肿瘤干细胞与肿瘤免疫微环境重塑新机制研究

肿瘤干细胞与肿瘤免疫微环境重塑新机制研究演讲人2026-01-13

01肿瘤干细胞与肿瘤免疫微环境重塑新机制研究02引言：肿瘤干细胞与免疫微环境相互作用的临床背景与科学意义03肿瘤干细胞的生物学特性：恶性表型的“源头引擎”04肿瘤免疫微环境的组成与功能：免疫监视与逃逸的“双重舞台”05总结与展望：从机制探索到临床转化的未来之路目录01ONE肿瘤干细胞与肿瘤免疫微环境重塑新机制研究02ONE引言：肿瘤干细胞与免疫微环境相互作用的临床背景与科学意义

引言：肿瘤干细胞与免疫微环境相互作用的临床背景与科学意义在肿瘤研究领域，肿瘤干细胞（CancerStemCells,CSCs）的发现是继“基因突变理论”后的又一重大突破，其“种子细胞”特性决定了肿瘤的起源、进展、转移及治疗抵抗。与此同时，肿瘤免疫微环境（TumorImmuneMicroenvironment,TME）作为肿瘤细胞的“土壤”，通过免疫细胞、基质细胞、细胞外基质及信号分子的复杂网络，深刻影响着肿瘤的免疫逃逸与恶性表型。近年来，随着单细胞测序、空间转录组等技术的发展，CSCs与TME的相互作用逐渐成为肿瘤研究的前沿热点——CSCs不仅被动适应TME，更通过主动重塑这一微环境，构建利于自身存活、增殖与免疫逃逸的“保护罩”。

引言：肿瘤干细胞与免疫微环境相互作用的临床背景与科学意义在临床实践中，这一机制的复杂性直接关联治疗效果：传统放化疗虽可杀灭bulk肿瘤细胞，但对CSCs的清除效果有限；而免疫检查点抑制剂在部分患者中响应率不足，也因CSCs介导的免疫抑制微环境难以被逆转。作为一名长期从事肿瘤基础与转化研究的科研工作者，我在临床样本分析与动物模型实验中多次观察到：CSCs高富集的肿瘤组织往往伴随免疫细胞浸润减少、抑制性免疫细胞比例升高，且患者预后更差。这些现象促使我们深入思考：CSCs究竟通过哪些分子机制与信号通路重塑TME？这一重塑过程是否可被靶向干预以改善治疗效果？本文将围绕上述科学问题，系统阐述CSCs的生物学特性、TME的组成与功能，并重点解析两者相互作用的新机制，最后探讨基于机制研究的治疗策略，为攻克肿瘤治疗瓶颈提供理论依据。03ONE肿瘤干细胞的生物学特性：恶性表型的“源头引擎”

CSCs的定义、起源与鉴定肿瘤干细胞是指存在于肿瘤组织中，具有自我更新、多向分化能力，并能驱动肿瘤起始、进展与转移的少量细胞亚群。其概念最早由JohnDick在急性髓系白血病中提出，随后在乳腺癌、脑胶质瘤、结直肠癌等多种实体瘤中得到证实。CSCs的起源可能涉及两种途径：一是正常干/祖细胞积累致癌突变后恶性转化；二是分化肿瘤细胞通过表观遗传重编程或微环境诱导“去分化”获得干性特征。目前，CSCs的鉴定主要依赖三个层面：表面标志物（如CD133、CD44、CD24、EpCAM等）、功能特性（体外sphere形成能力、体内致瘤性实验）及干性通路活性（如Wnt/β-catenin、Notch、Hedgehog等信号分子的激活）。以结直肠癌为例，CD133+细胞亚群在有限稀释接种小鼠后，可形成与原发肿瘤相似的异质性肿瘤，而CD133-细胞则致瘤能力显著降低，这一经典实验奠定了CSCs研究的功能学基础。值得注意的是，CSCs的标志物具有肿瘤异质性，同一肿瘤不同病灶甚至同一病灶不同区域的CSCs可能表达不同标志物，这为靶向治疗带来了挑战。

CSCs的核心生物学特性自我更新与分化能力自我更新是CSCs维持“种子细胞”特性的核心，主要通过对称分裂（产生两个CSCs）和不对称分裂（产生一个CSCs和一个分化细胞）两种方式实现。干性信号通路（如Wnt/β-catenin）的异常激活可促进对称分裂，导致CSCs池扩增；而表观遗传调控因子（如Polycomb蛋白家族）通过抑制分化基因表达，维持CSCs的未分化状态。例如，在脑胶质瘤中，CD133+CSCs通过激活Notch通路，维持自我更新能力，同时分化为GFAP+的星形胶质细胞和NeuN+的神经元样细胞，形成肿瘤的细胞异质性。

CSCs的核心生物学特性耐药性与治疗抵抗CSCs对化疗、放疗及靶向治疗的抵抗是肿瘤复发的主要原因。其耐药机制涉及多个层面：（1）药物外排泵高表达：如ABC转运体家族成员ABCG2、ABCB1，可将化疗药物（如多柔比星、紫杉醇）泵出细胞，降低胞内药物浓度；（2）DNA损伤修复增强：CSCs高表达RAD51、BRCA1等DNA修复基因，可高效修复放疗或化疗诱导的DNA损伤；（3）凋亡抵抗：通过上调BCL-2、XIAP等抗凋亡蛋白，抑制CSCs的程序性死亡；（4）休眠状态：部分CSCs处于细胞周期G0期，对细胞周期特异性药物（如紫杉醇）不敏感。

CSCs的核心生物学特性转移与播散能力CSCs是肿瘤转移的“启动者”，其转移过程模拟胚胎发育中的“上皮-间质转化”（EMT）：通过下调E-cadherin、上调N-cadherin、Vimentin等分子，获得间质细胞样的迁移能力；同时，CSCs可分泌基质金属蛋白酶（MMPs）降解细胞外基质（ECM），为肿瘤细胞侵袭创造条件。在乳腺癌研究中，CD44+/CD24-CSCs亚群高表达Twist、Snail等EMT转录因子，不仅增强局部侵袭能力，还能通过循环系统定位于远端器官（如肺、骨），形成转移灶。

CSCs的代谢重编程：能量供给与信号调控的双重适应代谢重编程是CSCs维持干性的重要基础，与普通肿瘤细胞相比，CSCs的代谢特征具有明显异质性。部分CSCs依赖氧化磷酸磷酸（OXPHOS）产生能量，线粒体功能活跃；而另一些CSCs则以糖酵解为主，即使在氧气充足条件下也通过Warburg效应提供能量和生物合成前体。例如，在胰腺导管腺癌中，CSCs通过上调GLUT1葡萄糖转运体和LDHA乳酸脱氢酶，增强糖酵解通量，同时利用乳酸酸化微环境促进自身存活。此外，CSCs还表现出代谢灵活性：在营养匮乏条件下，可通过自噬降解自身大分子物质，维持能量供应；或在缺氧诱导因子（HIF-1α）驱动下，转向氨基酸代谢和脂肪酸氧化，适应微环境压力。04ONE肿瘤免疫微环境的组成与功能：免疫监视与逃逸的“双重舞台”

肿瘤免疫微环境的组成与功能：免疫监视与逃逸的“双重舞台”肿瘤免疫微环境是由肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞、细胞外基质及多种信号分子构成的复杂生态系统，其功能状态决定了肿瘤是被免疫监视清除还是发生免疫逃逸。根据免疫细胞的组成与功能，TME可分为“免疫激活型”和“免疫抑制型”两种表型，后者是肿瘤进展的主要驱动因素。

免疫细胞的“双刃剑”作用适应性免疫细胞：T细胞与B细胞的动态平衡T细胞是抗免疫应答的核心效应细胞，其中CD8+细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）通过穿孔素/颗粒酶途径直接杀伤肿瘤细胞，而辅助性T细胞（Th1、Th2、Th17等）通过分泌细胞因子调节免疫应答。在TME中，CD8+T细胞的功能状态直接影响肿瘤进展：“耗竭性CD8+T细胞”（Tex）高表达PD-1、TIM-3等抑制性受体，效应功能丧失；而“干细胞样CD8+T细胞”（Tscm）具有自我更新和长期抗肿瘤能力，是免疫治疗响应的关键。B细胞在TME中的作用具有双重性：一方面，作为抗原呈递细胞（APC），B细胞可通过MHCII分子呈递肿瘤抗原，激活CD4+T细胞；另一方面，调节性B细胞（Bregs）通过分泌IL-10、TGF-β等抑制性细胞因子，抑制抗肿瘤免疫。在卵巢癌研究中，肿瘤浸润Bregs的密度与患者生存期呈负相关，提示其促肿瘤作用。

免疫细胞的“双刃剑”作用固有免疫细胞：巨噬细胞与MDSCs的主导作用肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是TME中丰度最高的免疫细胞，根据极化状态可分为M1型（抗肿瘤，分泌IL-12、TNF-α等）和M2型（促肿瘤，分泌IL-10、VEGF等）。在肿瘤进展过程中，TAMs主要向M2型极化，通过分泌EGF、PDGF等促进肿瘤血管生成、基质重塑，同时通过精氨酸酶-1（ARG1）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）抑制T细胞功能。髓系来源抑制细胞（MDSCs）是未成熟髓系细胞在病理条件下的扩增产物，包括单核型（M-MDSCs）和粒细胞型（G-MDSCs）。MDSCs通过多种机制抑制免疫应答：（1）消耗精氨酸、色氨酸等必需氨基酸，抑制T细胞增殖；（2）产生活性氧（ROS）和一氧化氮（NO），诱导T细胞凋亡；（3）分化为TAMs，进一步促进免疫抑制。在肝癌患者外周血和肿瘤组织中，MDSCs的比例显著升高，且与肿瘤负荷和不良预后相关。

免疫细胞的“双刃剑”作用其他固有免疫细胞：NK细胞、树突状细胞的调控作用自然杀伤（NK）细胞通过识别肿瘤细胞表面的应激分子（如MICA/B）和抗体依赖的细胞介导的细胞毒性（ADCC）发挥抗肿瘤作用，但在TME中，NK细胞的活性可被TGF-β、PGE2等抑制因子抑制，表现为NKG2D受体下调、细胞毒性分子穿孔素表达降低。树突状细胞（DCs）是功能最强大的专职APC，但TME中的DCs常处于未成熟状态，低表达MHCII和共刺激分子（如CD80、CD86），无法有效激活T细胞；同时，肿瘤细胞可通过分泌IL-10、VEGF等因子，诱导DCs向耐受性表型分化，促进Tregs扩增。

基质细胞与细胞外基质：构建“物理屏障”与“信号网络”癌相关成纤维细胞（CAFs）的促瘤作用CAFs是TME中主要的基质细胞，由正常成纤维细胞通过TGF-β、PDGF等因子激活而来。CAFs通过分泌α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和ECM成分（如I型胶原、纤维连接蛋白），形成致密的基质屏障，阻碍免疫细胞浸润；同时，CAFs可分泌HGF、FGF等生长因子，促进肿瘤细胞增殖和血管生成，还能通过代谢支持（如分泌酮体、乳酸）为CSCs提供能量。

基质细胞与细胞外基质：构建“物理屏障”与“信号网络”细胞外基质（ECM）的重塑与免疫调控ECM不仅为肿瘤细胞提供结构支撑，还通过整合素、基质金属蛋白酶（MMPs）等分子参与免疫调控。在肿瘤进展中，CAFs和肿瘤细胞可分泌MMP2、MMP9等降解酶，破坏ECM的完整性，释放TGF-β、VEGF等生长因子，促进血管生成和免疫抑制；同时，ECM的过度沉积（如透明质酸）可增加间质压力，阻碍T细胞浸润，形成“免疫excluded”表型。

免疫抑制性网络：检查点分子与细胞因子的“协同封锁”TME中的免疫抑制网络由多种检查点分子和细胞因子构成，共同抑制抗肿瘤免疫应答：-免疫检查点分子：PD-1/PD-L1通路是研究最深入的抑制性轴，PD-L1在CSCs和肿瘤细胞上的高表达可与T细胞表面的PD-1结合，抑制T细胞活化；此外，CTLA-4、LAG-3、TIM-3等检查点分子也参与T细胞耗竭的调控。-抑制性细胞因子：TGF-β是TME中“多功能免疫抑制因子”，可抑制T细胞增殖、促进Tregs分化、诱导EMT；IL-10则通过抑制DCs成熟和Th1细胞应答，削弱抗肿瘤免疫。-代谢抑制性分子：腺苷是TME中另一种重要的抑制性分子，由CD39/CD73通路催化产生，通过腺苷A2A受体抑制T细胞和NK细胞的功能。

免疫抑制性网络：检查点分子与细胞因子的“协同封锁”四、肿瘤干细胞重塑免疫微环境的新机制：从“被动适应”到“主动改造”传统观点认为，CSCs是TME的“被动适应者”，但随着研究的深入，越来越多的证据表明，CSCs通过分泌因子、代谢竞争、外泌体传递等多种途径，主动重塑TME，构建利于自身存活与免疫逃逸的“微生态”。这一过程涉及复杂的分子机制与信号网络，是当前肿瘤研究的前沿方向。（一）CSCs分泌因子：直接抑制免疫细胞功能与招募抑制性免疫细胞CSCs可分泌多种可溶性因子，直接作用于免疫细胞，抑制其抗肿瘤功能，同时招募抑制性免疫细胞浸润，形成“免疫抑制性微环境”。

免疫抑制性网络：检查点分子与细胞因子的“协同封锁”抑制性细胞因子的分泌与免疫细胞功能抑制TGF-β是CSCs分泌的关键免疫抑制因子，在乳腺癌、脑胶质瘤等多种CSCs中高表达。TGF-β可通过Smad依赖性通路，抑制CD8+T细胞的IFN-γ分泌和穿孔素表达，诱导其向耗竭表型分化；同时，TGF-β可促进naiveCD4+T细胞向Tregs分化，增强免疫抑制。例如，在肺癌CSCs中，TGF-β分泌水平与肿瘤组织中Tregs的比例呈正相关，而中和TGF-β可显著增强CD8+T细胞的细胞毒性，抑制肿瘤生长。IL-10是另一重要的免疫抑制因子，CSCs可通过分泌IL-10抑制DCs的成熟和抗原呈递能力，同时诱导Bregs扩增，抑制Th1细胞应答。在黑色素瘤研究中，CD271+CSCs高表达IL-10，其上清可显著降低DCs表面CD80、CD86的表达，削弱其对T细胞的激活能力。

免疫抑制性网络：检查点分子与细胞因子的“协同封锁”趋化因子的分泌与抑制性免疫细胞招募CSCs通过分泌特异性趋化因子，招募MDSCs、TAMs等抑制性免疫细胞浸润。例如，在胰腺癌中，CSCs高表达CCL2，通过CCR2受体招募单核细胞，并在TGF-β、IL-4等因子作用下分化为M2型TAMs；在结直肠癌中，CSCs分泌CCL22，通过CCR4受体招募Tregs，形成“免疫抑制性niche”。此外，CSCs还可分泌CXCL12，通过CXCR4受体招募MDSCs和Tregs至肿瘤部位。在小鼠模型中，阻断CXCL12/CXCR4轴可显著减少MDSCs浸润，增强CD8+T细胞的抗肿瘤活性。

CSCs代谢重编程：通过代谢竞争塑造免疫抑制微环境CSCs与免疫细胞对代谢底物的竞争是TME免疫抑制的重要机制。CSCs通过代谢重编程优先摄取和消耗必需营养物质，导致免疫细胞能量代谢紊乱，功能受损。

CSCs代谢重编程：通过代谢竞争塑造免疫抑制微环境葡萄糖代谢竞争与T细胞功能耗竭CSCs高表达葡萄糖转运体GLUT1和己糖激酶2（HK2），通过增强糖酵解途径大量消耗葡萄糖，导致TME中葡萄糖浓度降低。CD8+T细胞的活化与增殖依赖糖酵解途径，葡萄糖缺乏可抑制其mTOR信号通路，减少IFN-γ和颗粒酶B的分泌，诱导功能耗竭。在乳腺癌研究中，CSCs与CD8+T细胞共培养时，T细胞的增殖能力和细胞毒性显著降低，而补充葡萄糖可部分逆转这一效应。此外，CSCs通过糖酵解产生的乳酸可酸化微环境（pH降至6.5-7.0），抑制T细胞的活化和增殖，同时诱导巨噬细胞向M2型极化。乳酸还可通过GPR81受体抑制DCs的成熟，促进其向耐受性表型分化。

CSCs代谢重编程：通过代谢竞争塑造免疫抑制微环境氨基酸代谢竞争与免疫抑制精氨酸和色氨酸是T细胞活化必需的氨基酸，CSCs和MDSCs可通过高表达精氨酸酶-1（ARG1）和吲胺双加氧酶（IDO）消耗这两种氨基酸，抑制T细胞增殖。在前列腺癌中，CSCs高表达IDO，将色氨酸代谢为犬尿氨酸，后者可通过芳烃受体（AHR）诱导Tregs分化，抑制CD8+T细胞功能。此外，CSCs还可通过谷氨酰胺代谢产生α-酮戊二酸（α-KG），抑制T细胞的mTOR信号通路，削弱其抗肿瘤活性。

CSCs介导的免疫检查点上调与抗原呈递障碍CSCs通过上调免疫检查点分子表达和破坏抗原呈递过程，逃避免疫识别与杀伤。

CSCs介导的免疫检查点上调与抗原呈递障碍免疫检查点分子的异常表达PD-L1是CSCs逃逸CTLs杀伤的关键分子，在多种CSCs中高表达。例如，在非小细胞肺癌中，CD133+CSCs高表达PD-L1，其机制涉及EGFR/STAT3信号通路的激活；在黑色素瘤中，BRAFV600E突变可通过ERK信号上调PD-L1表达，促进CSCs免疫逃逸。此外，CSCs还高表达Galectin-9、B7-H3等其他抑制性分子，通过与T细胞表面的TIM-3、CD28等受体结合，抑制其功能。

CSCs介导的免疫检查点上调与抗原呈递障碍抗原呈递障碍与T细胞识别受阻MHCI类分子是CD8+T细胞识别肿瘤抗原的关键分子，但CSCs常通过表观遗传沉默或转录抑制下调MHCI类分子的表达，逃避T细胞识别。例如，在结直肠癌CSCs中，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）介导的组蛋白低乙酰化可抑制MHCI类基因转录，导致其表面表达显著降低。DCs的抗原呈递功能障碍也是CSCs免疫逃逸的重要机制。CSCs可通过分泌IL-10、TGF-β抑制DCs的成熟，降低其MHCII和共刺激分子的表达，同时诱导DCs分泌吲胺犬尿氨酸，抑制T细胞活化。

CSCs外泌体：传递“恶性信息”重塑TME外泌体是CSCs与TME细胞间通讯的重要载体，其携带的microRNA、lncRNA、蛋白质等分子可通过血液循环或局部扩散，重塑TME的免疫状态。

CSCs外泌体：传递“恶性信息”重塑TME免疫抑制性microRNA的传递CSCs外泌体携带的microRNA可被免疫细胞摄取，调控其功能。例如，在肝癌中，CD90+CSCs外泌体高表达miR-21-5p，被巨噬细胞摄取后通过靶向PTEN/Akt通路促进其向M2型极化；在胰腺癌中，CSCs外泌体miR-155可抑制DCs的成熟，削弱其抗原呈递能力。此外，miR-29a、miR-146a等microRNA也可通过抑制T细胞中的信号分子（如STAT3、IRF1），诱导其耗竭。

CSCs外泌体：传递“恶性信息”重塑TME免疫检查点分子的传递CSCs外泌体可携带PD-L1等免疫检查点分子，直接作用于T细胞。例如，在黑色素瘤中，CSCs外泌体表面的PD-L1可与T细胞表面的PD-1结合，抑制其活化；在胃癌中，外泌体PD-L1的水平与患者对免疫治疗的响应率呈负相关。

CSCs外泌体：传递“恶性信息”重塑TME促血管生成与基质重塑分子的传递CSCs外泌体还携带VEGF、MMPs等分子，促进血管生成和ECM重塑，形成物理屏障阻碍免疫细胞浸润。在乳腺癌中，CSCs外泌体VEGF可促进内皮细胞增殖，增加血管密度；在卵巢癌中，外泌体MMP9可降解基底膜，促进肿瘤转移和免疫抑制微环境形成。

CSCs与免疫细胞的相互作用反馈环路-CSCs-MDSCs反馈环路：CSCs分泌GM-CSF、G-CSF招募MDSCs，MDSCs分泌ROS、NO抑制T细胞功能，为CSCs提供保护。CSCs与免疫细胞之间存在双向调控的反馈环路，共同维持免疫抑制微环境的稳定性。例如：-CSCs-Tregs反馈环路：CSCs分泌TGF-β、IL-10诱导Tregs分化，Tregs分泌IL-35抑制DCs成熟，进一步增强CSCs的免疫逃逸；-CSCs-TAMs反馈环路：CSCs分泌CSF-1招募并极化TAMs为M2型，M2型TAMs分泌EGF、TGF-β等因子促进CSCs自我更新和EMT；这些反馈环路的形成使得CSCs与免疫抑制微环境相互依存，难以被单一治疗手段打破。

CSCs与免疫细胞的相互作用反馈环路五、基于新机制的肿瘤治疗策略：靶向CSCs与重塑TME的协同探索深入理解CSCs重塑TME的新机制，为开发新型抗肿瘤治疗策略提供了理论依据。目前，针对CSCs与TME的联合治疗主要包括以下几个方面：

靶向CSCs的联合免疫治疗靶向干性通路的免疫调节Wnt/β-catenin、Notch、Hedgehog等干性通路是维持CSCs自我更新的核心，其抑制剂（如PRI-724、γ-分泌酶抑制剂、GDC-0449）可抑制CSCs增殖，同时逆转免疫抑制微环境。例如，在脑胶质瘤中，Wnt抑制剂LGK974可降低CSCs比例，减少TAMs和Tregs浸润，增强PD-1抗体的治疗效果。

靶向CSCs的联合免疫治疗清除CSCs的免疫细胞疗法CAR-T细胞是靶向肿瘤抗原的过继细胞疗法，但传统CAR-T细胞对CSCs的清除效果有限。通过靶向CSCs特异性标志物（如CD133、EpCAM），开发新一代CAR-T细胞可提高疗效。例如，在肝癌中，靶向EpCAM的CAR-T细胞可显著清除CD133+CSCs，减少肿瘤复发；此外，CAR-T细胞与PD-1抗体联合使用，可克服TME的免疫抑制，增强抗肿瘤效果。

改造免疫微环境以增强抗肿瘤免疫逆转代谢紊乱的代谢调节剂针对CSCs与免疫细胞的代谢竞争，开发代谢调节剂可改善TME的免疫状态。例如：1-LDH抑制剂：如GSK2837808A，可抑制乳酸生成，酸化微环境，增强CD8+T细胞的细胞毒性；2-ARG1/IDO抑制剂：如CB-1158、NLG919，可恢复精氨酸和色氨酸水平，逆转T细胞功能抑制；3-GLUT1抑制剂：如BAY-876，可抑制CSCs的葡萄糖摄取，改善T细胞的糖酵解功能。4

改造免疫微环境以增强抗肿瘤免疫靶向抑制性免疫细胞的清除策略1通过单克隆抗体或小分子抑制剂清除MDSCs、TAMs、Tregs等抑制性免疫细胞，可重塑TME的免疫平衡。例如：2-CSF-1R抑制剂：如PLX3397，可减少TAMs浸润，促进其向M1型极化，增强CD8+T细胞的抗肿瘤活性；3-CCR4抑制剂：如Mogamulizumab，可清除Tregs，改善免疫检查点抑制剂的治疗效果；4-PI3Kγ抑制剂：如IPI-549，可抑制MDSCs的招募和功能，增强T细胞浸润。

外泌体作为治疗靶点与药物载体阻断CSCs来源的免疫抑制性外泌体通过中和抗体或小分子抑制剂阻断CSCs外泌体的生成或释放，可减少免疫抑制性分子的传递。例如，在黑色素瘤中，抑制中性鞘磷酶（nSM