腫瘤幹細胞[生物學名詞]

主要功能

腫瘤幹細胞對腫瘤的存活、增殖、轉移及復發有著重要作用。從本質上講，腫瘤幹細胞通過自我更新和無限增殖維持著腫瘤細胞群的生命力；腫瘤幹細胞的運動和遷徙能力又使腫瘤細胞的轉移成為可能；腫瘤幹細胞可以長時間處於休眠狀態並具有多種耐藥分子而對殺傷腫瘤細胞的外界理化因素不敏感，因此腫瘤往往在常規腫瘤治療方法消滅大部分普通腫瘤細胞後一段時間復發。

AACRl3 (American Association for Cancer Research)2006年給出的定義是：腫瘤中具有自我更新能力並能產生異質性腫瘤細胞的細胞。傳統觀念認為，腫瘤是由體細胞突變而成，每個腫瘤細胞都可以無限制地生長。但這無法解釋腫瘤細胞似乎具有無限的生命力以及並非所有腫瘤細胞都能無限制生長的現象。腫瘤細胞生長、轉移和復發的特點與幹細胞的基本特性十分相似，因此，有學者提出腫瘤幹細胞(tumor stem cell,TSC)的理論。這一理論為我們重新認識腫瘤的起源和本質，以及臨床腫瘤治療提供了新的方向和視覺角度。

實驗依據

從20世紀50年代Southam C．等進行的腫瘤細胞自體/異體移植實驗到後來眾多實驗都證實並非每個腫瘤細胞都有再生腫瘤的能力，只有一小部分腫瘤細胞在體外克隆形成實驗中可以形成克隆，在異種移植模型中，只有移植人大量的腫瘤細胞才能形成移植瘤，究竟何種細胞行使腫瘤起源細胞(tumor—initiating cell，T—IC)的功能?目前有兩種理論解釋，一是隨機化理論，它認為腫瘤細胞具有同質性，即每一個腫瘤細胞都具有新生腫瘤的潛力，但是能進入細胞分化周期的腫瘤細胞很少，是一個小機率隨機事件。而分層理論認為，腫瘤細胞具有功能異質性，只有有限數目的腫瘤細胞具有產生腫瘤的能力，但這些腫瘤細胞再生腫瘤是高頻事件。雖然兩種理論都認為只有很少數量的腫瘤細胞能再生腫瘤，但是機制是完全不同的。目前的實驗結果傾向於第二種解釋，即腫瘤組織中存在數量稀少的癌細胞，在腫瘤形成過程中充當幹細胞的角色，具有自我更新、增殖和分化的潛能，雖然數量少，卻在腫瘤的發生、發展、復發和轉移中起著重要作用，由於其眾多性質與幹細胞相似，所以這些細胞被稱為腫瘤幹細胞，腫瘤幹細胞能不對稱產成兩種異質的細胞，一種是與之性質相同的腫瘤幹細胞，另一種是組成腫瘤大部分的非致瘤癌細胞。AACRl3 (American As．sociation for Cancer Research)2006年給出的定義是：腫瘤中具有自我更新能力並能產生異質性腫瘤細胞的細胞。

腫瘤幹細胞（tumor stem cells, TSCs）腫瘤細胞自體同源移植實驗表明，移植瘤細胞數大於106個以上，才能形成腫瘤。體外培養骨髓瘤、人肺癌、卵巢癌及神經母細胞瘤細胞也發現，僅極少細胞能形成集落。這些數量極其稀少，卻在腫瘤發生中起主要作用的腫瘤細胞亞群，被稱為TSC。

急性髓性白血病的研究表明，不同的白血病細胞亞群移植到嚴重聯合免疫缺陷病的裸鼠，其腫瘤細胞成瘤能力差異巨大。占總數0.2%～1%的白血病細胞有穩定持續的形成腫瘤克隆的能力，具備幹細胞特性，被稱作白血病幹細胞。

少數睪丸癌細胞含有與不成熟胚胎細胞同樣的表面標誌，提示實體瘤中TSC可能存在。首先證實實體瘤中TSC存在的是在2003年，Clarke的研究小組從乳腺癌中分離出了乳腺癌幹細胞。隨即，星形細胞瘤、成神經管細胞瘤與膠質母細胞瘤等腦腫瘤幹細胞先後分離成功。

早在20世紀60~70年代，許多學者就已找到實體瘤幹細胞存在的實驗依據：實體瘤細胞存在異質性，只有小部分細胞有克隆形成能力。Hamburger等發現，只有0.02%~0.1%的肺癌、卵巢癌與神經母細胞瘤細胞有能力在體外軟瓊脂培養基上形成克隆（細胞克隆培養），這與白血病幹細胞有很大的相似性，表明其是一種腫瘤幹細胞。但是由於當時實驗技術等的限制，尚未對其進行分離純化。

TSC特性

極強的致瘤能力

TSC數目極其稀少，成瘤能力較普通腫瘤細胞大數百倍以上，是腫瘤發生、發展與維持的基礎。

自我更新並多向分化

腫瘤中部分細胞多向分化的現象在臨床觀察中很早就有發現：前列腺瘤經雄激素治療後可以變成小細胞癌、鱗癌或者是癌肉瘤;生殖細胞腫瘤也可以轉變為非生殖細胞腫瘤的類型，包括肉瘤、癌、神經外胚層腫瘤以及造血組織惡性腫瘤 ；大部分混合瘤中雖然腫瘤細胞有各種不同的組織形態，但卻具有遺傳同源性，說明它們來源於一個共同的祖細胞；單個大鼠結腸腺瘤細胞注射到小鼠,可生成結腸所有類型細胞,如黏膜細胞、柱狀細胞、內分泌細胞和未分化的腫瘤細胞。多發性骨髓瘤中得到的TSC屬於B淋巴細胞亞群，能自我更新並分化為漿細胞和腫瘤細胞。乳腺癌細胞與腦腫瘤TSC移植到裸鼠，可以生成原來腫瘤的所有細胞類型，說明TSC具備自我更新與多向分化能力。

TSC與成體幹細胞關係

腫瘤細胞突變最早發生於幹細胞：幹細胞與TSC具有無限增殖相似的生物學特性,只需突變獲得過度增殖能力, 就可以轉化成為腫瘤；幹細胞比分化細胞周期性更新快,壽命長，突變更容易累積。幹細胞是突變的靶。

表面標記表明TSC來源於成體幹細胞：由於造血幹細胞研究進展，白血病幹細胞的分離和表面標記測定較早開始。目前研究發現，所有幾乎白血病幹細胞與造血幹細胞一致,均為CD34+ ，如所有的急性單核細胞性白血病（除急性早幼粒細胞性白血病） 幹細胞都為[CD34+, CD38?]。白血病細胞為[CD34+CD38-Thy-1-]。急性髓性白血病細胞頻繁發生染色體易位(8;21),形成AML1-ETO嵌合轉錄物。患者緩解後骨髓中有一部分幹細胞仍能合成AML1-ETO融合蛋白,但這部分幹細胞及其子代不能誘發白血病,在體外能分化為正常的紅細胞系,細胞表面標記也與正常造血幹細胞幾乎完全一致，為[CD34+CD38-Thy-1+]。說明易位最早發生於正常造血幹細胞，突變在造血幹細胞的亞群或子代中發生，導致白血病的發生。根據白血病幹細胞的標記與正常造血幹細胞的不同，突變大約發生於Thy-1的祖細胞或丟失Thy-1的造血幹細胞。

其他成體幹細胞分離與表面標記研究不夠深入，目前難以比較TSC與成體幹細胞的表面標記。動物實驗發現，乳腺癌幹細胞標記CD44+在幼稚細胞、祖細胞或幹細胞中都是經常見到的[7];而64位乳腺癌患者的觀察證實，大部分患者的腫瘤細胞表型與幹細胞表型相同[CK8+,14+,18+;Vi? mentin+，EGFR+] ;對未成年患者腦腫瘤研究表明，TSC標記CD133、musashi-1、 Sox2、melk、 PSP、 Bmi-1和nestin，與神經幹細胞完全一致。

TSC與Bmi1

基因參與正常造血過程，其功能障礙與AML有關。Bmi?1基因敲除的小鼠幹細胞移植入免疫力摧毀的小鼠，幹細胞可以短期產生血細胞 ，8周后，移植細胞基本消失。說明Bmi?1基因對正常血液幹細胞的自我更新是必要的[18,19]。

Bmi1

Bim1基因對白血病細胞的產生也是必要的。Meis1a和Hoxa9癌基因導入小鼠骨髓細胞可以產生AML模型。把Meis1a和Hoxa9癌基因導入正常小鼠與BMI-1基因失活小鼠，都可以產生白血病細胞。但是Bmi-1基因失活小鼠的白血病細胞移植入免疫缺陷小鼠後不能再產生白血病細胞。所以，Bmi-1基因對白血病幹細胞的自我更新和維持都是必要的。

幹細胞與TSC有相似的生長調控機制

Wnt、SHH(sonichedgehog)、Notch途徑，也往往調控幹細胞的生長分化，提示機體一生中細胞的生長分化由相似的生長調控機制調節,其異常可引起細胞過度增殖,導致腫瘤。

TSC與幹細胞有相同的起源：我們知道，側腦室室管膜下層與海馬齒狀回是神經幹細胞的起源地。通過神經祖細胞與其他祖細胞癌基因神經纖維瘤病1與p53抑癌基因突變，可以製造小鼠腦腫瘤模型。這些模型小鼠產生不同的腦腫瘤。影象學研究表明，這些腦腫瘤雖然可以在廣泛的腦內區域產生，但這些腫瘤都起源於側腦室與海馬。

TSC效應

腫瘤基礎與臨床

TSC理論可以解釋臨床上腫瘤對放射治療與化療藥物治療不敏感的原因。正常幹細胞擁有排出化療藥物的分子泵，對化療藥物敏感性低。TSC與正常幹細胞一樣，比較分化細胞有更好抵禦化療與放射治療的能力。

TSC理論認為，腫瘤一開始就有轉移能力，只要TSC到達一個新的區域，轉移將不可避免。

TSC理論對腫瘤診斷與預後判斷的影響

慢性粒細胞白血病中腫瘤細胞的CD38陽性率大於20%的患者，其病情往往處於進展期;而CD38陰性的患者預後較好 。

惡性程度高的成神經管細胞瘤與膠質母細胞瘤比較惡性程度較低的星形細胞瘤含TSC的比例要高一些。Clarke指出，極度惡性的乳腺癌，其TSC的比例可達到腫瘤細胞總數的25%。

前列腺早期幹細胞突變形成的腫瘤會表達一些神經內分泌標誌，象嗜鉻粒蛋白A(CgA)，但不表達特異性前列腺抗原(PSA) ;源於分化晚期的前列腺幹細胞產生的腫瘤細胞表達PSA，而不是CgA。以此類推，源於分化中期幹細胞的前列腺癌會同時表達CgA和PSA。

針對TSC進行靶向腫瘤治療

傳統的化療藥物主要是通過篩選能殺滅分裂中腫瘤細胞的化合物。TSC理論認為，只要存在TSC，腫瘤就不可能治癒。所以，腫瘤治療的焦點是殺傷TSC。但是TSC通常處於靜止狀態，只是在增殖時才開始快速分裂產生子細胞，所以，按照傳統方法篩選出來的腫瘤治療藥物與殺滅TSC的要求差異巨大。針對TSC治療腫瘤已經取得一定的進展：在80%前列腺癌中表達的特有標記前列腺幹細胞抗原，是前列腺癌治療很好的靶點。靜脈注射前列腺幹細胞抗原單克隆抗體治療前列腺癌，可以延長荷瘤小鼠的存活時間，並基本抑制前列腺癌肺轉移；針對腫瘤幹細胞的重要位點Bmi1進行腫瘤免疫治療的研究也正進行中。

移植技術

使用分子晶片技術，可分析TSC與他們相應成體幹細胞基因表達特徵的不同。利用這種差異，可能會出現既直接針對TSC，又能保護成體幹細胞的治療手段； 自體造血幹細胞移植中，通過TSC的特徵標記，可以去除污染的TSC。

結語

目前，在血液腫瘤、乳腺癌、腦腫瘤及前列腺癌中，TSC研究取得了一定的進展。但是，各種TSC的鑑定與分離、TSC特徵以及TSC與成體幹細胞的確切關係，迫切需要通過一些嚴謹而富有想像力的實驗進行探索。TSC理論是腫瘤基礎與臨床理論上的突破，必將對腫瘤發生、發展的了解，以及腫瘤的臨床診斷、治療都帶來深遠的影響。

幹細胞轉移

腫瘤幹細胞（cancer stem cell，CSC）的某些基本生物學性能，如CSC啟動和維持癌繁殖的能力，符合最終形成轉移所必需的條件，已有實驗證明癌幹細胞具有轉移能力。癌幹細胞呈異質性，其中含有具轉移能力的亞群。癌巢侵襲性邊緣的單個癌細胞可發生上皮－間質轉化（epithelial-mesenchymaltransition，EMT），從而變成CSC狀態。對播散性瘤細胞的分析證明其中所含表達CSC的癌細胞比原發灶多。微環境對轉移CSC具有重要作用。休眠瘤細胞與CSC有顯著的相似性。微環境改變與瘤細胞休眠的起止過程密切相關。

癌轉移的研究結果顯示：

（1）癌轉移可能源於癌幹細胞；

（2）腫瘤的組成具有異質性，CSC也含有不同的亞群，包括轉移性CSC；

（3）CSC具有可塑性與動態性；

（4）腫瘤轉移的形成與微環境變化關係密切。

以上幾點提示在診治腫瘤轉移時應考慮的基本對策：

（1）主攻方向是播散性CSC，若果真存在休眠性CSC，如何識別並消滅之，是應予攻克的課題；

（2）在治療過程中，不可忽略關於腫瘤異質性，非CSC群，特別是針對治療抵抗性亞群和轉移瘤細胞微環境的綜合治療；

（3）針對CSC的動態性，應動態性地對腫瘤患者進行個性化診斷與治療。

人體幹細胞

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