肿瘤干细胞与肿瘤免疫微环境新对话

肿瘤干细胞与肿瘤免疫微环境新对话演讲人CONTENTS引言：肿瘤研究的“双重挑战”与“协同视角”肿瘤干细胞（CSCs）：肿瘤发生与发展的“种子细胞”肿瘤免疫微环境（TIME）：肿瘤的“免疫保护罩”CSCs与TIME的“双向对话”：机制与功能CSCs与TIME“对话”的临床意义：治疗策略的革新总结与展望：挑战与未来方向目录肿瘤干细胞与肿瘤免疫微环境新对话01引言：肿瘤研究的“双重挑战”与“协同视角”引言：肿瘤研究的“双重挑战”与“协同视角”在肿瘤学领域，我们长期面临着两大核心难题：一是肿瘤的复发与转移，二是免疫逃逸现象。传统治疗手段（如化疗、放疗）虽能快速缩小瘤体，但往往难以根除具有自我更新和多分化潜能的肿瘤干细胞（cancerstemcells,CSCs），导致治疗抵抗和疾病复发；与此同时，肿瘤免疫微环境（tumorimmunemicroenvironment,TIME）的免疫抑制特性使得免疫细胞无法有效识别和清除肿瘤细胞，成为免疫治疗疗效受限的关键因素。近年来，随着单细胞测序、空间转录组等技术的发展，我们逐渐认识到：CSCs与TIME并非独立存在的两个实体，而是通过复杂的“对话”机制相互塑造、动态互作，共同驱动肿瘤的进展、转移和治疗抵抗。这种“新对话”的发现，不仅改变了我们对肿瘤生物学行为的认知，更为开发新型联合治疗策略提供了重要靶点。本文将从CSCs的特性、TIME的组成、二者相互作用机制及其临床意义四个维度，系统阐述这一领域的最新进展，并展望未来研究方向。02肿瘤干细胞（CSCs）：肿瘤发生与发展的“种子细胞”1CSCs的定义与核心特性肿瘤干细胞是肿瘤组织中具有干细胞样特性的细胞亚群，首次于1994年在急性粒细胞白血病患者中发现，随后在乳腺癌、脑胶质瘤、结直肠癌等多种实体瘤中证实其存在。CSCs的核心特性可概括为以下四点：1CSCs的定义与核心特性1.1自我更新能力（Self-renewal）CSCs通过对称分裂（产生两个相同的CSCs）和不对称分裂（产生一个CSCs和一个分化细胞）维持自身数量稳定，这是肿瘤持续生长的“引擎”。例如，在乳腺癌中，CD44+/CD24-亚群的CSCs通过Wnt/β-catenin信号通路的持续激活，保持自我更新能力；而在脑胶质瘤中，CD133+CSCs则依赖Notch信号通路的调控。1CSCs的定义与核心特性1.2多向分化潜能（Multipotency）CSCs可分化为肿瘤中不同类型的异质性细胞，形成复杂的肿瘤组织结构。这种分化能力不仅模拟了正常干细胞的特性，还赋予肿瘤极强的适应微环境变化的能力——当面临治疗压力时，CSCs可分化为治疗敏感的细胞，而部分残留的CSCs则通过进入“静息状态”躲过杀伤，成为复发的根源。2.1.3高致瘤性（Hightumorigenicity）相较于非CSCs，CSCs在移植实验中仅需极少数细胞（如100个以下）即可在免疫缺陷小鼠中形成肿瘤，而非CSCs则需要成千上万个细胞。这一特性表明，CSCs是肿瘤发生的“细胞起源”，其数量与肿瘤的恶性程度呈正相关。1CSCs的定义与核心特性1.2多向分化潜能（Multipotency）2.1.4治疗抵抗性（Therapyresistance）CSCs通过多种机制抵抗化疗、放疗及靶向治疗：①高表达ABC转运蛋白（如ABCG2），将药物泵出细胞；②激活DNA损伤修复通路（如ATM/ATR）；③处于细胞周期G0期（静息状态），对周期特异性药物不敏感；④高表达抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Survivin）。例如，在结直肠癌中，CD133+CSCs通过上调ABCG2表达，导致5-氟尿嘧啶耐药，这是术后复发的重要原因。2CSCs的标志物与异质性CSCs的标志物具有组织特异性，目前尚未发现“通用标志物”。在白血病中，CD34+CD38-是经典的CSCs标志物；乳腺癌中，CD44+/CD24-/low、ALDH1高表达；胰腺癌中，CD44+CD24+ESA+；肝癌中，CD133+和EpCAM高表达。值得注意的是，同一肿瘤中可能存在多个CSCs亚群，这些亚群之间可相互转化，形成动态异质性。例如，在脑胶质瘤中，CD133+和CD133-亚群均可通过表观遗传学修饰（如DNA甲基化）相互转化，共同促进肿瘤进展。3CSCs在肿瘤转移中的作用肿瘤转移是一个多步骤过程（原发瘤生长、侵袭、进入循环、外渗、转移灶定植），CSCs在其中扮演“先锋”角色。一方面，CSCs通过上皮-间质转化（EMT）获得迁移和侵袭能力，例如在乳腺癌中，CSCs通过TGF-β诱导Snail表达，下调E-cadherin，上调N-cadherin，增强侵袭能力；另一方面，CSCs可提前“预转移微环境”（pre-metastaticniche），通过分泌外泌体（如含miR-1225-5p）或趋化因子（如SDF-1/CXCR4轴），在远处器官（如肺、肝）形成适合转移细胞定植的“土壤”。03肿瘤免疫微环境（TIME）：肿瘤的“免疫保护罩”1TIME的组成与功能TIME是肿瘤细胞及其周围免疫细胞、基质细胞、血管、细胞因子和趋化因子等共同构成的复杂生态系统。根据免疫细胞的浸润状态和功能，TIME可分为“免疫排斥型”（T细胞浸润少，免疫抑制为主）、“免疫浸润型”（T细胞浸润多，但功能受抑制）和“免疫豁免型”（缺乏免疫细胞，如部分脑瘤和眼内肿瘤）。TIME的核心组成包括以下四类细胞：3.1.1免疫抑制性细胞（Immunosuppressivecells）-调节性T细胞（Tregs）：高表达CD4+CD25+Foxp3，通过分泌IL-10、TGF-β和消耗IL-2，抑制CD8+T细胞和NK细胞活性。在黑色素瘤中，Tregs占比越高，患者预后越差。1TIME的组成与功能-髓源性抑制细胞（MDSCs）：由未成熟的髓系细胞在肿瘤微环境中诱导产生，通过产生活性氧（ROS）、精氨酸酶1（ARG1）和诱导型一氧化氮合酶（iNOS），抑制T细胞增殖和功能。例如，在胰腺癌中，MDSCs可占外周血单个核细胞的30%以上，是免疫治疗抵抗的主要因素。-M2型肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）：由巨噬细胞在M-CSF、IL-4等作用下极化而来，高表达CD163、CD206，通过分泌IL-10、VEGF促进肿瘤血管生成和转移，同时通过PD-L1介导T细胞耗竭。1TIME的组成与功能3.1.2免疫效应细胞（Immuneeffectorcells）-CD8+T细胞：抗肿瘤免疫的核心效应细胞，通过穿孔素/颗粒酶途径直接杀伤肿瘤细胞，但TIME中常因PD-1/PD-L1信号通路激活而耗竭（表达PD-1、TIM-3、LAG-3等抑制性分子）。-NK细胞：无需预先致敏即可识别并杀伤肿瘤细胞，但TIME中可通过TGF-β和前列腺素E2（PGE2）抑制其活性。-树突状细胞（DCs）：抗原呈递细胞，通过MHC分子将肿瘤抗原呈递给T细胞，但TIME中DCs常因IL-10和VEGF作用而功能不全，无法有效激活T细胞。1TIME的组成与功能1.3基质细胞（Stromalcells）-癌症相关成纤维细胞（CAFs）：由正常成纤维细胞在TGF-β、PDGF等作用下活化而来，通过分泌基质金属蛋白酶（MMPs）降解细胞外基质（ECM），促进肿瘤侵袭；同时分泌CXCL12等趋化因子，招募Tregs和MDSCs，形成免疫抑制屏障。-内皮细胞（ECs）：构成肿瘤血管，异常的血管结构（如迂曲、渗漏）导致免疫细胞浸润受阻，同时高表达血管内皮生长因子受体（VEGFR），参与免疫抑制。3.1.4细胞因子与趋化因子（Cytokinesandchemokines1TIME的组成与功能1.3基质细胞（Stromalcells））TIME中存在复杂的细胞因子网络，如促炎因子（TNF-α、IFN-γ）和抗炎因子（IL-10、TGF-β）的失衡。其中，TGF-β是TIME中的“多效性因子”，既可促进EMT和转移，又可抑制T细胞和NK细胞活性；趋化因子如CCL2（招募单核细胞至TIME）、CXCL12（招募Tregs和MDSCs）则在免疫细胞募集中发挥关键作用。2TIME的动态可塑性TIME并非一成不变，而是随着肿瘤进展和治疗压力不断动态演变。早期肿瘤中，TIME可能以免疫浸润为主，但随着肿瘤细胞基因突变（如PTEN缺失、PI3K激活）和CSCs的富集，TIME逐渐向免疫抑制型转化。例如，在结直肠癌中，微卫星不稳定（MSI-H）患者的TIME富含CD8+T细胞，对免疫治疗敏感；而微卫星稳定（MSS）患者的TIME则以Tregs和MDSCs为主，免疫治疗效果差。此外，化疗、放疗等治疗手段虽可暂时打破免疫抑制，但长期可能诱导CSCs富集和TIME重塑，导致治疗抵抗。04CSCs与TIME的“双向对话”：机制与功能CSCs与TIME的“双向对话”：机制与功能CSCs与TIME的相互作用并非单向调控，而是通过分泌因子、表面分子、外泌体等多种媒介，形成“CSCs塑造TIME-TIME反馈调控CSCs”的双向闭环，共同推动肿瘤的恶性进展。这一“对话”机制可概括为以下四个方面：1CSCs通过分泌因子抑制免疫细胞功能CSCs可分泌多种免疫抑制性细胞因子和趋化因子，直接抑制免疫细胞的活性和增殖。例如：-TGF-β：CSCs高表达TGF-β，一方面通过诱导EMT促进侵袭，另一方面通过抑制DCs成熟和T细胞增殖，增强Tregs功能，形成免疫抑制。在胰腺癌中，敲除CSCs的TGF-β基因可显著改善TIME中CD8+T细胞的浸润和功能。-IL-10：CSCs分泌的IL-10可促进巨噬细胞向M2型极化，抑制IL-12和TNF-α的分泌，从而抑制CD8+T细胞的细胞毒性。在黑色素瘤中，IL-10中和抗体可逆转CSCs介导的免疫抑制，增强抗PD-1治疗的疗效。-PGE2：CSCs通过环氧合酶-2（COX-2）分泌PGE2，可抑制NK细胞的穿孔素表达和DCs的抗原呈递功能，同时促进Tregs扩增。在结直肠癌中，COX-2抑制剂（如塞来昔布）可联合免疫治疗，改善患者预后。2CSCs通过表面分子介导免疫逃逸CSCs表面高表达多种免疫检查点分子和共刺激分子抑制性配体，通过与免疫细胞表面的受体结合，直接抑制其功能。例如：-PD-L1：CSCs在IFN-γ刺激下高表达PD-L1，与CD8+T细胞的PD-1结合，抑制其增殖和细胞因子分泌，导致T细胞耗竭。在非小细胞肺癌中，PD-L1+CSCs占比与免疫治疗耐药密切相关。-CD47：CSCs高表达CD47，与巨噬细胞表面的信号调节蛋白α（SIRPα）结合，传递“别吃我”信号，抑制巨噬细胞的吞噬作用。在急性髓系白血病中，抗CD47抗体可显著清除CSCs，联合化疗可提高完全缓解率。-Galectin-9：CSCs分泌的Galectin-9与T细胞表面的TIM-3结合，诱导T细胞凋亡。在肝癌中，Galectin-9高表达与CSCs富集和患者预后不良相关。3CSCs通过外泌体重塑TIME外泌体是CSCs分泌的纳米级囊泡（直径30-150nm），携带miRNA、mRNA、蛋白质等生物活性分子，可通过旁分泌或内分泌方式作用于TIME中的细胞，促进免疫抑制和肿瘤进展。例如：12-miR-29a：CSCs外泌体miR-29a可靶向MDSCs中的SOCS1，增强STAT3通路活性，促进MDSCs的扩增和免疫抑制功能。在胰腺癌中，抑制外泌体miR-29a可减少MDSCs浸润，增强CD8+T细胞的抗肿瘤活性。3-miR-21：CSCs来源的外泌体miR-21可靶向T细胞中的PTEN，激活PI3K/Akt通路，抑制T细胞增殖；同时可诱导巨噬细胞向M2型极化，促进血管生成。在乳腺癌中，血清外泌体miR-21水平可作为CSCs活化和免疫抑制的标志物。3CSCs通过外泌体重塑TIME-热休克蛋白90（HSP90）：CSCs外泌体携带HSP90，可激活TAMs中的TLR4/NF-κB通路，促进IL-10分泌，形成免疫抑制微环境。在胶质母细胞瘤中，清除HSP90阳性的外泌体可逆转TIME的免疫抑制状态。4TIME通过免疫编辑促进CSCs干性维持TIME不仅是CSCs的“受害者”，更是其“帮凶”——免疫编辑的“清除”（elimination）、“平衡”（equilibrium）和“逃逸”（escape）三个阶段中，TIME可通过多种机制促进CSCs的干性维持和富集。例如：-免疫编辑与CSCs富集：在平衡阶段，免疫细胞（如CD8+T细胞）可杀伤普通肿瘤细胞，但对CSCs的杀伤能力较弱（因CSCs低表达MHC-I和高表达PD-L1），导致CSCs被“筛选”并富集。在黑色素瘤中，长期免疫压力可诱导CD133+CSCs的比例从5%升至30%，促进肿瘤复发。-TAMs与CSCs干性：M2型TAMs通过分泌IL-6和EGF，激活CSCs中的STAT3和EGFR通路，促进其自我更新和干性维持。在乳腺癌中，清除TAMs可显著降低CD44+/CD24-CSCs的比例，抑制肿瘤生长。4TIME通过免疫编辑促进CSCs干性维持-缺氧与CSCs干性：TIME中的缺氧区域（由异常血管结构导致）可通过HIF-1α通路激活CSCs的干性基因（如OCT4、SOX2、NANOG），促进其自我更新。在胰腺癌中，缺氧诱导的CSCs可通过EMT获得侵袭能力，是肝转移的主要来源。05CSCs与TIME“对话”的临床意义：治疗策略的革新CSCs与TIME“对话”的临床意义：治疗策略的革新理解CSCs与TIME的相互作用机制，为开发新型联合治疗策略提供了重要思路——既要靶向CSCs，又要逆转免疫抑制微环境，打破“CSCs-TIME”的恶性循环。目前，针对这一“对话”的治疗策略主要包括以下四个方向：1靶向CSCs的联合免疫治疗1.1抑制CSCs自我更新通路-Wnt抑制剂（如PRI-724）：通过抑制β-catenin与CBP的结合，阻断Wnt信号通路，降低结直肠癌中CD133+CSCs的比例，联合抗PD-1抗体可显著抑制肿瘤生长。Wnt/β-catenin、Notch、Hedgehog等通路是CSCs自我更新的关键，抑制这些通路可降低CSCs数量，增强免疫治疗的敏感性。例如：-Notch抑制剂（如γ-分泌酶抑制剂GSIs）：通过阻断Notch受体裂解，抑制乳腺癌CSCs的自我更新，联合化疗可减少复发。0102031靶向CSCs的联合免疫治疗1.2靶向CSCs表面标志物针对CSCs特异性表面标志物的抗体或CAR-T细胞，可选择性清除CSCs，同时减少对正常组织的损伤。例如：01-抗CD133CAR-T细胞：在脑胶质瘤中，CD133CAR-T细胞可特异性杀伤CD133+CSCs，联合PD-1抗体可清除残留的CSCs，延长生存期。02-抗CD47抗体：如Magrolimab，可阻断CSCs与巨噬细胞的CD47-SIRPα相互作用，促进巨噬细胞对CSCs的吞噬，联合化疗在急性髓系白血病中显示出良好疗效。032重塑TIME的免疫调节治疗5.2.1免疫检查点抑制剂（ICIs）联合靶向CSCs的药物ICIs（如抗PD-1/PD-L1抗体）可解除T细胞的抑制，但对CSCs效果有限；联合靶向CSCs的药物可增强疗效。例如：-抗PD-1抗体联合COX-2抑制剂：在结直肠癌中，COX-2抑制剂（如塞来昔布）可减少CSCs分泌的PGE2，逆转TIME中的T细胞耗竭，联合抗PD-1抗体可提高MSS型结直肠癌的缓解率。-抗CTLA-4抗体联合TGF-β抑制剂：在黑色素瘤中，TGF-β抑制剂（如fresolimumab）可抑制CSCs介导的EMT和免疫抑制，联合抗CTLA-4抗体可减少转移，延长无进展生存期。2重塑TIME的免疫调节治疗2.2调节免疫抑制细胞清除或抑制免疫抑制细胞（如Tregs、MDSCs、TAMs）可改善TIME的免疫功能，增强免疫治疗效果。例如：-CSF-1R抑制剂：如Pexidartinib，可抑制TAMs的存活和极化，减少M2型TAMs的数量，联合抗PD-1抗体在胰腺癌中可改善CD8+T细胞的浸润。-CCR2抑制剂：如BMS-813161，可阻断CCL2/CCR2轴，减少MDSCs的招募，联合化疗和免疫治疗在肺癌中显示出协同效应。3溶瘤病毒与CSCs-TIME的协同调控溶瘤病毒（如溶瘤腺病毒、溶瘤疱疹病毒）可选择性地感染并裂解肿瘤细胞，同时释放肿瘤抗原和模式识别受体（PRR）激动剂，激活先天免疫和适应性免疫。近年来，研究发现溶瘤病毒对CSCs和TIME具有双重调控作用：01-直接靶向CSCs：部分溶瘤病毒（如溶瘤腺病毒OBP-301）可靶向CSCs高表达的人端粒酶逆转录酶（hTERT）启动子，特异性裂解CSCs。在肝癌中，OBP-301可显著降低CD133+CSCs的比例。02-逆转免疫抑制：溶瘤病毒感染后释放的病毒RNA/DNA可激活DCs和NK细胞，同时减少Tregs和MDSCs的浸润。例如，溶瘤疱疹病毒T-VEC在黑色素瘤中不仅可裂解肿瘤细胞，还可促进M1型巨噬细胞极化，联合抗CTLA-4抗体可提高完全缓解率。034代谢干预与CSCs-TIME的“对话”调控TIME中存在异常的代谢重编程，如糖酵解增强、乳酸积累、色氨酸耗竭等，这些代谢变化不仅促进肿瘤生长，还抑制免疫细胞功能。CSCs作为代谢适应能力最强的细胞亚群，可通过代谢调控影响TIME。因此，代谢干预成为打破“CSCs-TIME”恶性循环的新策略：-糖酵解抑制剂：如2-DG，可抑制CSCs的糖酵解，减少乳酸分泌，逆转T细胞的耗竭状态。在乳腺癌中，2-DG联合抗PD-1抗体可显著抑制肿瘤生长。-IDO抑制剂：如Epacadostat，可抑制吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）的活性，减少色氨酸代谢为犬尿氨酸，恢复CD8+T细胞的增殖和