第二篇　肿瘤干细胞的标志与分离鉴定

第十章　建立肿瘤干细胞系的意义

通过对胚胎细胞的长期研究，找到了体外分离、培养和扩增囊胚期内细胞团细胞的方法，从而实现了内细胞团细胞全能性的维持，成功获得胚胎干细胞。随后发现Sox2、Oct3/4和Nanog等基因在胚胎干细胞中的分子调控网络机制，而这些分子也被称作干细胞因子。进一步的研究发现，这些干细胞因子在肿瘤细胞中也有不同程度的表达，并且与肿瘤患者的临床预后有着密切关系。尽管肿瘤干细胞的研究在过去的几年里不断揭示新的肿瘤干细胞标记物，但目前还没有发现有任何单一的肿瘤干细胞标记物可以作为恒定的指标用于某一种肿瘤。由此推论，就广泛意义上的肿瘤干细胞而言，其干性维持是由许多干细胞相关因子的组合决定的，而这种干细胞相关因子的组合可能会具有细胞特异性，并且受细胞所处的外（微）环境（niche）的影响会重新组合，某些干细胞因子会上调，而另外一些干细胞因子会相应的下调。当这种因外界环境因素使肿瘤干细胞相关因子协调失衡，肿瘤干细胞就会发生不同程度的分化，形成了肿瘤组织的异质性（heterogenous），以及肿瘤细胞系在现今的常见的细胞培养条件下只有少数细胞符合肿瘤干细胞特性的情况。大量的体外研究已经发现，肿瘤细胞的干性可以受低氧、某些细胞因子、化疗/放疗以及人为降低线粒体的功能等影响而上调。有理由相信，经过一定时期的肿瘤细胞干性调节研究以后就应该可以实现肿瘤细胞干性的可控调节，使其干性维持在最高度。在一定条件下，肿瘤细胞的干性程度越高，这种肿瘤细胞就越接近肿瘤干细胞。干性程度维持最高的肿瘤细胞就应该符合肿瘤干细胞的标准。而能把肿瘤细胞的干性在体外上调到最高程度，而且细胞可以稳定的扩增，并且在细胞的扩增过程中其干性维持不变的细胞系就符合肿瘤干细胞系的基本要求。肿瘤干细胞系可以来源于已有的肿瘤细胞系，也可以通过对手术标本、活检标本以及外周血中的循环肿瘤细胞（circulating tumor cell，CTC）和潜藏在其他器官，如肝脏、骨髓以及淋巴结等中的弥散的肿瘤细胞（disseminated tumor cell，DTC）筛选培养而获得。可以预期，肿瘤干细胞系的建立会很快获得成功。而成功的肿瘤干细胞系的建立会为肿瘤干细胞的分子生物学特性研究以及据此研究肿瘤干细胞靶向治疗提供最佳途径。

直至目前，成功培养的经典意义上的胚胎干细胞系都来源于早期胚的囊胚内细胞团（inner cell mass）细胞。这些胚胎干细胞（embryonic stem cell）具有下列两个主要特性：①全能性，即胚胎细胞可以分化成包括外胚层、内胚层和中胚层三个胚层在内的所有细胞；②自我更新能力，是指其无限复制的能力。1981年，科学家首次分离得到小鼠囊胚期胚胎干细胞，并建立了胚胎干细胞系。早些时候建立胚胎干细胞系常利用未分化的小鼠成纤维细胞饲养层进行胚胎细胞培养，而后来利用特定化学试剂、细胞因子和利于调节细胞干性的基质培养细胞是胚胎细胞建系技术的一大进展。

最近几年，研究发现了关键的干细胞因子Sox2、Oct3/4和Nanog等，并证实它们在人和小鼠细胞中发挥着调控和维持细胞全能性的作用。这些转录因子有各自的特性，它们作为分子变阻器调控细胞的自我更新和全能性。下调这些因子的表达或抑制它们的相互作用将降低细胞干性（stemness），细胞开始分化。因此，Sox2、Oct3/4和Nanog被称为干细胞因子。这些因子后来被用来诱导体细胞重新编程而获得多能干细胞，即所谓的诱导性多潜能干细胞（induced pluripotent stem cell），进一步证明这些因子除了有维持胚胎干细胞干性方面的作用，还在体细胞干性调控方面具有类似的作用。因此，研究者也开始探索这些因子在肿瘤细胞，尤其是肿瘤干细胞样细胞中的表达和功能，期望进一步揭开肿瘤干细胞的谜团。肿瘤干细胞和胚胎干细胞都具有细胞干性维持的功能，也就是自我更新和分化能力。肿瘤干细胞的干性为肿瘤细胞提供无限扩增的潜能，成为肿瘤进展的驱动力。同时肿瘤研究领域的同仁大都认同下述结论：肿瘤致死的主要原因并非仅仅在于肿瘤细胞的增殖能力。除某些肿瘤由于其特殊解剖部位可以因局部体积增大而迅速危及生命外，多数肿瘤并不是由于其局部生长而致死的；这些肿瘤最终夺取生命的根本原因是其广泛的转移造成的手术清除难以进行，而且广泛转移的肿瘤细胞往往也具有对当前的手术之外的辅助治疗如化疗、放疗以及对某些肿瘤进行的激素治疗等获得了耐受或者逃避机制，是肿瘤复发夺命的最常见原因；对于许多“手术根治”的肿瘤患者如乳腺癌患者以及前列腺癌患者，在经历了数年甚至数十年的临床治愈期后仍死于肿瘤的复发，而这些复发的肿瘤细胞是来源于潜藏在淋巴结或者骨髓等组织中的肿瘤细胞，也称播散的肿瘤细胞（disseminated tumor cell，DTC），在合适的情况下在体内形成新的肿瘤。

目前对肿瘤研究的热点之一是如何将这些具有转移能力，并且对多数化疗和放疗等具有抗性的肿瘤细胞与肿瘤干细胞（tumor stem cell）联系起来，期待着尽早揭开肿瘤干细胞的神秘面纱，研发基于肿瘤干细胞特性的新一代彻底消灭肿瘤细胞的治疗方法。然而，尽管肿瘤干细胞的研究不断取得新的进展，仍有学者对肿瘤干细胞的概念有争议，并且怀疑是否真的有肿瘤干细胞存在。究其原因，我们尚缺乏肿瘤干细胞研究的最佳模型：肿瘤干细胞系。如果肿瘤干细胞真的存在的话，肿瘤干细胞系的建立就一定是可行的。而建立肿瘤干细胞系的先决条件就是掌握肿瘤细胞的干性调节。因此肿瘤细胞干性调节的研究也已渐渐地成为该研究领域最受关注的问题。