成体干细胞研究已成为生物医学及肿瘤学领域中的研究热点，这是因为干细胞具有自我更新及多向性分化的重要功能，可在临床上应用于器官移植而取得了重大进展，还因其与肿瘤的发生、发展、诊断及治疗上存在着应用价值。人们对干细胞的认识是由造血干细胞的研究开始的，后来扩展到对组织成体干细胞的研究。近几年的大量文献报道认为干细胞与肿瘤的发生具有密切关系，并提出肿瘤中也存在少数干细胞样的细胞可引发肿瘤及促进肿瘤细胞的浸润及转移，由此提出了肿瘤干细胞（cancer stem cells）这一概念。相关报道进一步称其为肿瘤起始细胞（tumor-initiating cell，TIC），因此肿瘤学家对干细胞更为关注，研究更为深入。

干细胞是一种具有自我无限更新和多向分化能力的细胞，分为胚胎干细胞和成体干细胞，而肿瘤干细胞属成体干细胞的一种特殊类型。细胞生物学技术的发展进一步加速动物体（包括人体在内）的干细胞分离、纯化及培养技术的成熟，使人们对于干细胞生物学特性有了更深的认识。近几年，由于人们对干细胞的研究更加深入，促使干细胞研究从实验室基础理论转为临床应用。

正常干细胞具有长期存活、自身修复、自我增殖、传递及扩增子细胞的多种特性，因此可表达一种典型的肿瘤起始细胞。故长期存活、维持一定数量、由多种遗传性改变的细胞才能形成肿瘤细胞。随着人们对肿瘤干细胞认识的加深，更加明确肿瘤组织是由多种异质性细胞表型组成，而其中只有一小部分子细胞群体才具备形成肿瘤细胞的可能性。肿瘤的发生与干细胞有着密切关系，某些肿瘤细胞具有分化细胞的表型，可随着干细胞的突变或分化成熟停止而导致肿瘤的发生及进展。最初是由干细胞发生突变，之后传给其子细胞，子细胞在获得自我更新能力的基础上又发生其他突变，以致正常细胞最终恶性转化形成肿瘤细胞。某些报道认为体内祖细胞也类似干细胞同样可以发生恶性转化。近年来，遗传学和肿瘤学共同聚焦于细胞外信号传导畸变调节导致肿瘤形成的假说，而同时，肿瘤生物学家却认为肿瘤的出现和生长是少数的肿瘤干细胞形成的结果，肿瘤干细胞培养成功证实了该类细胞是癌症起源的靶细胞。肿瘤学家发现肿瘤组织中并非每个细胞均具有克隆性，唯有潜在性的、占有极少比例的、能自我更新的细胞才具有此生物学行为，被称为肿瘤干细胞。虽然肿瘤干细胞与正常干细胞有一定的相似性，但又有本质的差异。例如肿瘤干细胞自我更新转导途径的负反馈机制被破坏，有累积复制的倾向，缺乏分化成熟的能力；而成体干细胞却具有自我稳定调控能力，不会无限制的增殖。因此简单利用正常干细胞标志物并不能完全分选出肿瘤干细胞，同样各种肿瘤干细胞有其独特的标志物的表达，故仅用一种或数种标志物无法筛选出不同类型的肿瘤干细胞。最初来自对髓性白血病细胞的解释认为从功能角度出发可将癌细胞分成两种不同的群体，第一种为分化比较好的亚群，其具有有限的增殖能力，由它们形成肿瘤的体积以及这种疾病的细胞表型的特性；第两种小而分化差的子群含有肿瘤干细胞的克隆特性。Dick J等人通过对乳腺癌干细胞的发现提出两种推测：①随机学说（stochastic theory）：认为肿瘤组织中每个细胞都具有再生形成新肿瘤的潜能，但它们进入细胞分裂周期则是一个低概率的随机事件。因此拟在组织中预测哪一类细胞恶性转化成肿瘤起始细胞（TIC）的概念仍极难突破，随机事件导致正常细胞有低概率的机会成为TIC。②分级学说（hierarchy theory）：认为肿瘤组织属功能异质性，只有其中一类极少量的细胞才具有形成新肿瘤的能力，而这类细胞中的每一个都有高频率形成新的肿瘤细胞。该研究还预测，根除非TIC细胞可以导致肿瘤缩小，但未根除的TIC仍可促使肿瘤复发。虽然上述两种推测都可以解释只有一部分肿瘤细胞可以形成新肿瘤的现象，但是其中涉及的生物学机制却差异很大。

早在25年前，已有人体肺癌组织中存在克隆性细胞群体的报道。现已知在临床上的腺癌及小细胞肺癌的组织标本在软琼脂的细胞克隆检测法中均可见肿瘤细胞克隆。在用分选出的少量在琼脂中生长的细胞注射无胸腺裸小鼠后，这类克隆细胞可表现出与原肿瘤标本相一致的特征，因此人们认为在恶性细胞中存在一种人体肺克隆性干细胞（CSC）的细胞群体。经由ABC运输器及荧光染料Hoechst33342外排特性的干细胞中相互调控之间的研究，更进一步证实少数侧群（SP）细胞具有干细胞的特性。最近，人们通过对人体肺癌手术标本及肺癌细胞株A549、H23、H460、HTB-58、H2170及H441的研究，进一步证实它们确实存在于临床标本及体外培养的细胞株中。人们认为CSCs细胞既是永生化又是非常静止的一种细胞群体，而SP细胞也包括细胞内增高衰老抑制剂基因mRNA表达水平、端粒酶，以及降低细胞增殖标志、MCM7、mRNA表达水平。在体内，SP细胞比非SP细胞启动成瘤能力更强，仅需极少量的SP细胞接种于SCID小鼠中就可移植致瘤。进一步的研究发现，在16例临床肺癌手术标本中均可见与体外培养的肺癌细胞株相类似的SP细胞特性。明确CSCs细胞的标志物，对于肿瘤的临床诊治具有重要意义。明确CSCs细胞的标志物及相应的细胞功能，有利于进行CSCs细胞的纯化、鉴定，及进一步阐释正常细胞转化成CSCs细胞的机制。Hoechst染色法在非小细胞肺癌中未分离出CSCs细胞，行CD24、CD34、CD44染色以及套式染色也无法区分SP及非SP细胞群体。在非小细胞肺癌的细胞株中，发现了一种微小的尿激酶型纤维蛋白酶原激活剂抗体（uPAR）阳性细胞即CD87细胞，被证实其中一种子细胞可增强体外克隆活性。从小细胞肺癌株中纯化的uPAR阴性细胞仅有少量或几乎没有克隆活性。现已知uPAR细胞可调节细胞黏附及细胞移动，并与多种肿瘤患者预后差相关。已知的CSC标志也可在其他多种恶性肿瘤中出现，其中包括：急性髓性白血病（CD34阳性/CD38阴性）、乳腺癌（CD44阳性/CD24阴性/低/Lin阴性）、前列腺癌（CD44阳性/CD21高/CD133阳性）以及脑肿瘤（CD133阳性/nestin阳性），正常组织中也可有此基因表达。遗憾的是，人体支气管肺泡干细胞（BASC）的部分标志在小鼠中不能被证实，Sca-1及CD34两种标志在人体非小细胞肺癌SP干细胞中均无表达。有研究发现，一种很少量的CD133阳性细胞在正常小鼠肺组织中存在，类似于BASCs，可在小鼠接受萘损害而引起气道中细胞大量增殖时出现。新鲜切除的人小细胞肺癌（SCLC）及非小细胞肺癌（NSCLC）手术标本中也含有类似的CD133阳性亚群。这些细胞可在体外培养时形成球状肿瘤，也能在体内进行分化及形成肿瘤。球形肿瘤的抗化疗耐药性与SP细胞表型ABC输送器的表达相关，相当于胚胎干细胞标志物八聚体结合转录因子4（OCT4）和多潜能维持因子（NANOG）。

最近研究表明，胚胎发育程序的概念可应用于肺部肿瘤发生过程，人体各类肺癌亚型的分子信号可与小鼠发育过程中不同时期的分子信号相比较。已有不少研究结果表明正常人体肺组织标本几乎非常类似于小鼠肺组织发育的最后阶段。从三种不同类型的人体肺癌亚群时间表看，恶性程度最高为SCLC，且为最早出现，其次为鳞癌，接着是腺癌。这表明小鼠发育的最早期相当于人体肺癌恶性程度最高的类型，而其生存率为最低。Rudolf Virchow认为“每个细胞均来源于原来存在的相似细胞”，其中他就假设肿瘤细胞是来源于类似胚胎型的细胞，这一观点相当于当今的CSC理论。更为深入的证据表明，胚胎模式途径的异常活化，例如Notch及Hedgehog信号途径均与正常干细胞出现扩增及恶性转化相类似，并呈现为肿瘤演变的早期阶段。这些信号途径在肺胚胎发育中起到决定细胞命运的重要调节器功能，并且也是它们在肺器官中形成恶性细胞的关键。

近期的研究提示在SCLC中存在一小群耐受化疗的克隆细胞，而这类细胞依赖于异常Hedgehog信号转导而存在。例如，应用Hedgehog途径的类似物将会消除恶性根源的CSCs或控制其呈敏感状态。正常干细胞天然存在对化疗药物的对抗能力，主要是高表达耐药基因（ MDR-1）、解毒功能酶及DNA修复酶等，另外也因干细胞周期缓慢而促使其对化疗药物逃逸。人们最初研究的观念来自于多发性骨髓瘤（MM），这种恶性肿瘤干细胞的部分细胞表型明显不同于其他浆细胞。在这种动物模型中显示在MM-CSC细胞中部分Hedgehog途径的活性有明显浓聚，并与该通路有一定的相关性。Hedgehog通路的阻断可显著性地抑制细胞克隆的增殖并伴有纯化的MM-CSC细胞的终端分化，但对于恶性血液浆细胞的生长却几乎无用。然而，用Hedgehog配体来处理，反而能促进MM干细胞的扩增而不发生分化，同样的结果也见于脑胶质母细胞瘤。在早期的研究结果中表明当采用Aldefluor试剂系统证实了在多种SCLC细胞系中有一小群细胞伴有高水平的ALDH酶活性，这些可能是干细胞的功能性特点。在体外检测到这群纯化的ALDH高水平克隆性细胞明显地优于未分离的总体SCLC样本，但这类细胞可被Hedgehog类似物所抑制。无论在正常组织或恶性组织中，乙醛脱氢酶（ALDH）的表达已被证实是哺乳动物中具有潜在性分化的一种自身再生性标志。而且，乳癌组织的DNA芯片技术的回顾性分析提示，ALDH阳性与患者预后差相关。免疫组化分析也观测到两种ALDH同工酶的表达水平明显地在NSCLC细胞中高于对照组正常肺组织。人支气管上皮细胞在体外经香烟烟雾暴露后，可在无胸腺小鼠中形成肿瘤，这些细胞还直接与Hedgehog通路活化相关。这样也为通过胚胎信号通路的治疗靶点指明一种新药物的开发方向。SP细胞能提示肿瘤形成及肿瘤干细胞表型的特性，这说明SP细胞既可高度致瘤又可致肿瘤细胞耐药。另外，SP细胞既可在化学治疗下存活又可进一步再生为肿瘤细胞群而导致肿瘤复发。因此，人们认为SP细胞可能代表有效治疗的标志性细胞以及肺癌治疗的靶点。这些研究需要进一步探讨少数靶细胞和实体肿瘤之间的异同性，并在此基础上开发适合临床的检测方法，为建立有效的药物治疗提供依据。

总之，“肿瘤干细胞”概念的提出使肿瘤研究步入一个崭新的领域及方向。尽管最近的报道证实了肿瘤干细胞的存在，但仍有许多问题需要深入的探讨和解决。其中包括：各种实体肿瘤是否都具有肿瘤干细胞，肿瘤干细胞起源于哪类细胞，肿瘤干细胞具有哪些特异性生物学特性或标记，如何有效分选肿瘤干细胞，杀灭肿瘤干细胞的同时如何避免给正常干细胞带来损害等一系列的问题，这些都将有待于人们深入的研究。迄今为止，有关肿瘤干细胞仍存在许多未知并有待深入研究的领域，但人们可以有理由相信“肿瘤干细胞”理论的出现对阐明肿瘤发病机制、改进治疗策略都是新的思路和尝试，有望成为肿瘤基础及临床研究的新突破点之一。