代谢重编程与肿瘤干细胞干性维持

代谢重编程与肿瘤干细胞干性维持演讲人01引言：肿瘤微环境中的代谢适应与干性维持的生物学意义02肿瘤干细胞的生物学特征及其代谢基础03代谢重编程的关键形式及其对肿瘤干细胞干性的调控04代谢重编程调控肿瘤干细胞干性维持的分子机制054.2c-Myc：全局代谢重编程的“驱动器”06代谢重编程与肿瘤微环境的相互作用：干性维持的“生态系统”07靶向代谢重编程的肿瘤干细胞治疗策略：挑战与展望目录代谢重编程与肿瘤干细胞干性维持01引言：肿瘤微环境中的代谢适应与干性维持的生物学意义引言：肿瘤微环境中的代谢适应与干性维持的生物学意义在肿瘤研究领域，肿瘤干细胞（CancerStemCells,CSCs）的发现颠覆了传统肿瘤治疗的理念。这类细胞凭借其强大的自我更新、多向分化潜能及耐药性，被认为是肿瘤发生、转移、复发及耐药的“种子细胞”。而代谢重编程作为肿瘤细胞区别于正常细胞的核心特征之一，早已被Warburg等先驱者关注——即使在氧气充足的条件下，肿瘤细胞仍优先依赖糖酵解获取能量。然而，代谢重编程并非肿瘤细胞的“专利”，近年来，越来越多的证据表明，肿瘤干细胞的代谢网络具有独特的“干性偏好”，其代谢模式不仅满足了快速增殖的能量需求，更在维持干性特征中扮演着“信号枢纽”与“表观遗传调控器”的角色。引言：肿瘤微环境中的代谢适应与干性维持的生物学意义作为一名长期从事肿瘤代谢与干细胞交叉领域的研究者，我深刻体会到：代谢重编程与肿瘤干细胞干性维持的关联，是理解肿瘤“治疗抵抗”与“复发”的关键锁钥。本文将从肿瘤干细胞的生物学特征出发，系统梳理代谢重编程的关键形式、分子机制及其与微环境的相互作用，并探讨基于代谢干预的靶向治疗策略，以期为破解肿瘤干细胞的治疗困境提供新思路。02肿瘤干细胞的生物学特征及其代谢基础1肿瘤干细胞的核心标志物与功能特性肿瘤干细胞的概念最早由JohnDick在急性髓系白血病中提出，后续在乳腺癌、脑胶质瘤、结直肠癌等多种实体瘤中得到验证。其核心特征包括：1肿瘤干细胞的核心标志物与功能特性1.1自我更新能力的维持机制自我更新是干细胞（包括正常干细胞与肿瘤干细胞）的核心属性，通过不对称分裂（一个子细胞保持干性，另一个分化）或对称分裂（两个子细胞均保持干性）实现。在分子层面，这一过程受Wnt/β-catenin、Notch、Hedgehog（Hh）等经典信号通路调控。例如，在乳腺癌中，Wnt信号通路的激活可促进CD44+/CD24-亚群干细胞的自我更新，而β-catenin的降解则导致干细胞分化。1肿瘤干细胞的核心标志物与功能特性1.2分化潜能的调控网络肿瘤干细胞具有分化为heterogeneous肿瘤细胞的能力，形成肿瘤组织的“细胞层级结构”。这种分化潜能受转录因子Oct4、Sox2、Nanog（OSN核心因子）的精密调控。例如，胶质瘤干细胞中Oct4的高表达可维持其未分化状态，而Oct4的敲低则促进向星形胶质细胞分化。1肿瘤干细胞的核心标志物与功能特性1.3耐药性与肿瘤复发的关系肿瘤干细胞高表达ABC转运蛋白（如ABCG2、ABCB1），可主动外排化疗药物；同时，其处于细胞周期静止期（G0期），减少对细胞周期依赖性化疗药物（如紫杉醇）的敏感性。临床数据显示，手术或化疗后残留的肿瘤干细胞是肿瘤复发的主要来源，这也是传统治疗难以“根治”肿瘤的关键原因。2肿瘤干细胞的代谢特征：不同于普通肿瘤细胞的独特性与普通肿瘤细胞相比，肿瘤干细胞的代谢网络具有“低效率、高灵活、重表观”的特点，这种差异并非简单的“代谢需求差异”，而是干性维持的“主动选择”。2.2.1代谢需求的“干细胞偏好”：能量与生物合成的高效平衡普通肿瘤细胞依赖Warburg效应（糖酵解增强）快速生成ATP和中间产物，而肿瘤干细胞更倾向于“氧化磷酸化（OXPHOS）-糖酵解双轨并行”模式。例如，在脑胶质瘤中，CD133+干细胞在低氧条件下通过线粒体OXPHOS获取能量，而在高氧条件下则转向糖酵解，这种“代谢可塑性”使其能适应微环境波动。同时，干细胞对生物合成前体（如核苷酸、氨基酸、脂质）的需求更高，以支持自我分裂和分化。2肿瘤干细胞的代谢特征：不同于普通肿瘤细胞的独特性2.2代谢可塑性：动态适应微环境变化的能力肿瘤干细胞并非固定依赖单一代谢途径，而是根据微环境（如缺氧、营养匮乏、药物压力）动态调整代谢模式。例如，在营养受限的肿瘤中心，干细胞通过增强自噬降解自身蛋白质，回收氨基酸以维持生存；而在转移过程中，则依赖脂肪酸氧化（FAO）获取能量，以满足迁移所需的ATP供应。2.3代谢重编程作为肿瘤干细胞干性维持的“燃料库”与“信号枢纽”代谢重编程不仅仅是“能量供应站”，更是干性调控的“信号中枢”。代谢产物（如乳酸、琥珀酸、α-酮戊二酸）可直接作为信号分子激活或抑制关键通路，代谢酶（如PKM2、IDH1）兼具催化活性和非催化功能（如调控转录），而代谢中间体（如乙酰辅酶A、SAM）则是表观遗传修饰的底物。这种“代谢-信号-表观”的调控网络，是肿瘤干细胞维持干性的核心机制。03代谢重编程的关键形式及其对肿瘤干细胞干性的调控代谢重编程的关键形式及其对肿瘤干细胞干性的调控3.1糖代谢重编程：从Warburg效应到干性维持的调控网络糖代谢是肿瘤细胞最主要的能量来源，而肿瘤干细胞的糖代谢模式更具“干性特异性”，其核心特征是“糖酵解-线粒体功能动态平衡”。1.1糖酵解的增强：HK2、PFKFB3等关键酶的作用尽管肿瘤干细胞可依赖OXPHOS，但在多数实体瘤（如乳腺癌、结直肠癌）中，其糖酵解活性仍显著高于正常干细胞。己糖激酶2（HK2）是糖酵解的第一个限速酶，在肿瘤干细胞中高表达，通过结合线粒体外膜（VDAC）抑制线粒体凋亡，同时增强葡萄糖-6-磷酸（G6P）生成，促进糖酵解流。例如，在白血病干细胞中，HK2的敲低可显著抑制其自我更新能力，并诱导分化。6-磷酸果糖激酶-2/果糖-2,6-二磷酸酶3（PFKFB3）是另一个关键酶，通过生成果糖-2,6-二磷酸（F-2,6-BP）激活PFK1，加速糖酵解。在胶质瘤干细胞中，PFKFB3的表达受HIF-1α调控，其抑制剂（如PFK158）可减少乳酸生成，抑制干细胞增殖。1.2线粒体功能重塑：氧化磷酸化的“双刃剑”效应肿瘤干细胞的线粒体并非“沉默的工厂”，而是处于“低活性但可快速激活”的状态。在缺氧或营养匮乏时，线粒体通过融合（如MFN1/2表达增加）维持功能，避免凋亡；而在需要能量时（如转移过程中），则通过电子传递链复合物（I、IV）活性增强，提升OXPHOS效率。值得注意的是，线粒体DNA（mtDNA）突变可影响干细胞干性。例如，在结直肠癌干细胞中，mtDNA缺失的细胞OXPHOS能力下降，但糖酵解增强，其干性标志物Lgr5表达升高，提示线粒体功能与干性的“负反馈调节”。1.2线粒体功能重塑：氧化磷酸化的“双刃剑”效应3.1.3戊糖磷酸途径（PPP）与NADPH生成：维持氧化还原平衡与生物合成PPP是糖代谢的重要分支，其核心功能是生成NADPH（还原力）和核糖-5-磷酸（核酸合成前体）。在肿瘤干细胞中，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGD）活性显著升高，以满足以下需求：-氧化还原平衡：NADPH通过谷胱甘肽还原酶（GR）将氧化型谷胱甘肽（GSSG）还原为还原型谷胱甘肽（GSH），清除活性氧（ROS），维持干细胞低ROS状态（低ROS是干性维持的关键）；-生物合成：核糖-5-磷酸是DNA/RNA合成的原料，支持干细胞快速分裂。在胰腺癌干细胞中，G6PD的抑制剂（6-AN）可显著降低NADPH/GSH比值，诱导ROS积累，抑制干细胞自我更新，并增强吉西他滨敏感性。1.2线粒体功能重塑：氧化磷酸化的“双刃剑”效应2脂代谢重编程：脂肪酸合成与氧化在干性维持中的动态平衡脂质不仅是细胞膜的结构成分，更是信号分子（如前列腺素、脂质第二信使）和能量储存形式。肿瘤干细胞的脂代谢表现为“合成-氧化动态平衡”，这种平衡受干性状态精细调控。3.2.1脂肪酸合成酶（FASN）的过表达：促进膜磷脂合成与信号分子生成FASN是脂肪酸合成的关键酶，催化乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A合成棕榈酸。在乳腺癌、前列腺癌干细胞中，FASN表达显著升高，其作用包括：-膜磷脂合成：干细胞快速分裂需要大量膜磷脂（如磷脂酰胆碱），FASN提供的棕榈酸是合成的前体；-信号分子生成：棕榈酸可用于修饰蛋白质（如脂质化），促进Wnt、Hh等通路激活；同时，其代谢产物棕榈酰辅酶A可抑制p53活性，维持干细胞存活。FASN抑制剂（如TVB-2640）在临床前研究中可显著降低乳腺癌干细胞CD44+/CD24-亚群比例，抑制肿瘤生长。1.2线粒体功能重塑：氧化磷酸化的“双刃剑”效应2脂代谢重编程：脂肪酸合成与氧化在干性维持中的动态平衡3.2.2脂肪酸氧化（FAO）：能量供应与干细胞自我更新的偶联FAO是脂肪酸分解的主要途径，通过肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）将长链脂肪酸转运至线粒体，生成乙酰辅酶A进入TCA循环。在肿瘤干细胞中，FAO的激活常与“干性维持”和“治疗抵抗”相关：-能量供应：在葡萄糖受限的微环境中（如肿瘤中心、转移灶），FAO是主要的能量来源；-信号调控：FAO生成的乙酰辅酶A可抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC），促进干性基因（如Oct4、Sox2）表达；同时，FAO中间产物（如柠檬酸）可抑制糖酵解，维持代谢稳态。例如，在卵巢癌干细胞中，CPT1A的高表达与顺铂耐药相关，其抑制剂（如Etomoxir）可逆转耐药，诱导干细胞分化。2.3脂滴形成：代谢应激下的“能量仓库”与保护机制0504020301脂滴是细胞内储存中性脂质的细胞器，由磷脂单层包裹甘油三酯组成。在肿瘤干细胞中，脂滴形成是对代谢应激（如缺氧、化疗）的适应性反应：-能量储备：在营养匮乏时，脂滴分解提供脂肪酸，支持FAO；-ROS清除：脂滴中的不饱和脂肪酸可清除ROS，保护干细胞免受氧化损伤；-药物隔离：化疗药物（如阿霉素）可被包裹在脂滴中，减少细胞内有效浓度，导致耐药。在肝癌干细胞中，脂滴相关蛋白（如Perilipin1）的高表达与肿瘤复发相关，其敲低可增强索拉非尼的敏感性。2.3脂滴形成：代谢应激下的“能量仓库”与保护机制3氨基酸代谢重编程：关键氨基酸的“双重角色”氨基酸不仅是蛋白质合成的原料，更是代谢信号分子和表观遗传修饰底物。肿瘤干细胞对特定氨基酸（如谷氨酰胺、丝氨酸、支链氨基酸）具有高度依赖性。3.3.1谷氨酰胺代谢：TCA循环补充与表观遗传修饰的底物供给谷氨酰胺是肿瘤细胞最丰富的氨基酸之一，其在干细胞中的代谢途径包括：-TCA循环“燃料”：谷氨酰胺在谷氨酰胺酶（GLS）催化下生成谷氨酸，再通过谷氨酸-丙酮酸转氨酶（GPT）生成α-酮戊二酸（α-KG），进入TCA循环维持OXPHOS；-谷胱甘肽（GSH）合成：谷氨酸是GSH合成的原料，维持氧化还原平衡；-表观遗传修饰：谷氨酰胺代谢的中间产物（如α-KG、琥珀酸）是组蛋白去甲基化酶（KDMs）和DNA去甲基化酶（TETs）的辅因子，调控干性基因表达。2.3脂滴形成：代谢应激下的“能量仓库”与保护机制3氨基酸代谢重编程：关键氨基酸的“双重角色”在胰腺癌干细胞中，GLS抑制剂（如CB-839）可阻断谷氨酰胺代谢，减少α-KG生成，抑制KDM4A活性，激活p21表达，诱导干细胞分化。3.3.2丝氨酸-甘氨酸-一碳单位代谢：核苷酸合成与甲基化调控丝氨酸可通过丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）转化为甘氨酸，并生成一碳单位（甲基、亚甲基等），参与以下过程：-核苷酸合成：一碳单位是胸腺嘧啶（dTMP）和嘌呤合成的原料，支持干细胞快速分裂；-甲基化反应：一碳单位通过S-腺苷甲硫氨酸（SAM）为DNA/组蛋白甲基化提供甲基供体，调控干性基因（如Oct4）表达。在结直肠癌干细胞中，丝氨酸羟甲基转移酶2（SHMT2）的高表达与干性维持相关，其抑制剂（如SHMT2i）可减少dTMP合成，抑制DNA复制，诱导细胞周期阻滞。2.3脂滴形成：代谢应激下的“能量仓库”与保护机制3氨基酸代谢重编程：关键氨基酸的“双重角色”3.3.3支链氨基酸（BCAAs）：mTOR信号激活与干细胞增殖BCAAs（亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）通过mTORC1信号通路调控干细胞增殖。在乳腺癌干细胞中，亮氨酸转运蛋白（SLC7A5）高表达，促进BCAA进入细胞，激活mTORC1，进而促进蛋白合成、抑制自噬，维持干细胞自我更新。mTOR抑制剂（如雷帕霉素）可显著抑制BCAA介导的干细胞增殖。3.4核苷酸代谢重编程：DNA复制修复与干细胞不对称分裂的物质保障肿瘤干细胞快速分裂需要大量核苷酸（dNTPs）合成，其核苷酸代谢途径表现为“从头合成增强-补救途径激活”的双重特征。4.1嘌呤与嘧啶合成的增强：快速分裂期的高需求从头合成途径是核苷酸的主要来源，关键酶包括：-嘌呤合成：磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶（PPAT）、腺苷酸琥珀酸合成酶（ADSS）；-嘧啶合成：天冬氨酸氨基甲酰转移酶（CAD）、二氢乳脱氢酶酶（DHODH）。在白血病干细胞中，PPAT高表达，促进嘌呤合成，支持细胞快速增殖；其抑制剂（6-巯基嘌呤）可抑制干细胞自我更新。3.4.2核苷酸salvage途径：能量高效利用的“备用方案”补救途径利用游离核苷（如腺苷、胸苷）重新合成核苷酸，比从头合成更节省能量。在肿瘤干细胞中，核苷酸转运蛋白（如ENT1、CNT1）高表达，摄取微环境中的核苷；同时，补救途径酶（如腺苷激酶、胸苷激酶）活性增强，以应对营养匮乏时的核苷酸需求。4.1嘌呤与嘧啶合成的增强：快速分裂期的高需求在脑胶质瘤干细胞中，胸苷激酶1（TK1）的高表达与放疗抵抗相关，其抑制剂（如AZT）可增强放射线对干细胞的杀伤作用。04代谢重编程调控肿瘤干细胞干性维持的分子机制代谢重编程调控肿瘤干细胞干性维持的分子机制代谢重编程如何精准调控肿瘤干细胞干性？其核心是通过“代谢物-酶-信号-表观”的级联反应，实现对干性网络的精细调控。1代谢物作为信号分子直接调控干性相关通路代谢产物不仅是代谢中间体，更是信号分子，可直接结合并激活/抑制关键蛋白：1代谢物作为信号分子直接调控干性相关通路1.1乳酸：从“代谢废物”到干性维持的信号分子Warburg效应产生的大量乳酸不仅导致微环境酸化，还可通过以下方式调控干性：-GPR81受体激活：乳酸与GPR81结合，抑制cAMP/PKA信号，促进β-catenin核转位，激活Wnt通路，维持乳腺癌干细胞干性；-组蛋白乳酸化：乳酸直接修饰组蛋白H3K18（H3K18la），抑制染色质开放度，抑制分化基因表达，维持干细胞未分化状态。1代谢物作为信号分子直接调控干性相关通路1.2柠檬酸：抑制乙酰辅酶A羧化酶与表观遗传修饰的调控在缺氧条件下，柠檬酸从线粒体输出至细胞质，抑制乙酰辅酶A羧化酶（ACC），减少脂肪酸合成；同时，柠檬酸裂解酶（ACLY）将柠檬酸转化为乙酰辅酶A，为组蛋白乙酰化提供底体。在结直肠癌干细胞中，柠檬酸积累可抑制ACLY，减少乙酰辅酶A生成，抑制组蛋白H3K27乙酰化，激活干性基因（如Lgr5）。1代谢物作为信号分子直接调控干性相关通路1.3琥珀酸：抑制脯氨酰羟化酶与HIF-1α稳定化琥珀酸是TCA循环中间体，在琥珀酸脱氢酶（SDH）突变时积累，可抑制脯氨酰羟化酶（PHDs），减少HIF-1α的脯氨酸羟基化，进而抑制其VHL介导的降解，导致HIF-1α稳定化。在肾癌干细胞中，琥珀酸积累激活HIF-1α，促进VEGF表达，增强血管生成能力，维持干细胞自我更新。2代谢酶的多重功能：催化活性外的“非代谢角色”许多代谢酶兼具“催化活性”和“非催化功能”，通过蛋白互作调控转录、信号转导等过程：2代谢酶的多重功能：催化活性外的“非代谢角色”2.1PKM2：二聚体/四聚体转换与基因转录调控丙酮酸激酶M2（PKM2）是糖酵解的最后一个限速酶，存在二聚体（低活性，促进核转位）和四聚体（高活性，催化丙酮酸生成）两种形式。在肿瘤干细胞中，PKM2以二聚体形式存在，入核后与β-catenin、HIF-1α等形成复合物，促进干性基因（如c-Myc、Oct4）转录。例如，在肺癌干细胞中，PKM2的核转位是维持干性的关键，其抑制剂（TEPP-46）可促进四聚体形成，抑制核转位，诱导分化。4.2.2IDH1/2突变：α-酮戊二酸积累与表观遗传修饰异常异柠檬酸脱氢酶1/2（IDH1/2）在正常催化下将异柠檬酸转化为α-KG，而在突变状态下（如IDH1R132H），催化α-KG生成D-2-羟基戊二酸（2-HG）。2-HG是α-KG的结构类似物，可抑制以下表观遗传修饰酶：2代谢酶的多重功能：催化活性外的“非代谢角色”2.1PKM2：二聚体/四聚体转换与基因转录调控1-组蛋白去甲基化酶（KDMs）：如KDM4A、KDM6B，导致组蛋白H3K9、H3K27甲基化异常，激活干性基因；2-DNA去甲基化酶（TETs）：抑制DNA去甲基化，维持干性基因启动子甲基化沉默。3在胶质瘤干细胞中，IDH1突变产生的2-HG是维持干性的关键，其抑制剂（如AGI-5198）可降低2-HG水平，逆转表观遗传异常，诱导分化。2代谢酶的多重功能：催化活性外的“非代谢角色”2.3G6PD：PPP酶活性外的蛋白互作调控G6PD不仅是PPP的关键酶，还可通过蛋白互作调控p53活性。在正常细胞中，G6PD与p53结合，抑制其活性；而在肿瘤干细胞中，p53突变导致G6PD过度激活，促进NADPH生成，维持氧化还原平衡，支持干细胞存活。3表观遗传修饰：代谢物与表观遗传修饰的“对话”代谢产物是表观遗传修饰的底物，而表观遗传修饰又调控代谢基因表达，形成“代谢-表观”正反馈循环：3表观遗传修饰：代谢物与表观遗传修饰的“对话”3.1乙酰辅酶A：组蛋白乙酰化与干性基因激活乙酰辅酶A是组蛋白乙酰转移酶（HATs）的底体，催化组蛋白赖氨酸乙酰化，开放染色质结构，激活基因转录。在肿瘤干细胞中，乙酰辅酶A主要来源于：-糖酵解（丙酮酸→乙酰辅酶A，由ACLY催化）；-谷氨酰胺代谢（α-KG→琥珀酰辅酶A→乙酰辅酶A）。例如，在胚胎干细胞中，ACLY高表达促进乙酰辅酶A生成，激活Oct4、Sox2乙酰化，维持干性；而在肿瘤干细胞中，类似的机制可激活c-Myc等基因。4.3.2S-腺苷甲硫氨酸（SAM）：DNA/组蛋白甲基化的甲基供体SAM是甲基转移酶（MTs）的甲基供体，参与DNA甲基化（如DNMTs）和组蛋白甲基化（如HMTs）。在肿瘤干细胞中，SAM主要来源于蛋氨酸循环：蛋氨酸在蛋氨酸腺苷转移酶（MAT）催化下生成SAM，SAM供甲基后生成S-腺苷同型半胱氨酸（SAH），再通过SAH水解酶（SAHH）生成同型半胱氨酸，重新进入蛋氨酸循环。3表观遗传修饰：代谢物与表观遗传修饰的“对话”3.1乙酰辅酶A：组蛋白乙酰化与干性基因激活在结直肠癌干细胞中，蛋氨酸限制饮食可降低SAM水平，抑制DNA甲基化，激活抑癌基因（如p16），诱导干细胞分化。4.3.3α-酮戊二酸（α-KG）：去甲基化酶的辅因子与干性调控α-KG是TCA循环中间体，也是组蛋白去甲基化酶（KDMs）和DNA去甲基化酶（TETs）的辅因子，促进去甲基化反应（激活基因转录）。在肿瘤干细胞中，α-KG水平受代谢酶调控：-IDH1/2突变：减少α-KG生成，抑制去甲基化；-谷氨酰胺酶（GLS）抑制剂：减少谷氨酰胺来源的α-KG，抑制去甲基化。例如，在白血病干细胞中，α-KG类似物（如DM-α-KG）可补充α-KG，激活TET2，促进DNA去甲基化，抑制干性基因（如HOXA9）表达，诱导分化。4转录因子与代谢网络的协同调控干性相关的转录因子（如HIF-1α、c-Myc、OSN核心因子）可直接调控代谢基因表达，形成“转录因子-代谢-干性”调控轴：4转录因子与代谢网络的协同调控4.1HIF-1α：缺氧条件下糖酵解与干性的“总开关”缺氧诱导因子1α（HIF-1α）是缺氧应答的核心转录因子，在肿瘤干细胞中高表达（即使常氧条件，也通过伪缺氧机制稳定）。HIF-1α可调控以下代谢基因：01-糖酵解：GLUT1（葡萄糖转运蛋白）、HK2、PFKFB3、LDHA（乳酸脱氢酶A）；02-线粒体代谢：PDK1（丙酮酸脱氢酶激酶1，抑制丙酮酸进入线粒体）、BNIP3（促进线粒体自噬）。03在胶质瘤干细胞中，HIF-1α的激活促进糖酵解和线粒体自噬，维持干性；其抑制剂（如PX-478）可抑制干细胞增殖，增强放疗敏感性。04054.2c-Myc：全局代谢重编程的“驱动器”4.2c-Myc：全局代谢重编程的“驱动器”c-Myc是经典的癌基因，可调控2000多个基因，其中30%与代谢相关。在肿瘤干细胞中，c-Myc可通过以下方式调控代谢：-糖酵解：上调GLUT1、HK2、LDHA；-谷氨酰胺代谢：上调GLS、SLC1A5（谷氨氨酸转运蛋白）；-核苷酸合成：上调PPAT、CAD。在乳腺癌干细胞中，c-Myc的高表达与干性维持相关，其敲低可减少谷氨酰胺摄取，抑制核苷酸合成，诱导分化。4.2c-Myc：全局代谢重编程的“驱动器”4.4.3Oct4、Sox2、Nanog：干性转录因子对代谢基因的直接调控OSN核心因子是维持胚胎干细胞干性的关键，在肿瘤干细胞中高表达，可直接调控代谢基因：-Oct4：上调GLUT1、LDHA，促进糖酵解；-Sox2：上调ACLY，促进乙酰辅酶A生成；-Nanog：上调G6PD，增强PPP活性。在诱导多能干细胞（iPSCs）中，OSN因子的过表达可促进代谢重编程，维持干性；而在肿瘤干细胞中，类似的机制可导致代谢异常，支持肿瘤进展。06代谢重编程与肿瘤微环境的相互作用：干性维持的“生态系统”代谢重编程与肿瘤微环境的相互作用：干性维持的“生态系统”肿瘤干细胞并非孤立存在，而是与微环境（缺氧、免疫细胞、间质细胞）相互作用，形成“代谢共生”关系，共同维持干性。1缺氧微环境：诱导代谢重编程的关键因素缺氧是肿瘤微环境的典型特征，通过HIF-1α等因子诱导代谢重编程，影响干细胞干性：1缺氧微环境：诱导代谢重编程的关键因素1.1缺氧诱导因子（HIFs）的激活与代谢重编程的启动缺氧条件下，HIF-1α通过抑制脯氨酰羟化酶（PHDs）的活性（氧气是PHDs的辅因子），避免VHL介导的降解，稳定核转位。HIF-1α可上调GLUT1、HK2等糖酵解基因，促进Warburg效应；同时，上调PDK1抑制丙酮酸进入线粒体，减少OXPHOS。5.1.2缺氧条件下乳酸积累的反馈效应：酸化微环境与干细胞存活缺氧诱导的糖酵解产生大量乳酸，通过单羧酸转运蛋白4（MCT4）外排至微环境，导致局部酸化（pH<6.8）。酸化微环境可通过以下方式维持干细胞干性：-抑制免疫细胞活性：降低T细胞、NK细胞的细胞毒性，促进巨噬细胞M2极化；-激活干细胞生存通路：酸化可诱导NF-κB激活，促进抗凋亡基因（如Bcl-2）表达；1缺氧微环境：诱导代谢重编程的关键因素1.1缺氧诱导因子（HIFs）的激活与代谢重编程的启动-促进EMT：酸化可诱导Twist、Snail等EMT转录因子表达，增强干细胞迁移能力。2免疫微环境：代谢竞争对干细胞干性的影响肿瘤微环境中的免疫细胞（如T细胞、巨噬细胞）与干细胞存在“代谢竞争”，影响干细胞干性：2免疫微环境：代谢竞争对干细胞干性的影响2.1T细胞耗竭与免疫检查点：代谢物耗竭的“双重打击”肿瘤浸润T细胞（TILs）活化需要大量葡萄糖、谷氨酰胺等代谢物，而干细胞优先摄取这些物质，导致T细胞代谢耗竭（低葡萄糖、低谷氨酰胺），抑制其功能。同时，干细胞高表达PD-L1，通过PD-1/PD-L1通路抑制T细胞活性，形成“免疫抑制-代谢耗竭”恶性循环。5.2.2巨噬细胞M2极化：代谢重编程促进免疫抑制微环境形成肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）可分化为M1型（抗肿瘤）或M2型（免疫抑制）。在代谢物耗竭的微环境中，TAMs向M2极化，通过以下方式支持干细胞干性：-分泌IL-10、TGF-β等细胞因子，促进干细胞自我更新；-分泌代谢物（如乳酸、酮体），为干细胞提供“代谢支持”；-形成物理屏障，保护干细胞免受免疫细胞攻击。3间质细胞相互作用：代谢物的“跨细胞传递”肿瘤微环境中的成纤维细胞（CAFs）、内皮细胞等可通过代谢物的“跨细胞传递”支持干细胞干性：3间质细胞相互作用：代谢物的“跨细胞传递”3.1成纤维细胞CAF分泌代谢物支持干细胞干性癌相关成纤维细胞（CAFs）可通过糖酵解产生大量乳酸、丙酮酸等代谢物，通过间隙连接或外泌体传递给干细胞，为其提供能量和生物合成前体。例如，在胰腺癌中，CAFs分泌的乳酸被干细胞摄取，通过糖异生转化为葡萄糖，支持干细胞存活。3间质细胞相互作用：代谢物的“跨细胞传递”3.2内皮细胞代谢重编程与干细胞血管生成的协同内皮细胞在血管生成过程中需要大量能量，通过糖酵解和FAO获取能量；同时，内皮细胞分泌血管内皮生长因子（VEGF），促进干细胞血管生成，形成“血管-干细胞”niche，维持干细胞干性。07靶向代谢重编程的肿瘤干细胞治疗策略：挑战与展望靶向代谢重编程的肿瘤干细胞治疗策略：挑战与展望基于代谢重编程与肿瘤干细胞干性维持的关联，靶向代谢途径成为克服治疗耐药、防止肿瘤复发的新策略。然而，代谢网络的复杂性和微环境的异质性给治疗带来挑战，需要多靶点联合治疗。1糖代谢途径的靶向干预6.1.1糖酵解抑制剂：2-DG、Lonidamine的临床探索2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）是葡萄糖类似物，可竞争性抑制HK2，阻断糖酵解。临床前研究表明，2-DG可抑制乳腺癌干细胞增殖，增强化疗敏感性；然而，其临床疗效因肿瘤类型和患者异质性而异。Lonidamine是另一种糖酵解抑制剂，靶向线粒体己糖激ase，已在临床试验中显示对晚期肿瘤的疗效。1糖代谢途径的靶向干预1.2线粒体功能调节：二甲双胍、奥利司他的应用潜力二甲双胍是经典的双胍类降糖药，通过抑制线粒体复合物I减少ATP生成，激活AMPK，抑制mTORC1信号，抑制干细胞干性。临床研究显示，二甲双胍可降低结直肠癌患者复发风险，尤其对于合并糖尿病的患者。奥利司他是脂肪酸合成酶抑制剂，通过抑制FASN减少脂质合成，已在乳腺癌、前列腺癌中进入临床试验。2脂代谢途径的靶向干预6.2.1FASN抑制剂：TVB-2640、奥利司他的联合治疗TVB-2640是新型FASN抑制剂，在临床前研究中可抑制胰腺癌干细胞干性，联合吉西他滨可显著延长生存期。目前，TVB-2640联合PD-1抑制剂的临床试验（NCT03808558）正在进行中，初步结果显示良好的安全性。6.2.2CPT1抑制剂：Etomoxir逆转干性依赖的FAOEtomoxir是CPT1A抑制剂，可阻断脂肪酸进入线粒体，抑制FAO。在卵巢癌干细胞中，Etomoxir可逆转顺铂耐药，诱导分化；然而，其心脏毒性限制了临床应用，开发新型选择性CPT1A抑制剂是未来方向。3氨基酸代谢途径的靶向干预3.1谷氨酰胺酶抑制剂：CB-839的临床试验进展CB-839是GLS抑制剂，可阻断谷氨酰胺代谢，减少α-KG生成，抑制表观遗传修饰。在临床前研究中，CB-839可抑制胰腺癌干细胞生长；然而，临床试验（NCT02071862）显示单药疗效有限，联合化疗或免疫治疗可能提高疗效。6.3.2丝氨酸-甘氨酸途径抑制剂：PH-756、Palmat