研究生讲课肿瘤干细胞

肿瘤干细胞与EMT肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）学说认为,肿瘤实际上是由一小群具有无限增殖潜能和自我更新能力的干细胞样细胞及其产生的分化程度不均一的细胞团组成，其中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞被称为肿瘤干细胞。

肿瘤干细胞的两个重要特性:一是具有自我更新驱动肿瘤发生的能力，二是具有多向分化形成肿瘤的异质性的潜能1。

上皮间质转化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）是具有极性的上皮细胞转化为具有移行能力的间质细胞，并获得侵袭和迁移能力的过程。

EMT是一个多步骤的动态变化过程，上皮细胞间相互作用消失，组织结构松散，立方上皮细胞转变为纺锤形纤维细胞形态，并表现出侵袭性。

实体肿瘤中央的细胞为上皮细胞表型，周围的细胞常常会呈间质细胞表型，其较强的运动能力使肿瘤细胞在局部产生浸润，并侵入血和淋巴管而转移至靶器官。

到达靶器官后，癌细胞可发生间质上皮转化（MET）来重建细胞间连接及细胞骨架从而形成转移灶2。

EMT与肿瘤转移密切相关，而且也可以作为得到肿瘤干细胞的方法3。

近年来，肿瘤干细胞与EMT之间的关联性逐渐受到研究者的关注，二者在肿瘤的复发、转移和耐药性上面有很多相似点4。

肿瘤干细胞模型和EMT的概念试图从不同的角度来揭示肿瘤的发展，但两者都不能独立地解释所有生物学事件。

诱导EMT能促使肿瘤细胞获得干细胞特性，通过诱导分化的肿瘤细胞最终形成肿瘤干细胞并维持干性，而肿瘤干细胞同样具有EMT特征。

然而，EMT是通过何种分子机制转化干细胞样细胞的，目前尚不清楚。

下面向大家介绍目前已知的关于EMT和肿瘤干细胞间分子机制上的关联性。

连接EMT与肿瘤干细胞的信号通路：EMT和CSC的形成均是动态的过程，受到TGFβ、Wnt /β-catenin、Hedgehog、Notch等多种信号通路的调控。

TGFβ作为多功能的细胞因子，可诱导EMT的发生，研究表明，在TGFβ诱导EMT产生时可获得肿瘤起源干细胞（tumor-initiating stem cells，TISCs)，且转录因子SNAIL和Nanog的上调参与其中5。

肿瘤干细胞培养条件与方法
肿瘤干细胞培养条件和方法可能因不同的肿瘤类型和研究目的而有所差异。

以下是一般的肿瘤干细胞培养条件和方法的概述：
1. 肿瘤组织获取：从患者或动物模型中获取肿瘤组织样本。

2. 肿瘤细胞分离：使用适当的方法，如酶消化或机械破碎，将肿瘤组织分离成单个细胞。

3. 细胞筛选：通过特定的标志物或功能特性，如表面标志物表达、干细胞特性等，筛选出肿瘤干细胞。

4. 培养条件：肿瘤干细胞通常需要特殊的培养条件，如无血清或低血清培养基、特定的生长因子和细胞因子、合适的气体环境等。

5. 细胞培养：将筛选出的肿瘤干细胞接种到培养容器中，并提供适当的培养条件，包括温度、湿度、气体环境等。

6. 监测和鉴定：定期观察肿瘤干细胞的生长情况、形态和功能特性，通过免疫荧光染色、流式细胞术等技术鉴定其干细胞特性。

需要强调的是，肿瘤干细胞的培养和研究是一个复杂的领域，需要专业的技术和设备。

肿瘤干细胞的特性与治疗肿瘤干细胞（Tumor-initiating cells，TICs）是一类独特的癌细胞亚群，在多种实体肿瘤中均有表现。

它们不仅具有恶性细胞的特性，如快速增殖、侵袭和转移，同时也拥有增殖和分化的调控机制，因此具有不同于一般癌细胞的生物学特征。

研究表明，肿瘤干细胞是肿瘤的根源，也是肿瘤复发和转移的主导因素。

针对肿瘤干细胞的治疗成为了补充传统癌症治疗的重要手段。

一、肿瘤干细胞的特性1.自我更新和不断增殖肿瘤干细胞具有自我更新和不断增殖的特性。

它们能够不断地自我更新形成新的肿瘤细胞，并且长时间地维持其自我更新和增殖能力，从而使得肿瘤持续存在。

2.多向分化潜能肿瘤干细胞还具有多向分化潜能。

它们可以分化成多种细胞类型，形成异质性的肿瘤组织。

这种异质性使得肿瘤更加适应环境，并且降低了治疗的效果。

3.抗化疗和放疗能力强肿瘤干细胞对传统的化疗和放疗治疗效果较差。

这是由于它们表达了多种化疗和放疗的抵抗机制。

例如，肿瘤干细胞可以使肿瘤微环境发生改变，从而减少化疗和放疗对其的杀伤作用。

4.易于形成肿瘤球肿瘤干细胞易于体外形成肿瘤球，这种肿瘤球与原发肿瘤相似，表达了多种干细胞标记物和治疗抵抗性分子，是肿瘤干细胞的体外模型。

二、针对肿瘤干细胞的治疗1.靶向肿瘤干细胞的策略靶向肿瘤干细胞的策略是从肿瘤干细胞特性入手，设计针对肿瘤干细胞的靶点，并研发相应的抗肿瘤药物。

这种策略的优势在于可以直接干扰肿瘤重要的细胞进程，降低肿瘤治疗的复发率和转移率。

2.靶向干细胞的药物靶向癌干细胞的药物主要包括运用单抗治疗和通过Hedgehog、Notch、Wnt等途径的信号通路来治疗。

例如，靶向Bmi1和CD133的单抗，靶向Hedgehog通路的Sonic Hedgehog抗体，靶向Notch通路的抗体，靶向Wnt通路的LGR5抗体等。

这些抗肿瘤药物具有良好的靶向性，能够显著地抑制肿瘤干细胞的增殖和分化。

3.通过干扰耐药机制治疗肿瘤干细胞对传统治疗药物的抵抗机制是导致肿瘤复发和转移的一大因素。

细胞融合与肿瘤干细胞近年来，随着肿瘤起源的干细胞假说逐渐得到人们的认可，使人们开始从新的角度思考肿瘤的起源问题。

长期以来，人们发现肿瘤细胞具有非整倍体及染色体紊乱的特征，而细胞融合的实验也发现融合的细胞也具有这种特征。

因此，猜想肿瘤的这些特征是否与发生细胞融合有关？进一步推论，肿瘤细胞和巨噬细胞或其他迁移来的骨髓源细胞(BMDCs)发生融合是否可以解释这一现象呢？而BMDCs-肿瘤细胞融合在许多动物模型和人类肿瘤也已经检测到。

发育生物学的研究表明上皮-间质转换(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是发育过程中的一个极其重要的环节，而在肿瘤侵袭和转移过程被激活。

在诱导人乳腺上皮EMT过程中，乳腺上皮出现间质的特征并表达了干细胞的表面标记，具有干细胞样特性。

从乳腺上皮分离的干细胞样细胞也表达与经历EMT过程的乳腺上皮相似的标记。

因此，EMT过程与上皮干细胞样特性的获得具有某种联系。

本文将主要探讨肿瘤发生过程中肿瘤干细胞、细胞融合和EMT间的联系。

一、肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs)CSCs在前面已有详细介绍。

在这里，仅简单提及。

CSCs指那些有自我更新能力的肿瘤细胞，能够产生不同表型，区别于其他细胞的恶性干细胞。

不同组织的干细胞具有不同的内在自我更新能力和分化成特定细胞的能力【1，2】。

大多数肿瘤具有一群异质性细胞，这群细胞的增殖潜能和移植成瘤能力与其他细胞不同。

CSCs在造血系恶性肿瘤第一次被阐明，这群细胞仅有一小部分即可成瘤【3-6】。

CSCs可以通过它们的表面标记来鉴定和富集【4，7-11】。

在移植实验中，这些细胞产生新的肿瘤，包含有新的CSCs和不成瘤的异质性群体。

迄今为止，CSCs已经在乳腺癌【1，2】和中枢神经系统肿瘤【13-16】等众多肿瘤中得到鉴定。

CSCs是否来源于正常的组织源干细胞、骨髓源干细胞或经历了分化和转分化的成熟细胞，仍然不清楚。

肿瘤干细胞的抗辐射性肿瘤干细胞概念在放射生物研究和临床治疗中的应用一、临床放射生物学对肿瘤干细胞的基本认识从1895年伦琴发现X射线至今已过去了100多年，百余年来放射学领域发生了巨大变化。

随着放射生物学研究的进展，产生了许多重要的放射生物学研究成果，影响并推动了肿瘤的放射治疗。

其中有关肿瘤干细胞的概念及其与放射生物研究和放射治疗的关系至今仍具有不可忽视的影响力。

1. 概述多年来的生物学研究已经认识到：在生物体的发育过程中，所有细胞都起源于一个祖细胞(a single progenitor)或受精卵细胞(fertilized oocyte)。

随着这个细胞的分裂，子代细胞进入不同的定向分化路径[1]。

在低等有机体，如水螅和涡虫，多潜能的干细胞(the stem cells)遍及全身。

因此损伤之后，如肢体、眼或脑的丢失不是致死的，附近的干细胞可以使丢失的结构再生。

放射生物学早期对肿瘤干细胞的知识，主要来自对白血病和骨髓细胞的研究。

1958年Hewitt [2]采用尾静脉注射的方法对同基因型小鼠进行了小鼠白血病移植实验，他不断地对细胞悬液稀释以确定成功接种白血病所需的最小细胞数。

他发现成功率与细胞数之间的关系是S形的。

认为50%肿瘤的发生概率是3个细胞。

在以后的实验中发现这种推测有些天真，3个或更多的细胞不能合作产生新的肿瘤，曲线的形状也与先前的这种解释不一致。

曲线提示所移植的4个细胞中只有1个细胞是产生肿瘤的肿瘤形成单位(tumor forming unit, TFU),它独立于其他3个细胞而产生肿瘤。

同样，在CTUs中,1000个骨髓细胞中的一个(1/1000)骨髓干细胞具有完整的再生能力，能生成脾克隆。

1961年Till和McCulloch的实验为辨认造血干细胞的功能和特性提供了进一步的依据。

用放射线对小鼠进行致死剂量的全身照射后，通过骨髓细胞移植技术他们看到只有极少数的细胞能自我复制并具有广泛的增殖潜能，产生能表达不同分化特征的细胞克隆谱系，一些克隆形成红细胞，而另一些克隆形成粒细胞。

干细胞和肿瘤干细胞：干细胞和肿瘤干细胞的相同点：肿瘤干细胞和干细胞在生物学特性和生长调控机制等诸多方面有着极其相似的生物学行为，主要相似之处有：①二者具有相似的调节生长的机制。

有证据表明许多与肿瘤有关的调节途径也调节正常干细胞的发展，例如：凋亡抑制基因bcl-2可在体外增加HSC的数量。

其他与癌变有关的信号途径如Wnt，Notch，Shh，Bmi-1等在调节干细胞自我更新的同时也在肿瘤中起作用[10-11]。

②干细胞具有迁移的特性，而癌细胞有转移的能力。

Tu等[12]认为干细胞的迁移和癌细胞的转移，皆受特异化学因子及其受体的调节。

干细胞迁移到特定的组织和器官，而这可以解释肿瘤转移也有一定器官和组织特异性。

③干细胞与癌细胞在一定的条件下是可以转化的，如生殖嵴或胚胎植入体内可以诱导成畸胎瘤，而畸胎瘤细胞注入鼠囊胚内细胞团可以形成正常胚胎。

④肿瘤干细胞与HSC一样，可以分为肿瘤干细胞、短期增生细胞、分化细胞。

⑤肿瘤起源于干细胞。

有人认为单一细胞获得4~7次突变将发生恶性转化[13]。

组织更新快的上皮组织、造血系统是肿瘤高发部位，组织自我更新越快，复制、转录过程中基因发生突变的概率越高。

尽管大多数肿瘤转化突变的靶细胞并不清楚，但是已有相当多的证据表明某些结肠癌和白血病产生于积累多次突变的干细胞。

⑥干细胞与肿瘤干细胞都具有端粒酶活性以及扩增的端粒重复序列，而人类终末分化体细胞不具有端粒酶活性。

⑦二者均具有自我更新和无限增殖能力。

⑧自我更新能力。

⑨组织特异分化能力，肿瘤干细胞能够产生不同表型的肿瘤细胞，并在体内形成新的肿瘤。

⑩不对称分裂能力。

干细胞和肿瘤干细胞的不同点：但肿瘤干细胞也具有不同于干细胞的特点：①自我更新信号传导途径的负反馈调节机制被破坏，肿瘤干细胞具有无限增殖和无自稳定性，而正常干细胞的增殖具有自稳性，其数目保持恒定。

②缺乏分纯成熟能力，晚期肿瘤细胞没有分化为成熟细胞的能力，说明其分化程序异常，这与有着正常分化程序的干细胞不同。