肿瘤干细胞的研究进展

中图分类号：R73-3 文献标示码：B 文章编号：1005-0019（2008）4-0172-02

肿瘤研究的难点和基本问题之一是那些肿瘤细胞能够无限地生长。传统的观点认为肿瘤的生长是所有肿瘤细胞一起增殖的结果，通过对造血系肿瘤的研究发现，肿瘤细胞的生长繁殖和干细胞之间有许多相似之处，因此提出了肿瘤干细胞学说[1]。认为肿瘤的生长是肿瘤组织中极少量的肿瘤干细胞无限增殖的结果，而其周围的肿瘤细胞的增殖能力是十分有限的。近年来的研究表明，在白血病以及部分实体瘤中(如乳腺癌、脑瘤等)，只有一小部分肿瘤细胞具有无限增殖能力，并可形成新的肿瘤灶，这种细胞称之为肿瘤干细胞(tumorstemcell，TSC)。这些研究对肿瘤研究领域和肿瘤的治疗产生深远的影响，为临床肿瘤治疗提供了新的方向和视觉角度。本文就TSC的生物学特性、分离纯化鉴定技术及其临床意义作一综述。

1 肿瘤干细胞理论的提出

早在19世纪中期就有人在显微镜下发现肿瘤细胞与干细胞十分相似，但由于当时技术水平的限制，研究没有进一步的深入。但随后又有学者发现，在多发骨髓瘤和白血病患者中，仅有很少量的肿瘤细胞集落能够在体外克隆增殖，在异种移植实验中，将白血病细胞接种NOD/SCID小鼠[2]，仅有1%到4%的细胞能够在脾内形成集落，表明并不是所有的肿瘤细胞都能无限的增殖，只有小部分肿瘤细胞具有致瘤源性。早期对很多其他实体瘤，如对卵巢癌、肺癌、神经母细胞瘤的研究中，Hamburger等人[3]也发现仅有1/1000或1/5000的肿瘤细胞能在琼脂中形成克隆。

肿瘤的生成是一个长期的过程，一个正常细胞转变为肿瘤细胞至少要发生4-7次的突变，这需要几年甚或几十年的时间，在一些细胞更新快的组织如皮肤表皮、肠道黏膜和血液等，衰老细胞迅速死亡脱离机体，而这些组织恰是肿瘤的好发部位。在肿瘤组织中，一些具有很强肿瘤形成能力的细胞叫肿瘤驱动细胞[4，5]，由于肿瘤驱动细胞多具有与干细胞相似的自我更新能力和一定的分化潜能，并具有一些与正常干细胞相同的细胞标记蛋白，因此肿瘤驱动细胞又被称为肿瘤干细胞。随着研究的深入，人们发现干细胞和肿瘤干细胞有许多共同的特性，都具有自我更新能力和不定分化潜能，而且还有类似的细胞表面标志，提示肿瘤干细胞起始于正常干细胞，这些细胞通过积累、突变获得不确定的增殖能力而转化成为肿瘤干细胞或成为肿瘤起始细胞。鉴于肿瘤干细胞的以上生物学特性，有学者将肿瘤干细胞定义为：能分化出不同表型的，并能自我克隆产生子代致瘤性细胞的肿瘤细胞。

2 肿瘤干细胞的分离与鉴定

肿瘤干细胞的分离纯化技术较为复杂，在无菌条件下提取出肿瘤病人的肿瘤细胞，用蛋白酶等消化，充分吹打成悬浮液，随后用流式细胞仪(FACS)根据不同的细胞表面标志(包括细胞表面分子阳性和阴性细胞)进行筛选[6]，把分离出的细胞以不同浓度分别接种于NDO/SCID小鼠上，比较各组成瘤能力，筛选出优势细胞表面标志。通过9-12周的肿瘤接种生长期，可观察到某部分小鼠罹患了肿瘤，而有些则完全没有，把这部分种植阳性肿瘤小鼠的表面物质进行筛选，成为优势表面标志，其次针对几种优势细胞表面进行组合(例如A+B2C+)，筛选出各组合的细胞群，并按不同浓度组再次接种NDO/SCID小鼠，比较各细胞群成瘤能力，采用逐级联合筛选策略，最终确定目的细胞。

肿瘤干细胞的鉴定方法尚未成熟，目前尚难从形态学鉴定干细胞，只能从功能学角度来分析肿瘤干细胞。在乳腺癌肿瘤干细胞提纯实验中，Al-Hajj等[5]发现ESA+、LIN-、CD44+、CD24-/LOW细胞不仅有很强的成瘤能力，而且可以在小鼠体内连续传代，表明其自我更新复制能力。体外克隆形成能力亦可作为肿瘤干细胞鉴定方法，胶质瘤肿瘤干细胞体外培养显示其具有极强的肿瘤形成和自我复制能力。此外，还可以通过肿瘤干细胞和正常干细胞某些表面标志具有相似性的特点进行肿瘤干细胞鉴定，如AML的干细胞与造血干细胞都有CD34+、CD38-，两者差异仅在于Thy1-和Thy1+。

与造血系统肿瘤相比，实体瘤干细胞难以分离和鉴定。主要的原因：①在肿瘤组织制成单细胞悬液的过程中，蛋白水解酶对细胞表面抗原的破坏，会影响干细胞的鉴定；②许多实体组织自身的干细胞表面标志物尚未确定。

3 肿瘤干细胞与肿瘤

3.1 人类白血病干细胞的研究

肿瘤干细胞的研究是自1997年Bonnet等[7]发现人类白血病干细胞开始的。他开创性地发现人类急性髓系白血病中白血病干细胞的存在，他对不同表型的白血病细胞进行原代克隆培养，发现只有表型为CD34+，CD38-，Thy-的白血病细胞才能在体外形成克隆，而其他的则克隆能力很弱。尽管CD34+，CD38-，Thy-这类细胞所占比例很少，大约为0.2%，但把它们移植到糖尿病重症联合免疫缺陷小鼠（NOD/SCID小鼠）之后能形成类似于人类急性髓系白血病的肿瘤细胞。

3.2 乳腺癌干细胞的研究

最近对乳腺癌的研究进一步证实，实体瘤也有干细胞存在。Al-hajj[8]首次成功的从人类乳腺癌中分离出肿瘤干细胞，极大的推动了对实体瘤干细胞的研究。他通过特异性的细胞表面标志（上皮细胞特异性抗原ESA、乳腺/卵巢癌特异性标记B38.1、黏附分子CD44等）分离纯化出乳腺癌初始细胞。乳腺癌初始细胞的特征细胞表型为Lin-，ESA+，B38.1+，CD44+，CD24-/low，此类细胞虽然所占比例很少，但只要约200左右个细胞即可在小鼠乳腺中形成肿瘤，而其他表型的肿瘤细胞则无致瘤能力。

3.3 人类神经干细胞瘤的研究

Singh等[9]宣布已经从人类不同类型的神经系统肿瘤中分离、纯化和鉴定出神经系统肿瘤干细胞，这些细胞具有显著的增殖、分化和自我更新能力。神经系统肿瘤干细胞中自我更新能力最强的干细胞是临床恶性度较高的成神经管细胞瘤，可以用表达神经干细胞表面标记物的CD133片段来分离，CD133+细胞在体外可增殖分化成肿瘤，并且再生肿瘤具有与原肿瘤类似的表型。

3.4 人类肺癌干细胞的研究

Kim等[10]在2005年报道支气管肺泡干细胞很可能就是肺癌的源头。研究者以一种非小细胞肺癌小鼠模型开始实验，首次从小鼠肿瘤的最初阶段分离到这种干细胞，将其命名为支气管肺泡干细胞。他们用流式细胞仪筛选发现，这类干细胞表达干细胞抗原Sca-1和CD34，但不表达血小板内皮细胞黏附分子PECAM和CD45。这个发现，进一步支持了肿瘤干细胞学说。

3.5 前列腺癌干细胞的研究

在对前列腺及前列腺癌的研究发现，起源于不同时期干细胞的前列腺癌有着不同的临床和生物学特征[11]。例如，早期的前列腺干细胞表达神经内分泌标记CgA，因而起源于早期干细胞的前列腺癌可转移到多个部位，并且表现更多的表型，异质性高；后期的前列腺干细胞表达PSA，起源于后期干细胞的前列腺癌转移到骨骼，并且表型较局限，同质性高（只有腺癌）。同理，起源于中期干细胞的前列腺癌既表达CgA，又表达PSA。肿瘤起源的干细胞越成熟，则肿瘤细胞的成分越单一。

4 展望

目前，治疗肿瘤的手段很多，但主要是针对肿瘤细胞而非肿瘤干细胞。通过对血液系统和实体瘤的研究，肿瘤干细胞概念日益引起人们的重视。这一概念的提出，为肿瘤的治疗提供了靶向性或选择性杀伤肿瘤干细胞从而根治肿瘤及防止肿瘤复发这一新途径。如果不能有效的杀死肿瘤干细胞，即使肿瘤组织消退了，剩余的肿瘤干细胞仍然可以不断复制而导致肿瘤复发，导致治疗失败。假如未来抗肿瘤的治疗明确针对肿瘤干细胞，也许会获得更多可喜的成果。

目前，对肿瘤干细胞的研究处于起始阶段，尽管在很多肿瘤中肿瘤干细胞已经得到确定，但尚有很多肿瘤疾病的肿瘤干细胞未得到确定，是否所有肿瘤都有肿瘤干细胞？其发生机制如何，这些都需要深入研究。无论如何，对肿瘤干细胞的研究已经成为当前肿瘤研究的热点。它在理论上丰富了肿瘤为主的理论，在临床实践中它提示人们一味杀伤肿瘤细胞(虽然它们也不断地增殖)并不能治肿瘤，原因是肿瘤干细胞往往处于休眠状态，或者说停滞于细胞周期的G0/ G1期。肿瘤干细胞的这种行为使得它们能逃逸当前的标准治疗方法，一旦“时机”成熟，或者一旦撤去抑制性药物，它们便会迅速增殖，成为复发的“源泉”。为此，今后的研究方向应是寻找对肿瘤干细胞有特异性杀伤作用的分子或者在“唤醒”休眠干细胞的同时也予以标准的化疗或放疗，这样方便“根治”。

相信，随着对肿瘤干细胞研究的不断深入，在肿瘤细胞的信号传导、细胞之间分子的比较、肿瘤发生的途径、基因表达等方面的研究的重心都将转移到对肿瘤干细胞研究上来，对肿瘤的治疗会产生深远的影响。

参考文献

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