肿瘤干细胞的研究进展

马福军 王占东 王占红

肿瘤干细胞(cancer stem cells，CSCs)是肿瘤组织中具有无限增殖潜能的极少量干细胞样癌细胞亚群，肿瘤的复发、抗辐射、转移以及耐药等特征都可能与肿瘤干细胞有关，肿瘤治疗的关键应是针对CSCs，以其为治疗靶点，即针对干细胞的治疗既要杀灭肿瘤干细胞又要保护正常干细胞。因此，针对CSCs进行靶向治疗可能是未来肿瘤综合治疗最有希望的有效策略之一，将成为治疗癌症的新靶点。现在关于CSCs的研究已成为肿瘤研究的最前沿［1-4］。相信不久的将来，针对实体瘤干细胞的有效的药物也会产生。为了提高对CSCs的认识，文本综述如下。

1 CSCs的研究现状

CSCs是一群具有自我更新、多潜能分化、具有启动和重建肿瘤组织表型能力的肿瘤细胞。CSCs起源学说最早可以追溯到150年前，英国外科医生Paget［5］早在1889年就提出了著名的“土壤与种子”学说，观察到乳腺癌细胞因血液供应和转移部位不同而出现差异，他推断癌细胞(种子)只有在适合的环境中(土壤)才能生长。但直到近年由于干细胞分离技术的进步，该领域研究才得以快速进展，并使得肿瘤学研究跨入CSCs研究热点。CSCs学说认为CSCs可能是恶性肿瘤的种子和源泉，间质、血管生成迁徙和粘附分子之间的相互作用是CSCs生长的土壤。CSCs在肿瘤形成、生长以及浸润和转移中起着决定性作用，只有杀死所有的CSCs才能最终治愈肿瘤，对其特性进行深入研究有助于阐明肿瘤发生、发展的机制，进而寻找彻底杀死CSCs的方法以达到最终治愈肿瘤的目的。随着对CSCs生物学特性的进一步研究，人们逐渐认识到，消灭所有的肿瘤细胞不是目的，最主要的是消灭CSCs，因为肿瘤组织失去干细胞后，其余肿瘤组织细胞会逐步凋亡［1，2］。CSCs假说最先是由Mackillop等［6］于1983年提出，他认为在所有的肿瘤中都可能存在着一小部分细胞具有类似干细胞的特殊功能。1997年Bonnet等［7］发现表型为的急性混合细胞白血病(AML)细胞在非肥胖性糖尿病型/重度联合免疫缺陷小鼠(nonobese diabetic/severe combined immunodeficient immunocomp romised mice，NOD/SCID)骨髓中可以形成AML，这些细胞拥有分化和增殖能力，这是第一次鉴别出人AML干细胞。借鉴AML的研究，学者们提出实体CSCs理论:恶性肿瘤组织中并非所有肿瘤细胞都具有恶性特征，仅少量肿瘤细胞在恶性肿瘤的发展过程中起着干细胞(可能为肿瘤干细胞)的作用，它们具有不断自我更新和分化的能力，可以维持恶性肿瘤组织的生长和转移，还可以分化成各种肿瘤细胞和非肿瘤细胞;它们在恶性肿瘤的发生、发展和转移过程中起着决定性的作用;而肿瘤组织中大部分细胞经过短暂的分化后，即使没有化疗药物和放射线的作用也会最终走向死亡［8］。

2 CSCs的特性

随着干细胞研究的深入，发现CSCs和正常组织干细胞具有许多共同的特性:它们均具有自我更新能力和多向分化潜能，有类似的细胞表面标志，细胞表型两者均表现出相对幼稚化的特性，均具有Notch、Wnt、Sonic hedgehog(Shh)等3条细胞信号传导途径，提示CSCs可能起源于正常的干细胞，后者通过积累突变获得不确定的增殖能力而转化为CSCs，再由这些CSCs的不断增殖形成大量的肿瘤细胞并最终决定肿瘤的发生、发展与转归进程。CSCs具有以下几个突出特点:(1)无限的自我更新能力。现在认为肿瘤不断生长的另一个重要原因是干细胞自我更新调节机制中的某些基因发生紊乱，使得肿瘤组织中具有自我更新能力的肿瘤细胞的数量不断增加，肿瘤组织能够不断增大。(2)高致瘤性。CSCs在体内外只要极少的数量即可成瘤，而一般的肿瘤细胞很难形成集落或体内成瘤。(3)强耐药性。导致肿瘤治疗失败的原因很多，多药耐药是主要原因之一。CSCs膜上多数表达ABC转运体家族膜蛋白，可运输并外排包括代谢产物、药物、毒性物质、多肽、核苷酸等物质，使许多对肿瘤非干细胞具有抑制或杀伤作用的化疗药物对CSCs杀伤作用明显减弱。(4)特殊的生长微环境。改变CSCs的干细胞穴(tumourstem cell niche)，破坏CSCs的自我更新能力，取得了较好的疗效。通过靶向抑制CSCs微环境血管生成，也可诱导肿瘤干细胞分化，从而抑制肿瘤细胞增殖。(5)异质性。肿瘤细胞是高度异质性的群甚至同一肿瘤群体的CSCs间也存在不同的特性。(6)特殊的细胞因子，如血管内皮生长因子(VEGF)、神经生长因子(NGF)、转化生长因子(TGF-β)和血管生成素样蛋白，其中VEGF是最有潜力的治疗靶点。(7)具有广阔的分化潜能，既在体内外具有分化成不同表型的成熟细胞能力，其子代细胞应呈现分化特征的表型及其相应的标志［9-11］。

3 CSC在肿瘤防治中的潜在价值

由于CSC的耐药性及大多处于休眠状态，传统的肿瘤化疗药物只靶向正在分裂的肿瘤细胞，不能有效杀灭CSC，最终导致肿瘤复发、转移和治疗失败。为获得对肿瘤的有效治疗，必须针对CSC进行靶向治疗才有可能控制肿瘤的复发、转移和治疗失败。因此针对CSC进行靶向治疗可能是未来肿瘤综合治疗最有希望的有效策略之一［12-14］。

3.1 针对CSC表面标志的靶向治疗 对于白血病而言，靶向抗原可选择CD123分子，其表达于白血病干细胞(LSC)而非正常造血干细胞的特性很适合作为靶向治疗的目标。现已应用于临床的吉姆单抗(gemtuzumab)/奥佐米星(ozogamicin)是人源化的抗CD33单抗和细胞毒抗肿瘤抗生素刺孢霉素(calicheamicin)的偶联物，用于治疗复发的AML。利用CSC特异的表面标志及其抗体与细胞毒药物偶联进而杀伤肿瘤干细胞，将给肿瘤治疗带来曙光。

3.2 诱导针对CSCs的特殊免疫反应 从患者体内分离纯化CSC，并进行致死性辐射后，回输给患者以激活其抗宿主CSC的特异性免疫反应，是针对CSC的靶向治疗方法之一。诱导CSCs自噬是细胞自我稳定的重要机制之二，也是一些治疗过程介导的重要环节。GSCs具有不健全自噬系统成为对治疗不敏感的原因之一。

3.3 信号转导通路阻滞剂对肿瘤的抑制 正常组织和肿瘤均由相同的信号通路调节，肿瘤组织中信号转导呈现明显异常。Cyclopamine是shh信号通路的特异性阻滞剂，可以抑制由shh信号引起的细胞反应，其可以用于治疗各种动物移植肿瘤，可引起肿瘤明显消退，并且停药后无复发。Hedgehog信号途径抑制剂HhAntag具有比Cyclopamine更强的活性，在转基因小鼠模型中能阻止成神经管细胞瘤形成。Notch信号途径由一分泌酶控制，研究表明该酶的抑制剂具有抗过表达Notchl乳腺癌的活性。为探索肿瘤的靶向性治疗提高了新的线索。

3.4 利用正常干细胞靶向CSC 神经干细胞(neural stem cell NSC)具有惊人的迁移和趋向肿瘤的能力。Brown等［15］将NSC经尾静脉注入裸鼠神经或非神经源性肿瘤模型中发现NSC可通过周围脉管系统迁移定位至颅内和颅外非神经肿瘤区域，包括前列腺癌和恶性黑色素瘤。因此我们是否可设想将NSC作为一种携带治疗基因的载体，利用其趋向肿瘤的能力从而发挥抗肿瘤药物有效的靶向治疗作用。

3.5 诱导CSCs分化 促进CSCs分化可以使细胞失去自我更新能力。诱导分化是指在体内外诱导分化剂的作用下，向正常细胞或接近正常细胞方向分化逆转的想象。其目的不是杀灭肿瘤，而是将肿瘤细胞向好的方向进行改造。1988年上海维甲酸协作组首先使用全反式维甲酸(All-Trans Retinoic Acid，ATRA)诱导分化治疗人急性早幼粒细胞性白血病，获得显著疗效，完全缓解率86%。

3.6 磷酸三腺苷结合蛋白(ATP-binding casssette，ABC)抑制剂增敏化疗 CSCs和正常干细胞一样能高效表达特异性ABC药物转运子。在肿瘤组织中也存在CSCs并带有ABC转运体，有关ABC转运体在CSCs的功能和作用已成为目前癌症治疗中关注的焦点。恶性肿瘤难以根除的原因之一是CSCs或肿瘤中的侧群(SP)细胞表达ABCG2因而形成抗药性，导致化疗治疗效果不理想。因此，有可能通过抑制ABCG2在CSCs中的表达以除去CSCs从而达到治愈癌症的目的。

总之，CSCs学说认为肿瘤中存在CSCs，是肿瘤发生、发展、侵袭、转移及耐药的决定因素。随着人们对CSCs生物学特性的进一步研究，人们逐渐认识到肿瘤组织失去干细胞后，其余肿瘤组织细胞会逐步凋亡。因此，若完善肿瘤干细胞特异性标记物方面的研究，开发出可鉴定相应的诊断性试剂，在临床上可辅助医生对疑似病例的诊断及化疗提供有力帮助。CSCs的研究尽管给肿瘤治疗带来了新的希望，但目前尚有很多不确定的因素，距离实际的临床应用还有较大的距离，需要进行更深入的研究。

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