腫瘤乾細胞最新研究進展

惡性腫瘤是嚴重威脅人類生命的疾病之一。對於多數惡性腫瘤患者而言，可採用化療、放射療法及生物免疫治療等方法來殺死大部分腫瘤細胞，但是卻無法從根本上治癒腫瘤。

腫瘤乾細胞最新研究進展

文/towersimper

腫瘤乾細胞（Cancer Stem Cell，CSC），也被稱作癌乾細胞，或癌症乾細胞，是指腫瘤中具有自我更新能力並能產生異質性腫瘤細胞的細胞。現在已經很清楚腫瘤乾細胞在腫瘤惡化和產生治療抗性中起了重要作用，最突出的表現在血液系統癌症如白血病中。因此，有學 者提出了腫瘤乾細胞在腫瘤發生、發展、轉移過程中都有重要作用，但到底什麼是腫瘤乾細胞現在尚無準確定義。

腫瘤乾細胞和腫瘤組織細胞不同。這些細胞自身分化較慢，但對很多物理化學損傷（如放療和化療）耐受。據說化療和放療還能促進腫瘤乾細胞的增殖。腫 瘤乾細胞被認為是腫瘤治療複發的根源，因為即使多數腫瘤細胞被殺死，只要腫瘤乾細胞還在，根據定義這些乾細胞可以分化成腫瘤細胞。這一理論為我們重新認識腫瘤的起源和本質，以及臨床腫瘤治療提供了新的方向和視覺角度。

近年來腫瘤乾細胞學說受到越來越多人的關注，並在乳腺癌、腦腫瘤、攝護腺癌、肺癌、肝癌、結直腸癌、皮膚癌等多種惡性腫瘤中都成功分離出了腫瘤乾細胞。基於此，小編針對腫瘤乾細胞的研究進行一番梳理，以饗讀者。

doi:10.1016/j.cell.2019.03.010

在一項新的研究中，來自美國加州大學聖地亞哥分校等研究機構的研究人員通過使用RNA測序（RNA-seq）、染色質免疫沉澱測序（ChIP-seq）和全基因組CRISPR分析來繪製胰腺癌乾細胞的分子依賴性圖譜，其中胰腺癌乾細胞是優先驅動腫瘤發生和進展的高度治療抵抗性細胞。相關研究結果發表在2019年4月18日的Cell期刊上，論文標題為「A Multiscale Map of the Stem Cell State in Pancreatic Adenocparcinoma」。

圖片來自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.03.010。

這種整合的基因組方法揭示了胰腺癌上皮細胞對免疫調節信號的意外利用。特別是，已知能促進炎症和T細胞分化的細胞核激素受體RORγ（retinoic-acid-receptor-related orphan receptor gamma, 視黃酸受體相關孤兒受體γ）在胰腺癌進展過程中被上調，而且針對 它的遺傳抑製和藥物抑製都會導致胰腺癌生長出現嚴重缺陷和生存率的顯著提高。此外，對患者進行的大規模回顧性分析顯示，RORγ表達可能預測胰腺癌的侵襲性，這是因為它與晚期疾病和癌症轉移呈正相關。

doi:10.1073/pnas.1816626116

斯克裡普斯研究所（TSRI）的科學家已經發現了一種化合物可以高效選擇性殺傷腦膠質瘤乾細胞，而正是這群細胞使得腦膠質瘤如此致命。這項研究於近日發表在《PNAS》上，來自TSRI的科學家發現一種被他們命名為RIPGBM的化合物可以殺傷病人腫瘤來源的腦膠質瘤乾 細胞，殺傷效果是現在腦膠質瘤標準治療藥物替莫唑胺的40倍。他們還發現RIPGBM具有高度選擇性，不會殺傷其他種類的腦細胞，同時可以顯著抑製小鼠身上的腦膠質瘤的生長。

過去的研究已經發現腦膠質瘤乾細胞（glioblastoma cancer stem cells，GBM CSCs）是這種腫瘤如此致命的關鍵所在。GBM CSCs對於化療和放療具有很強的耐受性，會從原發瘤遷移到周圍健康的大腦組織中。就算是手術切除腫瘤組織並進行標準化療和放療以後，仍然 會有一些GBM CSCs殘留在病人大腦中，最終會生成新的腫瘤。Lairson及其同事設計了一種自動高通量篩選的方法對大量的小分子化合物進行了篩選，用它們處理健康腦細胞以及來自GBM病人腫瘤的GBM CSCs。

「這些來自病人的細胞維持了腫瘤細胞致命的特點，包括注射進小鼠大腦中形成GBM樣腫瘤的能力。」Lairson說道。經過幾輪的篩選後，Lairson及其同事發現了化合物RIPGBM，它既可以高效殺傷GBM CSCs，又不會損傷正常腦細胞。」

他們發現它之所以具有這種選擇性是因為它會被GBM CSCs中一些特異性的酶或者因子修飾。在這些腫瘤細胞中，修飾後的cRIPGBM會誘發細胞凋亡。他們隨後發現移植病人來源的膠質瘤細胞後，小鼠會在5周之內形成很大的腦瘤，而RIPGBM治療的小鼠只能形成很小的腦瘤 。Lairson及其同事計劃進一步開發RIPGBM，如果進展能順利將會進行更多的動物實驗和人體臨床實驗。

doi:10.1016/j.celrep.2019.02.032

卵巢癌並不是一種最常見的癌症類型，但其卻屬於致死性最高的一類癌症，其複發率大約為70%，近日一項刊登在國際雜誌Cell Reports上的研究報告中，來自匹茲堡大學等多個機構的科學家們通過研究成功利用一種新型藥物殺滅乾細胞樣的卵巢癌細胞，從而就有效遏製 了卵巢癌的複發。

文章中研究者發現，一種名為673A的新型實驗性藥物或能特異性地殺滅乾細胞樣細胞，這類細胞常常會在患者化療後逗留；在卵巢癌小鼠模型中，將673A與化療手段相結合或能明顯改善癌症小鼠的生存率。醫學博士Ronald Buckanovich說道，我們可以將乾細胞樣細胞想 象為種子，其會生根發芽長成植物，當我們在治療癌症時實際上類似於「修剪草坪」，但問題是蒲公英總會回來的。

化療會殺滅90%-99%的癌細胞，但乾細胞樣細胞會躲過化療從而使得患者癌症複發，通常11個乾細胞樣的細胞就能夠形成腫瘤，相比之下，移植5萬個非乾細胞樣癌細胞而其無法形成腫瘤卻是可能的，研究者指出，實驗性藥物673A能夠通過靶向作用ALDH信號通路來殺滅這 些乾細胞樣細胞，這些細胞會依賴於該通路來清除快速繁殖所產生的廢棄物。利用673A來治療卵巢癌僅能殺滅大約3%-5%的癌細胞，但由於這些細胞是乾細胞樣細胞，治療的結果只能是給其重重的一拳。

研究者表示，將人類卵巢癌細胞注射到小鼠機體後，給予其化療和673A聯合療法，其中60%的小鼠在6個月治療後痊癒了，而僅接受化療的小鼠卻僅有10%的發生了痊癒。研究者發現，673A僅能有效抵禦對化療耐受性的腫瘤，當將673A和化療結合起來治療癌症小鼠時，幾乎 三分之二的小鼠在6個月病情發生了緩解，相比之下，僅接受化療的小鼠會在同一時間段內死亡。

由於卵巢癌通常會對化療產生耐受性，而實驗性藥物673A能夠潛在改善卵巢癌患者的死亡率；研究者Buckanovich表示，在673A上市之前還需要進行更多驗證性工作，目前該藥物在機體中停留時間較短，而且還需要更好的溶解性，而且該藥物也沒有在人類機體中進行測試 ；相比此前使用的ALDH抑製劑而言，673A殺滅乾細胞樣細胞的有效性是前者的10倍，而且其還能有效提高化療的效果。

Cell：揭示高脂肪飲食促進結直腸癌產生機制

doi:10.1016/j.cell.2019.01.036

在一項新的研究中，來自美國沙克生物研究所的研究人員指出高脂肪膳食通過擾亂腸道中的膽汁酸平衡和觸發一種潛在地讓癌細胞茁壯成長的激素信號來促進結直腸癌生長。這些發現可能解釋了需要幾十年才能形成的結直腸癌，在一個高脂肪膳食普遍存在的時代，卻出現在年輕人身上。相關研究結果發表在2019年2月21日的Cell期刊上，論文標題為「FXR Regulates Intestinal Cancer Stem Cell Proliferation」。

圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2019.01.036。

這項以小鼠模型為研究對象的研究展示了生活方式和遺傳學如何相互影響。這些研究人員發現攜帶一種APC基因突變的動物當攝入高脂肪膳食時更快地患上癌症，其中這種APC基因突變是在結直腸癌患者中發現的一種最為常見的基因突變。

論文共同通訊作者、沙克生物研究所基因表達實驗室主任Ronald Evans教授說道，「這項研究提供了一種新的方法來降低炎症、恢復腸道健康和顯著減少腫瘤進展。」

JCI：維生素C可以抑製腫瘤乾細胞的產生！

doi:10.1172/JCI121685

近日一項由大連醫科大學、中山大學等部門完成的發表在《Journal of Clinical Investigation》上的研究揭開了其中的秘密：壓力荷爾蒙腎上腺素引發了一系列生物化學反應，導致了癌細胞生長和轉移。在這項研究中研究人員首先展示了慢性壓力對腫癌乾細胞生長的 影響，這是此前研究沒有關注的地方。研究人員使用了一種免疫缺陷的小鼠模型，結果發現慢性壓力誘導的腎上腺素會促進乳腺癌細胞產生出癌乾細胞樣的性質，主要通過重置依賴乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase A，ALDHA）的代謝途徑來完成。

慢性壓力誘導的腎上腺素會激活LDHA去產生乳酸從而改變pH，pH改變會導致USP28介導的的MYC的去泛素化從而增強其穩定性。SLUG增強子隨後被MYC激活，這將促使癌細胞產生乳腺癌乾細胞樣的性質。

利用靶向LDHA的藥物篩查測試，研究人員發現維生素C可以逆轉慢性壓力誘導的一種乾細胞樣特徵。這些發現表明了生理因素在促進乳腺癌細胞產生乾細胞樣的性質的過程中的重要性。因此，可以抑製LDHA的維生素C可能是對抗壓力相關的乳腺癌的一種有效藥物。

Genes & Devel：揭秘乳腺癌細胞可塑性產生的分子機制

doi:doi:10.1101/gad.319889.118

目前治療乳腺癌的一大障礙就是癌細胞會不斷改變方式來對療法產生耐受性，理解介導癌細胞可塑性的細胞機制或能幫助開發新型的乳腺癌療法；近日，一項刊登在國際雜誌Genes & Development上的研究報告中，來自貝勒醫學院的科學家們通過研究發現，乳腺癌細胞或 能在兩種形式的細胞表面分子之間移動，即CD44分子—CD44s和CD44v；主要表達CD44s的乳腺癌細胞會增加轉移的行為及對療法的耐受性，而主要表達CD44v的癌細胞則會增加癌細胞的增殖特性。

研究者Chonghui Cheng說道，我們的目標是理解促進乳腺癌細胞變得異質性的分子機制，異質性是癌細胞難以治療的一種原因；文章中，研究人員對乳腺癌乾細胞進行了深入研究，這類細胞能夠產生不同特性的細胞，而這種特性主要表現在細胞表面分子CD44上。CD44是 癌症乾細胞的一種已知標誌物，CD44基因能通過選擇性剪接的方式產生CD44s和CD44v兩種蛋白，研究者調查了這兩種分子在乳腺癌細胞中表達的差異型，他們想知道是否不同形式的CD44分子會引發不同的疾病結果。

文章中，研究者發現，在乳腺癌中，CD44s和CD44v兩種CD44分子具有不同的生物學功能，乳腺癌細胞能利用不同形式的CD44分子，同時還能在兩種CD44分子之間不斷轉換，表達高水準CD44s的癌細胞具有癌症乾細胞的特性，其更趨向於具有轉移性或複發性，而且能對療法 產生耐受性；而當其轉換到表達CD44v時，其就會攜帶較少的癌症乾細胞特性，但卻會增加癌細胞的增殖特性，選擇性剪接是一種促進CD44分子轉換的特殊機制。

研究者表示，通過操控兩種CD44分子的水準或許就能改變癌細胞的特性，從而增加癌細胞對療法的敏感性。最後研究者Cheng說道，我們推測，或許還有其它基因也會經歷選擇性剪接的過程從而改變細胞的命運，同時或許還會改變細胞的可塑性從而引發癌症異質性的發生 。

PNAS：揭示蛋白JAG1在癌症乾細胞分化和轉移中起關鍵作用

doi:10.1073/pnas.1815345116

在一項新的研究中，來自美國萊斯大學和杜克大學的研究人員發現發現一種較小的蛋白--- JAG1---似乎在癌症乾細胞如何發生分化和轉移中發揮著關鍵性作用。至關重要的是，他們發現JAG1與在調節細胞命運中起著至關重要作用的Notch信號通路相互作用。相關研究結果發表在2019年1月2日的PNAS期刊上。

圖片來自CC0 Public Domain。

上皮細胞形成排列在器官外表面的組織。間充質細胞是通常參與傷口修復等過程的遷移性細胞。上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition， EMT）是一個將上皮細胞轉化成遷移性的間充質細胞的過程。癌症劫持了這一過程，並通過讓它停止在中間階段而形 成轉移性的雜合細胞而變得最具侵襲性。

萊斯大學的研究人員之前已針對癌症乾細胞如何通過控制參與胞外信號轉導、傷口癒合和胚胎髮育的Notch信號通路而在彼此之間和與外圍世界之間進行通信提出了多種理論，比如EMT理論、乾性理論、癌症代謝理論和Notch-Delta理論。在之前的研究中，他們已發現激活 這種信號通路的配體是如何發生差錯從而讓遷移性的癌細胞保持在一起並幫助它們附著到身體新部位的結締組織上。

Sci Rep：華人學者發現抗癌新靶標，死死控制腦膠質瘤命門！

doi:10.1038/s41598-018-31864-x

來自弗吉尼亞理工-加利永研究所（Virgi年 Tech Carilion Research Institute，VTCRI）的研究人員表示一個涉及人體生物節律的基因也許是致命的腦膠質瘤的一個潛在治療靶標。這項新發現於近日發表在《Scientific Reports》上，題為「Casein Kinase 1 Epsilon Regulates Glioblastoma Cell Survival」，該研究指出一個特殊基因可以很明顯地維持腫瘤細胞生存，儘管這個基因通常與生物節律有關。

「我們已經發現抑製這個基因也許可以抑製腫瘤乾細胞自我更新並分化成為膠質瘤細胞的能力，而腫瘤乾細胞被認為是這類難治療的癌症的特點之一。」該研究作者、VTCRI副教授Zhi Sheng說道。「儘管在設計一種新療法之前還需要更多的研究，但是我們這項早期基礎研究很有希望。」

Sheng表示在手術、放療和化療後就算只有幾百個膠質瘤乾細胞還存活，這種癌症就會再複發。但是在他們關於癌細胞和小鼠模型的實驗中，研究人員發現酪蛋白激酶1家族中的一個成員產生的酶被抑製後，膠質瘤乾細胞的增殖就會停止，小鼠身上的腫瘤生長也會受到抑製。

研究人員還發現了證據表明這個酶負責調節膠質瘤乾細胞自我更新的速度，而不是控制分化。「抑製這個基因可以有效殺死膠質瘤乾細胞。」Sheng說道。Sheng和他的同事還評估了兩種商用的抑製酪蛋白激酶1的藥物，發現其中之一就有進一步研究成為腦膠質瘤乾細胞抑製劑的潛力。

Front Cell Neurosci：一種新技術有望通過激活癌細胞來治療癌症

doi:10.3389/fncel.2018.00388

近日，一項刊登在國際雜誌Frontiers in Cellular Neuroscience上的研究報告中，來自俄羅斯遠東聯邦大學的科學家們通過研究提出了一種新型的抗癌療法，即通過激活癌細胞來破壞它們。

文章中，研究人員對神經膠質瘤乾細胞的分子激活機制進行了研究，研究者們重點關注了癌症乾細胞從睡眠模式向覺醒模式的轉變，以及如何進一步激活其發生分裂；癌症乾細胞是一類非常罕見的乾細胞，其不僅能夠負責腫瘤的生長和擴散，還能引發癌症複發給患者治療帶來極大困難，腫瘤經常會在患者接受化療或外科手術後發生複發，有時候也需要很長時間才能誘發癌症複發的過程。

目前臨床上癌症患者治療的困難在於癌症乾細胞僅會在其處於活性階段受到影響，而這是很難被檢測到的；研究者Alexander Kagansky教授說道，乾細胞激活的方法風險很大，然而在其處於被動狀態下，這些細胞幾乎會對化療產生免疫，在晚期腫瘤這種情況下，患者必須在某種特定治療方法的潛在風險和益處之間進行權衡選擇，文章中，研究人員所開發的新方法就能夠重新激活癌症乾細胞，而這或許也有望幫助開發治療癌症的新型療法。

據研究者介紹，膠質瘤乾細胞(glioma stem cells， GSCs)擁有多種保護性的機制，其會使得靶向性療法無法有效發揮療效，在治療過程中，特定類型的細胞通道常常會被阻斷，而這一阻斷通常會由在不同水準下發揮作用的多種分子鏈接來補償。研究者的想法就是讓膠質瘤乾細胞重新開啟細胞周期循環，從而讓其處於激活狀態，這樣在這些腫瘤細胞還未進入休眠狀態被保護的情況下，研究者就能利用化療手段對其發起突然攻擊。

doi:10.1038/s41388-018-0406-x

近日，一項刊登在國際雜誌Oncogene上的研究報告中，來自大阪大學和東京工業大學的科學家們通過研究在肝細胞癌（HCC）乾細胞中發現了一種名為CD13的表面分子，當CD13抑製劑烏苯美司（Ubenimex）加入到癌症乾細胞中時，肝細胞癌乾細胞就會誘發程序性細胞死亡程序進而被消除；然而由於癌症乾細胞僅存在於部分腫瘤組織中，因此研究人員就需要開發出一種新方法，將高濃度的藥物運輸至作用靶點。

研究人員開發的這種藥物運輸系統能利用乙二醇—賴氨酸嵌段共聚物—烏苯美司共軛物（PEG-b-PLys(Ube)）來發揮作用，該系統能增加藥物烏苯美司靶向作用癌症乾細胞的濃度，此外，結合使用標準的抗癌藥物還能明顯降低癌症乾細胞的水準。研究者Masamitsu Konno說道，這項研究中我們首次開發出了一種運輸高濃度烏苯美司的藥物運輸系統，利用這種方法，研究人員就能對小鼠進行藥物烏苯美司的腹腔注射和靜脈注射，結果表明，小鼠機體的腫瘤尺寸明顯減小了，因此研究人員就有望將高濃度的烏苯美司運輸至癌症乾細胞靶點。

下一步，研究人員將烏苯美司與當前的抗癌藥物結合使用，來加速小鼠機體中癌症乾細胞的細胞凋亡，這些抗癌藥物包括氟尿嘧啶、順鉑和多柔比星。最後研究者Hideshi Ishii說道，如今這些藥物對癌症乾細胞的作用已經被證實，本文研究結果或將促進這些藥物用來治療多種類型的癌症；同時這種新型運輸系統中的嵌段共聚物模塊也能被輕鬆製造並表現出更強的效應，這或許有望應用於其它藥物中。

doi:10.1021/acscentsci.8b00313

在治療原發性腫瘤後，癌症乾細胞仍然可能潛伏在體內，作好轉移到身體其他部位的準備並以更具侵襲性和抵抗治療的形式導致癌症複發。在一項新的研究中，來自美國伊利諾伊大學香檳分校的研究人員開發出一種分子探針來找出這些難以捉摸的癌症乾細胞並照亮它們，這樣不僅能夠在體外的細胞培養物中而且也能夠在天然環境---身體---中鑒定、追蹤和研究它們。他們描述了利用這種分子探針在多種人癌細胞系的體外培養物中和活小鼠體內鑒定出癌症乾細胞的有效性。相關研究結果於2018年7月25日在線發表在ACS Central Science期刊上，論文標題為「Surveillance of Cancer Stem Cell Plasticity Using an Isoform-Selective Fluorescent Probe for Aldehyde Dehydrogenase 1A1」。

論文通信作者、伊利諾伊大學香檳分校化學教授Jefferson Chan說，「這真地是首次能夠在癌症乾細胞存在的複雜環境中觀察到它們---不僅僅是在體外的細胞培養物或者人工腫瘤微環境中。觀察到它們是理解它們的第一步。如今，我們能夠觀察到它們潛藏在何處，隨著疾病的進展，它們如何發生變化，或者當進行治療時，它們如何作出反應。」

這種被稱作AlDeSense的新型分子探針是一種小分子，可與癌細胞中的一種與乾性（stemness）性質相關的酶---乙醛脫氫酶1A1（ALDH1A1）---相結合。僅當這種分子探針與ALDH1A1發生反應時，它會被激活，從而釋放出熒光信號。癌症乾細胞會產生高濃度的ALDH1A1。在一系列實驗中，Chan團隊發現這種酶似乎是許多癌症類型中的一種乾性標誌物，這就表明AlDeSense可能廣泛地應用於臨床成像。當然，隨著癌症乾細胞的分化，這種標誌物會消失掉。

這些研究人員證實AlDeSense可與兩種主要的細胞技術---流式細胞術和共聚焦成像---相兼容。Chan團隊隨後與伊利諾伊大學香檳分校獸醫臨床醫學教授Timothy Fan合作，在從接受活組織檢查的小鼠體內切除的組織中和活的患有轉移性腫瘤的小鼠體內尋找和追蹤癌症乾細胞。