干細胞與胂瘤的關系

自從干細胞研究者提出使用干細胞治療疾病以來，人們一直擔憂，體外輸入的干細胞是否會導致惡性腫瘤的發生?是否會促進腫瘤生長?也有人提出是否可以采用干細胞療法治療惡性腫瘤?實際上，干細胞與腫瘤關系的研究一直是干細胞研究領域的重要課題之一，隨著干細胞技術的發展和干細胞治療安全性的深入研究，干細胞與腫瘤的關系已逐漸清楚(圖2-2)，相關問題已基本達成以下共識：①惡性腫瘤是由于基因突變導致腫瘤細胞異常增殖引起，體外輸入成體干細胞一般不會直接引起腫瘤發生，因為在給正常大、小鼠和靈長類動物大劑量反復輸入臍帶或骨髓間充質干細胞后，進行長期觀察并未見腫瘤發生，給免疫缺陷鼠皮下接種間充質干細胞也不會長出惡性腫瘤。②干細胞用于惡性腫瘤患者的治療有一定風險性，因為干細胞在體內具有多方面的生物效應，有抑制腫瘤生長方面的作用，也有促進腫瘤生長的機制。有一些實驗研究認為，體外輸入間充質類干細胞有利于提高患者的生存質量，可有效抑制腫瘤生長和轉移。也有相當多的一些研究報道認為，體外輸入的干細胞可促進腫瘤生長，因此在臨床上一般不給腫瘤患者實施干細胞治療，對于腫瘤患者治愈后5年未見復發后可進行干細胞治療。③惡性腫瘤起源于個別基因突變的干細胞，即腫瘤干細胞，這一理論已在同行學者中得到了認可。主要觀點是腫瘤的發生初是由于體內外的致瘤因素導致一個干細胞出現基因突變，這個種子細胞“星星之火，可以燎原”，通過異常分裂增殖進而行成腫瘤組織；由于腫瘤干細胞對目前臨床上的放療、化療不敏感，現在的惡性腫瘤治療方法只能殺死腫瘤細胞的子代細胞，而不能凊除腫瘤干細胞，這是惡性腫瘤容易復發的原因。

圖2-2  腫瘤千細胞與腫瘤的關系

隨著社會的高速發展、物質和文化生活水平的快速提高，人們面臨著快速的生活節奏緊張的工作方式、激烈的社會競爭等，一些人的生活方式遠遠不能適應新的社會發展環境，心理壓力日趨增大，加之飲食、環境污染的日趨嚴重，多方面的綜合作用致使肺癌、肝癌、消化道腫瘤、甲狀腺癌等惡性腫瘤患者越來越多，發病率呈現明顯上升的趨勢，惡性腫瘤已經成為嚴重危害人類身體健康的重要因素。與此同時，心腦血管疾病的發病率也在急劇上升惡性腫瘤與常見病、高發病并發的人群越來越多。腫瘤是機體在各種致瘤因素作用下，局部組織細胞在基因水平失去了對其生長增殖的正常調控，導致其異常增生而形成的嵌合物，通常以局部腫塊的形式出現，故名腫瘤。腫瘤細胞的細胞形態和代謝功能都處于異常狀態，即便后來致瘤因素不復存在，腫瘤細胞仍然惡性增殖生長，直接導致機體局部器官乃至全身處于病理狀態。腫瘤有良性腫瘤和惡性腫瘤之分，良性腫瘤對機體影響相對小，而惡性腫瘤不僅可以引起良性腫瘤的癥狀之外，還可導致患者劇烈疼痛、發熱、感染甚至器官功能衰竭等嚴重后果，對人類健康影響極大，因此，以下所說的腫瘤就是指惡性腫瘤。

自從人類認識腫瘤這類疾病以來，人類從未停止對腫瘤的研究和探索。現在人們知道，接觸致癌物質、受到電離輻射照射等外界環境因素的影響可以誘發形成腫瘤，腫瘤細胞可以逃避機體免疫系統的監視而異常增殖生長，比如肺癌、肝癌等實體瘤，如果這些原發腫瘤能夠在早期被及時發現并被徹底清除，患者通常會得到較好的治療。然而，在臨床實踐中，醫師發現絕大多數實體瘤一旦形成原發性腫瘤之后，大部分患者在就診時就已經發生轉移，在原發部位以外的組織和器官形成新的腫瘤，直接增加了腫瘤治療的困難甚至讓臨床醫師束手無策。此外，醫師還發現，即便少數腫瘤患者在腫瘤發現的早期就手術切除腫瘤組織并進行了放化療，仍然有很多患者在幾年后又復發腫瘤，而且，對原來使用的治療藥物逐漸產生耐藥性，降低了治療效果。隨著科學技術日新月異的進步和發展，腫瘤的診斷治療方面都取得了很大進展，比如， PET-CT等先進的影像學檢查設備和技術手段不斷涌現，讓原來發現不了的腫瘤能夠在相對更早的階段及時發現，為臨床醫師爭取到了更多寶貴的治療時間。治療方法也發展了手術治療、放射治療、化學藥物治療、免疫治療等多種治療方法，為臨床醫師提供了更多的方法選擇，也在一定程度上提高了治療效果。然而，腫瘤治療的效果與人們的期望還有很大的差距。腫瘤早期診斷難、治療效果不理想依然是人類必須面對的醫學難題。更糟糕的是，時至今日，腫瘤究竟是如何發生、如何發展、如何轉移、治療后又如何復發、為何會耐藥，這些原因及機制都尚不十分明了。因此，進一步深入研究探討腫瘤的發生發展機制、尋找更有效的治療靶點仍是未來腫瘤研究的重點。在不斷深入研究的基礎上，對腫瘤的發生、發展這些核心問題，科學家提出了多種學說，其中腫瘤干細胞學說是近年來提出的一種全新的假說，核心的觀點就是腫瘤細胞起源于正常干細胞的遺傳突變積累。

腫瘤干細胞( cancer stem cel)是指存在于腫瘤組織中極少數(為1%~2%)處于相對靜止狀態、本身具有極強的自我更新增殖和多向分化潛力的細胞。腫瘤干細胞早于1994年由 Lapidot等研究小組首次從人急性粒細胞白血病的血液中分離獲得，并發現表達表面標志CD34CD38的這些腫瘤干細胞具有不斷自我更新并維持細胞惡性性狀的性質，隨后在肝癌、胰腺癌、前列腺癌、黑色素瘤、神經膠質瘤等多種實體腫瘤研究中也有類似的報道。

人們在臨床實踐和腫瘤研究中發現，腫瘤組織具有異質性，即大量具有增殖能力但不能形成新的腫瘤克隆的腫瘤細胞及部分間質細胞之外，還有極少數具有無限分裂增殖能力、并能形成新的腫瘤克隆及耐藥性的腫瘤干細胞，這些處于休眠狀態的腫瘤干細胞，雖然數量稀少，但是能夠憑借其高表達的抗凋亡蛋白(如BCL2)藥物外排轉運蛋白(如ABC轉運蛋白)、DNA修復相關的酶以及特殊微環境的保護等特性，逃脫藥物的殺傷作用，是腫瘤轉移、腫瘤復發和放化療失敗的罪魁禍首。傳統的腫瘤治療方法都是針對腫瘤整體，即首選手術切除腫塊，然后以放療或化療藥物殺滅殘余腫瘤細胞或抑制不能手術切除的腫瘤細胞生長。越來越多的研究認為，大多數腫瘤細胞并無致瘤性，腫瘤生長、轉移、復發甚至耐藥都是依賴于其中的腫瘤干細胞。也就是說，腫瘤治療的關鍵所在其實是抑制或殺滅腫瘤干細胞。那么，腫瘤干細胞是如何產生的呢?

從腫瘤干細胞的概念和后續研究報道可知，腫瘤干細胞與正常的成體干細胞之間存在許多共同特性。比如，兩者均具有自我更新和增殖能力，都有分化潛能，并且具有相似的生長調節信號通路，如Wnt、 Notch、 Hedgehog等信號途徑可調節正常干細胞的生長，同時也在腫瘤發展過程中發揮著作用。腫瘤干細胞學說認為腫瘤干細胞來源于正常干細胞，是正常干細胞遺傳突變積累的結果腫瘤其實是一種干細胞疾病。現在，越來越多的研究報道認為正常干細胞和腫瘤干細胞在很多方面存在本質上的區別，正常干細胞由于多種機制出現異常惡變為腫瘤干細胞。這些機制主要包括：①信號轉導通路的異常：Wnt信號通路的異常激活可誘發c-Mye和 CyclinD1等多個轉錄因子的表達增加，其結果是正常干細胞異常增殖，肝癌、淋巴母細胞瘤、結直腸癌、髓母細胞瘤的發生都與此有關。 Notch信號通路的過度活化可使正常細胞惡變，異常激活還可使正常上皮中的干細胞喪失上皮特性并向腫瘤細胞方向轉變，誘發乳癌、惡性淋巴瘤、白血病的產生。 Notch信號通路還在腫瘤細胞耐藥性的產生方面發揮重要作用。 Hedgehog信號通路過度活化，可促使正常干細胞進入異常的增殖周期，促進腫瘤干細胞的產生，誘發人基底細胞癌、肺及中樞神經腫瘤、消化道腫瘤的發生發展。正常干細胞干性維持的某些信號通路發生異常也會導致正常干細胞發生癌變。②干細胞微環境的異常：干細胞周邊的細胞、黏附分子、信號分子和細胞外基質共同組成了干細胞的微環境。干細胞必須在相應的微環境中才能維持干細胞的穩定和進行自我更新，干細胞微環境可通過控制干細胞增殖而抑制腫瘤的發生，干細胞微環境的改變是導致正常干細胞異常分化形成腫瘤的重要因素之一。不同干細胞有不同的微環境。比如低氧誘導因子( hypoxiainducible factors，HF)就是近年來研究發現的干細胞微環境中調控干細胞異常分化和腫瘤細胞表型形成的一種重要因子，可以通過 Notch信號通路誘導胚胎干細胞標志物的表達而使細胞具有抗凋亡和促轉移、促血管新生等特征，進而促進腫瘤的發生和發展。此外，慢性炎癥微環境中間質細胞和免疫細胞分泌的多種炎性反應因子也可通過激活與細胞增殖相關的多條信號通路導致正常干細胞異化成腫瘤干細胞。③ microRNA(簡稱 mirnA)的異常：研究發現，許多 mirNA參與了正常干細胞特性的維持、異常轉化及腫瘤干細胞的增殖和分化。在某些情況下，正常干細胞與腫瘤干細胞的 mirna表達譜存在一定程度的重疊。然而， mirNA的表達量卻有明顯差別，導致結果差異很大。比如 mirNA-302可通過Oet4Sox2- mirNA-302- cyclin DI調控網絡，在維持細胞增殖和干細胞干性方面發揮重要作用。都是mRNA-302，在成體組織中則檢測不到表達，在正常干細胞中表達較高，且隨干細胞的分化而逐漸降低，而在皮膚癌中，表達量很高。隨著研究的深入，人們發現這些機制是正常干細胞、腫瘤細胞及腫瘤干細胞所共有的，只是要以某種穩定模式來執行，一旦這種穩態的喪失或改變就導致干細胞異常分化成腫瘤細胞。信號轉導通路形成的調控網絡中，某個環節的異常都會使腫瘤干細胞的增殖分化無序失控并傾向于積累復制性錯誤。

了解了腫瘤干細胞的來源以及腫瘤干細胞在腫瘤生長、轉移、復發甚至耐藥這些關鍵環節所處的關鍵地位之后，就可以針對腫瘤干細胞在源頭上將其作為靶點開辟全新的腫瘤治療途徑。主要治療策略包括：①針對腫瘤干細胞的信號通路進行治療。既然多條信號轉導通路的異常激活或表達在正常干細胞向腫瘤干細胞惡變發揮著重要作用，那么設法阻斷這些信號轉導通路就可以成為腫瘤治療的一種策略。研究證實，抑制異常激活的Wnt通路，可降低白血病、胃癌、結腸癌、乳癌的腫瘤干細胞的增殖能力；而抑制№otch信號通路的Jagged-1可減少腫瘤干細胞的數量，達到控制肝臟腫瘤發展的效果；更值得期待的是，小分子抑制劑 Vismodegib的使用，可以通過抑制 Hedgehog信號通路的異常而控制多種惡性腫瘤的發展，已經在治療皮膚基底癌的研究中通過臨床Ⅱ期試驗并獲批上市。②針對腫瘤干細胞微環境進行治療。研究表明，三氧化二砷可以誘導氧化應激而調節低氧微環境，三氧化二砷的使用可以通過對腫瘤干細胞微環境的調節途徑對慢性粒細胞白血病發揮治療作用。針對腫瘤干細胞微環境中存在的各種炎性反應因子和信號分子，使用相應的單克隆抗體處理后，可以明顯降低腫瘤干細胞的數量、抑制腫瘤的轉移和生長。③針對腫瘤干細胞表面標志物進行治療。研究發現，腫瘤干細胞表達多種表面標志物，比如CD13、CD24、CD29、CD44、CD90、CD133、CD176、ALDH-1、ABCG-2等，不同的腫瘤干細胞的表面標志物不同，但這些標志物往往與腫瘤增殖分化、黏附遷移、腫瘤耐藥密切相關，這些蛋白標志物是基因表達的結果，因此，只要從基因或蛋白層面阻止腫瘤干細胞標志物的表達，就能控制腫瘤的增殖分化、腫瘤的轉移或腫瘤耐藥的形成。有研究顯示，使用特異性的RNA阻斷標志物CD44的表達，可明顯提高阿糖胞苷和多柔比星對人急性髓細胞白血病的療效，因為抑制CD44的表達可增加人急性髓細胞白血病耐藥細胞對這些化療藥物的敏感性。④誘導分化腫瘤干細胞進行洽療。臨床病理學中，低分化意味著腫瘤惡性程度較高。腫瘤干細胞具有自我更新和分化的生物學特性，如果將其誘導向成熟細胞分化，就可能達到腫瘤治療的目的。目前，運用維A酸治療急性早幼粒白血病已取得了顯著療效。研究表明，全反式維A酸不僅能減少造血干細胞的數量，還能通過誘導分化減少乳癌干細胞的數量。

雖然腫瘤干細胞是否僅僅是具有了正常干細胞的部分特性?腫瘤干細胞是否真正來源于正常干細胞?甚至腫瘤干細胞是否真正存在?針對腫瘤干細胞這些科學問題，迄今為止仍然尚存爭議，但腫瘤干細胞理論的提出，意義在于為認識腫瘤發生機制提出了新的思路，為腫瘤冾療提岀了新的策略。越來越多的研究表明，腫瘤干細胞假說較好地解釋了腫瘤的發生發展、轉移、復發、耐藥等一系列問題，只是針對正常干細胞的異常分化及腫瘤干細胞的研究，仍有眾多問題需要進一步深入探討，比如正常干細胞向腫瘤干細胞惡性轉化的機制、腫瘤細胞是起源于一種腫瘤干細胞還是來源于各自不同的腫瘤干細胞、不同來源的腫瘤干細胞獨特分子標志、腫瘤干細胞特有的生存調節機制腫瘤干細胞是否可逆轉為正常的干細胞或組織、腫瘤干細胞的比例與治療耐藥性及腫瘤惡性程度的關系等。這些問題的揭示和闡明，將為人們發展以腫瘤干細胞為靶點的抗腫瘤治療提供堅實的理論基礎和實踐依據。