肿瘤始发细胞：抗肿瘤药物研发和评价的挑战与机遇

当代抗肿瘤药物的研发始于20世纪的中叶，某些细胞毒素被发现能用于杀伤高效增殖的肿瘤细胞。从那时起，肿瘤治疗的研发从一开始的基于实践经验和观察，发展成越来越依赖于我们对人类肿瘤生物学和肿瘤始发机制的理解。但是，尽管肿瘤治疗上的一些进展，对于许多人类肿瘤来说，尤其是具有未分化表型(如基底细胞型乳腺癌)的肿瘤，治疗选择依旧十分有限，且预后很差。此外，在首次治疗后进一步控制肿瘤的复发和转移目前仍是一大挑战。

近年来，在多种人类肿瘤中已有实验证据支持肿瘤始发细胞(通俗的名称为肿瘤干细胞)的存在。这使得肿瘤层级理论成为肿瘤生物学中的基本概念，同时也为抗肿瘤药物研发提供了一种很有希望的新的细胞靶点。虽然肿瘤干细胞假设的提出已有数十年，但这一假设的许多方面仍需要进一步完善。肿瘤始发细胞的一个简短定义是：那些在分离后仍能继续生长形成肿瘤的肿瘤细胞(图1)，这意味着肿瘤始发细胞只能通过体内实验进行鉴定。从更广泛的定义来说，肿瘤始发细胞被视为是处于肿瘤层级中最顶端的细胞，并突出了异常分化在肿瘤形成中的作用。多向的分化潜能可能是肿瘤始发细胞的一种常见特征，尽管这并不是一种必需的特性。

图1 肿瘤干细胞假设和靶向肿瘤始发细胞的治疗方案。根据肿瘤干细胞假设，肿瘤细胞具有异质性，并且只有肿瘤始发细胞拥有广泛增殖、产生分化细胞以及形成新肿瘤的能力。目前已经有许多靶向肿瘤始发细胞的治疗方案。消灭这些细胞可以通过抑制存活通路(例如：应用磷酸肌醇-3-激酶的抑制剂或白介素-4-特异性单克隆抗体)，或者提高这些细胞对化疗药物的敏感性(如细胞周期测点激酶抑制剂)。肿瘤始发细胞和大量的肿瘤细胞共有一些存活通路，所以靶向这些通路的药物既可以消灭肿瘤始发细胞，也有望对肿瘤细胞直接发挥杀伤作用。另一种方法是使肿瘤始发细胞分化(如骨形成蛋白或CD44-特异性单克隆抗体)，这可能是一种成功的治疗方案，因为大部分肿瘤都具有有限的增殖潜能。包含在自我更新机制中的发育信号的抑制(如Wnt、Hedgehog或小环境通路信号的抑制剂)可能通过两种机制发挥作用。另外，抗血管生成治疗可能部分通过影响肿瘤始发细胞的血管微环境发挥作用。然而，肿瘤始发细胞可能存在基因的不稳定性，定向祖细胞可以重获自我更新的能力。靶向肿瘤始发细胞和杀灭肿瘤细胞的传统方法，以及靶向周围微环境联合用药可能会产生更好的效果。

“肿瘤干细胞”这个词并不只意味着肿瘤干细胞来源于正常干细胞。根据不同的肿瘤类型，那些能形成肿瘤的细胞可能是干细胞、祖细胞或是分化的细胞，这需要根据肿瘤始发细胞自我更新能力和分化能力进行表型比对来决定。然而，肿瘤始发细胞的来源能为针对其的肿瘤策略提供线索。例如，杀死肿瘤始发细胞的同时杀死了正常干细胞，会导致正常再生的缺陷，而破坏正常的祖细胞则不会有那么严重的长期问题。另一个关键问题是，肿瘤始发细胞并不一定是十分稀少的。此外，肿瘤始发细胞的行为和数量可以受到不同环境因素的影响。肿瘤干细胞假设的基本概念和这些细胞的起源、数量和活化水平(如增殖率)无关。应用干细胞生物学的概念来研究肿瘤细胞分群，会为分子药物靶点和临床策略带来启示。

当前肿瘤治疗的失败往往不是由于缺乏最初的反应或是最初治疗的失败，而是由于耐药性的诱导和治疗后肿瘤的复发，而肿瘤始发细胞在这一过程中被认为起到了关键的作用。目前，一个主要的挑战就是针对肿瘤的复发研发药物或策略。这篇文章将在回顾肿瘤干细胞假设的研究现状后，重点探讨抗肿瘤药物研发所面临的挑战和机遇。

肿瘤干细胞：证据与争议

20世纪90年代中期，John Dick和他的同事们应用NOD-SCID小鼠模型证实在急性髓性白血病中存在肿瘤始发细胞。纯化的白血病始发细胞亚群中存在一种染色体移位，这与在母细胞中所发现的一致。这一重要发现不仅支持白血病由克隆形成的特征，同时指出了干细胞处于白血病细胞层级的顶端。

对于实体肿瘤而言，类似的研究要相对困难许多。实体肿瘤包含肿瘤细胞和各种各样的基质细胞。在这样的实体瘤中，打破细胞间的相互作用可能导致失巢凋亡(anoikis)或改变肿瘤细胞的特征。此外，将肿瘤细胞注射入新的小鼠组织常常不能重建出原来实体瘤中肿瘤细胞所处的微环境。然而，人们应用适当的细胞表面标志，包括CD44、CD24、CD133、EPCAM和ABCB5，已成功地从人乳腺癌、脑瘤、结肠癌、胰腺癌、肝癌、卵巢癌和黑素瘤的实体瘤中分离获得肿瘤始发细胞。当把这些肿瘤始发细胞接种到NOD-SCID小鼠中，常能产生与原发肿瘤相近的表型特征。

这些分离获得的细胞是否就是患者实体瘤中真正起作用且是唯一的肿瘤始发细胞呢？这一问题仍存在理论和技术上的分歧。当前的细胞分离技术被认为倾向于分离干细胞龛非依赖性的肿瘤始发细胞，这类似于在正常干细胞进行移植试验时，处于活化状态的细胞常被分选出来。某些用于分选的分子标记可能选择逃逸免疫系统的细胞，而这也是肿瘤始发细胞的相关特征之一。另一方面，许多用于分选的分子标记可以预测疾病的进程，提示它们还是可用于鉴定出具有重要临床意义的细胞亚群。

值得注意的是，一些实验性白血病小鼠模型不符合肿瘤干细胞假设，提示某些人类的肿瘤并不支持这一模型。然而，由于许多细胞株已经丧失了最初来源的白血病细胞的层级结构，一些实验性小鼠模型可能不能准确地反映出自然发生的人类肿瘤的异质性以及病理性微环境。同时，有人认为表型特征差异明显的人类肿瘤细胞群，在接种入免疫缺陷小鼠后，由于小鼠和人的微环境不同而不能生长。因此，用小鼠肿瘤模型鉴定肿瘤始发细胞则增加了肿瘤干细胞假设的可靠性。此外，转基因小鼠模型可以方便地进行细胞系示踪实验，克服了移植实验的不稳定和局限性，能够为肿瘤的发生及肿瘤层级提供有力的证据。

尽管从各种不同的研究系统中获得的大量证据都倾向于认为存在肿瘤始发细胞，然而不同患者中肿瘤层级也不尽相同，且不同的肿瘤始发细胞与干细胞的相似程度也不相同。许多肿瘤还可能存在不同的肿瘤始发细胞亚群，而另一些则有共同的肿瘤生成细胞且缺乏层级结构简单。尽管如此，肿瘤干细胞假设为我们研究各种肿瘤细胞异质性、可塑性、和耐药性提供了新的理论基础。

用于理解肿瘤特性的系统框架

肿瘤干细胞假设并不与已确立的肿瘤的克隆演变观点相矛盾，但是却提示了肿瘤细胞层级在肿瘤演变过程中的关键作用，并突出了异常分化过程和早期发育机制在肿瘤形成中的重要性。对肿瘤异质性的一个通常的解释是基因组的不稳定性，而后者通过全面系统的肿瘤基因组分析证实是肿瘤的一个普遍特性。另一方面，很大一部分形态学或表型上的异质性可以用异常分化和表观遗传来解释。肿瘤始发细胞的行为还可进一步被肿瘤-宿主间的相互作用所改变。在这一节中，我们将讨论肿瘤始发细胞的一些关键特性。

肿瘤始发细胞通过提高自我更新能力而有别于其起源细胞

尽管肿瘤始发细胞的来源可能不同，但是它们具有一些和正常干细胞类似的特征，尤其是自我更新能力。如果肿瘤干细胞假设是正确的，肿瘤的演变则在很大程度上是自我更新的肿瘤始发细胞改变的历史，且在肿瘤始发细胞中，自我更新的通路较细胞表面分子标志更为保守。

尽管调控自我更新的通路在正常干细胞中受到严格的控制，而在肿瘤始发细胞中，自我更新持续性地被激活，并受到基因组和(或)表观遗传改变的调控，最终导致了细胞生长无法控制。一些研究显示，BMI1和Wnt信号分子β-catenin调控着造血干细胞(HSC)的自我更新，并且也调控着白血病始发细胞的增殖。事实上，许多白血病始发细胞具有较正常造血干细胞更强的自我更新能力。此外，最近的研究显示，皮肤肿瘤始发细胞的维持需要依赖于Wnt和β-catenin信号。Hedgehog信号则调控着多发性骨髓瘤和慢性髓性白血病来源的肿瘤始发细胞。调控正常干细胞自我更新的发育相关信号通路包括Wnt、Hedgehog和Notch，它们在不同肿瘤中也被激活，并可能在许多肿瘤中对其自我更新具有重要的作用。它们对于祖细胞和细胞系的形成具有广泛的影响，同时对调控肿瘤和基质细胞也具有作用。在这一快速发展的肿瘤生物学研究领域，那些能使细胞获得或增强自我更新能力的机制不断被发现，同时一些经典的肿瘤基因也被赋予了调控自我更新的作用。例如，通过获得某些表观遗传的修饰或是失去某几个肿瘤抑制基因，祖细胞能获得自我更新能力并变成恶性细胞。

自我更新可以受到增殖、分化或凋亡改变的影响。异常增加的自我更新可能通过不同的机制所形成，如增殖率的增加或是细胞分裂平衡由不对称分裂移向对称分裂。急性或慢性髓性白血病的肿瘤始发细胞大多处于静息状态，而大多数实体瘤的肿瘤始发细胞则处于增殖状态。乳腺癌或胰腺癌肿瘤始发细胞的细胞周期特性，与大多无肿瘤形成能力的肿瘤细胞的相类似，显示出自我更新和肿瘤移植并不一定需要肿瘤始发细胞具有区别于非肿瘤始发细胞的增殖优势。相反，Pten缺失小鼠来源的肠道干细胞增殖缓慢，却能导致肠道息肉。因此，肿瘤始发细胞最为重要的特征似乎应该是它们自我更新能力的增强，而不是增殖率的增加。事实上，肿瘤始发细胞克隆演变的过程是对更强的自我更新能力的筛选过程，而不是增殖能力的筛选过程。此外，一个能形成恶性肿瘤的细胞通常具有和增强的自我更新能力相关的去分化病理特征，包括转移和促血管新生的能力。

肿瘤始发细胞在转移和肿瘤-宿主相互作用中的角色

一个对肿瘤干细胞假设的推论是宏观上的转移可能是由移动的或是弥散的肿瘤始发细胞所形成的。在乳腺癌患者中，CD44+CD24-/low的肿瘤形成细胞可以在转移性的胸膜渗出液中检测到，并且大多早期在骨髓中检测到的弥散性肿瘤细胞都具有乳腺癌始发细胞的表型。有趣的是，CD133+CXCR4+的肿瘤始发细胞能在胰腺癌瘤体侵袭前沿被检测到，研究显示这些细胞决定个体肿瘤的转移表型。另一个相关的假设是，转移性肿瘤起源于那些具有上皮细胞特征的恶性细胞发生了上皮间质转换(EMT)。与自我更新一样，EMT受到发育信号通路，如Wnt和Notch的调控。在乳腺癌始发细胞中表达肿瘤相关的microRNA LET7能抑制细胞的自我更新、EMT以及移植性肿瘤转移。最近人们注意到，发生EMT的细胞和肿瘤始发细胞具有很多共同的分子标记和特征。这些发现揭示了肿瘤细胞潜在的可塑能力，并提示EMT和自我更新可能具有一些共同的调控机制。

干细胞龛微环境中的辅助细胞和细胞外基质复合物能为正常干细胞提供信号，从而对其行为进行严格地调控。干细胞龛不仅支持着干细胞自我更新和维持其特性，同时还控制着干细胞的数量和增殖。这种对细胞数量和增殖的控制可能是一种肿瘤的预防机制。同样，我们也可以认为肿瘤的微环境也能对肿瘤始发细胞起到抑制作用，例如一些肿瘤可以数十年处于静息状态或是发展缓慢。关于肿瘤静息的一种理论是肿瘤始发细胞被干细胞龛-干细胞间的相互作用所监控。一旦干细胞龛中微环境因遗传或表观遗传的改变而发生改变的话，肿瘤则会进一步地发展。研究显示，HSC龛的改变将导致骨髓增生性疾病。肿瘤始发细胞也更倾向于定位在适合他们增殖的微环境如血管细胞龛中，或是促进它们自己的细胞龛微环境的形成。此外，突变能使肿瘤始发细胞获得不依赖于细胞龛微环境的信号，从而摆脱微环境对其自我更新的调控，并增加了发生肿瘤转移的危险。

为什么许多治疗手段不能彻底根除肿瘤？

许多肿瘤患者，尤其是实体瘤患者，要么对目前的肿瘤治疗手段(包括化疗、放疗和肿瘤靶向药物)不能产生有效的反应，要么在初始得到缓解后又迅速复发。这些治疗失败的关键原因可能是肿瘤始发细胞所固有的抗药性和肿瘤细胞的可塑性，以及治疗药物的无效和(或)肿瘤细胞基因组的不稳定性。

研究提示，越是难以治疗的肿瘤内含有的肿瘤始发细胞越多。临床医疗实践已为这样一种联系提供了间接的证据。在肿瘤治疗后，往往通过检查患者的肿瘤来预测治疗的效果。如果肿瘤只含有成熟分化细胞的话，那么通常不会复发。然而，如果肿瘤样本中含有大量的未成熟未分化细胞(其中可能包括大量的肿瘤始发细胞群)的话，肿瘤则有很大的可能会复发，因此需要进一步的创伤性治疗。研究显示，急性髓性白血病细胞中干细胞的比例越高，则预示着治疗后的微量残留病灶越多，预后也越差。在黑素瘤中，ABCB5是恶性黑素瘤始发细胞的标志，在黑素瘤患者中检测到的ABCB5+肿瘤细胞表现出最原始的细胞表型，并与临床黑素瘤进程呈正相关。在乳腺癌中，CD44+细胞的特异性基因包括许多已知的干细胞标志，并与患者生存率降低相关。此外，化疗会提高乳腺癌患者中CD44+CD24-/low细胞的比例，并与这些肿瘤始发细胞相关的耐药性一致。

很多肿瘤始发细胞被认为能抵抗如paclitaxel和doxorubicin等化疗药物，产生这一现象的原因有很多，包括它们本身处于静息状态或生长缓慢，高表达ABC药物泵，高表达抗凋亡分子，对过氧化及基因损伤的抵抗性，以及它们高效的DNA修复能力。虽然肿瘤始发细胞通常较其他肿瘤细胞耐药的能力更强，但是正如正常干细胞一样，肿瘤始发细胞中不同细胞亚群对治疗药物的敏感性也存在着差异。

与传统抗肿瘤药物一样，许多新型的肿瘤靶向药物也是针对高速增殖的肿瘤细胞，因此许多肿瘤始发细胞对这些药物也相对不敏感。例如，imatinib(Gleevec，Novartis)靶向抑制BCR-ABL激酶，后者是染色体移位产生的融合蛋白，研究提示其能作为一种分子开关，在慢性髓性白血病中能促进多潜能祖细胞的增殖和分化。BCR-ABL对于处于增殖中的祖细胞的存活是必需的，但是对于静息的慢性髓性白血病干细胞却不是必需的。因此，虽然人们认为肿瘤始发细胞能不断积累突变，而这些突变产生的功能影响，往往在肿瘤层级中下游的细胞上显露出来，如导致原始祖细胞的新生性增殖。所以，imatinib能杀灭处于增殖的白血病祖细胞，而非更初始的肿瘤始发细胞，这也解释了为什么在接受治疗后患者的融合基因表达仍为阳性。IKZF1的变化被认为能协同增强BCR-ABL融合蛋白诱导淋巴母细胞白血病的作用，并在抗药性和疾病进展过程中发挥着一定的作用。尽管其他一些因素可能也参与其中，但是目前的研究显示，靶向针对维持干细胞所必需的发育信号通路如Hedgehog，能有效地避免imatinib治疗慢性髓性白血病相关的耐药和复发。也正如先前所讨论的，有些肿瘤中的肿瘤始发细胞可能处于增殖状态，且生长信号通路在这些细胞中具有重要作用。因此在这些肿瘤中，相关的信号通路也可以是非常有希望的治疗靶点。

如果患者拥有大量的肿瘤始发细胞，而仅仅只需要一小部分就能重新产生一个肿瘤，那么只有那些能高效杀死这些细胞的治疗手段才能避免其再度复发。如果基于肿瘤回缩的检测，那么能杀死肿瘤中95%细胞的治疗就能被认为是一种有效的治疗，但是其仍可能使足够的肿瘤始发细胞存活下来，并导致最终的再度复发。因此，即使肿瘤始发细胞和其他肿瘤细胞对治疗的敏感性相当，它们也依然是影响疗效的关键。

如果肿瘤干细胞假设被广泛接受，这一理论也可能涵盖那些较易治疗的肿瘤，例如某些生殖细胞肿瘤(如精原母细胞瘤)和神经母细胞瘤。事实上，这些肿瘤的化疗药物治疗往往能消除去分化的肿瘤细胞，残留由分化细胞组成的良性肿瘤团块。这提示它们的干细胞可能本来就对化疗药物敏感，不能很快适应并发展出耐药性。Trastuzumab(Herceptin；Genetech、Roche)是一种特异性针对受体型酪氨酸激酶ERBB2(也被称为HER2)的单克隆抗体，最近的一些研究提示，其能提高乳腺癌患者的生存率与其靶向性针对肿瘤始发细胞有关。然而，许多转移性乳腺癌患者在Trastuzumab治疗1年内仍产生了抗药性，这提示了在基因组及表观遗传水平对肿瘤始发细胞的重塑，能使它们在肿瘤进展及药物抵抗功能上发生进一步的演变。靶向针对肿瘤始发细胞的治疗仍不可避免的要面对，在过去几十年中我们治疗其他肿瘤细胞所面对的问题：即新耐药性的出现和高耐药细胞群的选择。然而，研究肿瘤始发细胞行为的分子基础，则有利于我们设计出新的治疗策略，如通过联合治疗来对抗耐药性。

治疗的机遇

肿瘤始发细胞学说为超越传统的抗增殖治疗方案提供了理论基础。消灭肿瘤干细胞潜在的方法包括阻断这些细胞自我更新的信号，抑制这些细胞存活的机制，抗体毒素连体药靶向肿瘤始发细胞表面的标志物，另一种方法是诱导肿瘤细胞分化，包括通过抑制发育通路或表观遗传程序来达到。有些肿瘤始发细胞保持其特性可能有赖于一个特定的微环境，靶向针对这种微环境来间接抑制或诱导肿瘤始发细胞的分化也是一种方案。

发育通路在自我更新和分化中的作用

通常认为肿瘤细胞的异常分化和自我更新的失控是许多癌症发生的关键因素，因此一些与发育有关的信号通路成了近期抗癌药物开发研究的焦点。在胚胎发育的过程中，有许多相互交联的信号通路，信号核心发出、接收和整合不同的通路。肿瘤始发细胞及其微环境发挥着类似于信号核心的作用，通过它们，许多的发育通路被激活和汇聚来控制癌细胞自我更新。

在一些肿瘤中，Wnt信号被证实是肿瘤始发细胞自我更新所必须的，包括慢性髓细胞白血病和鳞癌。细胞外Wnt信号抑制剂，包括存在于细胞表面作用于受体来抑制Wnt的分泌型卷曲相关蛋白(SFRPs)和Dickkopf 蛋白(DKKs)已被发现。这些拮抗剂的衍生物，如果设计成具有理想的药代动力学特性，就可以形成抗肿瘤的药物，抑制Wnt信号甚至是在APC或β-catenin突变的肿瘤中。癌源性转录因子TCF-βcatenin复合体的小分子拮抗剂已被报道。针对不同Wnts、卷曲蛋白和Wnt共受体低密度脂蛋白受体相关蛋白5(LRP5)-LRP6的抗体也在研究中。

H e d g e h o g信号通路的抑制也是一种治疗方案，Hedgehog抗体和Hedgehog共受体光滑同源物(S M O)的小分子抑制剂已被发现。据报道，Hedgehog信号抑制剂在诸多动物模型中均有效，其中包括基底细胞癌、成神经管细胞瘤、小细胞肺癌和胰腺癌。最近又发现Hedgehog信号抑制可以杀伤CML肿瘤始发细胞，抑制BCR-ABL驱动的CML的增生和伊马替尼耐药的小鼠和人类CML的生长。然而，这些药物在体外模型上并不十分有效，在细胞模型的结果也表现出了相当大的差异，部分原因在于传统培养条件下导致的分化使得在体外难以维持Hedgehog信号通路的活性，以及(或)基质细胞存在的一些必要条件。肿瘤细胞表达的Hedgehog配体也能激活肿瘤基质微环境中的Hedgehog通路。以下将继续讨论这些复杂性药物对肿瘤细胞体外筛选带来的挑战。

通过反义核酸技术来抑制Notch的表达或小分子抑制能分割Notch的γ-分泌蛋白酶，可以抑制体外Notch表达的转化细胞，并在移植瘤模型中有抗肿瘤效果。已经发现一种γ-分泌酶抑制剂可以诱导杯状细胞分化，并且抑制Apc基因突变小鼠的结肠腺瘤。另一种γ-分泌酶抑制剂可以使脑瘤中的肿瘤始发细胞减少。然而，由于它对多Notch通路的抑制以及可能对正常干细胞造成的影响，因此γ-分泌酶抑制剂治疗的窗口很窄。最近发现，Notch配体DLL4的选择性抗体能通过影响血管生成来抑制肿瘤生长而不产生那么多γ-分泌酶抑制剂在动物模型中的相关毒性。专一Notch受体的拮抗抗体也在研究中。除了发育信号通路外，其他的很多信号通路对于不同肿瘤始发细胞的自我更新可能也会很重要。

越来越多的证据表明，Wnt、Hedgehog和Notch信号之间可能存在相互作用，和别的一些信号也存在着联系，例如肿瘤始发细胞肿瘤细胞或它们的微环境中产生的骨形态生成蛋白(BMPs)和各种生长因子等。这些信号汇集在一起产生肿瘤始发细胞的一些显著特征，包括自我更新、增殖、存活和分化。在不同的肿瘤中，不同的信号通路如何相互作用来维持自我更新的能力，以及抑制独立的通路能否使肿瘤始发细胞分化、抑制或杀灭，仍不甚明了。结果可能按具体情况和不同的致癌通路的相互作用而异。例如，在T细胞急性淋巴白血病(T-ALL)中，NOTCH1调节PTEN磷酸肌醇-3-激酶(PI3K)-AKT通路。这就意味着单用γ-分泌酶抑制剂对有PTEN缺失和AKT激活的T-ALL不可能起到治疗作用。在很多情况下，为了选择性杀伤肿瘤始发细胞，有必要抑制多条通路。相反，靶向抑制一条特异的发育通路来促使分化可以作为一种消灭肿瘤始发细胞更通用的方案。已经发现BMPs可以诱导CD133+恶性胶质瘤的肿瘤始发细胞分化成星形胶质细胞，从而在临床前的模型中显著减少肿瘤形成的能力。

自我更新的调节机制依然不清楚，其中包含着转录网络和表观遗传调控。人们发现通过组蛋白修饰来调节染色体结构的混合型白血病(MLL)融合蛋白，可以重塑已经分化的骨髓细胞，激活已经失去自我更新能力的细胞。多梳家族蛋白，如表皮同源物增强子2(EZH2)是干细胞可能抑制与分化有关的基因的必须元素。最近有报道指出，在一小群恶性胶质瘤细胞中的BMP受体1B，它的高甲基化与EZH2的活性有关。EZH2也会影响BMI1对p16-p19基因座的抑制作用来防止干细胞生长停滞和凋亡。乳腺癌侵袭性基底细胞型能显著过表达EZH2，导致乳腺癌易感蛋白1型(BRCA1)的下调。表观遗传机制参与不同肿瘤始发细胞的可能性以及其作为靶向治疗的靶点是一个非常热门的研究话题。

肿瘤始发细胞的存活机制

尽管我们不大了解不同肿瘤的肿瘤始发细胞的存活机制，但它们是消灭肿瘤始发细胞的潜在靶点。某些不同于发育通路的致癌性通路在一些肿瘤始发细胞的存活中可能会发挥一定的作用，但对于细胞分化多能性却没有影响。急性髓细胞白血病(AML)的核因子κb(NF-κb)被发现在原始的AML细胞(被认为是白血病始发细胞)中有结构性活化，但在正常的造血干细胞(HSCs)中没有活性。MG-132，一种有抑制NF-κb信号活性的蛋白酶体抑制剂被证明可以诱导有CD34+CD38-的白血病始发细胞的快速死亡，对正常的CD34+CD38-细胞无影响。一种白介素-4(IL-4)特异性抗体可以减弱CD133-和CD133+结肠癌细胞的存活力并增加化疗的有效性，说明导致各种肿瘤生长的分子通路也可以作为治疗靶点来增加肿瘤始发细胞对细胞毒治疗的敏感性。另外，PTEN-哺乳动物雷帕霉素的靶点(mTOR)-信号转导和转录活化剂3(STAT3)通路的活化是乳腺癌始发细胞存活和维持所必须的，PI3K通路调节存在于骨髓细胞瘤血管周围小环境的肿瘤始发细胞的存活。最近的研究也表明，乳腺癌中的ERBB2除了在大量肿瘤细胞中的假定的作用外，对于维持肿瘤始发细胞也具有重要的作用。调节自我更新的通路与调节肿瘤始发细胞存活的通路如何相互作用还不清楚，尽管最近发现乳腺癌中NOTCH1可调节PTEN-PI3K-AKT通路和ERBB2的表达。

恶性神经胶质瘤在胶质瘤始发细胞放疗前后，基因的损伤反应首先被激活。用特异性细胞周期检测点激酶1(CHK1)和CHK2的抑制剂可以逆转CD133+的胶质瘤始发细胞的放疗抵抗性。乳腺癌的某些肿瘤始发细胞比相应的非肿瘤源性的细胞含有的活性氧簇(ROS)水平要低。药理学减少肿瘤始发细胞中ROS的清除剂可以显著增加基因损伤，并提高其对放疗的敏感性。另外，周期蛋白依赖性激酶抑制剂(CDNK1A，也被称为P21)的表达限制了细胞周期循环，从而限制了DNA的损伤以及维持了白血病始发细胞的自我更新。这些初步的研究强调了通过抑制DNA损伤反应来克服肿瘤始发细胞对治疗耐药的可能性。

细胞表面标志物和小环境相互作用

肿瘤始发细胞表面的标志物也是重要的靶点，特别是对抗体的治疗。表面标志物CD34、CD44、CD133和ABCB5已经用于区分不同类别肿瘤的肿瘤始发细胞。表面标志物可以反映细胞源性和特异肿瘤始发细胞的来历，在不同类别的肿瘤、不同的患者甚至是相同的患者中，都表现出高度的差异。在这些标志物中，CD44在肿瘤发生中表现出了一些特别的特性；致癌信号如β-连环素-TCF4和Ras-Raf-细胞外信号相关激酶(ERK)通路诱导它的表达，同时受到抑癌基因P53的负调控。大多数标志物都可以在正常细胞中表达，因此寻找治疗窗是个挑战。然而，白血病始发细胞和正常的造血干细胞似乎存在显著表型差异，包括THY1膜糖蛋白、KIT和IL-3受体-a(IL3RA)表达的差异。特别是IL3RA是AML-始发细胞的特异性表面标志物，而不存在于正常的干细胞表面。

除了结合相应的靶点并抑制靶点依赖的信号传递，大多数治疗性单克隆抗体(mAbs)也与免疫系统的元素(如抗体依赖的细胞毒作用(ADCC)和(或)依赖补体的细胞毒作用)相互作用，使得免疫反应成为抗肿瘤机制的一部分。有趣的是，一种针对ABCB5的单克隆抗体在黑素瘤移植瘤模型中的全身用药可以诱导ABCB5+的恶性黑素瘤始发细胞中的抗体依赖细胞毒作用，从而发挥肿瘤抑制作用。一些肿瘤始发细胞也会表达免疫耐受标志物，使其抵抗机体的免疫攻击。然而，抗体细胞毒连体药或同时结合肿瘤和免疫细胞的基因工程抗体可以在绕开不同的免疫耐受机制直接施加。ABC转运体的活性可以导致肿瘤始发细胞对许多化疗耐药，但它也可能会使针对这些靶点设计的药物变得有效。

靶向肿瘤始发细胞表面的药物也可以通过影响微环境而发挥作用。骨内的(成骨细胞的)微环境被认为适合正常造血干细胞和AML-始发细胞的存活。人们发现黏着分子CD44的特异性单克隆抗体通过阻滞白血病始发细胞向有利微环境的运输和通过分化诱导干细胞，在体内能根除人类AML-始发细胞。血管内皮微环境也与造血干细胞有关，同时也可能支持白血病始发细胞的存活。神经干细胞被认为存在于血管微环境，大脑干细胞存在于血管旁微环境。另外，干细胞样胶质瘤细胞可以促进肿瘤血管生成，说明这些细胞可能有助于创造独立的小环境。以上资料表明，微环境相互作用的信号传递可以是双向的，肿瘤始发细胞既是一些信号的源头也是另一些信号的对象。

有必要强调的是，多数小环境相互作用的数据都来源于动物模型，它在不同人类组织和肿瘤中的作用还不清楚。然而，肿瘤始发细胞和脉管系统的关系使人们联想到抗血管生成治疗影响肿瘤始发细胞的血管微环境，进而把靶向肿瘤始发细胞和抗血管药联合使用。靶向肿瘤始发细胞的其他微环境的治疗也值得进一步探究。

治疗窗和联合治疗策略

治疗窗一直是抗肿瘤治疗手段，包括那些针对肿瘤始发细胞的靶向治疗所必须面对的挑战。由于肿瘤始发细胞表现出过度的自我更新活性，因此可能比正常的干细胞对抑制自我更新通路的药物更为敏感。由于某些肿瘤抑制基因在祖细胞的同时缺失能导致自我更新能力增强的恶性细胞，因此肿瘤始发细胞的自我更新机制可能和正常干细胞的有所不同。在小鼠中敲除肿瘤抑制基因PTEN，在导致产生白血病始发细胞的同时却使正常HSC细胞被清除了。有趣的是，在这个模型中，rapamycin不仅能杀灭白血病始发细胞，还能使正常HSC细胞恢复到正常水平。虽然这还没有在人类肿瘤中得到证实，但是这一发现强调了针对肿瘤始发细胞的治疗确实可能有治疗窗。最近的研究显示，Wnt-β-catenin信号通路在维持皮肤肿瘤始发细胞和恶性人鳞状细胞癌中发挥着作用，然而Wnt-β-catenin信号通路对正常表皮稳态的维持却不是必需的。正如以下要讨论的，Ⅰ期临床试验显示患者对SMO拮抗剂GDC-0449耐受较好，这为针对自我更新信号策略的治疗窗提供了初步的临床依据。

目前已知肿瘤始发细胞的分子标志(如急性髓性白血病始发细胞的分子标志IL3RA)是存在的，随着不同系统肿瘤始发细胞群得到进一步的鉴定，目前有限的肿瘤始发细胞分子标志也将得到扩增。由于许多肿瘤始发细胞来源于祖细胞或部分分化细胞，因此人们预测其细胞表面分子标志将有别于正常干细胞。又如CD44特异性的单克隆抗体，针对同一靶点不同表位的抗体，由于其药代和信号不同，也将会有不同的治疗窗。

另一个与肿瘤始发细胞靶向策略治疗窗相关的例子是，在体外及体内试验均观察到，蛋白酶体抑制剂MG-132联合细胞毒性药物idarubicin能迅速诱导白血病始发细胞发生凋亡，而正常HSC细胞却能继续存活。γ-secretase抑制剂可用于抑制Notch信号通路，但其治疗窗却被认为十分狭窄。然而，在小鼠中用脉冲方式给予γ-secretase抑制剂却能很好的耐受，提示只要有足够间隔，正常干细胞能在给药后迅速恢复，这类似于用细胞毒性药物的辅助治疗方案。因此，基于药物的药代动力学特征，可以通过优化给药剂量和方式扩大其治疗窗。

如上所述，包括调控自我更新和细胞生长在内的一些信号通路，共同参与了对肿瘤始发细胞的调控。如果有足够大的治疗窗，针对肿瘤始发细胞中多条特异性活化的通路将要比抑制某一条通路有效的多。据报道用cyclopamine和gefitinib同时阻断Hedgehog和EGFR信号通路，能导致前列腺癌细胞生长停滞、凋亡以及侵袭力下降。PI3K-AKT通路能部分通过控制蛋白激酶A介导的Gli活性来调控Hedgehog通路，这提示了联合Hedgehog拮抗剂和PI3K-AKT抑制剂的潜在治疗价值。

许多靶向肿瘤始发细胞的药物也能促进这些细胞的分化，因此可能需要联合化疗杀灭那些分化后处于较低细胞层级的肿瘤细胞。用arsenic trioxide抑制早幼粒细胞白血病蛋白(PML)能打破慢性髓性白血病始发细胞的稳态，诱导分化，促使静息肿瘤细胞进入细胞周期，并使它们对于促凋亡刺激更为敏感。此外，在成神经管母细胞瘤的模型中，PI3K通路能调控放疗后在血管细胞周围的肿瘤始发细胞的存活，抑制AKT信号能使这些细胞对于放疗更为敏感。在神经胶质瘤始发细胞中，PI3K-AKT信号通路调控ABCG2的活性，这为我们提供了一个将PI3KAKT抑制剂和那些能被ABC药物泵转运的化疗药联合使用的理由。

基于Notch和Hedgehog信号通路在肿瘤基质及肿瘤血管系统中的作用，针对这些信号通路的药物可能在肿瘤始发细胞和肿瘤血管两个方面发挥作用，同时也需要考虑这些药物对给药效率等方面带来的影响。毫无疑问，联合靶向药物和传统的化疗或放疗来对抗肿瘤始发细胞，不仅能相对任何一种单独治疗更有效地杀伤细胞，同时还能延缓耐药性的产生。然而，目前尚缺乏足够临床前的依据。

在细胞层级的概念下应用分子标志来评价不同的药物及联合治疗策略，对于评估它们的疗效及在临床前试验中研究耐药性是十分重要的。同样重要的是，我们需要研究它们对基质细胞和血管系统的作用，关注不同联合用药的治疗窗。我们希望能在相关临床前模型中获得的数据上，设计出切实有效的联合用药策略，使其能克服信号通路的替代性补偿和可能产生的耐药性，从而对在临床上长效缓解肿瘤有所帮助。

肿瘤始发细胞靶向药物的研发

常规抗癌药物的发现途径是针对细胞增殖而非自我更新和(或)分化，因此常偏重于选择针对同质表达模式的靶标及可有效杀灭大部分肿瘤细胞的化合物。此外，一些传统临床前模型不能反映临床复杂性，如肿瘤层级和异质。肿瘤始发细胞依赖于微环境和发育通路，包括旁分泌或近分泌信号通路，因而需要更复杂精确的药物发现平台，而非传统上曾用于研究肿瘤中自治肿瘤细胞及自分泌信号特征的二维组织培养或皮下接种模型。大量支持肿瘤干细胞假说及相关治疗策略的证据表明，需要抗癌药物发现平台的调整以增强其临床相关性。

肿瘤始发细胞富集和体外培养条件

分离肿瘤始发细胞的来源包括原发肿瘤患者的样品、原发肿瘤接种以及某些肿瘤细胞系。令人感兴趣的是，类似于原发肿瘤细胞，一些常规条件下培养的恶性肿瘤细胞具有基于确定的肿瘤始发细胞标志物的肿瘤分级。尽管它们与来自原发患者样品的肿瘤始发细胞的相关性尚待进一步研究，发现某些恶性肿瘤细胞株可能含有肿瘤始发细胞亚群仍属重要：细胞系可提供足够材料来研究这些细胞的分子特征和信号通路。

肿瘤始发细胞的富集有若干途径：使用细胞表面标志物的细胞分类法、染料细胞亚群的分类法，或使用各种无血清干细胞培养条件。尽管细胞表面标志物细胞分类法可用于分离表达确定标志物的肿瘤始发细胞，但用在缺乏标志物和(或)多种标志物的其它肿瘤则甚具挑战性。

编码ABC药物转运蛋白的基因表达如ABCG2是某些干细胞群的保守特征，D N A 结合染料Hoechst33342的释放已用于鉴定和富集某些类型的肿瘤始发细胞。理论上，该法更适合用于富集潜在的肿瘤始发细胞，因为与前述的细胞表面标志物法相比，它更少受组织特异性限制。然而，染料排出动力学、染料清除所致的干细胞毒性可能限制富集细胞群的功能分析。另外也可能通过选择干细胞的其它替代功能属性来富集肿瘤始发细胞，例如醛脱氢酶活性和化疗耐药性。

无血清的非贴壁培养已用于富集和繁殖数种肿瘤始发细胞，包括来源于脑、乳腺和大肠恶性肿瘤的细胞。无血清“球状”培养法由中枢神经细胞培养发展而成。生长在非贴壁表面的中枢神经细胞形成球状集落(神经球)，具有自我更新能力并可分化产生脑部所有主要的细胞类型(神经元、星形胶质细胞和少突细胞)。与之相比，无血清贴壁培养的细胞仍保持类干细胞性质，特别是所用培养皿使用特定表面(例如整合各种含氮功能基团)或涂上合适的基质和(或)配体的话。

发展模拟微环境所提供的生长和抑制分化信号的培养方法及条件至关重要，尤其是培养原发肿瘤细胞。已用于正常干细胞的无血清培养条件可以提供有用借鉴。新一代高通量平台，如细胞外基质或其它参与旁分泌和近分泌信号的微阵列技术可用于鉴定不同肿瘤始发细胞的相关微环境信号。在无血清培养条件下维持和扩增正常干细胞的成功方法包括激活Wnt、Hedgehog和(或)Notch通路以及抑制BMP通路。恰当的生长因子，而适宜的微环境，如层黏连蛋白铺底的培养皿或富含层黏连蛋白的基质可能是必须或有帮助的条件。代谢活性和氧张力是干细胞和肿瘤始发细胞培养中需要考虑的其它因素。

除了考虑合适的筛选终点，这些干细胞培养系统适应肿瘤始发细胞时需考虑这些细胞的独特起源及特性。调节细胞培养中自我更新的发育信号通路亦可提供靶点，因此外源性因素的平衡对某些筛选可能至关重要。与正常干细胞不同，肿瘤始发细胞一般带有可改变其对生长因子依赖性或反应性的突变。肿瘤始发细胞起源或特性为类祖细胞时，培养条件可能需要进一步改变。最后，肿瘤始发细胞的突变和通路特征可能因肿瘤亚型和分级而不同，因此细胞培养条件可能不得不需要随之优化。

体外分析及筛选方法

在多种情况下，包括球状培养条件下，肿瘤始发细胞体外培养会产生肿瘤始发细胞和分化细胞子代混合群。这既是挑战(分离实验干预对肿瘤始发细胞的效应)也是机会(可使用分化作为终点)。使用免疫荧光或荧光报告基因表达监测干细胞标志物可经得起高通量分析的检验，已成功用于胚胎干细胞自我更新的新型调节因子筛选。分化标志物也已用于筛选驱动或抑制干细胞分化的小分子或基因。在这些成功的基础上，不难想象出调制肿瘤始发细胞行为的成像平台和其它以标志物为基础的筛选平台。然而，如何从图像中获得有效可信的定量数据则是对数据搜集、处理和图像处理的挑战。另一个挑战是几乎无明确的能用于所有肿瘤始发细胞及其分化子代的标志物和报告基因。

最终，体内的肿瘤-宿主间相互作用和肿瘤-基质相互作用的复杂性可能通过三维器官培养混合细胞群而得以更好的重现，其可维持体内肿瘤-宿主相互作用，也可能富集肿瘤始发细胞。一种更为成功的体外筛选方案可能使用混合三维器官培养，使用多种标志物或内建的定量荧光或酶报告蛋白对其中的肿瘤始发细胞进行定量并追踪。三维培养筛选的一个挑战是高产模式下器官结构的一致性，然而可靠的胚胎干细胞拟胚体产生的集结法或可应用于此。三维培养模式下特定细胞群定量可联合使用高速成像系统及自动图像分析技术。

白血病起始化细胞和中枢神经系统肿瘤始发细胞的体外分析条件已经取得了进展，高通量体外分析搜索杀灭或分化这些细胞的化合物已经可行。此外，对造血系统和中枢神经系统干细胞和祖细胞的深入理解使得这些组织的正常干细胞和肿瘤始发细胞可以直接进行比对。其它肿瘤始发细胞的类似分析终将建立并优化。

理想的培养条件应支持肿瘤细胞体外增殖、无基因型改变并保留表型特征——最重要的是传代后体内致瘤性。然而，即使短期培养也可造成具有相同细胞表面标志物的造血干细胞体内增殖能力改变，提示对体外结果不应草率下结论。另一种替代方法是应用遗传工程达到稳定的癌细胞间质样状态，可捕获许多肿瘤始发细胞性质以进行体外高通量筛选，最近应用该法已获得针对肿瘤始发细胞的新线索。

体内肿瘤模型

要评估肿瘤始发细胞特异性靶向药物，必须高度关注植入成瘤细胞前后药物对肿瘤起始化活性的影响；对已生成肿瘤的效果可能不如初期肿瘤那么明显，治疗时间可能需要较长。替代终点包括对化疗后复发的疗效、对转移的效果以及治疗后残余瘤细胞重新用于体内种植模型的再种植能力。然而，肿瘤始发细胞在实体瘤中出现的频率远高于白血病肿瘤始发细胞，而最近的数学分析进一步提示肿瘤始发细胞在晚期肿瘤中不会只占一小部分。数学模型预测，如果祖细胞获得自我更新能力，那么自我更新始细胞将在肿瘤中占据多数地位。因此，肿瘤始发细胞靶向药物可能对某些传统的但含有大量肿瘤始发细胞的晚期肿瘤模型具有显著效果。

肿瘤始发细胞原位重植可能是评价该细胞功能的更有效方式，而肿瘤转移到特定器官的过程常可用原位模型再现。在许多上皮肿瘤中，其侵袭性边缘会发生明显EMT或去分化，并可能介导细胞失黏附及最终的转移。发生EMT的细胞可看作转移性肿瘤始发细胞的前体，因此EMT标志物可用作评价转移模型中肿瘤始发细胞靶向药物的生物标志物。尽管原位模型的地位日益提升，但某些肿瘤(如结肠癌)的原位植入甚为困难。在此情况下，已探索若干替代方法，包括皮下模型植入细胞用人工基质重悬(或混入基质细胞)的癌细胞以及肾包膜下移植。

体内药物的发现筛选需要一个可再生的、成本效益比较好的系统。涉及原发肿瘤异位种植的肿瘤始发细胞模型在中或高通量分析方面有所受限，这是由于肿瘤固有变异性以及需使用新鲜切除材料的操作实际造成的，但这类模型仍可作为一个选择，用于测试候选药物。另一个替代方法是产生富集肿瘤始发细胞的癌细胞系。一个高度恶性的乳腺癌细胞系(SK-3rd)在NOD-SCID小鼠体内连续传代培养成功，该小鼠使用表柔比星处理后发生对化疗耐药的肿瘤始发细胞对化疗抵抗。SK-3rd细胞系富集了具有乳腺癌肿瘤始发细胞所有公认特征的细胞；而且这些细胞可发生转移，具有连续移植能力。最近，直接分离自原发性恶性胶质瘤的胶质瘤起始化细胞系成功培养并在无血清贴壁培养条件下扩增。遗传工程方法亦可应用在癌细胞系以产生未分化及致瘤性特征。与常规癌细胞系相比，这些细胞系的临床相关性可能更高，尽管从中获得的任何结果均需在原发癌细胞中进行验证。

与细胞系和原发肿瘤细胞研究的限制性相比，经过体内传代的人源肿瘤模型为临床前模型提供了独特的研究肿瘤异质性和层级的系统。外科手术切除的肿瘤组织直接种植到免疫缺陷小鼠(原位或皮下)；种植物再传代至新鼠，因此保持绝对体内传代。原发人源肿瘤种植的细胞结构和异质性与患者原始肿瘤高度一致，其特征比传统细胞株种植更为复杂。因而，原发肿瘤种植联合恰当的实验分析工具便建立起一个易于管理的临床前人源模型，可有效评估先导化合物、研发药物联用及生物标志物策略。

体内生物标志物及影像研究

如果肿瘤始发细胞仅代表肿瘤内部一个细胞亚群，其存在依赖于微环境，那么便值得在治疗期内对其进行追踪，对相应环境组分进行可视化研究。对肿瘤层级的试验干预和肿瘤-宿主相互作用效应的初步理解可采用免疫组织化学法，使用抗肿瘤始发细胞、EMT、世系分化和不同基质细胞的标志物抗体。对含有大量肿瘤始发细胞的肿瘤模型，基因标记和芯片技术可提供肿瘤始发细胞的生物标志物。通过对结合不同荧光染色剂的黑素瘤细胞进行体内家系跟踪，对共同种植的ABCB5+黑素瘤起始化细胞和ABCB5-亚群进行检测，分析其对肿瘤生长、自我更新和分化的相对贡献，而治疗效果大体上也可按照类似方法进行研究。当前并无良法进行直接成像，尽管使用肿瘤始发细胞的特异性标记抗体可能提供一个切入点。评价肿瘤始发细胞介导的转移，可使用磁共振对磁能标记的肿瘤始发细胞进行成像，该法已用于正常干细胞的研究。同时，也值得开发替代报告基因或其它生物传感器，用来对自我更新信号和肿瘤始发细胞进行体内监测。报告基因靶向释放早已应用于正常造血干细胞，可使用动物活体成像仪进行定位和监测。更多具备肿瘤干细胞样特征的标志物和报告基因正有待开发。

具有前景的是，依照肿瘤干细胞假说对抗癌药物发现平台的改进将改善临床前试验和模型的临床相关性。这些模型不仅有助于理解当前化疗和肿瘤靶向药物如何影响不同水平的肿瘤层级，还会发现新的肿瘤始发细胞靶向药物。此外，使用这些模型的临床前研究可提供数据以支持独特的肿瘤始发细胞靶向药物的临床联合治疗及生物标志物方案。

临床对策及展望

与癌症预后不良相关异常分化的许多方面可用肿瘤干细胞假说进行解释。该假说得到晚期癌症临床试验的事实支持，即肿瘤消退常常无法转化为临床患者生存期的显著延长。微小残留病灶、转移、复发延迟及无瘤生存的疗效预期与以肿瘤始发细胞为目标、以机制为基础的药物活性相关。

如果肿瘤消退不是最相关的早期终点，则需针对接受抗癌治疗的患者进行肿瘤始发细胞的生物标志物研发。然而，将在肿瘤始发细胞中富集的标志物转化为临床生物标志物并非坦途。例如，通过免疫组织化学检测CD44+CD24-/low在乳腺癌患者中的表达与无病或整体生存并无相关性，提示并非所有的CD44+CD24-/low癌细胞均有致瘤性，细胞表面标志物可能不如起初所想的那样保守。然而，通过比对CD44+CD24-/low乳腺癌细胞与正常乳腺上皮细胞获得的基因标签与患者生存期降低相关，该标签可能反映肿瘤细胞的表观遗传状态。循环系统中肿瘤细胞虽然极其稀有，但可作为侵袭性活检的潜在替代肿瘤组织源，间接用于对实体肿瘤中的肿瘤始发细胞进行检测、鉴定及监控。一种基于微流体学的微芯片技术具有足够的敏感度，可在绝大部分复发癌患者中检测出循环系统肿瘤细胞。

现有标志物与肿瘤始发细胞的相关度研究也很重要，如用于诊断前列腺癌的前列腺特异性抗原(PSA)和诊断卵巢癌的黏蛋白16(MUC16；又名CA125)，如今已用于指导临床试验及治疗。PSA和MUC16在分化肿瘤细胞中均有表达；现仍不清楚它们是否仅限于在大块肿瘤细胞群表达还是也可见于肿瘤始发细胞群中。如果遗传学(如基因扩增)或表观遗传学(如启动子甲基化)改变或相关通路多发改变可用于预测肿瘤始发细胞对某些癌基因通路的依赖性，一些自我更新信号分子则可能直指癌症要害。单用这类通路的抑制剂即可能产生显著的抗癌效果。就此而言，使用这些遗传学或表观遗传学指标进行病人预筛检对药物研发至关重要。

在众多针对自我更新通路的药物中，靶向Hedgehog通路的小分子药物在早期临床研究中已展开，并且显示出较有前景的成果。在受试的所有4例患者中，使用SMO拮抗剂环巴胺使基底细胞癌得以迅速消退。此外，在一项Ⅰ期临床试验中，口服剂型SMO小分子拮抗剂GDC-0449在显示出有限毒性的同时，对晚期基底细胞癌肿瘤部分有效。如今，该药物已进入结肠癌转移和其它晚期上皮肿瘤的Ⅱ期临床试验。大部分基底细胞癌患者具有Hedgehog通路组分基因突变；尚不明了GDC-0449是否对其它不具有此类突变的肿瘤同样有效，是否必须联合其它药物才能显示临床疗效。这种联合用药方法的考量会随着Hedgehog信号通路在肿瘤基质细胞中日益揭示的作用而愈加复杂。GDC-0449和其它SMO拮抗剂将可为针对自我更新信号通路的临床对策提供试验机会。

临床研究中有若干肿瘤始发细胞表面标志物抗体。EPCAM在众多实体肿瘤中表达，近期研究显示其在乳腺、前列腺、结肠和胰腺癌的肿瘤始发细胞中高表达。EPCAM特异性单克隆抗体在临床试验中的疗效有限，提示在临床条件下，免疫耐受或单纯这些抗体激发的ADCC不足以有效杀灭EPCAM过表达的肿瘤细胞。为克服裸抗体应用的限制，catumaxomab被设计来连接人EPCAM(肿瘤靶标)和人CD3(T细胞靶标)，从而将癌细胞拉近可杀死它们的免疫细胞。此外，catumaxomab可诱导ADCC，正在进行恶性腹腔积液患者的晚期试验。作为不同机理，抗CD44单克隆抗体可分化肿瘤始发细胞，在某些临床前模型中具有单药疗效。在临床条件下，这些单克隆抗体是否具有单独疗效，是否需要结合细胞毒疗法，仍有待观察。

某些针对肿瘤始发细胞研发的药物筛选平台已开始运行鉴定新药线索。在短期和长期临床治疗终点，单纯肿瘤始发细胞靶向治疗是否有效可能取决于大块肿瘤细胞的寿命及其所引发的症状。对于大部分细胞寿命较短或肿瘤始发细胞数量多的肿瘤，持续细胞生长可能高度依赖肿瘤始发细胞的活性。即使肿瘤始发细胞被消灭，以增殖期类祖细胞为主的肿瘤也可能需要较长时间才能消退。对于某些肿瘤，即使实体肿瘤细胞有限但明显地持续增殖也足够导致不可逆的病理改变。杀灭所有具备致病潜能的癌细胞是必要的，尤其是几乎没有层级结构的肿瘤。遗传学和表观遗传学不稳定性也可能干扰肿瘤初始化细胞靶向药物的疗效。肿瘤初始化细胞靶向药物联合减少肿瘤体积的常规药物可能是重要手段，最佳联合方式可能依赖于药物治疗窗、多数细胞寿命及特定细胞类型的肿瘤层级稳定性和性质。

理解当前部分有效的化疗和肿瘤靶向药物如何影响不同水平的肿瘤分级需要开展更多的工作。如前所述，从临床前研究已经得到一些联合治疗方案。未来，包括针对肿瘤始发细胞的细胞毒和肿瘤靶向药物联合治疗将把目标同时或序贯投向肿瘤初始化细胞、快速增殖肿瘤细胞及其微环境(图1)。期待这种新治疗策略可快速消除肿瘤细胞亚群并避免肿瘤始发细胞或获得自我更新活性的原本分化细胞导致的肿瘤复发。尽管研发肿瘤始发细胞的靶向药物并非一帆风顺，但肿瘤干细胞假说提供了药物发现和癌症治疗的重要框架，可据此发现新的抗癌方法，对未分化的表型癌产生影响，并为众多癌症患者带来长期的获益。

[英文原文] Zhou BB, Zhang H, Damelin M, et al. Tumour-initiating cells： challenges and opportunities for anticancer drug discovery. Nat Rev Drug Discov, 2009, 8(10)：806-823.