2016醫師學術論文獎

口腔顎面外科主治醫師 羅文良

　　近年來，口腔癌在國人十大癌症中死亡率與發生率皆迅速飆升。除此之外，口腔癌的治療上雖有長足地進步，但是局部晚期病人之預後及復發率仍令人擔憂。重要的是，這些局部晚期病人在患病過程中無法進行挽救手術或再次放射治療，因此，化學藥物顯然是重要的選項之一。但是，已有許多研究證實，惡性口腔癌細胞對於現今使用之化學藥物的抗藥性相對較高。因此，造成有效治療之成效受到限制。已有許多研究顯示腫瘤增殖過程源可能來自於一小群具有自我更新能力之未分化形式細胞，稱為「癌症幹細胞」(Cancer stem cell)。癌症幹細胞與腫瘤治療過程產生之抗性、持續性復發、轉移、甚至存活率已被證實具有密切的關聯。所以，如何精確找出癌症幹細胞之特有分子路徑，並開發有效標的藥物已為醫學研究當務之急。

　　本研究團隊一直致力於了解這些”癌症幹細胞”與”非癌症幹細胞”之間的差異，在經過其他研究與我們的研究的結果中證實，癌症幹細胞與非癌症幹細胞並非一成不變，癌症幹細胞可能藉由否些藥物或分子使他們分化為非癌症幹細胞，相對的，非癌症幹細胞亦可能經由一些分子調控使他們被誘導成癌症幹細胞。這之間的變化，對許多研究癌症幹細胞的專家學者而言，一直是不得不面對的嚴峻挑戰。2006年，來自於日本京都大學的山中伸彌 (Shinya Yamanaka)教授與其研究團隊發現，利用將四個與胚胎幹細胞相關之轉錄因子轉染進入老鼠的纖維母細胞之後，能使他”再程式化”(reprogramming)為類似胚胎幹細胞的誘導型多能幹細胞。這一劃時代的發現，使得我們對於非幹細胞被誘導為幹細胞不再是一件天方夜譚的事情，山中伸教授也因此獲得了2012年的諾貝爾生醫學獎。因此我們大膽的假設，非癌症幹細胞被誘導成為癌症幹細胞這個過程可能與體細胞再程式化成誘導型多能幹細胞有相類似之處。本研究發現在惡性的口腔癌細胞中，一個與細胞再程式化相關的重要分子Lin28會被高度表現，除此之外，在我們分離出來的口腔癌癌症幹細胞中Lin28亦被高度表現。Lin28的表現除了會影響腫瘤幹細胞自我更新的能力之外，亦會造成腫瘤的增生。

　　更進一步地，我們發現Lin28的表現會抑制一種被稱為微核醣核酸的分子- Let-7的表現。而微核醣核酸已經被證實對於腫瘤生長、轉移及抗藥性…等現象，提供了不同面向的解釋，這樣的現象，在非腫瘤幹細胞轉變為腫瘤幹細胞扮演了一個重要的角色，有趣的是，我們發現Lin28/Let-7這個分子調控路徑，會影響其他重要的細胞再程式化相關分子- Oct4與Sox2，他們是纖維母細胞被再程式化為誘導型多能幹細胞的兩個轉錄因子。但是，我們在一些分子實驗中證實，Lin28/Let-7這個分子調控路徑並非”直接”調控Oct4與Sox2。而很有可能是藉由其他分子”間接”地調控他們的表現。為了要尋找Lin28/Let-7是藉由何分子調控Oct4與Sox2。我們利用生物資訊的方法發現可能是藉由HMGA2與另一分子ARID3B分別調控Sox2與Oct4。除此之外，我們發現Let-7可以藉由與這兩個分子信使核醣核酸(mRNA)的3’UTR做結合進而調控他們的表現，有趣地是，這樣的分子調控路徑，在體細胞再程式化成誘導型多能幹細胞的過程中亦能被發現，更進一步，我們發現若增加Lin28的表現，能有效增加體細胞再程式化成誘導型多能幹細胞的形成。這與我們先前的假設類似。”非癌症幹細胞”再程式化為”癌症幹細胞”的過程中與體細胞再程式化成誘導型多能幹細胞可能有一些相類似的分子調控機制。

　　利用病人的檢體所培養出的初級培養細胞株中發現，Lin28/Let-7會造成腫瘤細胞的幹細胞特性與腫瘤增生能力，且Lin28/Let-7與其下游相關分子，的確有將非癌症幹細胞再程式化為癌症幹細胞的能力。而在動物模型中，若抑制癌症幹細胞中的Lin28表現能有效地抑制腫瘤的惡化，相對地，若高度表現Lin28的表現，卻能造成非癌症幹細胞的腫瘤增生能力。更重要的是，為了驗證這樣的分子調控機制是否能在臨床上得到應證，我們利用臨床檢體觀察此一分子調控機制的表現，結果發現當腫瘤細胞表現較高的Lin28時，Let-7的表現會被抑制，更進一步的，下游的HMGA2、ARID3B、SOX2與OCT4的表現會增高。這些實驗結果證實，Lin28/Let-7與其下游相關分子，除了會影響腫瘤細胞的幹源(stemness)特性之外，亦能造成腫瘤細胞的惡化。

　　綜合以上實驗的結果，我們可以發現，在腫瘤這個異質性高的組織裡，存在著不同特性的腫瘤細胞，但是他們可能可以藉由藥物、放射線治療、微環境(microenvironment)的改變、發炎反應…等不同方式，造成腫瘤細胞本質上的改變，亦可以說是腫瘤細胞的再程式化，這樣的改變對於將來開發腫瘤治療將會是一重要的課題，也就是說，將來的腫瘤治療的發展，可能不能單單只是專注於殺死某一群特別惡性的細胞，因為可能在治療的過程中，會造成其他腫瘤細胞的再程式化，因而造成腫瘤的復發與惡化。更全面性的合併治療法(combinational therapy)可能可以幫助我們對於有效的抑制腫瘤惡化帶來不一樣的結果。而本研究亦認為在體細胞再程式化成誘導型多能幹細胞的過程中，有些分子調控機制在”非癌症幹細胞”與”癌症幹細胞”之間亦扮演著重要的角色。

　　在惡性的口腔癌癌症幹細胞中，Lin28的表現會造成微核醣核酸Let-7的表現被抑制，因而造成轉錄因子HMGA2與ARID3B的表現增高，而這兩個因子的表現會早成另外兩個與體細胞再程式化相關的轉錄因子Sox2與Oct4的表現增高。