腫瘤幹細胞最新研究進展（第3期）

2017年8月28日/

BIOON/---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

。

（Cancer Stem Cell，CSC），也被稱作癌

，或

，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

在

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

中。因此，有學者提出了腫瘤幹細胞在腫瘤發生、發展、轉移過程中都有重要作用，但到底什麼是腫瘤幹細胞現在尚無準確定義。腫瘤幹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幹細胞的增殖。腫瘤幹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，只要腫瘤幹細胞還在，根據定義這些

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

治療提供了新的方向和視覺角度。

近年來腫瘤

學說受到越來越多人的關注，並在

、腦

、前列腺癌、肺癌、

、結直腸癌、皮膚癌等多種惡性腫瘤中都成功分離出了腫瘤

。基於此，小編針對

的研究進行一番梳理，以饗讀者。

科學院微生物研究所溫廷益研究組和科學院生物物理研究所副研究員李翀等通過合作鑒定了人膀胱癌幹細胞一條新的乾性維持通路——KMT1A-GATA3-STAT3信號通路。機制研究表明，KMT1A蛋白通過其甲基轉移酶活性，直接催化GATA3基因啟動子區域（-1351~-1172）的組蛋白H3第9位賴氨酸進行三甲基化修飾（H3K9me3），從而阻遏其轉錄；而GATA3蛋白能夠直接與STAT3基因的啟動子區域（-1710~-1530）結合，並阻遏其轉錄。因此，組蛋白甲基轉移酶KMT1A介導的GATA3基因的轉錄阻遏，促進了STAT3的表達上調和磷酸化激活，最終實現了膀胱癌

的乾性維持。

該研究首次揭示了KMT1A-GATA3-STAT3信號通路促進膀胱癌幹細胞自我更新的機制。與膀胱癌非幹細胞和癌旁組織相比，組蛋白甲基轉移酶KMT1A在膀胱癌幹細胞中的高表達具有特異性。因而KMT1A可以作為首個膀胱癌幹細胞特異的標誌物，在膀胱癌幹細胞的鑒定和膀胱癌的靶向治療中具有廣闊的應用前景。此外，該發現在分子水平加深了對膀胱癌

生理特徵和膀胱癌發生的認識，為膀胱癌的藥物篩選和靶向治療提供了理論基礎。

根據一項新的研究，來自葡萄的化合物可能能夠殺死培養皿中和小鼠體內的結腸癌

。這些化合物，即白藜蘆醇和葡萄種子提取物，也可能最終導致人們開發出有助阻止結腸癌的療法。相關研究結果近期發表在BMC Complementary and Alternative Medicine期刊上，論文標題為「Grape compounds suppress colon cancer stem cells in vitro and in a rodent model of colon carcinogenesis」。白藜蘆醇是在葡萄皮和種子中發現的。

在當前的這項研究中，Vanamala團隊將52隻患上結腸癌腫瘤的小鼠分成三組：對照組、餵食射這些葡萄化合物的小鼠組和餵食蘇靈大（sulindac）的小鼠組。之所以選擇作為一種抗炎性藥物的蘇靈大，是因為之前的一項研究已證實它顯著地降低病人體內的腫瘤數量。在餵食這些葡萄化合物的小鼠中，腫瘤發生率降低了50%，類似在餵食蘇靈大的小鼠中觀察到的

發生率。

2017 年 5 月 18 日，生命科學學院鄭曉峰研究組在 Nature Communications 雜誌上發表題為「Adenylate kinase hCINAP determines self-renewal of colorectal cancer stem cells by facilitating LDHA phosphorylation」的文章，該項研究首次發現腺苷酸激酶 hCINAP 能通過提高細胞的糖酵解水平來促進結直腸癌幹細胞的乾性維持和遷移能力。

正常體細胞在氧氣充足的情況下主要以線粒體呼吸 - 氧化磷酸化途徑提供能量，而腫瘤細胞即使在氧氣充足的條件下，也主要以糖酵解提供 ATP，並伴隨大量的中間代謝產物和乳酸的產生，為癌細胞快速增殖提供了物質基礎，這種代謝特點被稱為 Warburg 效應（或有氧糖酵解）。Warburg 效應暗示腫瘤的發生髮展和細胞代謝失調息息相關。與腫瘤細胞代謝特點類似，快速增殖的幹細胞也主要依靠有氧糖酵解來提供能量和大分子生物合成的中間代謝產物。腫瘤幹細胞的代謝偏好性因腫瘤類型而異，胰腺癌、膠質母細胞瘤和白血病中的腫瘤幹細胞依賴氧化磷酸化提供能量，而乳腺癌和鼻咽癌則依賴於糖酵解。然而結直腸癌幹細胞偏好的代謝方式尚未被報道。

該項研究發現，腺苷酸激酶 hCINAP 在結直腸癌中有明顯高表達，而且 hCINAP 的高表達和結直腸癌細胞的代謝失調相關。腺苷酸激酶 hCINAP 可以通過增強 LDHA 的磷酸化和活性來促進結直腸癌幹細胞的有氧糖酵解，進而促進表皮間充質轉換、遷移、侵襲、重新成瘤、自我更新以及對化療藥物的不敏感性。hCINAP 的敲低能抑制細胞有氧糖酵解，促進線粒體呼吸和活性氧的產生，進而促進結直腸癌幹細胞的凋亡。在人正常結腸幹細胞的類組織中，hCINAP 的敲低對細胞凋亡影響很小，而且不影響結腸幹細胞的分化，這表明 hCINAP 作為葯靶在結直腸癌治療中的副作用會很小。該項研究還發現，葡萄糖水平低等代謝壓力引起的細胞 ATP 水平降低會抑制 LDHA 的磷酸化並促進 hCINAP 和 LDHA 的相互作用，而在結直腸癌中，hCINAP 的異常高表達能通過促進 LDHA 磷酸化來促進糖酵解產生能量，從而提高結直腸癌幹細胞對營養匱乏的抵抗性。這些結果證明 hCINAP 是一個具有促癌特性的腺苷酸激酶，結直腸癌幹細胞的代謝過程被 hCINAP 嚴格調控。在未來的研究中，利用 hCINAP 的小分子抑製劑或單克隆抗體對殺滅結直腸癌細胞具有潛在的臨床價值。

在一項新的研究中，來自美國普渡大學、西北大學和印第安納大學的研究人員發現一種代謝特徵對啟動腫瘤形成的「癌幹細胞」的正常運轉是至關重要的。他們也證實如何干擾卵巢癌中的這種代謝機制，從而抑制腫瘤生長。

這項新的研究著重關注利用抑制執行一種被稱作脂質分子「去飽和作用」的代謝過程所需的酶的活性來靶向癌幹細胞。

論文共同第一作者、普渡大學博士后研究員Junjie Li說，「在這項研究中，我們對單個活細胞進行化學成像，首次鑒定出和描述卵巢癌幹細胞中的脂質不飽和性。」另一名論文共同第一作者是西北大學費恩柏格醫學院助理教授Salvatore Condello。

在此之前，缺乏靈敏的單細胞分析工具限制了對癌幹細胞代謝活性的描述。用於這項研究中的成像方法是由Cheng團隊開發的，允許科學家們檢測單個細胞中的代謝特徵。鑒於癌幹細胞是癌細胞群體中的極小一部分，因此在檢測隱藏的代謝特徵時，單細胞靈敏度是非常重要的。

這種新的成像方法採用了兩種技術：對單個活細胞進行高光譜受激拉曼散射成像（hyperspectral stimulated Raman scattering imaging）和對提取出的脂質進行質譜分析。

Cheng說，「我們在這項研究中報道相比於非癌幹細胞，卵巢癌幹細胞中的不飽和脂質水平顯著增加。常規方法並不能夠開展單細胞分析。如果這種特徵存在於一個非常小的區域，那麼它不容易被常規生化測試方法檢測到。利用受激拉曼顯微分析法，我們能夠更好地通過這種代謝特徵精確地找到這些細胞。」

這種脂質不飽和性特徵是在實驗室培養的卵巢癌幹細胞和來自卵巢癌病人的細胞中鑒定出來的。更高的脂質不飽和性水平也在利用癌幹細胞培養出的模擬病人體內腫瘤組織的三維「球狀體（spheroid）」中檢測到。研究人員利用一種化學物抑制脂肪酸去飽和酶的活性，降低這些細胞的「乾性（stemness）」，使得它們變得不那麼致命性。Cheng說，抑制脂肪酸去飽和酶的活性有效地清除癌幹細胞，阻止實驗室培養物中的球狀體形成和阻斷實驗室小鼠體內的腫瘤起始能力。

最近來自香港大學、香港浸會大學和台北醫科大學的研究人員共同在國際學術期刊Oncotarget上發表了一篇文章，他們發現一種中藥成分能夠對癌症幹細胞發揮有效的細胞毒性作用，有望治療一些難治癌症解決化療抵抗等問題。

在這項最新研究中，研究人員首次發現從傳統中藥西洋參和三七的根莖中分離得到的一種天然皂苷成分——人蔘皂苷Rb1對癌症幹細胞表現出強力的細胞毒性作用。人蔘皂苷Rb1及其代謝產物化合物K能夠有效抑制癌症幹細胞的自我更新，受到藥物處理的細胞不會出現再生長。人蔘皂苷Rb1及化合物K處理還可以增加癌症幹細胞對化療藥物順鉑和紫杉醇臨床使用劑量的敏感性。

在觀察到藥物作用效果之後，研究人員又對其中的機制進行了研究。他們發現人蔘皂苷Rb1及化合物K的作用效果與Wnt/β-catenin信號途徑有關，藥物處理能夠下調β-catenin/TCF依賴性轉錄及其靶基因ABCG2和P-glycoprotein的表達。研究人員還發現人蔘皂苷Rb1及化合物K介導的對癌症幹細胞的抑制還會導致EMT過程的逆轉。他們從卵巢腺癌病人樣本中分離得到癌症幹細胞，進行藥物處理之後也會抑制癌症幹細胞的自我更新，除此之外，他們也在異種移植腫瘤小鼠模型中對人蔘皂苷Rb1及化合物K的作用效果進行了檢測。

日前，一項刊登在國際雜誌PLoS ONE上的研究報告中，來自美國的研究人員通過研究發現，一種名為ONC201的小分子或能通過改變基因表達的方式來抑制癌症幹細胞的自我更新。

當癌症患者進行化療和放療后，患者機體中的癌症幹細胞往往能夠生存下來，而且癌症幹細胞的存活往往和患者機體癌症的複發、轉移以及預后較差直接相關；此前研究表明，晚期癌症臨床試驗中所使用的ONC201分子能夠靶向作用自我更新的結直腸癌幹細胞，然而研究人員並不清楚是否ONC201所誘發的特殊幹細胞相關的效應是否會抑制癌症幹細胞的自我更新。

這項研究中，研究人員Varun Vijay Prabhu及其同事對結直腸癌、前列腺癌以及膠質母細胞瘤細胞系和患者衍生組織中的基因表達情況進行分析，這些癌症均利用ONC201來進行治療，研究者發現，在殺滅腫瘤細胞之前，ONC201能夠改變癌症幹細胞標誌物及信號通路中的基因表達，從而就能夠提供產生藥效的生物標誌物，研究者並未在對ONC201分子產生獲得性耐藥性的細胞中觀察到上述改變；研究者認為，癌症幹細胞在療法前處理所表現出的基因表達特性或許能夠幫助預測患者對ONC201分子的反應。

很多接受化療治療的癌症患者的癥狀都會在第一時間內緩解，但往往在療法停止后疾病就會複發，目前越來越多的研究證據表明，癌症患者疾病的複發或許和癌症幹細胞的出現直接相關，癌症幹細胞是一類能夠無限繁殖且會播撒「腫瘤」種子的細胞，近日一項刊登在國際雜誌EMBO Molecular Medicine上的研究報告中，來自義大利的研究人員通過研究設計出了一種新策略來特異性地靶向作用癌症幹細胞，同時還能夠降低腫瘤產生的可能性。

在很多乳腺癌中，Numb蛋白的水平常常非常低，而且其和患者預后較差直接相關，當前研究中，研究人員深入闡明了Numb在腫瘤中所扮演的關鍵角色，他們發現，缺失Numb的腫瘤中癌症幹細胞的數量會發生增加，從而就能夠潛在地促進腫瘤擴散和生長，此外研究人員還表示，p53在這種效應發生的過程中扮演著關鍵的角色，但當利用名為Nutlin-3的小分子化合物來阻斷p53降解使其水平恢復時，腫瘤的侵襲力就會降低，而且癌症幹細胞的數量也會降低，目前一系列諸如Nutlin-3等靶向作用p53通路的藥物正在臨床試驗中。

隨後研究人員檢測了Nutlin-3聯合藥物紫杉醇的效果，紫杉醇是一種常見的化療藥物；紫杉醇療法僅能夠降低腫瘤的尺寸，但一旦療法停止後患者的疾病就會複發，但當其同Nutlin-3結合后不僅能夠潛在地使得腫瘤對紫杉醇產生反應，還能夠抑制Numb缺失的腫瘤在患者療法停止后不能夠死灰復燃。這項研究中，研究人員開發了一種臨床前的模型系統，其能夠特異性地捕獲當前療法對癌症幹細胞的效應，所有的研究結果基於基於研究者將患者機體的腫瘤細胞注射到小鼠機體中所獲得，同時研究者還在小鼠機體中進行了多項實驗來調查幹細胞的存在或者癌症的進展程度，未來研究中這種新型的模型系統或許還能夠幫助研究人員調查不同化合物對癌症幹細胞的影響。

頭頸部鱗狀細胞癌是一種具有高度侵襲性的癌症，其通常會擴散到頸部淋巴結部位，當前順鉑是一種用於治療這類癌症患者的標準療法，然而仍然有超過50%的患者會對順鉑產生耐藥性，而且患者還會經歷癌症複發，患者的五年期生存期非常低，研究人員並不清楚引發頭頸部鱗狀細胞癌的機制，日前，一項刊登在國際雜誌Cell Stem Cell上的研究報告中，來自加州大學洛杉磯分校的研究人員就呼籲需要通過更廣泛的研究來理解為何這類癌症患者會對療法產生耐藥性，同時研究人員還需要儘快開發出治療癌症的新型療法。

這項研究中，研究人員首次頭頸部鱗狀細胞癌小鼠模型進行研究，利用體內譜系追蹤研究人員鑒別出了頭頸部鱗狀細胞癌中存在的罕見癌症幹細胞。他們還發現，這種癌症幹細胞能夠表達一種名為Bmi1的幹細胞蛋白，而且還能增加激活蛋白-1（AP-1）的水平，這種激活蛋白時一種能夠控制多種癌症相關基因表達的轉錄因子，基於以上研究發現，研究人員開發並對比了多種治療頭頸部鱗狀細胞癌的方法，最後發現了一種新型組合性的療法能夠有效靶向癌症幹細胞並且殺死腫瘤細胞，同時結合化療藥物還能夠產生更好的療效。

通過深入研究后研究者發現，癌症幹細胞或許不僅會促進頭頸部鱗狀細胞癌的發生，還會誘發癌細胞向頸淋巴結轉移；研究者Wang指出，本文研究首次利用有效抑制腫瘤生長和轉移的組合性療法靶向作用腫瘤的增殖以及休眠狀態的幹細胞，相關研究結果或可用於進行諸如乳腺癌和結腸癌等實體瘤的治療，這些癌症也會經常轉移到淋巴結或者遠端器官中。

日前，一項刊登在國際雜誌Oncotarget上的研究報告中，來自索爾福德大學的研究人員通過研究發現，相比諸如2-DG等藥物而言，維生素C能以10倍的高效率來有效阻斷癌細胞的生長，文章中，研究人員首次提出證據表明，維生素C（抗壞血酸）能夠被用來靶向並且殺滅癌症幹細胞（CSCs），癌症幹細胞能夠引發致命性的腫瘤。

癌症幹細胞被認為是引發癌症化療耐受性的根源，其會導致惡性癌症患者的療法失敗，並且會誘發腫瘤複發以及轉移；文章中，研究者通過研究評估了癌症幹細胞的生物能學特性，該過程能夠促進癌症幹細胞存活並且繁衍，而干擾其代謝或許就能夠有效抑制癌症幹細胞發展。

通過關注能量轉移，研究者在實驗室中測定了7種物質對癌症幹細胞系的影響，包括批准用於臨床的藥物司替戊醇、3種天然產物：咖啡酸苯酯（CAPE）、水飛薊素和抗壞血酸，以及實驗性的藥物製劑，比如放線醯胺素、FK866和2-DG。當研究人員發現天然抗生素放線醯胺素和化合物FK866具有最大潛力時，他們還發現維生素C同樣也能夠抑制癌症幹細胞的形成，而且其效力超過了2-DG十倍以上。

化療藥物能夠殺死大多數癌細胞，但是癌症幹細胞常常可以生存下來並促進新腫瘤的形成。在一項發表在國際學術期刊Oncotarget上的新研究中，索爾福德大學的研究人員發現幹細胞的特性和行為對腫瘤轉移非常重要，他們認為端粒酶是癌症幹細胞重新激活的關鍵。

研究人員在肺癌，乳腺癌和卵巢癌細胞中根據端粒酶水平判斷哪些細胞容易發生轉移。為了達到該目的他們利用GFP追蹤端粒酶活性，熒光強度高（端粒酶表達水平高）的細胞比其他細胞更加活躍，遷移和增殖能力也大大增強。

索爾福德大學Michael Lisanti教授這樣說道：「我們發現如果能夠檢測到端粒酶的活性，我們就可以發現哪些細胞容易發生癌變和轉移。我們之前沒有預計到的就是癌症幹細胞有很高的增殖速度，而這與普遍認為幹細胞無法快速增殖的觀點相矛盾，這為我們了解癌症轉移提供了新的認識，也為我們發現、分離甚至殺死癌症幹細胞提供了一種方法。」

作為該研究的一部分，研究人員發現得到FDA批准的藥物，比如多西環素和palbociclib，能夠有效阻止癌症幹細胞的增殖。Palbociclib能夠阻斷細胞周期依賴性激酶（CDK）的活性並抑制癌細胞的分裂，但是直到現在還沒有研究證明這類藥物能夠阻止癌症幹細胞的擴增。

腫瘤幹細胞在腫瘤細胞的發生、自我更新、耐藥性和轉移中扮演著重要角色。作為泌尿系統最常見的惡性腫瘤——膀胱癌幹細胞(Bladder Cancer Stem Cells)的起源和遺傳學基礎目前仍不明確。

科學院生物物理研究所蛋白質科學研究平台抗體工程實驗室李翀與科學院微生物研究所、深圳大學的研究人員合作，採用單細胞測序技術對腫瘤幹細胞進行基因組學層面的探索，並進行了功能性實驗驗證。

科研人員採用膀胱癌特異性抗體BCMab1與CD44抗體組合，從3份新鮮的膀胱癌組織中分選膀胱癌幹細胞(Bladder Cancer Stem Cells)、膀胱癌非幹細胞(Bladder Cancer Non-Stem Cells)、膀胱上皮幹細胞(Bladder Epithelial Stem Cells)和膀胱上皮非幹細胞(Bladder Epithelial Non-Stem Cells)，共計59個細胞進行了單細胞MALBAC擴增和全外顯子測序。

通過進化分析發現：膀胱癌幹細胞起始於膀胱上皮幹細胞或膀胱癌非幹細胞。對膀胱癌幹細胞中發生突變的21個關鍵基因進行鑒定后發現，有6個基因未曾在膀胱癌中報道(ETS1，GPRC5A，MKL1，PAWR，PITX2，RGS9BP)。ARID1A，GPRC5A和MLL2聯合突變可顯著增強「膀胱癌非幹細胞」轉化成「膀胱癌幹細胞」能力。（生物谷 Bioon.com）