前列腺干细胞

  除上皮细胞外，体内和体外实验中均发现前列腺中还存在表型介于基底细胞和分泌细胞之间的中间型细胞。有研究者使用免疫组化方法研究前列腺上皮时发现有表达CK5和CK8，但不表达CK14的细胞存在。这种中间类型的细胞呈一过性，代表了正在扩增的细胞群。此外，在基底层中发现了一种表达 CK19的细胞，特别是基底层一些CK14^-CK19⁺的细胞，可以持续向分泌细胞分化。CK19⁺细胞代表了正在向分泌细胞分化的细胞亚型，这提示基底细胞和分泌细胞在分化进程上有关联。
 

  前列腺上皮细胞起源于尿生殖窦（urogenitalsinus，UGS），Wang等通过免疫组化方法证实，UGS上皮细胞中的主要细胞同时表达分泌细胞和基底细胞的标志以及二者的中间标志CK19，而在成人前列腺仅有少量基底细胞表达CK19。据推测这种中间类型的细胞群可能代表了既能向成熟基底细胞分化又能向成熟分泌细胞分化的前列腺干细胞（pros-tatestemcels，PSCs）。
 

  1987年Isacs等人进行了一个经典的“雄激素周期（androgencyc-ling）实验”，证明了前列腺上皮组织中有干细胞存在。当通过手术或药物去势阻断啮齿动物雄激素的作用时，依赖雄激素的分泌细胞凋亡，导致前列腺萎缩。但存活下来的一些细胞似乎因为不依赖雄激素而“幸免于难”，这些雄激素非依赖细胞保留了多向分化能力和对雄激素的敏感性。当再次给予雄激素时，这些啮齿动物的前列腺又能重新再生并恢复正常的分泌功能，并且这种现象可以随雄激素的有或无循环往复出现。另一个实验证实如果把成年雄鼠阉割，即使过3年以上再重新给予雄激素，仍能使前列腺再生。这些证据表明前列腺中必然存在一种具有自我更新能力和分化能力的干细胞，而且这种能够使腺体重复再生的干细胞是非雄激素依赖的细胞。
 

  根据实验的结果Isacs和Cofey提出了前列腺上皮干细胞模型，他们认为这些非雄激素依赖性干细胞产生了一群雄激素反应性（但是非雄激素依赖）前驱细胞（transit-amplifyingcel），即前面所提中间型细胞（图3-8-3），这些细胞是前列腺干细胞的后代，是介于基底细胞与分泌细胞之间的过渡类型细胞，具有有限的增殖能力，可以在雄激素的作用下增加雄激素依赖性分泌细胞的数量。
 

 

  研究发现去除雄激素后，一些基底细胞可以存活下来，人基底细胞还表达干细胞标志———抗凋亡蛋白Bcl-2，并且基底层中有CK19⁺中间型细胞，这些证据都使人们猜想前列腺干细胞就存在于基底细胞层中，动物实验结果也支持这一设想。p63^-/-的新生雄鼠UGS上皮缺乏基底细胞，不能形成前列腺，说明基底细胞的标志P63在前列腺形成中起关键作用。
 

  但是关于PSCs的分化模型目前仍存在争议，主流观点认为PSCs位于基底细胞层中，有干细胞特性的基底细胞产生中间型前驱细胞，这种细胞再产生大量终末分化的分泌细胞。这个模型认为基底细胞和分泌细胞同属一个家系，基底细胞是分泌细胞的祖细胞。这种说法的证据是，在胎儿和成人前列腺生长过程中存在着中间型细胞，这种细胞既表达基底细胞特异性角蛋白又表达分泌细胞特异性角蛋白，并且在原代培养前列腺上皮的培养物中也发现了这种中间型细胞。另一种观点是，基底细胞和分泌细胞分别属于不同的上皮家系；分泌细胞能够维持自己的再生，而不需要基底细胞。Cunha等发现p63^-/-小鼠胚胎的尿生殖窦移植给裸鼠后也能长出前列腺腺管组织，新生前列腺组织缺乏基底细胞，但含有具备分泌功能的分泌细胞。说明没有基底细胞也可能产生分泌细胞。Tsujimura等用5-溴脱氧尿嘧啶核苷标记（BrdU-labeling）实验证明小鼠青春期腺体的快速生长与分泌细胞的快速增殖有关，而此时大部分基底细胞并未分化。提示基底细胞和分泌细胞的祖细胞可能沿着互不依赖的生长路线分化。
 

  关于小鼠前列腺干细胞在前列腺中所处的位置也存有争议。前列腺导管是一条沿尿道从近端到远端的轴线，包含与尿道相连的近端、中间区和远端。动物实验发现，把位于导管远端的增殖性细胞与胚胎尿生殖窦间叶细胞一起移植到肾被膜下，移植细胞可以显著生长。这个结果显示前列腺干细胞位于导管远端。然而，Tsujimura等进行的BrdU脉冲跟踪标记实验，发现长期滞留BrdU标记的细胞位于前列腺靠近尿道的特殊区域（导管近端）内。这个区域内的平滑肌细胞能够分泌高水平TGF-β，TGF-β 是导致干细胞静息的重要因子，所以认为这里是 PSCs生存理想的微环境（niche）。这个区域的细胞在体内和体外都具有高度的生长能力，一系列移植实验证明这些细胞可以自我再生，形成前列腺组织。人们还在导管近端检测到端粒酶活性，而导管远端则检测不到，这也说明干细胞存在于导管近端。这些学者认为是这些干细胞衍生出的前驱细胞迁移到了导管远端。但无论哪种说法都可以说明前列腺干细胞确实存在。
 

  在造血系统中，人们能够通过与细胞表面标志结合的单克隆抗体来分离干细胞，许多研究者也想利用干细胞特征性表面标志来富集前列腺干细胞。α2β1型整合素（integrin）的表达和上皮干细胞相关。2001年，Colins发现大约1%的基底细胞高表达 α2β1型整合素，于是他用这个标志从人前列腺组织中筛选干细胞。把组织消化后，能黏附于Ⅰ型胶原的那些高表达 α2β1型整合素的细胞就是富集到的前列腺干细胞。这些细胞5分钟内就能快速黏附Ⅰ型胶原，体外克隆形成能力是其他基底细胞的4倍，表型与基底细胞相似（表达CK5和CK14），不表达分泌细胞标志如PSA、PAP。而那些20分钟还没有与Ⅰ型胶原发生黏附的细胞不能形成克隆。将这些快速黏附Ⅰ型胶原的细胞与基质细胞一起给小鼠注射，可以形成既有基底细胞又有分泌细胞（表达PSA和AR）的上皮结构，证实了前列腺干细胞的活性。通过 α2β1型整合素这一标志，还能区分前列腺干细胞和前驱细胞，前列腺干细胞表面表达的α2β1型整合素是前驱细胞的2耀3倍。实验还发现，这种前列腺干细胞有着与其他系统干细胞相同的信号转导通路。
 

  CD13是近年在干细胞领域研究较为活跃的细胞膜糖蛋白之一，常表达于未成熟的造血干细胞或祖细胞。CD13也可以表达于成人具有多分化潜能的成体干细胞，目前发现它在脑肿瘤、小鼠的 Lewis肺癌、B16黑色素瘤的干细胞中均有表达。2004年Richardson分离出了表达CD13的前列腺细胞。免疫荧光分析显示这些CD13阳性细胞位于基底细胞层中，占基底细胞的1%。用CD13继续分选integrin-α2β1hi基底细胞时，发现分得的CD13⁺α2β1hi细胞比CD13^-α2β1hi细胞的克隆形成能力明显增强。而且这些CD13⁺α2β1hi细胞在裸鼠体内可以充分分化为前列腺腺泡。
 

  两个相互独立的研究组织分别分离出具有干细胞特性的前列腺细胞都表达干细胞抗原-1（stemcelantigen1，Sca-1）。Sca-1这一标志可以用来富集造血干细胞、乳腺干细胞和肺干细胞。Burger报道，利用干细胞高表达Sca-1的特性，可以从导管近端部位把前列腺干细胞纯化出来。在去势导致的成熟前列腺细胞凋亡时，Sca-1是存活的主要细胞中表达的标志。人们还发现Sca-1在胎儿前列腺所有上皮细胞中都持续表达，提示这是一种前列腺发生非常早期的PSCs标志。用这个标志富集的小鼠前列腺细胞具有雄激素非依赖、复制静止、多向分化和体内重建前列腺的能力。人们把小鼠前列腺组织制成单细胞悬液，并通过磁珠分选出Sca-1⁺和Sca-1^-细胞，与尿生殖窦间叶细胞一起进行移植。结果发现Sca-1⁺细胞产生的移植物要明显大于 Sca-1^-细胞产生的移植物，而且Sca-1⁺细胞产生的移植物中含有更多的前列腺腺管结构。
 

  AR、P63和突触泡蛋白分别是分泌细胞、基底细胞和神经内分泌细胞的标志。免疫组化分析显示Sca-1⁺移植物含有AR阳性分泌细胞和P63阳性基底细胞，但突触泡蛋白染色没发现神经内分泌细胞。对DNA和RNA染色检测显示Sca-1⁺细胞比Sca-1^-细胞含有2倍以上的G₀期细胞和2-3倍G₁期细胞。说明Sca-1⁺细胞含有更多复制静止及活跃分化的细胞，这就是前列腺干细胞。在一项体内前列腺再造实验中，从前列腺导管近端组织纯化出的Sca-1⁺细胞群比Sca-1^-细胞群有更强的产生前列腺组织的能力（203.0±83.1vs.1.9±9.2mg），并且导管近端分离出的Sca-1⁺细胞也比前列腺其余部位分离出的Sca-1⁺细胞有更强的前列腺形成能力。导管近端区域含有比其他区域高7.2倍的Sca-1^high细胞。而且其中60%以上的 Sca-1^high细胞还同时表达干细胞标志CD49f（integrin-α6）和抗凋亡因子Bcl-2。CD49f广泛发表达于造血干细胞、神经干细胞、胚胎干细胞、皮肤干细胞和乳腺上皮干细胞中。通过磁珠分选获得的CD49f⁺细胞具有很强的在体内再生的能力。联合这些标志分选出的具有Lin（CD45/CD31/Ter19）-Sca-1⁺CD49f⁺（LSC）抗原特征的细胞，在体外的克隆形成能力很强，在体内具有自我更新能力，并具有分化产生包含基底细胞和分泌细胞在内的腺管结构的能力。对LSC细胞的免疫组化染色显示这些细胞有基底细胞角蛋白的表达。LSC细胞也是位于前列腺导管近端基底细胞层中，与PSCs的定位一致。LSC能够在体内产生CK8⁺分泌细胞，这为传统前列腺上皮细胞分化的家系图中基底细胞分化为分泌细胞的理论提供了新的证据。
 

  端粒酶的表达和干细胞密切相关。端粒酶具有使细胞不断复制和永生的功能。因此，如果在原代培养细胞中发现端粒酶活性就提示有干细胞存在。不少研究者都报道正常前列腺原代培养物中发现了低端粒酶活性，这与正常前列腺上皮基底细胞中存在端粒酶活性的说法一致。
 

  前列腺干细胞抗原（prostatestemcelantigen，PSCA）是一个123个氨基酸的糖基磷脂酰肌醇锚定的细胞表面糖蛋白，属于Ly-6/Thy-1家族，与未成熟胸腺淋巴细胞表面标志Sca-2有30%的同源性，首先是在人类前列腺癌移植模型“洛杉矶前列腺癌4”（LosAngelesprostatecancer4，LAPC-4）中发现的。通过原位杂交实验发现，正常前列腺基底细胞也有PSCA表达，说明PSCA可能是基底细胞的一个家系特异性标志。PSCA基因位于染色体8q24，85%的人类前列腺癌出现这一等位基因的改变。从正常前列腺、前列腺上皮内瘤（prostaticintraepithelialneoplasia，PIN）直至发展到激素依赖及非依赖的前列腺癌，PSCA的表达呈递增趋势且表达程度与肿瘤的进展相关。鼠的PSCA已经被克隆，并确认与人的PSCA有70%的同源性。值得注意的是，人和鼠的其他前列腺相关抗原如PSA则没有这么近的同源性，这说明PSCA可能是一个对前列腺发生有重要保守功能的抗原。