肿瘤干细胞与肿瘤发生课件.ppt

1、何谓肿瘤？何谓肿瘤？肿瘤（肿瘤（tumor）是机体在各种）是机体在各种致瘤因素致瘤因素作作用下，局部组织的细胞在用下，局部组织的细胞在基因水平基因水平上失去对其生上失去对其生长的正常调控，导致长的正常调控，导致克隆性异常增生克隆性异常增生而形成的新而形成的新生物生物(neoplasm)。恶性肿瘤恶性肿瘤具有无限增殖、异常分化和侵袭、具有无限增殖、异常分化和侵袭、转移性生长的特点。转移性生长的特点。2肿瘤的流行病学显示：肿瘤的流行病学显示：肿瘤肿瘤的发病率正在不断地上升，已成为严重危的发病率正在不断地上升，已成为严重危害人类健康的常见疾病；害人类健康的常见疾病；世界世界卫生组织卫生组织(WHO)

2、，2000年癌症的发病数年癌症的发病数1000万，死亡万，死亡620万；预测万；预测2020年，癌症的发病人数将年，癌症的发病人数将增加增加50，达，达1500万；万；我国我国卫生部公布，癌症的发病率已超过了心血卫生部公布，癌症的发病率已超过了心血管疾病，上升到第一位管疾病，上升到第一位；3一、肿瘤的起源：一、肿瘤的起源：n 癌细胞来自何处？癌细胞来自何处？早在十九世纪八十年代，科学家们就从恶早在十九世纪八十年代，科学家们就从恶性畸胎瘤及胎儿组织的相似性，特别是癌症组织性畸胎瘤及胎儿组织的相似性，特别是癌症组织与胚胎组织相似的低分化度，认识到了这两者可与胚胎组织相似的低分化度，认识到了这两者可

3、能存在紧密的关系。能存在紧密的关系。4细胞分化细胞分化(Cell differentiation)在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程类群的过程 cell differentiation。n细胞分化是多细胞生物发育的基础及核心；细胞分化是多细胞生物发育的基础及核心；n细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；n合成特异性蛋白质，其实质在于组织特异性基因在时间和空间上的合成特异性蛋白质，

4、其实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达；差异性表达；n差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。n细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现5细胞分化是基因选择性表达的结果细胞分化是基因选择性表达的结果分子杂交技术检测基因及其表达分子杂交技术检测基因及其表达6组织特异性基因组织特异性基因及及看家基因看家基因n看家基因看家基因(house-keeping genes)(house-keeping genes)：是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生

5、命活动所必需的；持细胞基本生命活动所必需的；n组织特异性基因组织特异性基因(tissue-specific genes)(tissue-specific genes)或称奢侈基因或称奢侈基因(luxury genes)(luxury genes)：是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征及特异的功能；赋予各种类型细胞特异的形态结构特征及特异的功能；n调节基因调节基因(regulatory gene)(regulatory gene)：产物用于调节组织特异性基因的表达，起激活或者起产物用于调节组织特异性基因的表

6、达，起激活或者起阻遏作用。阻遏作用。7一种见解认为肿瘤由组织内一种见解认为肿瘤由组织内成熟细胞重新去分化成熟细胞重新去分化（de-de-differentiationdifferentiation）变为幼稚细胞并具有分裂能力而来；）变为幼稚细胞并具有分裂能力而来；另一种见解则认为肿瘤来自另一种见解则认为肿瘤来自组织内已存在的干细胞组织内已存在的干细胞(stem cell)(stem cell)。干细胞在特定的分化水平停止分化或分化失。干细胞在特定的分化水平停止分化或分化失常（常（dys-differentiationdys-differentiation）产生肿瘤。）产生肿瘤。目前研究更倾向肿

7、瘤起源于干细胞。目前研究更倾向肿瘤起源于干细胞。肿瘤细胞的来源：8二、干细胞及肿瘤干细胞二、干细胞及肿瘤干细胞n 干细胞（干细胞（Stem cell,SC）：）：干细胞是具有干细胞是具有自我更新自我更新、多向分化潜能多向分化潜能的细胞群的细胞群,即即这些细胞可通过分裂维持自身细胞的特性和大小，又可这些细胞可通过分裂维持自身细胞的特性和大小，又可进一步分化为各种进一步分化为各种不同的功能细胞不同的功能细胞,形成多种组织和器形成多种组织和器官官，从而在组织器官发生和修复等方面发挥积极作用。，从而在组织器官发生和修复等方面发挥积极作用。自我更新自我更新是干细胞至关重要的一个生物学特性是干细胞至关重要

8、的一个生物学特性,正正常干细胞自我更新及分化保持平衡常干细胞自我更新及分化保持平衡,维持内环境稳定。维持内环境稳定。9n 分类：分类：（1）全能干细胞全能干细胞：包括：包括：胚胎干细胞胚胎干细胞（embryonic stem cells,ES细胞）细胞）生殖干细胞生殖干细胞（embryonic germ cells,EG细胞）细胞）具有全能性，能够分化成全身具有全能性，能够分化成全身200多种细胞类型，进一步形多种细胞类型，进一步形 成机体的任何组织和器官。成机体的任何组织和器官。（2）多能干细胞多能干细胞：具有分化成多种细胞和组织的潜能，但却失去了发育成完整具有分化成多种细胞和组织的潜能，但

9、却失去了发育成完整 个体的能力。个体的能力。（3）专能干细胞专能干细胞：只能向一种或密切相关的几种类型的细胞分化。：只能向一种或密切相关的几种类型的细胞分化。101112Hematopoietic Stem Cell Lineage13Adult Stem Cells Have Been Found in Many Tissues SkinIntestine14正常情况下，成体干细胞及机体组织的更新正常情况下，成体干细胞及机体组织的更新有着密切关系，一个成体干细胞可以分化为一种有着密切关系，一个成体干细胞可以分化为一种过渡性自我更新细胞过渡性自我更新细胞，这种细胞虽然有一定的分，这种细胞虽然有

10、一定的分化度，但它却可以通过化度，但它却可以通过不对称不对称的方式分裂，形成的方式分裂，形成一个新的过渡性自我更新细胞和一个可以继续分一个新的过渡性自我更新细胞和一个可以继续分化且具有组织特异性的细胞。化且具有组织特异性的细胞。1516n人体组织内都含有一定数量的自我更新细胞，这些细胞每人体组织内都含有一定数量的自我更新细胞，这些细胞每时每刻都在对机体的损伤和衰老进行更新和修复。但是组时每刻都在对机体的损伤和衰老进行更新和修复。但是组织内的成体干细胞在一般情况下都处于织内的成体干细胞在一般情况下都处于静息状态静息状态，不会进，不会进行分裂。行分裂。n只有当体内的平衡被打破，即自我更新细胞大量减

11、少，或只有当体内的平衡被打破，即自我更新细胞大量减少，或机体对过渡性自我更新细胞的需求迅猛增加时，成体干细机体对过渡性自我更新细胞的需求迅猛增加时，成体干细胞才会从静息状态重新进入细胞周期，开始以极快的速度胞才会从静息状态重新进入细胞周期，开始以极快的速度进行分裂。需要注意的是，进行分裂。需要注意的是，这种成体干细胞的复苏，很可这种成体干细胞的复苏，很可能及肿瘤的发生相关能及肿瘤的发生相关。17n 肿瘤干细胞肿瘤干细胞(cancer stem cells,CSCs)n肿瘤中的肿瘤中的一小部分一小部分具有无限增值能力，并有形成肿瘤能具有无限增值能力，并有形成肿瘤能力的细胞，也称力的细胞，也称癌干

12、细胞癌干细胞。nCSCsCSCs具有干细胞性质，有自我更新的能力具有干细胞性质，有自我更新的能力,能够产生及能够产生及上一代完全相同的子代细胞上一代完全相同的子代细胞,并有多种分化潜能和高度增并有多种分化潜能和高度增殖能力，使肿瘤在体内不断扩大殖能力，使肿瘤在体内不断扩大,或形成新的肿瘤。或形成新的肿瘤。CSCsCSCs具有启动和重建肿瘤组织表型的能力。具有启动和重建肿瘤组织表型的能力。肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。18根据大量的研究提出了这样一个假设，即肿根据大量的研究提出了这样一个假设，即肿瘤之所以能具有无限增殖能力

13、，其罪魁祸首在于肿瘤之所以能具有无限增殖能力，其罪魁祸首在于肿瘤细胞中只占极少数量的瘤细胞中只占极少数量的肿瘤干细胞肿瘤干细胞，正是这类细，正是这类细胞在人体中以极快的速度不断复制出有基因突变的胞在人体中以极快的速度不断复制出有基因突变的细胞，导致了器官正常功能的紊乱，并最终导致机细胞，导致了器官正常功能的紊乱，并最终导致机体死亡，因此，从这个意义上说，肿瘤干细胞也可体死亡，因此，从这个意义上说，肿瘤干细胞也可以成为死神的代言人。以成为死神的代言人。19CSCs 及干细胞的相似性及干细胞的相似性(1)(1)具有相似的生长调节机制具有相似的生长调节机制:研究证明许多及癌细胞相关的经典信号转导途径

14、也调控正常干研究证明许多及癌细胞相关的经典信号转导途径也调控正常干细胞的生长发育细胞的生长发育,如癌基因如癌基因bcl-2bcl-2的表达不但能阻止肿瘤细胞凋亡的表达不但能阻止肿瘤细胞凋亡,也可使造血干细胞的数量增加。也可使造血干细胞的数量增加。(2)(2)具有很强的分化能力具有很强的分化能力:因为分化细胞已失去或增殖能力有限因为分化细胞已失去或增殖能力有限,如发生转化需首先突变如发生转化需首先突变获得增殖能力获得增殖能力,而干细胞具有较强的自我更新机制而干细胞具有较强的自我更新机制,在较长的生存在较长的生存周期中更易累计突变。周期中更易累计突变。(3)(3)都具有不同的表型和异质性。都具有不

15、同的表型和异质性。20(4)(4)均有无限增殖能力、迁移均有无限增殖能力、迁移(转移转移)能力。能力。(5)(5)两者在一定条件下可以相互转化：两者在一定条件下可以相互转化：生殖嵴或胚胎植入鼠体内可以诱导成为畸胎瘤生殖嵴或胚胎植入鼠体内可以诱导成为畸胎瘤,而畸胎瘤细而畸胎瘤细胞注入鼠囊胚内细胞团可以形成正常胚胎。胞注入鼠囊胚内细胞团可以形成正常胚胎。(6)(6)肿瘤干细胞具有许多干细胞共同的特异性标志物：肿瘤干细胞具有许多干细胞共同的特异性标志物：如如nestinnestin、CD133CD133、Sox2Sox2、母源性胚胎亮氨酸拉链激酶等。、母源性胚胎亮氨酸拉链激酶等。(7)(7)某些恶性

16、肿瘤可以自动消失或者经过诱导剂的诱导而继某些恶性肿瘤可以自动消失或者经过诱导剂的诱导而继续分化成熟为正常的组织细胞。续分化成熟为正常的组织细胞。如视网膜神经母细胞瘤、恶性黑色素瘤、脂肪母细胞瘤等。如视网膜神经母细胞瘤、恶性黑色素瘤、脂肪母细胞瘤等。21CSC 不同于干细胞的特点不同于干细胞的特点(1)(1)多次突变导致细胞自我更新信号转导途径的多次突变导致细胞自我更新信号转导途径的负反馈机制负反馈机制已被破坏。已被破坏。(2)(2)缺乏缺乏分化成熟分化成熟的能力的能力,因此肿瘤细胞大多数是低分化或未分化的因此肿瘤细胞大多数是低分化或未分化的细胞。细胞。(3)(3)肿瘤细胞也有保持其遗传性的特点

17、肿瘤细胞也有保持其遗传性的特点,每次突变所得到的变异的每次突变所得到的变异的DNADNA信号都会在复制中信号都会在复制中累积累积。而干细胞能够防止复制错误的发展。而干细胞能够防止复制错误的发展。(4)(4)干细胞增殖具有干细胞增殖具有自稳定性自稳定性,其数目在机体调控下保持恒定其数目在机体调控下保持恒定,平均平均一个干细胞产生一个子代干细胞和一个特定分化细胞。而肿瘤细一个干细胞产生一个子代干细胞和一个特定分化细胞。而肿瘤细胞却无自稳定性的特点；干细胞具有迁移到特定的组织和器官的胞却无自稳定性的特点；干细胞具有迁移到特定的组织和器官的特性特性,而癌细胞只具有嗜器官和组织转移的能力而癌细胞只具有嗜

18、器官和组织转移的能力2223肿瘤的形成：肿瘤的形成：n正常干细胞产生多能祖细胞正常干细胞产生多能祖细胞,继而形成祖细胞继而形成祖细胞和分化细胞；和分化细胞；n干细胞的突变可以引起异常增殖而形成癌前病干细胞的突变可以引起异常增殖而形成癌前病变。附加突变使其获得无限增殖变。附加突变使其获得无限增殖,凋亡缺失凋亡缺失,免疫逃避免疫逃避,进一步生长为恶性肿瘤。进一步生长为恶性肿瘤。24正常干细胞产生多能祖细胞正常干细胞产生多能祖细胞,继而形成祖细胞和分化细胞，继而形成祖细胞和分化细胞，干细胞的突变可以引起异常增殖而形成癌前病变，干细胞的突变可以引起异常增殖而形成癌前病变，附加突变使其获得无限增殖附加突

19、变使其获得无限增殖,凋亡缺失凋亡缺失,免疫逃避免疫逃避,进一步生长为恶性肿瘤进一步生长为恶性肿瘤.25n每个人都有发生肿瘤的遗传学潜能；每个人都有发生肿瘤的遗传学潜能；一生中随时可能产一生中随时可能产生突变细胞并形成微小肿瘤灶，其关键是这些起始细胞生突变细胞并形成微小肿瘤灶，其关键是这些起始细胞能否逃逸免疫、是否及如何呈现侵袭力和逐渐产生转移能否逃逸免疫、是否及如何呈现侵袭力和逐渐产生转移表型。表型。nCSCsCSCs肿瘤起始细胞肿瘤起始细胞(tumor initiating cells)受到科学受到科学家们越来越多的重视，并期待针对家们越来越多的重视，并期待针对CSCsCSCs进行更有效的肿

20、进行更有效的肿瘤治疗。瘤治疗。26三、肿瘤干细胞的发现三、肿瘤干细胞的发现1.Nature,1963,199:79-80 Bruce等人发现，由小鼠腹水分离得到骨髓瘤细胞，其中的极少部分（0.01%1%）可在体外培养实验中形成集落。2.Science,1977,3:730-737 Hamburger等人发现，在人肺癌、卵巢癌、神经母细胞瘤等肿瘤细胞的体外培养实验中，仅有0.1%可形成集落。具有形成集落的能力具有形成集落的能力x27 系列稀释的小鼠白血病细胞移植到同品系的动物体内，移植细胞仅有1-4能形成脾脏克隆。1958从小鼠腹水中分离骨髓瘤细胞,体外集落培养仅1/10000-1/1000 癌

21、细胞能形成集落,而且与在体内利用脾脏培养的克隆形成率一致。1971从白血病病人中分离出不同种类的白血病细胞，表面标记为CD34CD38-的细胞移植到NOD/SCID小鼠后能够形成克隆，而其他细胞都不具有肿瘤源性。1997正式提出Cancer Stem Cell的概念2001从乳腺癌患者分离CD44CD22-/low的癌细胞200个，然后移植于小鼠身上形成乳腺癌；再从小鼠乳腺癌内分离癌细胞200个，又可形成肿瘤。200328白血病干细胞的研究白血病干细胞的研究 CD34+CD38-为急性髓系白血病肿瘤干细胞为急性髓系白血病肿瘤干细胞的特异表面标志，在每一病人的所有血细胞中的特异表面标志，在每一病

22、人的所有血细胞中只占只占0.2%1%。肿瘤干细胞肿瘤干细胞实验证明实验证明4.BonnetD.,DickJ.E.,etal.,NatMed.3(1997)730.29CD133+CD133-CD133+肿瘤细胞（肿瘤细胞（100个）移植到免疫缺陷小鼠脑组织后形成肿瘤个）移植到免疫缺陷小鼠脑组织后形成肿瘤CD133-肿瘤细胞（肿瘤细胞（105个以下）不能形成肿瘤个以下）不能形成肿瘤实体瘤干细胞的证实实体瘤干细胞的证实脑肿瘤脑肿瘤6.SheilaK.S.,etal.,Nature 432(2004)396.30人乳腺癌手术标本 制成单细胞悬液，流式分群分离小鼠移植乳腺癌的细胞，再次接种小鼠不同细胞

23、亚群移植入NAD/SCID小鼠乳腺脂肪组织CD44CD24/low细胞接种的小鼠12w时出现明显肿瘤未分类细胞5104才能形成肿瘤，CD44CD24/low细胞只需200个即可在小鼠乳腺中再次形成肿瘤。表型相似包含肿瘤组织的各种成分乳腺癌细胞是功能上不均一的成分，仅有少量表达特征性表面标志的乳腺癌细胞能在重复移植后重建乳腺癌细胞型，且具有自我更新和多向分化能力。肿瘤中绝大多数细胞没有能力增殖或形成肿瘤，只有肿瘤干细胞能够无限增殖，产生更多的肿瘤干细胞和缺乏肿瘤源性潜力的肿瘤细胞。31肿瘤干细胞的特点：肿瘤干细胞的特点：n极强的自我复制更新能力，能够产生及上一代完全相极强的自我复制更新能力，能够

24、产生及上一代完全相同的子代细胞。具有极强的致瘤能力。同的子代细胞。具有极强的致瘤能力。n不断的分化能力，能够产生不同表型的肿瘤细胞，并不断的分化能力，能够产生不同表型的肿瘤细胞，并在体内形成新的肿瘤。在体内形成新的肿瘤。n具有与非致瘤细胞不同的表面标志。具有与非致瘤细胞不同的表面标志。n在肿瘤中的所占的比例较少。在肿瘤中的所占的比例较少。n耐药性与抗凋亡特性。耐药性与抗凋亡特性。32四、肿瘤干细胞的分离纯化四、肿瘤干细胞的分离纯化n根据特异的细胞表面标志鉴定肿瘤干细胞根据特异的细胞表面标志鉴定肿瘤干细胞n采用染料采用染料Hoechst33342Hoechst33342鉴定肿瘤干细胞鉴定肿瘤干细

25、胞n免疫磁株分离方法免疫磁株分离方法n采用采用BrdUBrdU法鉴定肿瘤干细胞法鉴定肿瘤干细胞n抗凋亡分选假说等抗凋亡分选假说等33根据特异的细胞表面标志鉴定肿瘤干细胞根据特异的细胞表面标志鉴定肿瘤干细胞n干细胞研究的发展很大程度上依赖细胞表面分化抗原干细胞研究的发展很大程度上依赖细胞表面分化抗原的研究进展。因此的研究进展。因此,肿瘤干细胞分离鉴定的最重要方法肿瘤干细胞分离鉴定的最重要方法就是确定细胞表面特异性标志就是确定细胞表面特异性标志,一般原则为结合谱系标一般原则为结合谱系标志、正常干细胞的特异标志和正常组织特异性标志等志、正常干细胞的特异标志和正常组织特异性标志等综合评价。综合评价。n

26、目前目前,已经鉴定出了多种肿瘤干细胞表面标志已经鉴定出了多种肿瘤干细胞表面标志34n急性髓性白血病：急性髓性白血病：CD34+CD38-细胞细胞n乳腺癌：乳腺癌：CD44+CD24-/low Lineage-细胞细胞n脑肿瘤：脑肿瘤：CD133+n前列腺癌：前列腺癌：CD44+/2 1hi/CD133+n恶性黑素瘤：恶性黑素瘤：CD20+ABC5+n肺腺癌：肺腺癌：Sca-1+CD45-Pecam-CD34+n直结肠癌：直结肠癌：CD133+CD44+CD166+部分肿瘤干细胞表面标志部分肿瘤干细胞表面标志3536带有带有CSCs表面标志抗体的表面标志抗体的磁株加入细胞悬液，特异性及肿磁株加入

27、细胞悬液，特异性及肿瘤干细胞结合，在磁场作用下被瘤干细胞结合，在磁场作用下被吸附，非吸附，非CSCs细胞则被洗脱。细胞则被洗脱。免疫磁珠分离（免疫磁珠分离（MACS）37Hoechst 33342鉴定肿瘤干细胞鉴定肿瘤干细胞n研究者用研究者用Hoechst 33342对骨髓细胞染色后发现有一小对骨髓细胞染色后发现有一小部分细胞染色很浅，进一步实验发现这群细胞表达造部分细胞染色很浅，进一步实验发现这群细胞表达造血干细胞的表面标志血干细胞的表面标志Sca1+lin-/low，这一细胞群被称为，这一细胞群被称为边缘细胞边缘细胞 (side population，SP)n已经证实已经证实SPSP细胞膜

28、表面有外排泵多药耐药转运子细胞膜表面有外排泵多药耐药转运子1(multidrug resistance transporter 1,MDR1)，能外排，能外排HoechstHoechst染料。染料。38 干细胞高表达抗药蛋白能够将药物泵出细胞外的特性干细胞高表达抗药蛋白能够将药物泵出细胞外的特性，用荧光用荧光染料染料HoechestHoechest 3334233342对肿瘤细胞进行预染对肿瘤细胞进行预染，然后用流式细胞仪进行，然后用流式细胞仪进行分选。分选。边缘细胞边缘细胞干细胞干细胞393采用采用BrdU法鉴定肿瘤干细胞法鉴定肿瘤干细胞nBrdU(溴脱氧尿嘧啶核苷溴脱氧尿嘧啶核苷)是是DN

29、A前体胸腺嘧啶核苷前体胸腺嘧啶核苷类似物类似物,通过竞争掺入通过竞争掺入S期细胞单链期细胞单链DNA核苷酸序列替核苷酸序列替代胸腺嘧啶。代胸腺嘧啶。nBrdU经活体注射或细胞培养加入后经活体注射或细胞培养加入后,可利用抗可利用抗BrdU单单克隆抗体免疫细胞化学染色，显示增殖细胞。如果细克隆抗体免疫细胞化学染色，显示增殖细胞。如果细胞迅速分裂胞迅速分裂,，BrdU则被稀释而检测不到；如果细胞分则被稀释而检测不到；如果细胞分裂缓慢，则可以被检测到，这种细胞被称为标记阻滞裂缓慢，则可以被检测到，这种细胞被称为标记阻滞细胞细胞(label-retaining cell,LRC)。现已经在乳腺、皮。现已

30、经在乳腺、皮肤、肾脏、前列腺、子宫和胰腺等检测到了肤、肾脏、前列腺、子宫和胰腺等检测到了LRC。40抗凋亡分选假说抗凋亡分选假说n干细胞能通过一些复杂的机制来抵抗凋亡，在诱导凋干细胞能通过一些复杂的机制来抵抗凋亡，在诱导凋亡的条件下，普通肿瘤细胞最终会发生凋亡亡的条件下，普通肿瘤细胞最终会发生凋亡,而肿瘤干而肿瘤干细胞的比例增加，此时以合适的培养基防止肿瘤干细细胞的比例增加，此时以合适的培养基防止肿瘤干细胞分化，然后用蛋白芯片或其他方法检测存活细胞的胞分化，然后用蛋白芯片或其他方法检测存活细胞的表面标志，这些标志可能就是肿瘤干细胞的表面标志。表面标志，这些标志可能就是肿瘤干细胞的表面标志。41

31、五、研究肿瘤干细胞的意义n有望代替肿瘤细胞系，成为更加理想的肿瘤研有望代替肿瘤细胞系，成为更加理想的肿瘤研究工具。究工具。n用于研究肿瘤的发生机制，有助于研究观念的用于研究肿瘤的发生机制，有助于研究观念的转变及对肿瘤本质的理解。转变及对肿瘤本质的理解。n为临床有效地诊断出恶性生长细胞的存在部位为临床有效地诊断出恶性生长细胞的存在部位并进行有效治疗，提供了新的思路。并进行有效治疗，提供了新的思路。42Tannishtha,Sean JM,Michael FC,et al.Nature,2001,414:105肿瘤的起源基因突变理论传统观点随机学说随机学说(Stochastic)(Stochast

32、ic)所有肿瘤细胞均存在无限增殖的可能；所有肿瘤细胞均存在无限增殖的可能；但以很小的几率但以很小的几率,随机地进入细胞周期增随机地进入细胞周期增生分裂生分裂43传统传统观念观念认为肿瘤形成是所有肿瘤细胞认为肿瘤形成是所有肿瘤细胞共共同增殖同增殖的结果。的结果。传统理论传统理论指导下癌症的治疗方法有：指导下癌症的治疗方法有：放射放射治疗法，化疗法，外科手术切除治疗法，化疗法，外科手术切除等方法。这些方等方法。这些方法是不加区分的消灭肿瘤细胞来达到一定的治疗。法是不加区分的消灭肿瘤细胞来达到一定的治疗。44肿瘤的起源肿瘤干细胞（CSC）Tannishtha,Sean JM,Michael FC,e

33、t al.Nature,2001,414:105 肿瘤是在具有无限增殖和自我更新潜能的很少一部分细胞的驱动下发生的，这一部分恶性转化的靶细胞即是肿瘤干细胞（cancer stem cell）。新观点CSC45Stewart S.Critical Reviews in Oncology/Hematology,2004,51:1肿瘤起源于不同分化阶段的干细胞：如果致癌因子作用于未分化的干细胞，干细胞就成为肿瘤性干细胞而形成恶性肿瘤；如果致癌因子作用于近于终末期分化而仍能合成DNA的细胞则形成良性肿瘤；如果致癌因子击中的是中间状态的细胞会出现中等程度分化而介于这两种极端之间的肿瘤。胚胎干细胞祖细胞中

34、间分化状态细胞近终末分化细胞成熟细胞46n传统治疗的对象是肿瘤的整体。但大多数肿瘤细胞并无肿瘤源性,其生长依赖于少量干细胞样的细胞。而目前的治疗并未有效地攻击这些细胞。n许多化疗药物靶向正在分裂的细胞。但干细胞大多处于休眠状态（处于有丝分裂的静止期,偶尔进行分裂）。这可能使肿瘤干细胞及其它肿瘤细胞对化疗药物的敏感性上存在着差异。肿瘤传统治疗手段失利的原因4748Therapeutic ImplicationNat Rev Cancer 2003;3:895-90249将治疗的重心转向肿瘤干细胞将治疗的重心转向肿瘤干细胞n在信号途径的研究中寻找新的诊治靶点。在信号途径的研究中寻找新的诊治靶点。n

35、诱导诱导CSCsCSCs分化。分化。n需要注意的是需要注意的是,对于血液系统、肝脏、中枢神经系统等重对于血液系统、肝脏、中枢神经系统等重要器官要器官,其治疗既要面向肿瘤干细胞其治疗既要面向肿瘤干细胞,又要保护正常的干又要保护正常的干细胞。而另外一些器官细胞。而另外一些器官,如子宫、乳腺及前列腺等如子宫、乳腺及前列腺等,暂时暂时可不考虑正常干细胞的保护问题可不考虑正常干细胞的保护问题,应成为优先研究的方向。应成为优先研究的方向。n可行性：已有研究证实，个别化疗药物既可杀灭白血病干可行性：已有研究证实，个别化疗药物既可杀灭白血病干细胞而又不破坏正常的造血干细胞。细胞而又不破坏正常的造血干细胞。50

36、n新近发现新近发现,CSCs,CSCs具有促进血管生成作用。具有促进血管生成作用。CSCsCSCs在缺氧状态下高表达在缺氧状态下高表达血管生成因子血管生成因子,提示提示CSCsCSCs在在肿瘤发生和演进阶段有间接促血管生成作用。肿瘤发生和演进阶段有间接促血管生成作用。n CSCsCSCs还可以转化为还可以转化为肿瘤血管干肿瘤血管干/前体细胞前体细胞直接直接参及血管生成；促使人们重新认识肿瘤发生和参及血管生成；促使人们重新认识肿瘤发生和演进机制演进机制,给肿瘤传统基础理论甚至近年的抗血给肿瘤传统基础理论甚至近年的抗血管生成治疗也带来冲击和挑战管生成治疗也带来冲击和挑战CSCsCSCs及肿瘤血管形

37、成及肿瘤血管形成51CSCsCSCs及肿瘤转移及肿瘤转移n肿瘤转移呈现一定的靶器官特异性或亲和性；肿瘤转移呈现一定的靶器官特异性或亲和性；n完成这种转移的瘤细胞实际上是转移性完成这种转移的瘤细胞实际上是转移性CSCs CSCs(metastatic CSCs)(metastatic CSCs)或迁移性或迁移性CSCs(migratory CSCs(migratory CSCs)CSCs)n目前肿瘤侵袭和转移机制研究从主要关注整体目前肿瘤侵袭和转移机制研究从主要关注整体瘤细胞遗传特性瘤细胞遗传特性,转向关注转移性转向关注转移性CSCsCSCs及靶器及靶器官微环境相互作用。官微环境相互作用。52C

38、SC CSC 及肿瘤耐药性及肿瘤耐药性n研究发现正常干细胞对药物是天然耐受的研究发现正常干细胞对药物是天然耐受的,其其最重要的机制是高表达最重要的机制是高表达ABC ABC 转运蛋白。转运蛋白。n主要在肿瘤细胞中存在的多药耐药基因（主要在肿瘤细胞中存在的多药耐药基因（MDRMDR）编码的编码的P P糖蛋白糖蛋白即为即为ABC ABC 转运蛋白（转运蛋白（ABCB1 ABCB1 和和ABCG2,ABCC1ABCG2,ABCC1）。）。53n最早发现于细菌，属于一个庞大的蛋白家族，每个成员都最早发现于细菌，属于一个庞大的蛋白家族，每个成员都有两个高度保守的有两个高度保守的ATPATP结合区（结合区

39、（ATP binding cassetteATP binding cassette），），故名故名ABCABC转运器。转运器。n每一种每一种ABCABC转运器只转运一种或一类底物，不同的转运器转运器只转运一种或一类底物，不同的转运器可转运可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质。在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。ABC转运器转运器（ABC transporter）54MammalianMDR1protein第一个被发现的真核细胞的ABC转运器是多药抗性蛋白（multidrug resistance

40、protein,MDR），约40%患者的癌细胞内该基因过度表达。ABC转运器还及病原体对药物的抗性有关。55Stem Cells and Drug Resistance of Cancer56CSCsCSCs及肿瘤免疫及肿瘤免疫n免疫系统不仅可以保护个体避免肿瘤的发生免疫系统不仅可以保护个体避免肿瘤的发生,也可以编也可以编辑细胞的免疫原性而导致肿瘤的形成辑细胞的免疫原性而导致肿瘤的形成,后者即免疫编辑后者即免疫编辑(immunoediting)(immunoediting)。n结合结合CSCsCSCs特性和肿瘤免疫编辑研究进展特性和肿瘤免疫编辑研究进展,可以推测可以推测,CSCs,CSCs可能

41、是癌变细胞经过免疫编辑的特殊细胞群体。在肿瘤可能是癌变细胞经过免疫编辑的特殊细胞群体。在肿瘤演进过程中演进过程中,随着随着CSCsCSCs分化和瘤细胞异质性的产生分化和瘤细胞异质性的产生,免疫免疫细胞的应答反应也会异常或丧失。细胞的应答反应也会异常或丧失。n上述推测尚需要合适的体内和体外模型加以证实。上述推测尚需要合适的体内和体外模型加以证实。57治疗新思路治疗新思路1.1.基因治疗：基因治疗：通过分析肿瘤干细胞和一般肿瘤细胞之间基因表达的通过分析肿瘤干细胞和一般肿瘤细胞之间基因表达的差异差异,从而检测出不同类别细胞对治疗的敏感性从而检测出不同类别细胞对治疗的敏感性,指导用药，还可以指导用药，

42、还可以把多表达于肿瘤干细胞的一些基因序列作为肿瘤治疗的靶点。把多表达于肿瘤干细胞的一些基因序列作为肿瘤治疗的靶点。2.2.调控信号传导通路：调控信号传导通路：肿瘤干细胞具有和正常干细胞相同的调控自肿瘤干细胞具有和正常干细胞相同的调控自我更新的信号传导通路，可以通过抑制这些信号通路来杀伤肿瘤干我更新的信号传导通路，可以通过抑制这些信号通路来杀伤肿瘤干细胞，但是否会同时抑制正常干细胞而发生严重的毒副作用还有待细胞，但是否会同时抑制正常干细胞而发生严重的毒副作用还有待于探讨。于探讨。3.3.诱导分化干细胞：诱导分化干细胞：肿瘤干细胞起源于干细胞的异常突变，而又肿肿瘤干细胞起源于干细胞的异常突变，而又

43、肿瘤起源于肿瘤干细胞的自我更新和分化，由于干细胞的异常突变可瘤起源于肿瘤干细胞的自我更新和分化，由于干细胞的异常突变可能和细胞所处的微环境有关，那么也许可以设法通过改变微环境来能和细胞所处的微环境有关，那么也许可以设法通过改变微环境来诱导癌细胞想正常细胞分化。诱导癌细胞想正常细胞分化。58六、六、CSC 研究存在的问题及发展趋势研究存在的问题及发展趋势n 肿瘤干细胞的来源？肿瘤干细胞的来源？肿瘤干细胞是正常的成体干细胞甚至体细胞基因突变所致。肿瘤干细胞是正常的成体干细胞甚至体细胞基因突变所致。肿瘤干细胞主要来源于细胞融合。肿瘤干细胞主要来源于细胞融合。肿瘤干细胞起源及病毒有关。肿瘤干细胞起源及

44、病毒有关。肿瘤干细胞起源于残留的静止的胚胎干细胞。肿瘤干细胞起源于残留的静止的胚胎干细胞。n CSCCSC的细胞表面特异性标记物的认定与标识，的细胞表面特异性标记物的认定与标识，更好地分离和鉴定更好地分离和鉴定CSCCSC？59nCSCCSC是否是肿瘤发生的普遍机制？是否是肿瘤发生的普遍机制？CSCCSC致肿瘤发病机制致肿瘤发病机制是什么？其生长基因表达和信号转导途径上及正常干是什么？其生长基因表达和信号转导途径上及正常干细胞有何差别？细胞有何差别？n怎样才能保证药物能特异性杀死怎样才能保证药物能特异性杀死CSCCSC而不影响其它正常而不影响其它正常干细胞？干细胞？n诱导干细胞分化的化学药物的

45、毒副作用、药物耐受等诱导干细胞分化的化学药物的毒副作用、药物耐受等亦有待于研究。寻找机体微环境内诱导亦有待于研究。寻找机体微环境内诱导CSCCSC分化的物质分化的物质是亟待解决的问题。是亟待解决的问题。60结结 论论 肿瘤干细胞的发现有助于从根本上阐肿瘤干细胞的发现有助于从根本上阐明肿瘤的发生发展机制，解释目前肿瘤治明肿瘤的发生发展机制，解释目前肿瘤治疗所面临的问题疗所面临的问题,为肿瘤治疗开辟了一条新为肿瘤治疗开辟了一条新的思路的思路61前景展望前景展望不断出现的新现象，新理论对现有的观点不断出现的新现象，新理论对现有的观点的挑战促使了人们对肿瘤本质的认识，在及肿的挑战促使了人们对肿瘤本质的认识，在及肿瘤的战斗中我们已经取得了不少的成就，虽然瘤的战斗中我们已经取得了不少的成就，虽然前面的路仍然艰辛而漫长，但坚信人类终将战前面的路仍然艰辛而漫长，但坚信人类终将战胜肿瘤。胜肿瘤。62