về biểu hiện kháng nguyên bề mặt, các tế bào ung thư vú của người được phân tách thành các nhóm khác nhau thông qua kỹ thuật phân tích tế bào dòng chảy (flow cytometry). Chỉ những tế bào ung thư vú có khả năng tạo khối u và biểu hiện CD44+ CD24thấp/âm tính mới hình thành khối u sau khi tiêm vào chuột NOD/SCID (chuột bị suy giảm miễn dịch kết hợp nặng nề). Những tế bào ung thư vú của người này được gọi đặc hiệu là "tế bào gốc ung thư vú".

Các nghiên cứu tương tự cũng được thực hiện trên nhiều loại ung thư đặc khác của người sử dụng chuột suy giảm miễn dịch (SCID hoặc NOD/SCID) làm vật chủ cấy ghép khối u lạ (xenograft). Ví dụ, trong khối u não của người, người ta phát hiện ra các tế bào CD133+ và CD133-. Chỉ những tế bào ung thư có biểu hiện CD133+, được gọi là "tế bào khởi đầu khối u não", mới có khả năng tạo khối u ở hầu hết bệnh nhân khi cấy ghép vào chuột suy giảm miễn dịch.

Phân tích tế bào dòng chảy của mô ung thư đại tràng cho thấy các nhóm tế bào không đồng nhất bên trong khối u. Những phát hiện gần đây cho thấy ở nhiều bệnh nhân ung thư đại tràng, chỉ các phân nhóm tế bào ung thư CD133+, được gọi là "tế bào khởi đầu ung thư đại tràng", mới có khả năng tạo khối u lạ ở chuột [93]. Đối với ung thư đại tràng ở người, các phân nhóm khối u trong bệnh nhân được xác định bằng CD44, phân tử tiếp hợp tế bào biểu mô (EpCAM còn được gọi là kháng nguyên đặc hiệu biểu mô hoặc ESA) và CD166. Chỉ những tế bào dương tính với các marker này mới có thể tạo ra khối u ở chuột, bất kể được sử dụng theo cặp hay cả ba cùng nhau (ESAhiCD44+, CD44+, CD166+, ESAhiCD166+, hoặc ESAhiCD44+ CD166+).

CD44+ đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu ung thư biểu mô tế bào gai đầu và cổ (HNSCC). Tế bào gốc ung thư gây ung thư trong HNSCC có khả năng duy trì sự hình thành khối u ở chuột. Để nghiên cứu HNSCC, cả chuột NOD/SCID và Rag2γDKO (chuột đột biến gen loại kép thụ thể cytokine gamma) đều được sử dụng làm mô hình thí nghiệm trên chuột suy giảm miễn dịch.

Ở ung thư tuyến tụy của người, người ta cũng tìm thấy các tế bào có khả năng nhân khối u tương tự. Chúng không biểu hiện CD44 cũng như CD24. Các tế bào biểu hiện CD44+, CD24+, và ESA (được gọi là tế bào gốc ung thư tuyến tụy) mới là thủ phạm gây ra sự hình thành khối u.

5. Con đường tín hiệu liên quan đến Tế bào gốc ung thư (CSCs)

Đối với tế bào gốc bình thường, các con đường tín hiệu phân tử được điều hòa chặt chẽ đóng vai trò quan trọng trong các đặc tính khác nhau như tự tái tạo, sinh tồn, phân裂 (phân열 - phân chia tế bào) và biệt hóa. Ngược lại, trong quá trình sinh ung thư hoặc ở tế bào gốc ung thư, các con đường tín hiệu này có thể bị ức chế hoặc hoạt động bất thường. Hơn nữa, những con đường phức tạp này được điều hòa bởi các tín hiệu phân tử bên ngoài và bên trong, các gen nội sinh và ngoại sinh, một số yếu tố điều hòa và microRNA. Chúng không phải là các đường thẳng độc lập mà là các mạng lưới lồng ghép của các chất trung gian tín hiệu, điều hòa và hỗ trợ chức năng của tế bào gốc ung thư.

Cho đến nay, có chín con đường tín hiệu được biết là liên quan đến quá trình phát triển phôi và cũng như trong ung thư. Trong số chín con đường này, chỉ có bảy con đường (chẳng hạn như con đường JAK/STAT, con đường MAP-kinase/ErK, con đường NOTCH, con đường NF-κB, con đường P13K/Akt, con đường TGF-β và con đường Wnt) là phổ biến ở cả tế bào ung thư và tế bào gốc .

5.1. Con đường tín hiệu Hedgehog (Hh) trong tế bào gốc ung thư (CSCs)

Đây là một mạng lưới tín hiệu phức tạp bao gồm các phối tử Hh ngoại bào, thụ thể protein xuyên màng (PTCH), một protein xuyên màng (SMO), một phân tử trung gian truyền tín hiệu và phân tử GLI hạ nguồn. Protein SMO có vai trò điều hòa tích cực con đường tín hiệu, trong khi PTCH đóng vai trò điều hòa tiêu cực. Các phân loại của GLI có vai trò khác nhau, trong đó Gli1 hoạt động trong việc kích hoạt phiên mã. Gli2 hoạt động như cả chất kích hoạt và chất ức chế phiên mã, nhưng chủ yếu là chất kích hoạt. Gli3 ức chế phiên mã. Con đường tín hiệu này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hệ thần kinh, xương, chi, phổi, tim, ruột và phát triển phôi.

Khi không có phối tử Hh, PTCH có mặt trên màng tế bào đích sẽ liên kết với SMO, do đó ức chế hoạt động của nó và cuối cùng dừng tín hiệu. Khi có phối tử Hh, cấu trúc không gian của PTCH thay đổi, kích hoạt yếu tố phiên mã Gli bằng cách loại bỏ sự ức chế của SMO (Hình 5). Gli sau khi chuyển vào nhân sẽ điều hòa sự phát triển, phân열 và biệt hóa của tế bào.

[caption id="" align="aligncenter" width="665"] Hình 5: Con đường tín hiệu liên quan đến Tế bào gốc ung thư (CSCs) (a) Con đường JAK/STAT (cực trái): Các JAK được kích hoạt khi các phối tử liên kết với thụ thể của nó; JAK1 và JAK2 tự phosphoryl hóa và phosphoryl hóa lẫn nhau, đồng thời phosphoryl hóa các残基 tyrosine (thàn dư tyrosine) có trong vùng tế bào chất của thụ thể. STATs sau khi được phosphoryl hóa bởi JAKs sẽ tạo thành các cặp và sau đó được chuyển vào nhân để bắt đầu phiên mã của các gen mục tiêu. (b) Con đường Hedgehog (bên trái): Khi được tiết ra từ các tế bào khác, Hh liên kết với PTCH và cho phép kích hoạt (được biểu thị bằng mũi tên đen) của SMO. Phức hợp protein SMO tiết ra Gli1/2 và vận chuyển nó vào nhân, dẫn đến phiên mã của các gen liên quan đến Hh (được mô tả bằng các mũi tên màu tím). (c) Con đường Notch (bên phải): Sự liên kết của phối tử delta với tế bào khác; hai enzyme khác nhau chịu trách nhiệm cho hai lần cắt khác nhau là ADAM10 hoặc TACE và một metalloprotease xúc tác quá trình cắt S2 và do đó tạo ra chất nền cho quá trình cắt S3 thông qua phức hợp γ-secretase. Do quá trình phân giải protein, nó trung gian cho việc giải phóng NCID, khi được chuyển vào nhân sẽ bắt đầu tương tác với protein liên kết DNA CSL và MAML, từ đó kích hoạt quá trình phiên mã của các gen mục tiêu. (d) Con đường Wnt (cực phải): Phối tử Wnt liên kết với Fz, một thụ thể, và gây ra quá trình phosphoryl hóa các đồng thụ thể, LRP5/6, tạo ra vị trí neo cho AXIN. Sự liên kết của phối tử với thụ thể báo hiệu cho Dvl tuyển mộ AXIN 1 cùng với các kinase khác CK1α và GSK3β đến màng tế bào, làm gián đoạn phức hợp hủy hoại dẫn đến suy giảm quá trình phosphoryl hóa của β-catenin và do đó gây ra sự hủy hoại của nó. β-catenin tích lũy sau đó được vận chuyển từ tế bào chất đến nhân và hoạt động như một chất kích hoạt phiên mã do TCF/LEF trung gian của các gen mục tiêu Wnt.[/caption]

Con đường tín hiệu Hh cũng có thể thúc đẩy khả năng tự tái tạo và di căn của tế bào gốc ung thư bằng cách tăng cường biểu hiện của các marcador hạ nguồn liên quan đến CSCs (ví dụ như ALDH1, Bmi-1, CCND1, CD44, C-MYC, Jagged1, Nanong, Oct4, PDGFRα, Snail, Twist1 và Wnt2). Trực tiếp hoặc gián tiếp, một số proto-oncogen và gen ức chế điều hòa hoạt động của con đường Hh, ảnh hưởng đến sự phân proliferation (sự sinh sôi) và di chuyển của CSCs.

Trong trường hợp của tế bào gốc u nguyên bào thần kinh đệm (medulloblastoma), yếu tố ức chế phiên mã BCL6 và oncoprotein của lymphoma trực tiếp ức chế các phân tử Gli1 và Gli2, vốn là yếu tố tác động của tín hiệu Sonic Hh. Sự ức chế này liên quan đến quá trình phân hủy Gli1 do tương tác vật lý tăng lên với β-catenin. Ở tế bào gốc ung thư phổi, microRNA-122 (miR-122) nhắm trực tiếp vào Shh và Gli1. Do đó, có thể thấy rằng hoạt động mạnh lên của con đường Hh đóng vai trò quan trọng trong việc tự tái tạo, phát triển và di căn của tế bào gốc ung thư.

5.2. Con đường tín hiệu JAK-STAT trong tế bào gốc ung thư (CSCs)

Cytokine là các phân tử chịu trách nhiệm kích thích con đường Janus kinase/bộ chuyển tín hiệu và hoạt hóa phiên mã (JAK-STAT). Một số ví dụ về cytokine và yếu tố tăng trưởng truyền tín hiệu qua con đường này bao gồm Interleukin 2-7, yếu tố kích thích khuẩn lạc hạt/đại thực bào, hormone tăng trưởng, EGF, PDGF và interferon. Sự có mặt của con đường tín hiệu JAK-STAT liên quan đến nhiều quá trình sinh học quan trọng như apoptosis (chết tế bào theo chương trình), phân proliferation (sự sinh sôi) tế bào, biệt hóa và điều hòa miễn dịch.

Ba thành phần chính của con đường này là: thụ thể liên quan đến tyrosine kinase, tyrosine kinase JAK và yếu tố phiên mã STAT. Các tế bào có vị trí liên kết cho tyrosine kinase JAK. Sau khi liên kết với các phối tử, các gốc tyrosine của nhiều protein đích khác nhau được phosphoryl hóa thông qua hoạt hóa JAK, để đạt được tín hiệu truyền từ ngoại bào vào nội bào. Họ protein JAK bao gồm bốn thành viên: JAK1, JAK2, JAK3 và Tyk2. Trong khi đó, họ STAT có bảy thành viên (STAT1, STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b và STAT6) đóng vai trò quan trọng trong truyền tín hiệu và hoạt hóa phiên mã.

Khi nhận tín hiệu từ phân tử thụ thể thượng nguồn, JAK kích hoạt thụ thể liên quan đến tyrosine kinase và bản thân nó cũng được kích hoạt để xúc tác quá trình phosphoryl hóa tyrosine của thụ thể. Tyrosine phosphoryl hóa trên phân tử thụ thể hoạt động như một phân tử tín hiệu và liên kết với vị trí SH2 của STAT. Sau khi liên kết với thụ thể, STAT cũng trải qua quá trình phosphoryl hóa tyrosine, dẫn đến việc hình thành một phức hợp dimer đi vào nhân tế bào và ảnh hưởng đến biểu hiện của các gen mục tiêu (tóm tắt trong Hình 5). Cuối cùng, quá trình này thúc đẩy sự phân proliferation (sự sinh sôi) và biệt hóa của các tế bào mục tiêu.

Hoạt hóa liên tục và bất thường của STAT3 và đột biến ở JAK2 được quan sát thấy trong nhiều khối u. Tự tái tạo của các tế bào giống tế bào gốc thần kinh glio được thúc đẩy bởi HIF-1α thông qua con đường JAK1/STAT3. Ở tế bào gốc ung thư nội mạc tử cung ALDHhigh và CD126+, con đường này được kích hoạt bởi IL-6. IL-6 cũng có chức năng chuyển đổi các tế bào ung thư không phải tế bào gốc thành tế bào gốc ung thư bằng cách kích hoạt gen Oct4 hạ nguồn trong trường hợp tế bào gốc ung thư vú.

AJUBA là một protein khung đóng vai trò quan trọng trong quá trình kết dính tế bào, biệt hóa, phân proliferation (sự sinh sôi) và di chuyển tế bào. Nó cũng thúc đẩy sự sống sót và phân proliferation (sự sinh sôi) của tế bào gốc ung thư đại tràng thông qua con đường JAK1/STAT1. Ở tế bào gốc ung thư phổi, microRNA-218 điều hòa tiêu cực biểu hiện gen của JAK3 và thụ thể IL-6. Điều này là do microRNA kích hoạt tín hiệu JAK/STAT bằng cách ức chế yếu tố điều hòa tiêu cực của JAK2/STAT3. Như vậy, một số nghiên cứu gần đây về con đường này cho thấy con đường tín hiệu JAK-STAT đóng vai trò quan trọng trong sự sống sót, tự tái tạo và di căn của tế bào gốc ung thư.

5.3. Con đường tín hiệu NF-κB trong tế bào gốc ung thư (CSCs)

NF-κB là yếu tố phiên mã có khả năng hoạt hóa nhanh chóng, bao gồm 5 protein khác nhau (chủ yếu là p65, RelB, c-Rel, NF-κB1 và NF-κB2). Hoạt động của NF-κB được điều hòa bởi hai con đường chính: con đường tín hiệu NF-κB điển hình và phi điển hình.

Con đường tín hiệu NF-κB điển hình được kích hoạt khi các phối tử (ví dụ như thành phần tế bào của vi khuẩn, IL-1β, TNF-α hoặc lipopolysaccharide) liên kết với thụ thể (chẳng hạn như thụ thể Toll-like, thụ thể TNF, thụ thể IL-1 và thụ thể kháng nguyên). Sau khi được kích thích, các thụ thể này tiếp tục phosphoryl hóa và kích hoạt IκB kinase (protein IKK). Protein IKK1 cũng được phosphoryl hóa và hoạt hóa trong con đường phi điển hình bằng cách kích hoạt kinase (NIK), từ đó kích hoạt NF-κB như được minh họa trong Hình 6. Hoạt động của enzyme IKK kích thích quá trình phosphoryl hóa p100, dẫn đến sản xuất p52.

[caption id="" align="aligncenter" width="669"] Hình 6: Con đường tín hiệu liên quan đến Tế bào gốc ung thư (CSCs) (a) Con đường NF-κB (bên trái): TNF-α, cytokine gây viêm, liên kết với thụ thể TNF và kích thích hình thành phức hợp IKK, phức hợp này phosphoryl hóa IκB-α. Sự phosphoryl hóa IκB-α dẫn đến quá trình phân hủy của nó qua proteasome, cho phép tích lũy p65-p50 (hoạt động như NF-κB) dưới dạng dimer vào nhân và điều hòa phiên mã của các gen mục tiêu. (b) Con đường TGF-β (giữa): Khi ligand TGFβ1 liên kết với thụ thể type-2 của TGF-beta (TGFβR2), nó thúc đẩy (được biểu thị bằng mũi tên đen) quá trình dimer hóa của TGFβR2 với TGFβR1, dẫn đến sự phosphoryl hóa chéo của TGFβR1. TGFβR1 được kích hoạt tiếp tục kích hoạt R-SMAD (SMAD2 và SMAD3) bằng cách phosphoryl hóa. SMAD2/3 ba phân tử hóa với một co-SMAD (SMAD4). Phức hợp SMAD ba phân tử này sau khi định vị vào nhân sẽ kích hoạt (được biểu thị bằng các mũi tên màu tím) phiên mã gen và thúc đẩy sự phát triển và tồn tại của tế bào. (c) Con đường PI3K (bên phải): Sự liên kết của phối tử với RTK dẫn đến quá trình phosphoryl hóa lipid màng PIP2 thông qua PI3K nội bào và sau đó chuyển thành PIP3. PKB liên kết với vị trí neo của nó trong PIP3 và được kích hoạt bằng cách phosphoryl hóa bởi các kinase khác nhau liên quan đến mTOR và kinase phụ thuộc DNA, thúc đẩy thêm quá trình phosphoryl hóa do PKB trung gian và hoạt hóa hoặc ức chế các chất trung gian hạ nguồn. PTEN, một phosphatase là chất điều hòa tiêu cực (sự ức chế được biểu thị bằng các mũi tên đỏ) của quá trình này, giúp khử phosphoryl hóa PIP3 thành PIP2 (các mũi tên đen mô tả quá trình kích hoạt/lan truyền tín hiệu).[/caption]

Để kích hoạt con đường tín hiệu NF-κB, quá trình phát triển và tiến triển của khối u tạo ra một số cytokine, protease và một số yếu tố thúc đẩy tăng trưởng và sinh angiogenesis (mọc mạch máu mới). Hoạt hóa quá mức của tín hiệu NF-κB đã được báo cáo trong nhiều bệnh ung thư.

Trong trường hợp của tế bào gốc ung thư buồng trứng (ovarian CSCs), các tế bào CD44+ thúc đẩy khả năng tự tái tạo, di căn và duy trì tế bào gốc ung thư bằng cách tăng biểu hiện của RelA, RelB và IKKα, đồng thời trung gian kích hoạt nhân của dimer p50/RelA (p50/p65). Chất trung gian gây viêm prostaglandin E2 (PGE2) kích hoạt tín hiệu này thông qua các con đường EP4-PI3K và EP4-MAPK, góp phần vào hình thành khối u và di căn ở tế bào gốc ung thư đại tràng (colorectal CSCs).

MicroRNA miR-221/222 ức chế biểu hiện của PTEN, do đó kích thích phosphoryl hóa Akt dẫn đến tăng mức p65, p-p65 và COX2, thúc đẩy khả năng tự tái tạo, di chuyển và xâm lấn của tế bào gốc ung thư vú (breast CSCs). Như vậy, có thể xác định rằng tín hiệu NF-κB tăng cao đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa apoptosis (chết tế bào theo chương trình), phân proliferation (sự sinh sôi) và di căn ở tế bào gốc ung thư (CSCs).

5.4. Con đường tín hiệu Notch trong tế bào gốc ung thư (CSCs)

Con đường tín hiệu Notch là một con đường được bảo tồn cao liên quan đến bốn thụ thể Notch (chủ yếu là Notch1, Notch2, Notch3 và Notch4) và năm ligand Notch có cấu trúc tương tự (Delta-like1, Delta-like3, Delta-like4, Jagged1 và Jagged2). Trong một số điều kiện sinh lý, sự liên kết của ligand delta với thụ thể Notch dẫn đến biểu hiện trên các tế bào lân cận theo kiểu tiếp xúc gần (juxtacrine).

Sự cắt phân tử do protease của vùng nội bào (ICD) của Notch bởi hai enzyme khác nhau chịu trách nhiệm cho hai lần cắt khác nhau là ADAM10 hoặc TACE (enzyme chuyển đổi TNF-α, còn được gọi là ADAM17) và một metalloprotease xúc tác quá trình cắt S2 và do đó tạo ra chất nền cho quá trình cắt S3 thông qua phức hợp γ-secretase (Hình 5). Do quá trình phân giải protein, nó trung gian cho việc giải phóng NCID và do đó được chuyển vào nhân nơi nó liên kết với yếu tố phiên mã CSL. Sự liên kết này dẫn đến việc hình thành phức hợp hoạt hóa phiên mã NICD/CSL kích hoạt các gen mục tiêu của họ yếu tố ức chế phiên mã BHLH.

Tùy thuộc vào môi trường vi mô, Notch có thể hoạt động như một enzyme, oncogene hoặc gen ức chế khối u. Khi Notch được kích hoạt, nó thúc đẩy khả năng tự tái tạo, di căn và tồn tại của tế bào nhưng ức chế apoptosis (chết tế bào theo chương trình). Trong tế bào gốc ung thư dạ dày, sự dồi dào của ligand Delta-like 4 (DLL-4) thúc đẩy sinh angiogenesis khối u và di căn.

Ở tế bào gốc ung thư cổ tử cung, con đường Notch được kích hoạt khi MAP17 (DD96, PDZKIP1), một protein liên kết màng không được glycosyl hóa có mặt trên bộ máy Golgi và màng plasma, tương tác với NUMB thông qua vùng liên kết PDZ. TACE/ADAM17 được kích hoạt để điều hòa tín hiệu Notch1. Chúng được kích hoạt bởi nitric oxide synthase có thể làm tăng khả năng tự tái tạo của tế bào gan CD24+/CD133+. Trong ung thư biểu mô tế bào vảy miệng, tín hiệu Notch1 được kích hoạt để tăng cường kiểu hình giống tế bào gốc ung thư bởi TNF-α. Sự di chuyển và xâm lấn của tế bào gốc ung thư buồng trứng được gây ra bởi Notch1 khi không có dấu hiệu thiếu oxy. Như vậy, các nghiên cứu gần đây này nhấn mạnh vai trò quan trọng của tín hiệu Notch trong di căn, tự tái tạo và phát triển của tế bào gốc ung thư (CSCs).

5.5. Con đường tín hiệu PI3K/Akt trong tế bào gốc ung thư (CSCs)

PI3K là một enzyme nội bào, chủ yếu là phosphatidylinositol kinase, có một đơn vị điều hòa và một đơn vị xúc tác. p85 là đơn vị điều hòa, còn p110 là đơn vị xúc tác có hoạt động của cả hai loại kinase: serine/threonine (Ser/Thr) kinase và phosphatidylinositol kinase. Serine/threonine kinase có tên là AKT, tồn tại dưới ba dạng khác nhau (AKT1, AKT2 và AKT3). Các protein này là yếu tố ảnh hưởng quan trọng của PI3K vì chúng có thể được kích hoạt trực tiếp sau khi nhận tín hiệu từ PI3K.

Khi ligand liên kết với thụ thể tyrosine kinase (RTK), nó sẽ phosphoryl hóa lipid màng phosphatidylinositol (3,4)-bisphosphate (PIP2) thông qua PI3K nội bào. PIP2 sau đó được chuyển thành phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate (PIP3). Protein kinase B (PKB) liên kết với vị trí neo của nó trong PIP3. Sau khi được phosphoryl hóa, PKB được kích hoạt bởi các loại kinase khác nhau liên quan đến mTOR và kinase phụ thuộc DNA. Quá trình này thúc đẩy phosphoryl hóa do PKB trung gian, đồng thời kích hoạt hoặc ức chế các chất trung gian hạ nguồn.

Phức hợp mammalian target of rapamycin (mTOR), một serine/threonine kinase được bảo tồn, là một trong những gen mục tiêu hạ nguồn quan trọng của Akt. mTOR tồn tại trong hai phức hợp đa protein khác nhau: mTORC1 (gồm mTOR, raptor, mLST8 và hai chất điều hòa tiêu cực PPRAS40 và DEPTOR) và mTORC2. Vai trò của mTORC2 là phosphoryl hóa Akt tại serine/threonine 473 để kích hoạt Akt (Hình 6).

Con đường tín hiệu PI3K/Akt tham gia vào quá trình phân proliferation (sự sinh sôi) tế bào trong ung thư buồng trứng và EMT (EMT - epithelial-mesenchymal transition - quá trình chuyển hóa biểu mô thành mô mezen). Khi được kích hoạt, con đường này thúc đẩy khả năng di chuyển và xâm lấn của tế bào ung thư tuyến tiền liệt và tuyến tụy. Trong trường hợp tế bào gốc ung thư đầu và cổ dạng vảy, hoạt hóa PI3K làm tăng phân proliferation (sự sinh sôi), di chuyển và xâm lấn của tế bào ở ALDH + và CD44high. Ở ung thư ruột kết, sự biểu hiện của ALDH1 tăng lên do hoạt hóa mTORC1. Hoạt hóa mTORC2 làm tăng biểu hiện của EpCAM (dấu hiệu tế bào gốc ung thư gan) và khả năng gây ung thư ở tế bào gốc ung thư gan. Trà xanh matcha (MGT), một chất ức chế mTOR, ngăn chặn sự phân proliferation (sự sinh sôi) của tế bào gốc ung thư vú bằng cách nhắm vào quá trình trao đổi chất ty thể, đường phân và nhiều con đường truyền tín hiệu khác.

5.6. Con đường tín hiệu TGF-β trong tế bào gốc ung thư (CSCs)

Con đường tín hiệu TGF-β có cấu trúc đơn giản và điều hòa nhiều quá trình tế bào, chẳng hạn như phân bào (sự sinh sỗi tế bào), biệt hóa, chết theo chương trình (apoptosis) và duy trì cân bằng nội môi. Các phối tử của siêu họ TGF-β được chia thành hai nhóm: (i) TGF-β/activin bao gồm TGF-β, activin và Nodal, và (ii) BMP/GDP bao gồm các phối tử BMP, GDF và AMH. Protein SMAD được phân thành ba phân nhóm dựa trên cấu trúc của chúng: R-SMAD (SMAD được kích hoạt bởi thụ thể hoặc giới hạn cho một con đường tín hiệu), co-SMAD và I-SMAD (SMAD ức chế). Phối tử của siêu họ TGF-β liên kết với thụ thể type II và phosphoryl hóa nó. Th thụ thể type I liên kết với một co-SMAD (SMAD của con đường chung) bằng cách phosphoryl hóa các R-SMAD (SMAD được điều hòa bởi thụ thể). Phức hợp R-SMAD/co-SMAD hoạt động như yếu tố phiên mã bằng cách tích tụ trong nhân và điều hòa biểu hiện của các gen mục tiêu. Quá trình này được tóm tắt trong Hình 6.

Tín hiệu TGF/SMAD được kích hoạt cũng được tìm thấy trong các bệnh ung thư ở người. Trong trường hợp ung thư phổi, sự chuyển đổi tế bào và tính chất gốc được trung gian bởi protein NPM1 hạt nhân, trong khi tín hiệu TGF-β được thúc đẩy bởi gen 2 được điều hòa tăng bởi ung thư. Vai trò của TGF/SMAD là làm tăng số lượng tế bào gốc ung thư; ví dụ, để điều hòa sự tự tái tạo của tế bào gốc ung thư gan, tín hiệu cyclin D1-SMAD2/3-SMAD4 được thúc đẩy sau khi SMAD2/3 và SMAD4 được kích hoạt bởi sự tương tác của chúng với cyclin D1. Biểu hiện của p-SMAD2/3, SMAD4 và CD133 được gây ra bởi sự tăng điều hòa của TGF-β trong tế bào gốc ung thư gan. Để điều chỉnh quá trình đường phân ở tế bào gốc glioblastoma, biểu hiện của PFKFB3 được TGF-β1 - gây ra thông qua kích hoạt các con đường tín hiệu p38 MAPK và PI3K/AKT. SMAD7, một gen mục tiêu của miR-106b, hoạt động như một chất ức chế tín hiệu TGF-β/SMAD và ức chế sự hình thành khối cầu của tế bào gốc ung thư dạ dày. Mặc dù có hạn chế về các nghiên cứu trên con đường tín hiệu TGF-β/SMAD trong tế bào gốc ung thư, nhưng có thể kết luận từ các nghiên cứu trước đó rằng nó đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình tế bào ở tế bào gốc ung thư.

Gần đây, TGF-β được đề xuất là chất trung gian cho sự chưa trưởng thành, góp phần vào sự phát triển và tái phát của khối u. Nó không chỉ tác động đến các tế bào khối u mà còn tác động đến các tế bào của hệ thống miễn dịch như tế bào dendritic và tế bào tiêu diệt tự nhiên, làm tăng tính ức chế miễn dịch của TME ( môi trường khối u - tumor microenvironment), việc ức chế TME giúp bình thường hóa stroma khối u và khiến khối u nhạy cảm hơn với điều trị, bao gồm cả liệu pháp ức chế điểm kiểm soát miễn dịch.

5.7. Con đường tín hiệu Wnt trong tế bào gốc ung thư (CSCs)

Hoạt động bất thường của cả hai con đường tín hiệu Wnt theo kiểu điển hình (canonical) và không điển hình (noncanonical) đều đóng vai trò quan trọng trong sự sống sót của tế bào gốc ung thư (CSCs), khối u chính phát triển (bulk-tumor expansion) và di căn xâm lấn (invasion/metastasis) ở nhiều loại ung thư người. Dựa trên vai trò trung gian của β-catenin, một yếu tố điều hòa phiên mã, con đường Wnt có thể được chia thành hai nhánh chính: con đường tín hiệu Wnt điển hình và không điển hình.

Cùng với các chuỗi tín hiệu khác như FGF, Notch, Hedgehog và TGF/BMP, con đường Wnt hoạt động như một mạng lưới tín hiệu tế bào gốc, điều hòa biểu hiện của các dấu hiệu chức năng của tế bào gốc ung thư (CSCs).

• Con đường tín hiệu Wnt/β-catenin điển hình liên quan đến quá trình tự tái tạo của tế bào gốc và phân chia (sự sinh sôi) hoặc biệt hóa của tế bào tiền thân.
• Con đường tín hiệu Wnt không điển hình liên quan đến duy trì tế bào gốc, định hướng di chuyển tế bào hoặc ức chế con đường tín hiệu Wnt điển hình.

Cả hai con đường tín hiệu Wnt, điển hình và không điển hình, đều đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và tiến hóa của tế bào gốc ung thư (CSCs). Các phối tử Wnt điển hình như WNT2B, WNT3 và các đột biến gene của thành phần trong con đường tín hiệu Wnt/β-catenin được sản sinh từ tế bào hỗ trợ ung thư hoặc tế bào stroma sẽ kích hoạt con đường Wnt điển hình trong tế bào gốc ung thư (CSCs). LGR5, gen mã hóa thụ thể R-spondin (RSPO), là một gen mục tiêu của con đường tín hiệu Wnt/β-catenin ở cả tế bào gốc đang nghỉ và phân chia. Tín hiệu Wnt điển hình kích thích thụ thể LGR5 trên tế bào gốc ung thư (CSCs), cho phép chúng duy trì khả năng đáp ứng với Wnt điển hình và trực tiếp thúc đẩy sự phân chia (sinh sôi) của tế bào gốc ung thư (CSCs) thông qua việc tăng cường biểu hiện của các protein CCND1, FOXM1, MYC và YAP/TAZ.

Các phối tử Wnt không điển hình như WNT5A, WNT11 và các đột biến gene kích hoạt các chuỗi tín hiệu Wnt không điển hình được tiết ra từ tế bào ung thư hoặc tế bào stroma/miễn dịch sẽ kích hoạt con đường Wnt không điển hình trong tế bào gốc ung thư (CSCs). Thông qua việc kích hoạt tín hiệu PI3K-AKT và hoạt hóa phiên mã dựa trên YAP/TAZ, con đường tín hiệu Wnt không điển hình thúc đẩy sự sống sót của tế bào gốc ung thư (CSCs) và khả năng kháng trị liệu.

Ngược lại, quá trình xâm lấn và di căn được thúc đẩy bởi cả hai con đường tín hiệu Wnt điển hình và không điển hình. Ví dụ, con đường tín hiệu Wnt/β-catenin điển hình và Wnt/STOP (ổn định protein) làm tăng biểu hiện của SNAI1 để ức chế các gen biểu mô như CDH1 (E-cadherin), khởi đầu quá trình chuyển hóa EMT (EMT - epithelial-mesenchymal transition - quá trình chuyển hóa biểu mô thành mô mezen) của tế bào gốc ung thư (CSCs). Trong khi đó, các tín hiệu Wnt không điển hình thúc đẩy sự xâm lấn, sống sót và di căn của tế bào gốc ung thư (CSCs).

Những phát hiện này cho thấy rằng con đường tín hiệu Wnt/β-catenin điển hình cùng các con đường tín hiệu Wnt khác đóng vai trò quan trọng trong tính ác tính của tế bào gốc ung thư (CSCs).

Các phối tử Wnt không điển hình như WNT5A, WNT11 được tiết ra từ tế bào ung thư hoặc tế bào stroma/miễn dịch, cùng với các đột biến gene kích hoạt chuỗi tín hiệu Wnt không điển hình, sẽ kích hoạt con đường Wnt không điển hình trong tế bào gốc ung thư (CSCs). Thông qua việc kích hoạt tín hiệu PI3K-AKT và hoạt hóa phiên mã dựa trên YAP/TAZ, con đường tín hiệu Wnt không điển hình thúc đẩy sự sống sót của tế bào gốc ung thư (CSCs) và khả năng kháng trị liệu.

Ngược lại với con đường tín hiệu Wnt điển hình, quá trình xâm lấn và di căn được thúc đẩy bởi cả hai con đường Wnt. Ví dụ, con đường tín hiệu Wnt/β-catenin điển hình và Wnt/STOP (ổn định protein) làm tăng biểu hiện của SNAI1 để ức chế các gen biểu mô như CDH1 (E-cadherin), khởi đầu quá trình chuyển hóa EMT (EMT - epithelial-mesenchymal transition - quá trình chuyển hóa biểu mô thành mô mezen) của tế bào gốc ung thư (CSCs). Trong khi đó, các tín hiệu Wnt không điển hình lại thúc đẩy sự xâm lấn, sống sót và di căn của tế bào gốc ung thư (CSCs).

Những phát hiện này cho thấy rằng con đường tín hiệu Wnt/β-catenin điển hình cùng các con đường tín hiệu Wnt khác đóng vai trò quan trọng trong tính ác tính của tế bào gốc ung thư (CSCs). Mặc dù hoạt động bất thường của con đường Wnt là nguyên nhân chính của nhiều loại ung thư người, sự phát triển của các thuốc nhắm vào tín hiệu Wnt vẫn gặp khó khăn do tính phức tạp của các chuỗi tín hiệu Wnt và các đột biến gene trong các thành phần không phải enzyme của hệ thống tín hiệu này. Các ứng viên thuốc nhắm vào tín hiệu Wnt đang được nghiên cứu lâm sàng hoặc tiền lâm sàng bao gồm kháng thể đơn dòng chống FZD, kháng thể đơn dòng chống ROR1, kháng thể đơn dòng chống RSPO3, chất ức chế PORCN và chất ức chế β-catenin.

6. Vai trò của tế bào gốc ung thư trong quá trình sinh ung thư

6.1. Tế bào gốc ung thư trong quá trình gây ung thư

Giả thuyết về tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể được so sánh với lý thuyết hoạt động của quá trình gây ung thư (oncogenesis). Theo đó, do tích tụ các đột biến trong các gen ung thư (oncogene) hoặc gen ức chế khối u, các tế bào biệt hóa được chuyển thành các tế bào gây ung thư. Các gen này điều hòa tăng trưởng tế bào bằng cách điều chỉnh một số yếu tố liên quan đến tăng trưởng. Sự hoạt hóa quá mức của các gen này có thể dẫn đến tăng trưởng không kiểm soát và thậm chí phát triển thành ung thư.

Để khởi phát ung thư, nhiều tế bào gốc trưởng thành, tế bào tiền thân của chúng hoặc nhiều tế bào biệt hóa có thể chuyển thành tế bào gốc ung thư (CSCs). Tế bào gốc trưởng thành có mặt hầu hết trong tất cả các mô, và do bản chất sống lâu của chúng, chúng dễ bị đột biến nhiều hơn bất kỳ tế bào nào khác. Những đột biến này sau đó dẫn đến ung thư. Các marcador như CD133 và ALDH1 liên quan đến tế bào gốc trưởng thành cũng được biểu hiện bởi tế bào gốc ung thư (CSCs). Ngoài ra, có vẻ như tế bào gốc ung thư (CSCs) và tế bào gốc thần kinh (NSCs) có chung một số đặc điểm về biểu sinh và di truyền, đồng thời kích hoạt các con đường tín hiệu giống nhau, chẳng hạn như Hedgehog, Notch và Wnt. Trong trường hợp bệnh bạch cầu cấp dòng myeloмоно (AML), các tế bào tiền thân có thể bị đột biến thành tế bào gốc ung thư (CSCs) vì chúng có kiểu hình tương tự như tế bào tiền thân. Do đột biến trong các tế bào đã biệt hóa, chúng có thể mang các đặc tính của tế bào tiền thân hoặc tế bào gốc và có thể tạo ra tế bào gốc ung thư (CSCs). Các sửa đổi di truyền hoặc biểu sinh đầu tiên có thể xảy ra ở tế bào gốc trưởng thành, và các đột biến tiếp theo có thể tích tụ trong tế bào con gái được phân hóa nhiều hơn hoặc ít hơn.

Các protein trên bề mặt tế bào được tìm thấy trên tế bào gốc ung thư (CSCs) của các loại mô khác nhau như CD133 và CD44 rất có thể là các dấu hiệu thực sự của tế bào gốc ung thư (CSCs) liên quan đến quá trình gây ung thư bởi vì sự tồn tại của chúng trên tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể tái tạo được. Tuy nhiên, các marcador này có thể đại diện cho khả năng sống sót của một số tế bào qua các quy trình làm sạch hoặc kích hoạt sự phát triển khối u ở chuột.

6.2. Tế bào gốc ung thư trong quá trình phát triển khối u

Vai trò của tế bào gốc ung thư (CSCs) trong quá trình phát triển khối u được cho là rất quan trọng, nhưng số lượng các loại tế bào gốc ung thư (CSCs) tham gia vào quá trình này và tầm quan trọng của tỷ lệ phần trăm tế bào gốc ung thư (CSCs) có trong khối u vẫn chưa rõ ràng.

Do đặc tính liên tục biến đổi của tế bào ung thư thông qua các thay đổi di truyền/biểu sinh cùng với tác động của môi trường vi mô, bất kỳ tế bào ung thư nào cũng có thể trở thành tế bào gốc ung thư (CSCs). Mẫu đột biến được tìm thấy ở các vùng khác nhau của cùng một khối u cho thấy sự tồn tại của nhiều quần thể tế bào dòng vô tính (clonal cell populations), một số trong đó có thể là tế bào gốc ung thư (CSCs). Hơn nữa, các dấu hiệu khác nhau được sử dụng để phân lập tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể phản ánh sự đa dạng của các tế bào này. Một số quần thể tế bào khối u có khả năng bị bỏ qua do quá trình phát hiện tế bào gốc ung thư (CSCs), bao gồm cả thực tế là các mẫu mô khối u có thể không đại diện cho toàn bộ quần thể tế bào.

Tỷ lệ phần trăm tế bào gốc ung thư (CSCs) trong các khối u có thể khác nhau đáng kể, với giá trị được ghi nhận nằm trong khoảng từ 0,03% đến gần 100%. Tỷ lệ phần trăm này có thể được xác định bởi các đặc điểm cụ thể của tế bào gốc ung thư (CSCs) khởi đầu khối u và bởi môi trường vi mô bằng cách kiểm soát tần suất tạo ra các tế bào gốc ung thư (CSCs) bổ sung. Mức độ biểu hiện tế bào gốc ung thư (CSCs) có xu hướng tương quan với tiên lượng của bệnh nhân vì tỷ lệ phần trăm tế bào gốc ung thư (CSCs) trong khối u có thể phản ánh phân nhóm khối u hoặc mức độ tiến triển, với nhiều tế bào gốc ung thư (CSCs) thường dẫn đến kết quả lâm sàng kém. Sự hiện diện của quần thể tế bào gốc ung thư (CSCs) lớn cho thấy tốc độ phân bào nhanh của các tế bào khối u. Tế bào ung thư không có khả năng biệt hóa nên chúng không ổn định về mặt di truyền, do đó, không thể tạo ra các tế bào con đã biệt hóa, từ đó tăng cường lợi thế chọn lọc trong điều trị ung thư.

6.3. Tế bào gốc ung thư và di căn

Di căn là quá trình các tế bào ung thư di chuyển từ khối u ban đầu (u nguyên phát) đến các mô hoặc cơ quan xung quanh thông qua hệ thống bạch huyết hoặc máu. Tế bào gốc ung thư (CSCs) tham gia vào quá trình di căn theo hai cách:

• Thứ nhất, là chính tế bào gốc ung thư (CSCs) khởi đầu khối u.
• Thứ hai, là tế bào gốc ung thư (CSCs) được hình thành từ tế bào khác trong khối u và có được các đặc tính di căn.

Loại tế bào thứ hai có tính xâm lấn mạnh hơn loại thứ nhất do có thêm các biến đổi di truyền và biểu sinh, do đó có khả năng di căn cao hơn.

Mô hình tế bào gốc ung thư (CSCs) hữu ích trong việc mô tả quá trình sinh học của di căn và giải thích sự tương đồng giữa khối u nguyên phát và hạch bạch huyết tự thân. Điều này trái ngược với các mô hình ung thư truyền thống cho rằng di căn bắt nguồn từ sự mở rộng đơn dòng của các phân nhóm khối u con cụ thể có đặc điểm kiểu gen và kiểu hình riêng biệt, khác với khối u nguyên phát. Các thay đổi di truyền có được trong giai đoạn đầu phát triển khối u đóng vai trò tiền định khả năng di căn. Nhờ các phương pháp giải trình tự gen và dấu hiệu phân tử khác nhau, việc xác định tiên lượng ung thư kém ở bệnh nhân do tiềm năng di căn của khối u đặc có thể được thực hiện hiệu quả. Do đó, có thể gợi ý rằng phần lớn các tế bào gốc ung thư được tìm thấy trong khối u nguyên phát đều có chương trình di căn.

Một phân nhóm tế bào gốc ung thư (CSCs) đóng vai trò thiết yếu trong di căn thường được tìm thấy ở rìa xâm lấn của ung thư tụy. Tế bào gốc ung thư (CSCs) có khả năng hỗ trợ sự di chuyển của các tế bào khối u ra khỏi khối u ban đầu, đây là một trong những bước quan trọng trong quá trình di căn để hình thành các khối u thứ phát ở các cơ quan xa. Do đó, có thể gợi ý rằng tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể di căn cùng với các loại tế bào ung thư khác.

Các dấu hiệu di truyền khác nhau có trong tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể dự đoán khả năng tái phát và di căn của khối u. Sự kết hợp của các dấu ấn sinh học như CD133, CD44 và CD166 giúp xác định dễ dàng nguy cơ tái phát và di căn ở bệnh nhân ung thư ruột già. Tế bào gốc tiềm năng CD44+ và CD24-/low có thể được phát hiện trong dịch màng phổi di căn ở ung thư vú và đóng vai trò chính trong việc tạo ra các khối u nguyên phát ở vị trí trực giao và gây di căn phổi. Như vậy, có thể kết luận rằng tế bào gốc ung thư (CSCs) trải qua quá trình tăng sinh tân sinh ở vị trí mới khi chúng di căn.

6.4. Tế bào gốc ung thư và tái phát ung thư

Tế bào gốc ung thư (CSCs) đóng vai trò quan trọng trong tái phát ung thư do đặc tính sinh ung thư và khả năng kháng nhiều phương pháp điều trị như hóa trị và xạ trị. Nghiên cứu cho thấy tế bào gốc ung thư (CSCs) được phân lập từ ung thư vú có khả năng kháng các thuốc hóa trị liệu khi nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Do đó, sau khi điều trị hóa trị ở bệnh nhân ung thư vú, tỷ lệ tế bào có đặc tính của tế bào gốc ung thư vú vẫn còn cao. Điều này gợi ý rằng phương pháp điều trị có thể ít hiệu quả trong việc tiêu diệt tế bào gốc ung thư (CSCs) hơn so với việc loại bỏ các tế bào ung thư khác. Nghiên cứu này được thực hiện bằng cách đo các protein trên bề mặt tế bào từ các mẫu sinh thiết của bệnh nhân. Tuy nhiên, nghiên cứu không khẳng định được liệu vị trí của các protein được đo này có thực sự nằm trên quần thể tế bào ung thư có quan hệ dòng vô tính hay không, liệu có sự thay đổi nào trong kiểu mẫu của chúng do điều trị, hoặc liệu độ nhạy cảm của các tế bào được điều trị có khác nhau ở những bệnh nhân đáp ứng điều trị hay không. Cơ chế kháng thuốc của tế bào gốc ung thư (CSCs) chưa được biết rõ hoàn toàn, nhưng có thể do sự biểu hiện quá mức của các protein chống chết r programmed cell death (apoptosis) hoặc các protein chuyển hóa thuốc trên bề mặt tế bào, giúp chúng bơm thuốc ra ngoài.

Daunorubicin và Ara-C là một số ví dụ về thuốc hóa trị mà tế bào gốc ung thư (CSCs) của bệnh bạch cầu kháng thuốc. Tế bào gốc ung thư (CSCs) của nhiều loại ung thư khác, chẳng hạn như ung thư tụy hoặc ung thư đại tràng, cũng được phát hiện là kháng thuốc hóa trị, trong khi một số tế bào gốc ung thư (CSCs) còn kháng xạ. Parthenolide và rapamycin là những thuốc có thể tiêu diệt tế bào gốc ung thư (CSCs) của bệnh bạch cầu cấp dòng myeloмоно (AML) nhưng không hiệu quả với các tế bào gốc tạo máu bình thường. Temozolomide và bevacizumab được báo cáo làm giảm tính sinh ung thư của tế bào gốc ung thư (CSCs) trong glioblastoma.

Việc sử dụng thuốc ức chế HER1/HER2 lapatinib trong ung thư vú HER2 dương tính, do sự khuếch đại của gen HER2, là ví dụ điển hình nhất cho việc loại bỏ tế bào gốc ung thư (CSCs) bằng cách nhắm vào một biến đổi di truyền cụ thể của ung thư.

Hầu hết các nghiên cứu cho thấy tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể bị tiêu diệt hiệu quả bằng cách can thiệp vào các biến đổi di truyền cụ thể. Điều này cho thấy có thể đạt được phương pháp điều trị hiệu quả bằng cách nhắm vào đột biến trong tất cả các tế bào khối u. Bên cạnh đó, quá trình tái phát ung thư liên quan đến cả tế bào gốc ung thư (CSCs) và tế bào đã biệt hóa.

7. Tế bào gốc ung thư và khả năng trốn tránh chết theo chương trình

Nhiều phương pháp điều trị hiện nay không thể loại bỏ hoàn toàn khối u do khả năng trốn tránh các quá trình chết theo chương trình (programmed cell death) của tế bào gốc ung thư (CSCs). Tất cả các quá trình chết theo chương trình này đều bị rối loạn ở tế bào gốc ung thư (CSCs). Do đó, việc phát triển các phương pháp điều trị có khả năng gây chết theo chương trình và loại bỏ chọn lọc tế bào gốc ung thư (CSCs) dường như là hướng đi cần thiết.

7.1. Apoptosis (Sự chết r programmed cell death)

Sự cân bằng giữa các tín hiệu sống và chết tế bào đóng vai trò quan trọng vì mất cân bằng có thể dẫn đến tăng sinh khối u. Theo khía cạnh này, apoptosis là quá trình quan trọng trong việc ngăn ngừa ung thư phát triển. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng các bất thường di truyền có thể biến các tế bào gốc bình thường thành tế bào gốc ung thư (CSCs), cho phép chúng thoát khỏi apoptosis và do đó hình thành khối u. Giảm phân hóa (dedifferentiation) và tái lập trình (reprogramming) là hai cách thay thế để hình thành các tế bào gốc ung thư (CSCs) kháng apoptosis. Thật không may, hiện tại chưa có phương pháp điều trị nào nhắm mục tiêu đặc hiệu vào tế bào gốc ung thư (CSCs). Ngoài các con đường PI3K/Akt, NOTCH1 và Wnt/β-catenin, tế bào gốc ung thư (CSCs) còn biểu hiện quá mức các protein chống chết theo chương trình (antiapoptotic proteins) và có khả năng sửa chữa DNA nhanh chóng, dẫn đến khả năng kháng apoptosis và cuối cùng là kháng nhiều phương pháp điều trị bằng thuốc hóa trị. Do đó, trong khi các thuốc chống ung thư truyền thống có thể làm giảm hoặc loại bỏ các tế bào ung thư, tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể tồn tại, dẫn đến tái phát ở nhiều loại ung thư hoặc di căn bằng cách di chuyển ra ngoài vị trí ban đầu của khối u.

7.1.1. Cơ chế tế bào gốc ung thư (CSCs) trốn tránh apoptosis

Tế bào gốc ung thư (CSCs) có khả năng kháng apoptosis bẩm sinh thông qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm biểu hiện quá mức của các chất vận chuyển kháng đa thuốc (multidrug resistance transporters) như họ các chất vận chuyển ATP-binding cassette (ABC). Sự biểu hiện quá mức của chất vận chuyển ABC đã được ghi nhận trong nhiều bệnh ác tính, đáng chú ý nhất là ở tế bào gốc ung thư (CSCs). Điều này làm tăng khả năng kháng điều trị ở tế bào gốc ung thư (CSCs) đã được chứng minh trong nhiều bệnh ác tính.

Con đường tín hiệu PI3K/AKT/mTOR là một con đường khác liên quan đến chiến lược trốn tránh apoptosis của tế bào gốc ung thư (CSCs). Con đường này cần thiết cho sự phân bào, chuyển hóa, xâm lấn, tồn tại của tế bào và do đó cần thiết cho sự hình thành khối u và duy trì tế bào gốc ung thư (CSCs).

Bên cạnh đó, tỷ lệ giữa các protein gây chết theo chương trình (apoptotic proteins) và các protein chống chết theo chương trình (antiapoptotic proteins) cần được điều chỉnh để nhiều loại ung thư phát triển và góp phần vào sự tồn tại của tế bào gốc ung thư (CSCs). Tuy nhiên, vai trò của chúng đối với kháng thuốc chưa được hiểu đầy đủ. Các protein thuộc họ BCL2, bao gồm các protein gây chết theo chương trình Bax, Bak, Bid, Bim, Bik, Noxa và Puma cũng như các phân tử chống chết theo chương trình Bcl-2, Bcl-XL và Mcl-1, được chứng minh là biểu hiện quá mức ở tế bào gốc ung thư (CSCs). Sự tương tác thay đổi giữa các protein gây chết theo chương trình và chống chết theo chương trình có liên quan đến khả năng kháng apoptosis và thuốc chống ung thư của tế bào gốc ung thư (CSCs).

Hơn nữa, có sự gia tăng đáng kể về sự biểu hiện của yếu tố phiên mã cảm ứng bởi redoX - nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) ở tế bào gốc ung thư (CSCs), yếu tố này hỗ trợ và tăng cường khả năng tồn tại của tế bào gốc ung thư (CSCs).

TRADD, một yếu tố liên quan đến nhiều con đường truyền tín hiệu thụ thể của sự sống sót và chết tế bào, được yêu cầu để kích hoạt NF-κB ở tế bào gốc ung thư (CSCs), do đó thúc đẩy sự phát triển của một loạt các cytokine gây viêm và protein ức chế apoptosis. Hơn nữa, việc giảm hoạt hóa NF-κB bằng cách làm im lặng TRADD làm giảm khả năng sống của tế bào, chứng minh chức năng của TRADD trong sự tồn tại của tế bào gốc ung thư (CSCs).

XIAP, một thành viên của họ protein ức chế apoptosis (IAP), điều chỉnh apoptosis ở tế bào gốc ung thư (CSCs) và được biểu hiện ở mức cao hơn trong tế bào gốc ung thư glioblastoma và ung thư vòm mũi. Protein ức chế FLICE (c-FLIP), protein chống chết theo chương trình chính chịu trách nhiệm cho tình trạng kháng apoptosis do hóa trị liệu gây ra, được biểu hiện quá mức trong nhiều bệnh ác tính. Mặt khác, mức độ của nó trong tế bào gốc ung thư (CSCs) lại cao hơn đáng kể so với các tế bào ung thư bình thường, gây ra kháng apoptosis do TRAIL gây ra. Hơn nữa, việc ức chế c-FLIP khiến tế bào gốc ung thư (CSCs) dễ bị tổn thương bởi apoptosis do TRAIL gây ra, cho thấy chức năng của c-FLIP trong việc kháng chết.

7.2. Autophagy và Tế Bào Gốc Ung Thư (CSCs)

Autophagy  là quá trình tế bào tự phân hủy các thành phần bên trong để tái tạo năng lượng hoặc loại bỏ các thành phần bị hư hại. Autophagy đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tính đa năng (pluripotency) - khả năng tự tái tạo và duy trì ở trạng thái chưa biệt hóa - là đặc tính thiết yếu của tế bào gốc ung thư (CSCs). Trên thực tế, người ta đã phát hiện ra rằng tế bào gốc ung thư (CSCs) từ các bệnh ác tính khác nhau vẫn duy trì dòng autophagy mạnh, cùng với tình trạng thiếu oxy (hypoxia), điều này cần thiết để bảo tồn môi trường ngách của tế bào gốc (stem cell niche). Điều thú vị là Zhu và cộng sự đã thiết lập rằng autophagy phụ thuộc HIF-1 và cần thiết để duy trì sự cân bằng giữa tế bào gốc ung thư tuyến tụy (pancreatic CSCs) và các tế bào ung thư bình thường. Do đó, autophagy là một quá trình thích nghi cần thiết cho việc duy trì tế bào gốc ung thư (CSCs).

7.2.1. Cơ chế tế bào gốc ung thư (CSCs) trốn tránh Autophagy

Autophagy và các protein autophagy được tăng cao trong tế bào gốc ung thư vú (breast CSCs). Sự suy giảm autophagy có tác động bất lợi đến việc biểu hiện các dấu ấn tế bào gốc và do đó ảnh hưởng đến khả năng tự tái tạo ở nhiều loại tế bào gốc ung thư (CSCs).

Các con đường cơ bản của quá trình duy trì tế bào gốc ung thư (CSCs) phụ thuộc autophagy đã được chứng minh là xảy ra thông qua các con đường EGFR/Stat3 và TGF/Smad trong các tế bào gốc ung thư vú. Ức chế autophagy ở tế bào gốc ung thư vú ba âm tính (triple-negative breast CSCs) ức chế sản xuất IL-6 - một cytokine quan trọng cho sự tồn tại của tế bào gốc ung thư (CSCs) và cần thiết để tạo ra kiểu hình CD44+/CD24low trong các dòng tế bào ung thư vú, thông qua con đường STAT3/JAK2. Do đó, con đường IL-6-JAK2-STAT3 dường như đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi các tế bào không phải tế bào gốc ung thư (CSCs) thành tế bào gốc ung thư (CSCs).

Protein FOXO điều hòa autophagy có ảnh hưởng đến sự phát triển và di căn của ung thư cũng như số phận của tế bào gốc ung thư (CSCs), cần được nghiên cứu thêm. Ức chế FOXO3 dẫn đến khả năng tự tái tạo lâu dài của tế bào gốc ung thư (CSCs) trong nhiều bệnh ác tính. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để hiểu cách thức kiểm soát tính gốc và con đường autophagy phụ thuộc FOXO liên quan đến quá trình sinh ung thư như thế nào. Nghiên cứu trên tế bào gốc ung thư buồng trứng cho thấy mối liên quan giữa autophagy và tính gốc . Forkhead Box A2 (FOXA2) được báo cáo là biểu hiện quá mức trong tế bào gốc ung thư buồng trứng và được điều hòa bởi autophagy. Hơn nữa, việc ức chế autophagy bằng các kỹ thuật dược lý và di truyền dẫn đến giảm FOXA2 và do đó làm mất khả năng tự tái tạo.

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng autophagy đóng vai trò trong việc quản lý độ ổn định nhiễm sắc thể; do đó, tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể kích hoạt autophagy để tránh tổn thương DNA thêm và do đó duy trì sự tồn tại của chúng.

8. Chiến lược điều trị nhắm vào tế bào gốc ung thư (CSCs)

Tế bào gốc ung thư (CSCs) được phát hiện đóng vai trò quan trọng trong di căn khối u và kháng thuốc. Nhắm vào tế bào gốc ung thư (CSCs) có thể khắc phục tình trạng tiên lượng xấu ở bệnh nhân, dẫn đến tăng tỷ lệ sống sót. Có một số cách hoặc phương pháp nhắm vào tế bào gốc ung thư (CSCs), một số cách được giải thích trong phần sau.

8.1. Nhắm vào ngách của tế bào gốc ung thư (CSC Niche)

Các đặc tính chính của vi môi tế bào gốc ung thư (CSC microenvironment) là các cytokine viêm, thiếu oxy và sự điều hòa tiềm năng tự tái tạo, tăng sinh và biệt hóa thông qua ngách quanh mạch máu (perivascular niche). Một số cytokine viêm (ví dụ: IL-1β, IL-6 và IL-8) chịu trách nhiệm kích hoạt các con đường khác nhau như STAT3 và NF-κB trong khối u cũng như các tế bào stroma. Quá trình hình thành mạch máu (angiogenesis), di căn và tự tái tạo được thúc đẩy bởi sự tiết các cytokine thông qua con đường nói trên theo một vòng hồi tiếp tích cực. Người ta đã quan sát thấy rằng việc chặn tín hiệu cytokine IL-6 / IL-8 dẫn đến giảm khối u. Repertaxin được biết là chất ức chế cạnh tranh của tín hiệu IL-8 và CXCR1, có trách nhiệm giảm kích thước khối u và tăng hiệu quả của hóa trị liệu. Plerixafor (AMD3100), một loại thuốc nhắm vào CXCR4, là chất huy động hiệu quả cho HSC và được sử dụng để điều trị bệnh nhân mắc bệnh myeloma đa ổ (multiple myeloma) và ung thư hạch không Hodgkin (NHL).

Môi trường thiếu oxy (hypoxic microenvironment) dẫn đến sự kích hoạt của các yếu tố kích thích thiếu oxy (HIFs) - những yếu tố chống lại sự biệt hóa tế bào và chống lại hóa trị / xạ trị. Hơn nữa, nó cũng điều hòa quá trình hình thành mạch máu (angiogenesis) và apoptosis. Một số phân tử nhỏ hoạt động như chất ức chế của con đường HIF được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt bao gồm bortezomib (Velcade®, PS-341) được phê duyệt vào năm 2003 cho bệnh myeloma đa ổ và temsirolimus (Torisel®, CCI-779) được phê duyệt vào năm 2007 cho bệnh ung thư biểu mô tế bào thận. Bevacizumab (Avastin®), cediranib (AZD2171), sunitinib và vandetanib là một số ví dụ khác về các thuốc ức chế hình thành mạch máu (angiogenesis) bằng cách ngăn chặn yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF) - yếu tố này chịu trách nhiệm cho sự di chuyển của các tế bào nội mô. Các thuốc này cũng ức chế khả năng tự tái tạo của tế bào gốc ung thư (CSCs), do đó ức chế sự lan truyền và di căn của khối u.

8.2. Nhắm vào đường dẫn tín hiệu của tế bào gốc ung thư (CSCs) để điều trị ung thư

Nhắm vào các con đường tín hiệu của tế bào gốc ung thư (CSCs) liên quan đến tự tái tạo, tăng sinh và biệt hóa để duy trì các đặc tính của tế bào gốc mở ra hướng đi mới cho các phương pháp điều trị ung thư. Do đó, nhắm vào các con đường thiết yếu như Notch, Wnt và Hedgehog (Hh) có thể ức chế tiềm năng tự tái tạo của tế bào gốc ung thư (CSCs). Disulfiram, một loại thuốc chống nghiện rượu trong trường hợp tế bào gốc ung thư vú, ức chế di căn do TGF-β gây ra bởi con đường ERK/NF-κB/Snail. Vismodegib, được Cơ quan Quản lý Dược phẩm Châu Âu (EMA) phê duyệt vào năm 2013 và Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) vào năm 2012, là một loại thuốc nhắm vào con đường Hh và được sử dụng để điều trị cho những bệnh nhân ung thư biểu mô tế bào đáy (basal cell carcinoma) di căn mà không thể phẫu thuật hoặc xạ trị. BMS-833923, saridegib (IPI-926), sonidegib/erismodegib (LDE225), PF-04449913, LY2940680, LEQ 506 và TAK-441 được sử dụng như liệu pháp đơn trị. Vantictumab (OMP-18R5) là kháng thể đơn dòng (mAb) ngăn chặn thụ thể Fz (như Fz1, Fz2, Fz5, Fz7 và Fz8) và làm giảm sự phân bào của tế bào khối u và số lượng tế bào khởi sinh khối u trong các khối u phổi, vú, đại tràng và tuyến tụy.

Nhiều nghiên cứu tập trung vào việc xác định các cơ chế phân tử và đặc điểm của các con đường tín hiệu trong tế bào gốc ung thư (CSCs) ở các bệnh ác tính rắn và máu. Các con đường Notch, Hedgehog, Wnt và NF-κB được báo cáo là bị rối loạn trong ung thư và có liên quan đến kháng đa thuốc tăng sinh cao. Những mối liên quan này đóng vai trò là các mục tiêu tiềm năng để loại bỏ đặc hiệu tế bào gốc ung thư (CSCs). Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để xác định độ an toàn của các liệu pháp nhắm trúng này vì các con đường tín hiệu này cũng rất quan trọng cho việc duy trì tế bào gốc bình thường.

8.3. Nhắm vào Tế Bào Gốc Ung Thư (CSCs) bằng Liệu pháp Miễn Dịch

Nhiều thí nghiệm khác nhau đã được tiến hành, tập trung vào việc hệ thống miễn dịch đóng vai trò như thế nào trong việc ngăn chặn sự phát triển của khối u. Tuy nhiên, các cơ chế trốn tránh hệ miễn dịch của tế bào ung thư cũng đã được nghiên cứu. Cùng với hóa trị và xạ trị, tế bào gốc ung thư (CSCs) cũng được phát hiện là kháng với liệu pháp miễn dịch. Bằng chứng có thể được tìm thấy trong nhiều trường hợp: sự thiếu vắng biểu hiện của phức hợp tương hợp mô chính lớp I (MHC class I) dẫn đến việc dễ dàng thoát khỏi tế bào lympho T.

Liệu pháp miễn dịch ung thư chủ yếu nhắm vào sự phát triển và mở rộng của tế bào ung thư bằng cách nhận dạng chúng thông qua hệ thống miễn dịch. Một số phân tử trên bề mặt tế bào được biểu hiện trên tế bào gốc ung thư (CSCs) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kháng nguyên cụ thể và phát hiện các mục tiêu cụ thể cho liệu pháp miễn dịch tế bào gốc ung thư (CSCs), ví dụ như ALDH, CD44, CD133, EpCAM và HER2. Các điểm kiểm soát miễn dịch hoạt động như các chất điều hòa nội sinh của phản ứng miễn dịch. Chúng cũng đóng vai trò hạn chế tự miễn dịch vì chúng trung gian cho các con đường tín hiệu đồng ức chế. Một ví dụ về các con đường ức chế miễn dịch như vậy là phân tử CTLA-4 (CTLA-4/B7) hoặc PD-1 (PD1/PDL1). Đây là các con đường điều hòa miễn dịch tiêu cực được xác định là có chức năng bảo vệ tế bào ung thư khỏi bị tế bào miễn dịch tiêu diệt.

Gần đây, một số chiến lược liệu pháp miễn dịch chống tế bào gốc ung thư (CSCs) mới đã được phát triển, chẳng hạn như ức chế điểm kiểm soát miễn dịch hoặc liệu pháp tế bào T thụ thể kháng nguyên chimeric (CAR-T). Tế bào CAR-T là các tế bào T được thiết kế sở hữu thụ thể nhân tạo đặc hiệu cho kháng nguyên liên quan đến khối u (TAA) thông qua đó chúng nhắm mục tiêu và tiêu diệt chính xác các tế bào ung thư.

Trong các nghiên cứu tiền lâm sàng, các dấu ấn tế bào gốc ung thư (CSCs) được sử dụng trong liệu pháp tế bào CAR-T bao gồm CD20, CD44, c-Met, CD133, CD166, CD38, CLL-1, CD123, EpCAM, CD171, ROR1, CD47 và CD117. Hơn nữa, nhiều trong số chúng gần đây đã được thử nghiệm lâm sàng, dẫn đến thoái lui đáng kể của ung thư.

Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã phê duyệt một số loại thuốc nhắm vào các thụ thể điểm kiểm soát của hệ thống miễn dịch và đã cho thấy hiệu quả ở bệnh nhân ung thư, ví dụ như nivolumab, pembrolizumab, cemiplimab (CTLA-4, PD-1), avelumab, durvalumab và atezolizumab (PD-L1).

Để nâng cao hiệu quả điều trị ung thư, nhiều yếu tố có khả năng nhận diện và tiêu diệt tế bào gốc ung thư (CSCs) cũng được nhắm mục tiêu cho liệu pháp miễn dịch, chẳng hạn như các tế bào tham gia vào hệ thống miễn dịch bẩm sinh (ví dụ: tế bào tiêu diệt tự nhiên (NK) và tế bào γδT), kháng thể tham gia vào hệ thống miễn dịch thể dịch mắc phải và các tế bào trong hệ thống miễn dịch tế bào mắc phải (ví dụ: tế bào dendritic dựa trên tế bào gốc ung thư (CSCs) và tế bào lympho T độc tế bào được kích hoạt bởi tế bào gốc ung thư (CSCs)).

8.4. Metformin: Thuốc chống đái tháo đường hướng đến tế bào gốc ung thư (CSCs)

Metformin (N', N'-dimethylbiguanide) là một loại thuốc trị tiểu đường được biết đến rộng rãi, dùng để điều trị bệnh nhân mắc bệnh đái tháo đường týp 2 (DM). Đây là thuốc hạ đường huyết uống. Thuốc hoạt động bằng cách giảm đường tân sinh ở gan, do đó làm giảm lượng đường trong máu và tăng cường hấp thu glucose ở các mô ngoại vi.

Nghiên cứu cho thấy metformin có tác dụng chống ung thư vì việc sử dụng nó làm giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư vú và tuyến tụy ở bệnh nhân DM, nhưng cơ chế hoạt động chính xác của thuốc vẫn chưa được biết rõ. Tăng độ nhạy insulin do metformin gây ra ức chế sự phát triển của tế bào ung thư bằng cách kích hoạt AMPK (AMP kinase), sau đó ức chế con đường tín hiệu PI3K/Akt/mTOR thông qua quá trình phosphoryl hóa mTOR, dẫn đến ức chế nhanh chóng tổng hợp protein và tăng trưởng tế bào. Bằng cách điều hòa các quá trình khác nhau như biểu hiện của chu kỳ tế bào trung gian cyclin D1, p53 và phosphoryl hóa trong ung thư vú và ung thư tuyến tụy, metformin có thể trực tiếp ức chế sự phát triển khối u và phân bào tế bào. Bên cạnh đó, metformin còn có thể làm giảm sản xuất các cytokine viêm (ví dụ: IL-6, TNF-α và VEGF) bằng cách vô hiệu hóa con đường NF-κB và HIF-1α.

Hoạt động chống ung thư của metformin có thể liên quan đến việc ức chế con đường insulin/IGF-1 thông qua kích hoạt AMPK. Metformin có khả năng làm bất hoạt các tế bào gốc ung thư vú CD44 +/ CD24- và kiểu hình EMT, đồng thời ức chế sự phân bào tế bào, tiềm năng sinh ra dòng tế bào, di cư/xâm lấn và khả năng tự tái tạo của tế bào gốc ung thư (CSCs) trong các tế bào ung thư tuyến tụy kháng gemcitabine. Metformin cũng hoạt động như một chất điều hòa miễn dịch. Thuốc kích hoạt AMPK và chặn con đường HIF-1, làm giảm hoạt động ức chế miễn dịch của MDSC phụ thuộc biểu hiện CD39/CD73 ở bệnh nhân ung thư buồng trứng và thúc đẩy phản ứng miễn dịch tế bào T chống ung thư .

Metformin có thể làm giảm đáng kể mật độ mạch máu nhỏ (MVD), cải thiện tính bình thường của mạch máu và ức chế angiogenesis khối u trong các mô hình ung thư vú di căn. Điều này có thể liên quan đến việc giảm điều hòa yếu tố tăng trưởng nguồn từ tiểu cầu B (PDGF-B). Hơn nữa, việc phục hồi tính bình thường của hệ thống mạch máu khối u làm tăng thêm độ nhạy cảm của tế bào gốc ung thư (CSCs) với liệu pháp điều trị.

Các nghiên cứu gần đây đang đánh giá tác động của con đường mevalonate (MVA) lên khả năng ức chế khối u của metformin. Con đường này liên quan đến quá trình tổng hợp sterol và tiền protein hóa protein, cả hai đều đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của khối u. Seo và cộng sự đã chỉ ra rằng metformin hoạt động như một chất điều hòa tiêu cực của con đường mevalonate trong ung thư đại tràng (CRC) và cho thấy tác dụng ức chế đối với tế bào gốc ung thư (CSCs). Biểu hiện tăng của các enzyme trong con đường MVA (ví dụ: FDPS, GGPS1, HMGCR và SQLE) được đảo ngược khi bổ sung mevalonate. Metformin cũng ức chế tế bào gốc ung thư (CSCs) bằng cách ức chế các quá trình tiền protein hóa protein thông qua geranylgeranyl hóa và farnesyl hóa xảy ra qua con đường MVA.

Biểu hiện của các marker bề mặt tế bào gốc ung thư (CSCs) CD44 và EpCAM; các gen tế bào gốc ung thư (CSCs) như EZH2, Notch1, Nanong và Oct4; và miRNA của họ let-7 và miRNA-200 cũng được phát hiện bị ức chế bởi metformin trong các tế bào hình cầu giống tế bào gốc ung thư (CSCs) của các tế bào kháng gemcitabine. Nhìn chung, các dữ liệu này cho thấy metformin có tác dụng chống ung thư và có thể nhắm vào tế bào gốc ung thư (CSCs). Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để làm sáng tỏ các cơ chế chi tiết của metformin trong việc nhắm mục tiêu vào tế bào gốc ung thư (CSCs).

8.5. Nhắm vào Tế Bào Gốc Ung Thư (CSCs) bằng Công Nghệ Nano

Các nghiên cứu cho thấy tế bào gốc ung thư (CSCs) thúc đẩy sự phát triển khối u và có khả năng kháng cao với các phương pháp điều trị truyền thống như hóa trị và xạ trị, dẫn đến tái phát khối u và di căn. Do đó, việc kết hợp công nghệ nano với sinh học khối u đóng vai trò quan trọng. Các vật liệu kích thước nano có thể được sử dụng cho các liệu pháp chống ung thư nhắm vào tế bào gốc ung thư (CSCs).

Công nghệ nano là một nhánh của khoa học nghiên cứu về các thiết bị có kích thước từ 1 đến 1000 nanomet. Gần đây, một số cấu trúc nano từ vật liệu hữu cơ và vô cơ đã được sử dụng để nhắm mục tiêu thụ động hoặc chủ động vào các khối u trong chẩn đoán và điều trị ung thư. Các khái niệm mới về nano túi, micelle polyme, liposome, dendrimer và hạt nano polyme (NPs) có thể tiếp cận mô khối u rắn thông qua cấu trúc rỗng của hệ thống mạch máu khối u và phân phối chọn lọc các tác nhân điều trị đến các vị trí mục tiêu. Bề mặt của các hạt nano đã được phát triển để nhắm mục tiêu tế bào gốc ung thư (CSCs) một cách chính xác và hiệu quả. Nhờ tính chất từ tính, hạt nano có thể tập trung ở vùng khối u và giải phóng thuốc hoặc kháng thể đơn dòng đặc hiệu trực tiếp tại vị trí khối u mà không ảnh hưởng đến các phần khác của cơ thể.

Các nhà khoa học đang phát triển nhiều loại hạt nano khác nhau để nhắm vào các tế bào gốc ung thư (CSC). Những hạt nano này có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, bao gồm:

• Hạt nano dựa trên carbon: Nhóm này bao gồm fullerene (như nanodiamond), graphene và các dẫn xuất của nó (như graphene oxide), và carbon nanotubes. Ví dụ, graphene oxide có tính linh hoạt cao do chứa các nhóm oxygen. Điều này cho phép các nhà khoa học dễ dàng gắn các loại thuốc hoặc vật liệu di truyền lên bề mặt của nó, làm cho nó trở thành một chất mang tốt cho các liệu pháp điều trị ung thư được nhắm mục tiêu. Nó cũng có thể nhắm vào một đặc tính chung của CSC, có khả năng giảm số lượng của chúng bằng cách buộc chúng trưởng thành và ngừng phân chia. Mặt khác, carbon nanotubes có thể truyền nhiệt để tiêu diệt cả tế bào khối u và CSC.
• Hạt nano kim loại: Hạt nano vàng tương thích sinh học và không độc hại, khiến chúng trở thành chất mang thuốc tốt. Chúng có thể được liên kết với các peptide hoặc kháng thể nhận ra các dấu hiệu đặc biệt trên CSC, cho phép chúng hướng đến các tế bào này. Ví dụ, hạt nano vàng được liên kết với peptide chống CD133 có thể nhắm vào CSC glioblastoma, trong khi những hạt được liên kết với kháng thể anti-CD44 có thể nhắm vào CSC vú hoặc dạ dày.
• Hạt nano hữu cơ: Liposome và hạt nano polyme là một vũ khí khác trong cuộc chiến chống lại CSC. Liposome đã được sử dụng để đưa disulfiram, một loại thuốc có thể đảo ngược tình trạng kháng thuốc, vào CSC. Disulfiram được kết hợp với đồng bên trong liposome để tăng cường tác dụng của nó.

Nghiên cứu này cho thấy tiềm năng trong việc phát triển các liệu pháp mới có thể nhắm mục tiêu và loại bỏ CSC, có khả năng dẫn đến các phương pháp điều trị ung thư hiệu quả hơn.

Các loại thuốc dựa trên công nghệ nano gần đây đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu do hiệu quả của chúng trong việc phát triển các liệu pháp chống ung thư và nhắm vào CSC. Một số ví dụ về các thuốc nano được chấp thuận lâm sàng là các hạt paclitaxel liên kết với albumin (Abraxane), hạt nano oxit sắt (nanotherm), micelle paclitaxel methoxy-PEG-poly (d,l-lactide) (gene-xol-PM), PEG-1 asparaginase (Oncaspar), liposome được gắn PEG (Doxil) và SMANCS (zinostatin) [171].

Thuốc chống ung thư dựa trên công nghệ nano có thể giúp điều trị và phòng ngừa các loại ung thư khác nhau nhờ khả năng khuếch tán tuyệt vời và hiệu quả chống lại các khối u và CSC khác nhau. Hơn nữa, các thuốc nano được sử dụng để nhắm vào CSC có một số ưu điểm, bao gồm tăng cường hấp thụ tế bào, lưu thông toàn thân lớn hơn, cải thiện phân bố sinh học và khả năng giải quyết các vấn đề về độ ổn định và độ hòa tan thấp với tác dụng phụ tối thiểu.

9. Kết luận

Một phân nhóm nhỏ của tế bào gốc ung thư (CSC) có liên quan đến đặc điểm của khối u, được đặc trưng bởi khả năng sống sót tế bào tăng cao, khả năng xâm lấn và di căn, kháng điều trị và tái phát khối u, có thể dẫn đến tiên lượng kém. Do các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến ngách CSC chưa được hiểu rõ, do đó vẫn còn nhiều dư địa để cải thiện các phương pháp hiện có được sử dụng để phân lập, xác định và nhắm vào CSC.

Nhiều chiến lược liệu pháp miễn dịch chống CSC mới, chẳng hạn như liệu pháp tế bào T thụ thể kháng nguyên chimeric, đang ngày càng được tối ưu hóa để cải thiện độ đặc hiệu và kết quả lâm sàng, dẫn đến giảm tác dụng phụ cho bệnh nhân ung thư. Nhắm mục tiêu vào các tế bào khối u bằng hóa trị liệu dẫn đến sự xuất hiện của các tế bào khối u kháng thuốc, có thể có nguồn gốc từ CSC. Điều này là do mô hình CSC, cho rằng CSC phân chia đối xứng để bổ sung cho nhóm CSC và phân chia không đối xứng để tạo ra các tế bào con (không phải CSC) có khả năng gây ung thư thấp. Tuy nhiên, do những thay đổi phiên mã, biểu sinh hoặc môi trường, các tế bào không phải CSC có thể trải qua quá trình khử biệt hóa để có được các đặc tính giống như tế bào gốc và được tái lập trình theo hướng gây ung thư hung hăng hơn. Do đó, quá trình khử biệt hóa của các tế bào không phải CSC thành CSC có thể khiến chúng kháng nhiều loại liệu pháp thông thường.

Để loại bỏ nguy cơ ung thư tái phát, cần có các phương pháp chẩn đoán và sàng lọc chính xác để có thể phát hiện và theo dõi các tế bào CSC còn sót lại sau khi điều trị thông thường. Phương pháp tiếp cận mới kết hợp các phân tử nhỏ và liệu pháp miễn dịch với các thuốc hóa trị liệu truyền thống nhắm mục tiêu đặc biệt vào CSC có thể cung cấp hướng điều trị tốt hơn cho bệnh nhân ung thư.

Như đã thảo luận trong bài tổng quan này, cả tế bào gốc bình thường (NSC) và CSC đều chứa nhiều loại dấu ấn sinh học và đường dẫn tín hiệu. Do đó, không thể sử dụng tất cả các yếu tố điều hòa làm mục tiêu điều trị góp phần vào CSC. Nhắm mục tiêu hiệu quả vào CSC mà không phá hủy các tế bào bình thường cần một số phương pháp mới để xác định các mục tiêu thuốc thực tế chỉ dành riêng cho CSC. Bên cạnh đó, các yếu tố chịu trách nhiệm cho tính gốc của CSC cũng cần được xem xét.

Vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để nhắm mục tiêu hiệu quả vào CSC, chẳng hạn như khám phá các đặc điểm đặc hiệu của khối u trên CSC, thiếu các mô hình tóm tắt tính phức tạp sinh học của khối u và những trở ngại trong việc bắt chước ngách đặc hiệu của CSC. Hơn nữa, câu hỏi thú vị nhất trong việc điều trị ung thư là liệu CSC nên được kích hoạt hay cản trở. Thực tế, cần nghiên cứu nhiều chiến lược đầy hứa hẹn khác nhau để ức chế tái phát khối u và di căn bằng cách nhắm vào các CSC cụ thể của một loại ung thư cụ thể để đạt được liệu pháp nhắm mục tiêu CSC thành công và do đó cải thiện tỷ lệ sống sót của bệnh nhân ung thư.