肿瘤干细胞研究

摘要：肿瘤干细胞（CSC）是指在肿瘤组织中存在着少数具备无限的增殖潜能和多向分化潜能的肿瘤细胞。肿瘤干细胞对治疗肿瘤有重大意义，现从肿瘤干细胞的来源、分离、鉴定和了应用予以综述。

关键词：肿瘤干细胞 来源 分离 鉴定 应用

肿瘤干细胞（CSC）是指在肿瘤组织中存在着少数具备无限的增殖潜能和多向分化潜能的肿瘤细胞，驱动肿瘤的形成和生长。干细胞最重要的特征是自我更新，正常干细胞自我更新也即细胞分裂增殖和分化是受控制的，增殖和分化维持平衡，处于有序状态。而肿瘤干细胞的自我更新是失控的，无序的。[1]肿瘤干细胞与肿瘤的复发具有密切关系，研究者们认为它们大多处于休眠状态，因此传统癌症治疗不能有效杀灭肿瘤干细胞，治疗后肿瘤仍会复发、转移以至治疗失败。[2]因此，肿瘤干细胞的研究将为深入探讨肿瘤的发生和发展等提供了新的理论依据，对肿瘤治疗具有和重要作用。

一、肿瘤干细胞的来源

对于CSC的细胞来源迄今还没有明确的结论，目前认为可能的来源有两种：具有自我更新能力的正常干细胞发生突变使得它们控制自我更新能力的系统发生紊乱不能正常工作；祖细胞发生原癌基因突变去分化并重新获得自我更新能力。[3]

干细胞理论指出，正常干细胞对人体起着损伤修复等正常的生理机能，增值的过程中会发生异常的分化现象 正常细胞在各种致癌因素的诱导下会发生基因突变而分化受阻，从而诱发肿瘤发生 各种致癌因素作用于正常的干细胞同样也会导致多基因突变，癌基因激

活，或抑癌基因失活，干细胞失去正常的调控而停留在分化的某一阶段无限增殖，具癌细胞特性，突变形成肿瘤干细胞导致形成肿瘤 这些被诱导的细胞倾向于积累复制的正确，在多基因多步骤的基因变化进程中，肿瘤在多阶段，多次打击后产生被诱导细胞所处的分化状态可能也决定了肿瘤的恶性程度，细胞分化程度越低，产生的肿瘤恶性越高，反之细胞分化程度越高，则产生的肿瘤恶性越低，甚至只产生良性肿瘤。[4]

二、肿瘤干细胞的分离

肿瘤干细胞的分离一般是利用其表面标志物，采用流式细胞术或磁性激活细胞分选法进行分选；或是应用SP细胞分选法分选纯化肿瘤干细胞。[5][6]

1 依赖细胞表面标志的分离方法

要通过表面标志对CSC进行分离，必须确定CSC的特异性表面标志(或标志物组合)。考虑到CSC既属于肿瘤细胞也类似于正常干细胞的特性，对CSC分离标志选择的一般原则为：结合谱系标志——CSC一般不表达分化的谱系标志即Lin-(谱系标志：CD2、CD3、CD10、CD16、CD18、CD31、CD64、CD140b)；正常干细胞特异性标志——如分离BTSC的CD133和分离LSC的CD34等；[7]以及正常组织特异性标志——如分离乳腺癌的上皮特异性标志ESA等进行综合评价；除此之外，结合阳性标志和阴性标志可以更有效地分离肿瘤干细胞。目前，已经用这种方法分离鉴定出了多种肿瘤的CSC。

2 SP细胞分离方法

目前还有一种不需细胞表面标志而分离CSC的方法——根据干细胞外排DNA结合染料Hoechst33342的生物学特性而应用流式细胞仪进行分选。侧群细胞分选法是根据CSC

的SP(Side Population, SP)细胞特性进行分选。CSC具有SP细胞特性，能将荧光染料Hoechst 33342 排除体外而在流式细胞检测中表现为不着色。

目前对肿瘤干细胞标志物的研究多沿用干细胞的研究，干细胞的严格鉴定和分离也仅在极少的组织中完成，许多实体组织自身的干细胞表面标志物尚未确定，因此对CSC的表型分离鉴定还仅限于少数实体肿瘤。研究发现肿瘤细胞具有某些相同的表面分子标记：如表达CD133、CD44、CD34及CD38等等，其中CD133标记分子在目前CSC研究中应用较多。但这些表面标记分子很难区分正常组织干细胞和CSC。这方面的研究进展还只是起步阶段。因此，通过CSC的细胞特异表面标记物来鉴定分选的难题就在于表面标记物的确定。另外荧光激活细胞分选术分选的CSC不能分选出单个细胞而使分选出的CSC中可能混有其它癌细胞，磁性激活细胞分选术可能会影响到细胞的活性。[8][9]

三、肿瘤干细胞的鉴定

肿瘤干细胞的鉴定，需要通过实验来证明该群细胞具有自我更新及产生异质性细胞群体的潜能，即能自我克隆产生致瘤性肿瘤细胞，同时又能分化出不同表型的非致瘤性肿瘤细胞，而且最重要的功能特征是能导致肿瘤的形成。CSC的鉴定包括体外和体内试验两个方面，体外实验虽可一定程度上反映CSC的生物学功能，但最终需通过动物体内实验以确定其致瘤能力。动物实验的一般方法是将分离纯化的细胞异种移植到具有免疫缺陷的小鼠身上，观察能否形成肿瘤以及肿瘤体积大小和形成所需时间，从而判断致瘤能力的大小。

[11]目前针对肿瘤干细胞肿瘤干细胞检测的一个普遍的方法是异种异体移植实验，即具有免

疫缺陷的NOD/SCID 鼠成瘤性测试。利用分离技术获得表型不同的细胞群，将其植入NOD/SCID小鼠体内，若是CSC会有强致瘤性，仅需少量细胞即可致瘤，而且形成的移植瘤与原发肿瘤高度相似。另外包括体外实验，大都采用添加一些生长因子的无血清培养基培养，通过集落形成实验、细胞周期、基因和表型测定及体外诱导分化等，测定其生物

学特性。只有通过以上检测所证明的具有自我更新潜能的强致瘤性细胞，才能确定为肿瘤干细胞。[12]

四、在肿瘤治疗方面的应用

全世界每年约有700万人死于癌症，传统的肿瘤化疗药物往往不分青红皂白，杀伤肿瘤细胞的同时对正常细胞也有极大的危害性，同时极易产生药物耐受性，导致愈后不理想及复发率高。根据肿瘤干细胞学说理论，肿瘤中真正起作用的是一小部分肿瘤干细胞，有学者指出，正是因为肿瘤干细胞的存在，导致了肿瘤治疗的失败 因此分离出肿瘤干细胞，发展针对肿瘤干细胞的治疗方法，将为肿瘤的个体化治疗带来新的希望针对肿瘤干细胞的治疗主要可以分为两种模式: 一种是诱导分化，另一种是抑制或清除。[13]

干细胞与肿瘤干细胞往往有相似的信号转导通路，一些在正常干细胞中有重要作用的信号通路，如Wnt Hh和Notch等，也都参与了肿瘤的发生发展与转移过程，针对这些特异性信号转导通路的深入研究，并予以阻断将有助于杀伤肿瘤干细胞，细胞凋亡调控失调是肿瘤组织过度生长的重要原因，促进细胞凋亡则有助于彻底治愈肿瘤。钱钧强等用多西紫杉醇为抗癌药物，研究其对乳腺癌干细胞的杀伤作用，发现它可以促进干细胞凋亡，影响干细胞的增殖黏附以及转移能力，但是同时存在一定的耐药性。另外，根据肿瘤干细胞表面的特异性抗原研究肿瘤疫苗也是颇具前景的治疗方法，很早以前就有报道称CD44不同程度地表达于各种组织来源的TSC( tuberous sclerosis complex) 和正常干细胞，成为抗体治疗很有价值的靶点[14]

此外，研究发现，miRNA在众多肿瘤的CSC中发挥着重要的作用，而且miRNA能够通过抑制多个靶基因表达的同时调控肿瘤的多条信号通路，最终降低CSC的数目并逆转其恶性表型。因此，以miRNA为治疗靶点的治疗策略将成为CSC治疗的一个新的途径，

使治愈肿瘤逐渐成为可能。[15]

五、展望

随着对肿瘤从基因水平转录水平到肿瘤免疫学方面研究的进展，肿瘤的发病机制逐渐明朗化，肿瘤是一种干细胞疾病的理论不断被证实，并且发现肿瘤存在干细胞是导致肿瘤复发和转移的根源，而肿瘤干细胞很可能是解开这些问题的核心。相信随着研究的深入，不久的将来人们一定可以攻克癌症这个世纪顽疾。

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