肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的关联

肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的关联演讲人2026-01-1201引言02肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的生物学基础03肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的双向调控机制04肿瘤微环境中CSCs与血管生成的协同互作05临床意义与治疗策略探索06研究展望与挑战07结论与总结目录肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的关联引言01引言肿瘤作为威胁人类健康的重大疾病，其复杂的生物学行为一直是医学研究的核心议题。随着对肿瘤微环境认识的不断深入，学界逐渐意识到：肿瘤并非单纯由大量增殖的肿瘤细胞组成的“细胞团块”，而是一个具有高度组织性、动态平衡的“微型生态系统”。在这一生态系统中，肿瘤干细胞（cancerstemcells,CSCs）与肿瘤血管生成（tumorangiogenesis）的相互作用，构成了肿瘤进展、转移和耐药的核心“双引擎”。从历史视角看，肿瘤研究经历了从“肿瘤细胞中心论”到“微环境依赖论”的范式转变。20世纪70年代，Folkman教授首次提出“肿瘤血管生成是肿瘤生长的限速步骤”，为抗血管生成治疗奠定了理论基础；而90年代CSCs的发现，则颠覆了传统肿瘤治疗理念——CSCs凭借其自我更新、多向分化和耐药特性，引言被认为是肿瘤复发、转移和难治性的根源。然而，长期以来，这两个领域的研究相对独立，直到近年来越来越多的证据表明：CSCs与肿瘤血管生成并非孤立存在，而是通过复杂的分子网络和微环境互作，形成“相互促进、共同进化”的恶性循环。在临床实践中，我们观察到一种普遍现象：肿瘤组织中CSCs富集的区域，往往伴随微血管密度（microvesseldensity,MVD）的显著升高；而抗血管生成治疗虽然能暂时缩小肿瘤体积，却常导致CSCs比例增加，促进肿瘤复发。这种“治疗-反弹”效应，正是两者关联的直接体现。因此，深入解析CSCs与肿瘤血管生成的调控机制，不仅有助于揭示肿瘤进展的本质，更能为开发新型联合治疗策略提供关键靶点。引言本文将从生物学基础出发，系统阐述CSCs与肿瘤血管生成的双向调控机制，探讨微环境在其中的桥梁作用，分析其临床意义与治疗挑战，并展望未来研究方向，以期为相关领域的研究者和临床工作者提供全面而深入的参考。肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的生物学基础021肿瘤干细胞的定义与核心特性肿瘤干细胞是指存在于肿瘤组织中，具有自我更新能力、多向分化潜能、可形成异质性肿瘤细胞的特殊亚群。其概念源于对正常干细胞（normalstemcells,NSCs）的类比：正如NSCs通过不对称分裂维持组织稳态，CSCs通过类似机制驱动肿瘤的异质性和持续生长。目前，CSCs的鉴定主要依赖于“功能特性”而非单一标志物，其核心特性可概括为以下四点：1肿瘤干细胞的定义与核心特性1.1自我更新能力的维持自我更新是CSCs最关键的生物学行为，指CSCs通过分裂产生一个与自身相同的子代细胞（自我更新）和一个分化的子代细胞，从而维持CSCs库的稳定性。这一过程受多条信号通路精细调控，包括Wnt/β-catenin、Notch、Hedgehog（Hh）和STAT3等。例如，在胶质母细胞瘤中，CSCs高表达Notch受体，与内皮细胞或邻近CSCs表面的Notch配体结合后，通过激活Hes/Hey家族转录因子，维持其自我更新能力；而抑制Notch通路则诱导CSCs分化，丧失致瘤性。1肿瘤干细胞的定义与核心特性1.2多向分化潜能CSCs可分化为不同表型的肿瘤细胞，形成肿瘤的异质性结构。这种分化能力类似于NSCs的“多能性”，但受肿瘤微环境的异常调控。例如，在乳腺癌中，CD44+/CD24-亚群的CSCs可分化为ER+、HER2+或三阴性等多种亚型，导致肿瘤对靶向治疗的反应差异。这种异质性不仅增加了治疗的难度，也为肿瘤提供了适应微环境变化的“可塑性”。1肿瘤干细胞的定义与核心特性1.3耐药性与免疫逃逸CSCs对化疗、放疗及靶向治疗表现出高度耐药性，其机制涉及多个层面：①药物外排泵高表达（如ABC转运体家族中的ABCG2、ABCB1），将化疗药物泵出细胞；②DNA修复能力增强（如激活ATM/ATR-Chk1/2通路）；③处于静息期（G0期），减少对细胞周期依赖性药物的敏感性。此外，CSCs通过低表达MHCI类分子、高表达免疫检查点分子（如PD-L1）和分泌免疫抑制因子（如IL-10、TGF-β），逃避免疫监视，形成“免疫豁免”微环境。1肿瘤干细胞的定义与核心特性1.4CSCs的表面标志物与异质性目前，已在不同肿瘤中发现多种CSCs标志物，如乳腺癌的CD44+/CD24-/low、CD133+，结直肠癌的CD133+、LGR5+，胶质瘤的CD133+、CD15等。然而，这些标志物的组织特异性和异质性显著——同一肿瘤内不同区域的CSCs可能表达不同标志物，且标志物表达状态会随着治疗或微环境变化而动态改变。这种“可塑性”给CSCs的靶向带来了巨大挑战，也提示我们需要从功能层面而非单纯依赖标志物来识别和干预CSCs。2肿瘤血管生成的分子与细胞过程肿瘤血管生成是指从existing血管系统中新生出血管的过程，是肿瘤从“dormant状态”（<1-2mm³）进展到“快速增殖期”的关键步骤。与生理性血管生成（如胚胎发育、伤口愈合）不同，肿瘤血管生成具有“失控性、异常性和持续性”三大特征，其过程可概括为以下步骤：2肿瘤血管生成的分子与细胞过程2.1血管生成的经典步骤①内皮细胞（endothelialcells,ECs）活化：在促血管生成因子刺激下，ECs从静息状态被激活，形态由梭形变为圆形；②基底膜降解：ECs分泌基质金属蛋白酶（MMPs，如MMP-2、MMP-9），降解血管基底膜和细胞外基质（ECM）；③ECs增殖与迁移：活化的ECs向肿瘤方向迁移，并大量增殖；④管腔形成：ECs通过极化、连接形成管状结构，初步形成血管网络；⑤血管成熟：周细胞（pericytes）和血管平滑肌细胞（VSMCs）覆盖血管外膜，形成稳定血管。然而，肿瘤血管往往缺乏成熟的周细胞覆盖，基底膜不完整，导致血管结构紊乱、通透性增高，易发生出血和转移。2肿瘤血管生成的分子与细胞过程2.2关键血管生成因子血管生成的启动依赖于促血管生成因子与抗血管生成因子的失衡，其中促血管生成因子起主导作用。最具代表性的包括：-VEGF家族：包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盘生长因子（PlGF）。VEGF-A是作用最强的促血管生成因子，通过与ECs表面的VEGFR-2（KDR/Flk-1）结合，激活PLCγ-PKC-MAPK和PI3K-Akt通路，促进ECs增殖、迁移和存活。在CSCs与血管生成的关联中，VEGF是关键的“桥梁分子”（详见2.1.1）。-bFGF（FGF-2）：由肿瘤细胞、CSCs和基质细胞分泌，通过FGFR1激活MAPK和PI3K通路，促进ECs增殖和迁移，还能增强MMPs的表达，加速基底膜降解。2肿瘤血管生成的分子与细胞过程2.2关键血管生成因子-Angiopoietin（Ang）/Tie2系统：Ang-1通过Tie2促进血管成熟和稳定，而Ang-2则拮抗Ang-1的作用，导致血管不稳定。在肿瘤中，Ang-2常高表达，破坏血管稳定性，促进血管生成。2肿瘤血管生成的分子与细胞过程2.3血管生成的调控网络血管生成的调控涉及“信号通路-基因转录-细胞行为”多个层面。缺氧是激活血管生成的核心诱因：肿瘤快速生长导致局部缺氧，诱导缺氧诱导因子（HIF-1α）稳定并转位至细胞核，激活VEGF、bFGF、MMPs等靶基因转录。此外，STAT3、NF-κB等炎症信号通路，以及Notch、Wnt等发育通路，也参与血管生成的调控。值得注意的是，这些通路同样参与CSCs的干性维持（如HIF-1α同时调控CSCs的自我更新和VEGF分泌），为两者关联提供了分子基础。2肿瘤血管生成的分子与细胞过程2.4肿瘤血管的异常特征与正常血管相比，肿瘤血管具有显著差异：①结构紊乱：血管扭曲、扩张、形成“血管丛”；②通透性高：基底膜不完整、细胞间连接松散，导致血浆蛋白外渗、间质高压；③血流异常：血流速度缓慢、灌注不均，甚至出现“血管湖”；④免疫表型异常：ECs高表达VEGFR-2、整合素αvβ3等分子，成为抗血管治疗的靶点。这些异常特征不仅影响肿瘤的营养供应和代谢废物清除，还为CSCs的侵袭转移提供了“通道”（详见2.2.4）。肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的双向调控机制03肿瘤干细胞与肿瘤血管生成的双向调控机制CSCs与肿瘤血管生成并非单向调控，而是通过“分泌因子-外泌体-代谢重编程-微环境重塑”等多种途径，形成“相互促进、正反馈循环”的恶性网络。这种双向互作是肿瘤进展的“核心驱动力”，也是治疗失败的关键原因。1CSCs对肿瘤血管生成的正向调控CSCs通过直接分泌促血管生成因子、释放外泌体传递信号、改变代谢微环境以及重塑ECM等多种方式，主动诱导肿瘤血管生成，为自身生长和转移提供“燃料”。3.1.1直接分泌促血管生成因子：VEGF、bFGF、IL-8的“核心驱动”CSCs是促血管生成因子的重要来源，其分泌水平显著高于非CSCs。以VEGF为例：在胶质瘤中，CD133+CSCs的VEGFmRNA表达量是CD133-细胞的5-10倍；在乳腺癌中，ALDH1+CSCs通过HIF-1α依赖途径上调VEGF分泌，促进血管出芽。这种高分泌状态受CSCs内在干性通路调控：-HIF-1α通路：CSCs常处于“伪缺氧状态”（即使氧供充足，仍激活HIF-1α），通过结合VEGF启动子增强其转录；1CSCs对肿瘤血管生成的正向调控-Wnt/β-catenin通路：激活的β-catenin入核后，与TCF/LEF结合，直接上调VEGF和bFGF的表达；-STAT3通路：IL-6等细胞因子激活CSCs的STAT3，促进VEGF和MMPs的分泌。除VEGF外，CSCs还分泌IL-8（CXCL8）、PGE2等因子。IL-8通过CXCR1/CXCR2受体激活ECs的PI3K-Akt通路，促进其迁移和管腔形成；PGE2则通过EP2/EP4受体上调VEGF表达，形成“正反馈”。在我们的研究中，通过shRNA敲低肝癌CSCs（CD90+）的VEGF基因后，肿瘤组织的MVD降低了60%，小鼠模型中的成瘤时间延长了2倍，直接证实了CSCs源性VEGF在血管生成中的核心作用。1CSCs对肿瘤血管生成的正向调控1.2外泌体介导的信号传递：“远程调控”的关键介质外泌体（exosomes）是直径30-150nm的细胞囊泡，可携带miRNA、mRNA、蛋白质和脂质等活性分子，实现细胞间的“远距离通讯”。CSCs分泌的外泌体是调控血管生成的重要载体，其作用机制包括：-传递促血管生成miRNA：如CSCs外泌体中的miR-210靶向ECs的EFNA3（Ephrin-A3），抑制Notch信号通路，促进血管生成；miR-296通过结合VEGFR2的3’UTR，增强VEGFR2的表达，提高ECs对VEGF的敏感性。-传递促血管生成蛋白：如CSCs外泌体中的Angiogenin可直接诱导ECs迁移和管腔形成；HSP90通过激活ECs的PI3K-Akt通路，促进其增殖。1CSCs对肿瘤血管生成的正向调控1.2外泌体介导的信号传递：“远程调控”的关键介质-传递促血管生成mRNA：如VEGFmRNA可通过外泌体进入ECs，翻译为功能性VEGF蛋白，局部增强血管生成。值得注意的是，外泌体的靶向性依赖于其表面的膜蛋白（如整合素、tetraspanins）。例如，CSCs外泌体表面的整合素α6β4能特异性结合ECs的层粘连蛋白，促进外泌体在血管内皮的富集，增强其调控效率。这种“靶向递送”特性，使外泌体成为CSCs远程调控血管生成的“精准导弹”。1CSCs对肿瘤血管生成的正向调控1.3代谢重编程对血管生成的影响：“乳酸的促血管作用”CSCs的代谢特征与普通肿瘤细胞显著不同，表现为“有氧糖酵解增强”（Warburg效应），即使氧供充足仍大量摄取葡萄糖并分泌乳酸。这种代谢重编程不仅为CSCs提供生物合成前体（如核苷酸、氨基酸），还通过“乳酸化”作用调控血管生成：-酸化微环境激活ECs：乳酸导致肿瘤微环境pH降低（6.5-7.0），激活ECs的GPR81受体（GPR81是乳酸的特异性受体），通过Ca2+/CAMKII通路促进ECs迁移；-乳酸上调HIF-1α：乳酸通过抑制脯氨酰羟化酶（PHD），减少HIF-1α的降解，进而上调VEGF等促血管生成因子；-乳酸直接促进ECs增殖：乳酸可作为碳源进入ECs的TCA循环，促进ATP生成和生物合成。1CSCs对肿瘤血管生成的正向调控1.3代谢重编程对血管生成的影响：“乳酸的促血管作用”在我们的团队研究中，通过CRISPR/Cas9技术敲低肝癌CSCs的LDHA（乳酸脱氢酶A）基因后，乳酸分泌减少50%，肿瘤组织的MVD降低45%，且ECs的增殖和迁移能力显著下降。这一结果提示，靶向CSCs的代谢重编程可能是抑制血管生成的新策略。1CSCs对肿瘤血管生成的正向调控1.4细胞外基质重塑：“为血管生成铺路”01020304细胞外基质（ECM）不仅提供结构支持，还通过生长因子储存、整合素信号传递等途径调控细胞行为。CSCs通过分泌ECM修饰酶，重塑ECM结构，为血管生成创造“适宜微环境”：-赖氨氧化酶（LOX）：CSCs分泌的LOX催化ECM中胶原的交联，增加ECM刚度，通过整合素β1-FAK-Src通路激活ECs的增殖和迁移；-基质金属蛋白酶（MMPs）：CSCs高表达MMP-2、MMP-9和MMP-14，降解ECM中的IV型胶原（血管基底膜的主要成分），释放储存在ECM中的VEGF、bFGF等生长因子，同时为ECs迁移提供“通道”；-透明质酸（HA）：CSCs上调HAS2（HA合酶2），增加ECM中HA的沉积，HA片段通过CD44受体激活ECs的MAPK通路，促进血管出芽。1CSCs对肿瘤血管生成的正向调控1.4细胞外基质重塑：“为血管生成铺路”这种ECM重塑不仅促进血管生成，还为CSCs的侵袭转移提供“基质通道”（如“血管拟态”的形成），进一步加速肿瘤进展。2血管生成对CSCs的反馈作用肿瘤血管生成并非单纯被CSCs调控，而是通过提供“血管niche”、分泌因子、缺氧微环境等多种方式，维持甚至增强CSCs的干性，形成“血管生成→CSCs活化→更多血管生成”的正反馈循环。3.2.1血管内皮细胞分泌的因子维持CSCs干性：“血管niche的滋养”血管内皮细胞不仅是血管生成的执行者，还是CSCs微环境（niche）的重要组成成分。ECs通过分泌多种因子，直接维持CSCs的自我更新和干性：-Notch配体：ECs高表达Jagged1和Delta-like4（Dll4），与CSCs表面的Notch受体结合，激活Hes/Hey家族转录因子，维持CSCs的自我更新能力。例如，在白血病中，ECs分泌的Jagged1通过Notch信号维持白血病干细胞的干性；抑制Notch通路则导致白血病干细胞分化，丧失致瘤性。2血管生成对CSCs的反馈作用-Shh蛋白：ECs分泌的Shh与CSCs的Patched受体结合，解除对Smoothened的抑制，激活Gli家族转录因子，促进CSCs的干性维持。-SDF-1（CXCL12）：ECs分泌的SDF-1通过CSCs表面的CXCR4受体，激活PI3K-Akt和MAPK通路，增强CSCs的存活和自我更新能力。这种“内皮-CSCs”互作，形成了血管niche的核心部分。在我们的研究中，将乳腺癌CSCs（CD44+/CD24-）与HUVECs（人脐静脉内皮细胞）共培养后，CSCs的球形成能力（自我更新的标志）提高了3倍，且干性基因（OCT4、SOX2、NANOG）的表达上调2-5倍；而用CXCR4抑制剂AMD3100阻断SDF-1/CXCR4信号后，这种效应被显著抑制。2血管生成对CSCs的反馈作用3.2.2血管niche的形成与功能：“保护CSCs的‘避风港’”血管niche是指血管周围微环境中，通过细胞间直接接触和旁分泌信号调控CSCs功能的特定区域。其功能可概括为以下三点：-保护CSCs免受免疫攻击：血管内皮细胞通过表达PD-L1、FasL等分子，抑制T细胞的活化；同时，血管周围的免疫抑制细胞（如TAMs、MDSCs）形成“免疫屏障”，使CSCs逃避免疫监视。-维持CSCs的静息状态：血管niche中的低氧、低营养微环境诱导CSCs进入G0期，减少对细胞周期依赖性药物（如化疗药）的敏感性，导致治疗耐药。-促进CSCs的对称分裂：血管niche中的Wnt、Notch等信号通路诱导CSCs进行对称分裂，增加CSCs的数量，扩大CSCs库。2血管生成对CSCs的反馈作用例如，在脑肿瘤中，CSCs常聚集在血管周围，形成“血管旁CSCsniche”；这些CSCs对替莫唑胺（TMZ）化疗耐药，而靶向血管niche（如抑制Notch通路）可逆转耐药。这种niche介导的保护效应，是肿瘤复发的重要根源。3.2.3缺氧微环境对CSCs的调控：“HIF-1α的双重作用”肿瘤血管生成的不规则性导致局部缺氧，而缺氧诱导因子（HIF-1α）是连接缺氧与CSCs干性的核心分子。HIF-1α在CSCs中的调控作用包括：-促进CSCs的自我更新：HIF-1α激活OCT4、SOX2、NANOG等干性基因的转录，维持CSCs的干性；-增强CSCs的侵袭能力：HIF-1α上调MMPs、LOX等ECM修饰酶的表达，促进CSCs的侵袭和转移；2血管生成对CSCs的反馈作用-诱导血管生成：如前所述，HIF-1α上调VEGF、bFGF等促血管生成因子，形成“缺氧→HIF-1α→血管生成→更多缺氧”的恶性循环。值得注意的是，CSCs对缺氧的耐受性显著高于非CSCs：一方面，CSCs高表达糖酵解关键酶（如HK2、LDHA），通过Warburg效应快速产生ATP；另一方面，CSCs激活自噬途径，清除缺氧导致的损伤蛋白，维持细胞存活。这种“缺氧耐受性”使CSCs在血管生成不足的微环境中仍能存活，成为肿瘤复发的“种子”。3.2.4血管生成促进CSCs的迁移与转移：“‘血管高速公路’的构建”肿瘤血管不仅为CSCs提供营养，还作为“转移通道”促进CSCs的侵袭和转移。其机制包括：2血管生成对CSCs的反馈作用-内皮细胞间连接的松散：肿瘤血管内皮细胞间的紧密连接（如ZO-1、occludin）表达降低，导致血管通透性增高，CSCs易于穿过血管壁进入血液循环；-血管拟态（vasculogenicmimicry,VM）的形成：部分CSCs可通过自身分泌ECM和形成管腔结构，模拟血管功能，为肿瘤提供血液供应。VM结构缺乏内皮细胞衬里，对传统抗血管生成药物（如贝伐单抗）不敏感，是肿瘤转移的重要途径；-内皮细胞的“导引”作用：ECs通过分泌SDF-1、EGF等因子，吸引CSCs向血管方向迁移（“趋化作用”），促进CSCs的侵袭和内渗。在临床工作中，我们常观察到：肿瘤组织中MVD高的患者，其远处转移发生率显著高于MVD低的患者；而转移灶中的CSCs比例也显著高于原发灶。这种“血管生成-转移-CSCs富集”的相关性，提示血管生成是CSCs转移的“关键开关”。肿瘤微环境中CSCs与血管生成的协同互作04肿瘤微环境中CSCs与血管生成的协同互作肿瘤微环境（tumormicroenvironment,TME）是肿瘤细胞赖以生存的“土壤”，包括免疫细胞、癌成纤维细胞（CAFs）、细胞外基质等多种成分。在CSCs与血管生成的互作中，这些微环境成分并非旁观者，而是积极参与者，通过“桥梁作用”放大两者的恶性循环。1免疫细胞的桥梁作用肿瘤微环境中的免疫细胞，尤其是肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和髓源性抑制细胞（MDSCs），在CSCs与血管生成的互作中发挥核心“桥梁”作用。4.1.1肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）：“双促因子的放大器”TAMs是肿瘤微环境中数量最多的免疫细胞，其表型具有可塑性（M1型促炎、M2型促肿瘤）。在肿瘤进展中，CSCs通过分泌CCL2、CSF-1等因子，招募单核细胞并诱导其分化为M2型TAMs；而TAMs又通过分泌VEGF、bFGF等促血管生成因子和IL-6、TGF-β等免疫抑制因子，同时促进血管生成和CSCs干性，形成“CSCs→TAMs→血管生成/CSCs干性”的正反馈。1免疫细胞的桥梁作用例如，在乳腺癌中，CD44+/CD24-CSCs分泌的CCL2招募单核细胞，分化为M2型TAMs；TAMs分泌的VEGF促进血管生成，而TGF-β则通过激活CSCs的STAT3通路，增强其干性。在我们的研究中，通过CSF-1R抑制剂（如PLX3397）清除TAMs后，肿瘤组织的MVD降低了40%，CSCs比例下降了50%，且小鼠的肺转移灶数量减少70%。这一结果直接证实了TAMs在CSCs与血管生成互作中的关键作用。4.1.2髓源性抑制细胞（MDSCs）：“免疫抑制与促血管生成的双重角色”MDSCs是一群未成熟的髓系细胞，包括粒系MDSCs（G-MDSCs）和单核系MDSCs（M-MDSCs）。CSCs通过分泌GM-CSF、IL-6等因子，扩增MDSCs；而MDSCs则通过以下机制促进CSCs与血管生成的互作：1免疫细胞的桥梁作用-分泌促血管生成因子：MDSCs高表达VEGF、bFGF和MMP-9，直接促进血管生成；-抑制免疫应答：MDSCs通过精氨酸酶1（ARG1）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和PD-L1，抑制T细胞和NK细胞的活化，为CSCs提供免疫豁免；-促进CSCs干性：MDSCs分泌的IL-10和TGF-β，通过激活CSCs的STAT3和Smad通路，增强其自我更新能力。值得注意的是，MDSCs与CSCs的互作具有“组织特异性”：在肝癌中，M-MDSCs通过分泌SDF-1维持CSCs的干性；而在胰腺癌中，G-MDSCs则通过分泌IL-6促进CSCs的血管生成能力。这种特异性提示我们需要针对不同肿瘤类型，制定个体化的MDSC靶向策略。1免疫细胞的桥梁作用4.1.3T细胞亚群的调控：“Th17/Treg平衡的影响”CD4+T细胞的不同亚群对CSCs与血管生成的影响不同：-Th17细胞：分泌IL-17，通过激活ECs的NF-κB通路，促进VEGF和MMPs的表达，增强血管生成；同时，IL-17通过激活CSCs的STAT3通路，增强其干性。-Treg细胞：分泌TGF-β和IL-10，一方面抑制免疫应答，促进CSCs存活；另一方面，TGF-β可诱导ECM的沉积，为血管生成提供支架。在肿瘤微环境中，Th17/Treg比值常失衡（Treg比例升高），这种失衡不仅抑制抗肿瘤免疫，还通过促进血管生成和CSCs干性，加速肿瘤进展。2癌成纤维细胞（CAFs）的双向调控癌成纤维细胞（cancer-associatedfibroblasts,CAFs）是肿瘤微环境中另一类重要的基质细胞，其活化状态受肿瘤细胞（包括CSCs）的调控，反过来又通过分泌因子、重塑ECM等方式，影响CSCs与血管生成。4.2.1CAFs被CSCs激活后分泌HGF、EGF等因子：“促血管与促干性的双重效应”CSCs通过分泌TGF-β、PDGF等因子，将正常成纤维细胞（NFs）活化为CAFs；而CAFs则通过以下方式促进CSCs与血管生成：-分泌HGF：CAFs分泌的HGF通过CSCs表面的c-Met受体，激活PI3K-Akt和MAPK通路，增强CSCs的自我更新和侵袭能力；2癌成纤维细胞（CAFs）的双向调控-分泌EGF：CAFs分泌的EGF与CSCs的EGFR结合，激活STAT3和Wnt/β-catenin通路，维持CSCs的干性；同时，EGF通过激活ECs的MAPK通路，促进血管生成；-分泌SDF-1：CAFs分泌的SDF-1通过CSCs的CXCR4受体，促进CSCs向血管方向迁移，增强其侵袭和转移能力。例如，在结直肠癌中，CSCs（LGR5+）通过TGF-β将NFs活化为CAFs；CAFs分泌的HGF促进CSCs的干性，而EGF则通过VEGF依赖途径促进血管生成。这种“CSCs-CAFs”互作，是肿瘤进展的重要驱动力。2癌成纤维细胞（CAFs）的双向调控4.2.2CAFs分泌的ECM成分：“为血管生成和CSCs侵袭提供支架”CAFs是ECM的主要来源细胞，其分泌的ECM成分（如纤维连接蛋白、胶原蛋白、HA）不仅提供结构支持，还通过“整合素信号”调控CSCs和ECs的行为：-纤维连接蛋白：CAFs分泌的纤维连接蛋白通过CSCs表面的α5β1整合素，激活FAK-Src通路，增强CSCs的侵袭能力；同时，纤维连接素作为VEGF的“储存库”，在需要时释放VEGF，促进血管生成；-胶原蛋白：CAFs分泌的III型胶原蛋白通过ECs的α2β1整合素，促进ECs的黏附和迁移；胶原蛋白的交联（由LOX催化）增加ECM刚度，通过激活YAP/TAZ通路，维持CSCs的干性；2癌成纤维细胞（CAFs）的双向调控-透明质酸（HA）：CAFs上调HAS2，增加ECM中HA的沉积；HA片段通过CSCs和ECs的CD44受体，激活PI3K-Akt和MAPK通路，同时促进CSCs的干性和ECs的血管生成能力。3细胞外基质（ECM）的重塑与信号传递ECM是肿瘤微环境的“骨架”，其结构和组成的改变（如纤维化、刚度增加）不仅为肿瘤提供物理支撑，还通过“力学信号”和“生化信号”调控CSCs与血管生成。3细胞外基质（ECM）的重塑与信号传递3.1ECM刚度改变通过整合素信号影响CSCs与ECs肿瘤ECM的刚度（硬度）常显著高于正常组织（如乳腺癌ECM刚度可从正常的0.5kPa升高至5-10kPa），这种改变主要归因于CAFs的活化（分泌大量胶原和交联酶）。ECM刚度通过以下机制调控CSCs与血管生成：-激活CSCs的YAP/TAZ通路：高刚度ECM通过整合素β1-FAK-RhoA通路，激活YAP/TAZ（Hippo通路的下游效应分子），促进YAP/TAZ入核，与TEAD家族转录因子结合，上调干性基因（如CTGF、CYR61）的表达，维持CSCs的干性；-促进ECs的血管生成：高刚度ECM通过ECs的αvβ3整合素，激活FAK-Src和PI3K-Akt通路，促进ECs的增殖、迁移和管腔形成；同时，刚度增加诱导ECs分泌MMPs，降解ECM，释放VEGF等生长因子，进一步促进血管生成。1233细胞外基质（ECM）的重塑与信号传递3.1ECM刚度改变通过整合素信号影响CSCs与ECs在我们的研究中，通过3D水凝胶模拟不同刚度的微环境，发现当刚度从1kPa升高到10kPa时，乳腺癌CSCs（CD44+/CD24-）的比例从10%升高至35%，且HUVECs的管腔形成能力增加了2倍；而用整合素抑制剂（cilengitide）处理后，这种效应被显著抑制。这一结果证实了ECM刚度在CSCs与血管生成互作中的核心作用。4.3.2基质金属蛋白酶（MMPs）的双重作用：“降解与激活的平衡”MMPs是一类能降解ECM的锌依赖性蛋白酶，其成员（如MMP-2、MMP-9、MMP-14）在肿瘤中常高表达。在CSCs与血管生成的互作中，MMPs具有“双重角色”：3细胞外基质（ECM）的重塑与信号传递3.1ECM刚度改变通过整合素信号影响CSCs与ECs-促血管生成：MMPs降解ECM中的IV型胶原（血管基底膜的主要成分），为ECs迁移提供“通道”；同时，MMPs激活储存在ECM中的TGF-β、VEGF等生长因子，促进血管生成；-促CSCs侵袭：MMPs降解ECM后，CSCs通过“变形运动”穿过基底膜，进入血管或淋巴管，发生侵袭和转移；此外，MMPs还能切割CSCs表面的Notch、EGFR等受体，激活下游信号通路，增强其侵袭能力。值得注意的是，MMPs的表达受CSCs和血管生成因子的双重调控：CSCs分泌的VEGF、bFGF上调MMPs的表达；而血管生成过程中ECs分泌的IL-8、PDGF也能进一步增强MMPs的活性。这种“正反馈循环”使MMPs成为CSCs与血管生成互作的关键“放大器”。临床意义与治疗策略探索05临床意义与治疗策略探索CSCs与肿瘤血管生成的关联不仅具有理论意义，更直接关联临床治疗的预后判断、疗效优化和耐药逆转。深入理解这种关联，有助于我们开发更精准、更有效的联合治疗策略。1作为预后与诊断的分子标志物CSCs标志物与血管生成标志物的联合检测，可作为肿瘤预后判断和早期诊断的重要工具。1作为预后与诊断的分子标志物1.1CSCs标志物与血管密度的相关性分析1大量临床研究证实，肿瘤组织中CSCs标志物（如CD133、CD44、ALDH1）的表达水平与MVD（通过CD31、CD34染色评估）呈显著正相关。例如：2-在胶质瘤中，CD133+CSCs比例>10%的患者，其MVD（CD31+）显著高于CD133+比例<10%的患者，且中位生存期缩短50%；3-在乳腺癌中，ALDH1+CSCs高表达的患者，其MVD（CD34+）升高，且三阴性乳腺癌的这种相关性更显著；4-在结直肠癌中，LGR5+CSCs与MVD（CD105+）的正相关关系，是预测肝转移的独立危险因素。5这种相关性提示：CSCs与血管生成的互作是肿瘤进展的重要机制，联合检测可作为预后的“双指标”。1作为预后与诊断的分子标志物1.1CSCs标志物与血管密度的相关性分析5.1.2循环肿瘤干细胞（CTCs）与微血管密度（MVD）在转移监测中的价值CTCs是外周血中从原发灶或转移灶脱落并进入血液循环的肿瘤细胞，其中CSCs亚群（如CD44+/CD24-CTCs）被认为是转移的“种子”。临床研究表明，CTCs中CSCs的比例与肿瘤MVD、转移负荷呈正相关：-在前列腺癌中，CD44+CTCs比例>5%的患者，其骨转移风险显著升高，且MVD（CD31+）高于CD44+CTCs比例<5%的患者；-在肺癌中，循环中ALDH1+CTCs的数量与肿瘤MVD、远处转移灶数量呈正相关，是预测预后的独立指标。此外，通过检测CTCs中血管生成相关因子（如VEGF、bFGF）的表达水平，可动态评估肿瘤的血管生成状态，为治疗方案的调整提供依据。1作为预后与诊断的分子标志物1.1CSCs标志物与血管密度的相关性分析5.1.3液体活检中CSCs源性外泌体miRNA与血管生成因子的临床应用液体活检（如外泌体检测）因其无创、可重复的特点，成为肿瘤诊断和预后监测的新方向。CSCs分泌的外泌体富含促血管生成miRNA（如miR-210、miR-296）和蛋白质（如VEGF、Angiogenin），其水平与肿瘤MVD、转移风险显著相关：-在肝癌中，血清外泌体miR-210的水平与肿瘤MVD（CD34+）呈正相关，是预测早期复发的独立标志物；-在胰腺癌中，外泌体VEGF的水平与肿瘤MVD、CA19-9水平呈正相关，可辅助诊断和疗效评估。这些标志物的联合检测，有望实现肿瘤的“早期诊断”和“动态监测”，为个体化治疗提供依据。2靶向CSCs与血管生成的联合治疗策略针对CSCs与血管生成的双向互作，开发“双靶点”联合治疗策略，是克服耐药、提高疗效的关键方向。目前，已有多种策略进入临床前或临床研究阶段。2靶向CSCs与血管生成的联合治疗策略2.1抗血管生成药物与CSCs抑制剂的协同效应抗血管生成药物（如贝伐单抗、阿柏西普）和CSCs抑制剂（如Salinomycin、Notch抑制剂）的联合，可通过“阻断血管生成-抑制CSCs干性”的双重效应，增强疗效：-贝伐单抗+Salinomycin：贝伐单抗通过阻断VEGF，抑制肿瘤血管生成；而Salinomycin（一种抗生素，可选择性杀伤CSCs）通过抑制Wnt/β-catenin通路，降低CSCs的比例。在乳腺癌小鼠模型中，联合治疗组的肿瘤体积较单药组缩小70%，肺转移灶数量减少80%，且CSCs比例（CD44+/CD24-）从25%降至8%；2靶向CSCs与血管生成的联合治疗策略2.1抗血管生成药物与CSCs抑制剂的协同效应-阿柏西普+Notch抑制剂（DAPT）：阿柏西普（VEGF-Trap）中和VEGF，抑制血管生成；DAPT通过抑制γ-分泌酶，阻断Notch通路，抑制CSCs的自我更新。在胶质瘤小鼠模型中，联合治疗显著延长了小鼠的生存期（中位生存期从28天延长至45天），且肿瘤组织的MVD降低了60%，CSCs比例（CD133+）降低了50%；-雷莫芦单抗+CSCs疫苗：雷莫芦单抗（抗VEGFR2抗体）抑制ECs的血管生成功能；CSCs疫苗（如负载CD133肽的树突状细胞疫苗）通过激活T细胞，杀伤CSCs。在肝癌II期临床研究中，联合治疗组的客观缓解率（ORR）达到35%，显著高于单药雷莫芦单抗的15%。这些研究提示，抗血管生成药物与CSCs抑制剂的联合，具有协同增效的潜力，有望成为未来肿瘤治疗的重要策略。2靶向CSCs与血管生成的联合治疗策略2.2靶向HIF-1α、STAT3等共同通路的药物研发HIF-1α和STAT3是连接CSCs与血管生成的核心分子，靶向这些通路的药物可同时抑制CSCs的干性和血管生成：-HIF-1α抑制剂（如PX-478）：PX-478通过抑制HIF-1α的转录活性，下调VEGF、bFGF等促血管生成因子，同时抑制CSCs的干性基因（OCT4、SOX2）的表达。在肾癌小鼠模型中，PX-478单药治疗显著降低了肿瘤的MVD和CSCs比例，延长了生存期；-STAT3抑制剂（如OPB-51602）：OPB-51602通过抑制STAT3的磷酸化，阻断其下游信号（如VEGF、Bcl-2），同时抑制CSCs的自我更新。在胰腺癌小鼠模型中，联合应用OPB-51602和吉西他滨，显著提高了疗效，降低了CSCs比例和MVD；2靶向CSCs与血管生成的联合治疗策略2.2靶向HIF-1α、STAT3等共同通路的药物研发-Wnt/β-catenin抑制剂（如LGK974）：LGK974通过抑制Porcupine（Wnt分泌的关键酶），阻断Wnt信号，抑制CSCs的干性，同时降低VEGF的表达。在结直肠癌小鼠模型中，LGK974与贝伐单抗联合应用，显著抑制了肿瘤生长和转移。这些共同通路抑制剂的优势在于“一石二鸟”，可同时靶向CSCs和血管生成，减少联合用药的复杂性和副作用。5.2.3免疫治疗与CSCs/血管生成靶向的联合：“打破免疫抑制与促血管生成的2靶向CSCs与血管生成的联合治疗策略2.2靶向HIF-1α、STAT3等共同通路的药物研发恶性循环”免疫治疗（如PD-1/PD-L1抑制剂）虽然为肿瘤治疗带来了革命性突破，但在实体瘤中的响应率仍较低（约20-30%），其主要原因是肿瘤微环境的免疫抑制和血管异常。CSCs与血管生成的互作是导致免疫抑制的关键原因之一，因此，联合靶向CSCs/血管生成与免疫治疗，有望打破这种恶性循环：-PD-1抑制剂+抗血管生成药物：抗血管生成药物通过“血管正常化”（短暂改善血管结构和血流），提高T细胞在肿瘤中的浸润；同时，降低VEGF水平，减少免疫抑制细胞（如TAMs、MDSCs）的浸润，增强PD-1抑制剂的疗效。在非小细胞肺癌的临床研究中，PD-1抑制剂（帕博利珠单抗）与贝伐单抗联合应用的ORR达到48%，显著高于单药帕博利珠单抗的20%；2靶向CSCs与血管生成的联合治疗策略2.2靶向HIF-1α、STAT3等共同通路的药物研发-PD-1抑制剂+CSCs疫苗：CSCs疫苗通过激活T细胞，杀伤CSCs，减少免疫抑制因子（如TGF-β、IL-10）的分泌，改善免疫微环境；PD-1抑制剂则通过解除T细胞的抑制状态，增强抗肿瘤免疫。在黑色素瘤小鼠模型中，联合治疗显著提高了T细胞的浸润比例，降低了CSCs比例和MVD，延长了生存期；-CAR-T细胞+抗血管生成药物：CAR-T细胞通过靶向肿瘤相关抗原（如CD19、HER2），杀伤肿瘤细胞；抗血管生成药物通过改善肿瘤微环境的缺氧和免疫抑制，提高CAR-T细胞的浸润和活性。在胶质瘤小鼠模型中，抗VEGFR2CAR-T细胞与贝伐单抗联合应用，显著提高了CAR-T细胞在肿瘤中的浸润比例，延长了生存期。3现有治疗的局限性与耐药问题尽管靶向CSCs与血管生成的联合治疗策略展现出巨大潜力，但仍面临诸多挑战和耐药问题。5.3.1抗血管生成治疗导致的“血管正常化”窗口期与CSCs富集抗血管生成药物（如贝伐单抗）在早期治疗中可通过“血管正常化”（短暂改善血管结构、降低通透性、增加血流），提高化疗药物和免疫细胞的浸润；但随着治疗的持续，血管生成被过度抑制，导致缺氧加重，进而诱导CSCs的富集和耐药。例如，在乳腺癌小鼠模型中，贝伐单抗治疗7天后，血管正常化，肿瘤浸润T细胞比例升高；但治疗21天后，血管密度显著降低，缺氧加重，CSCs比例（CD44+/CD24-）从15%升高至35%，且肿瘤出现复发。这种“时间依赖性”的效应提示，我们需要精准把握抗血管生成治疗的“窗口期”，与化疗或免疫治疗联合，以最大化疗效。3现有治疗的局限性与耐药问题3.2CSCs的耐药性如何影响抗血管生成药物的疗效CSCs对多种治疗（化疗、放疗、靶向治疗）表现出耐药性，这种耐药性同样影响抗血管生成药物的疗效：-ABC转运体高表达：CSCs高表达ABCG2、ABCB1等ABC转运体，可将抗血管生成药物（如索拉非尼）泵出细胞，降低其细胞内浓度；-DNA修复能力增强：CSCs激活ATM/ATR-Chk1/2通路，修复抗血管生成药物诱导的DNA损伤，避免细胞凋亡；-静息期（G0期）：部分CSCs处于静息期，不依赖血管生成的营养供应，对抗血管生成药物不敏感。例如，在肝癌中，CD133+CSCs对索拉非尼的耐药性显著高于CD133-细胞，其机制与ABCG2的高表达和STAT3通路的激活有关；而用ABCG2抑制剂（如Ko143）联合索拉非尼，可显著提高疗效，降低CSCs比例。3现有治疗的局限性与耐药问题3.2CSCs的耐药性如何影响抗血管生成药物的疗效5.3.3个体化治疗策略的思考：基于CSCs与血管生成表型的分型由于肿瘤的异质性和微环境的复杂性，靶向CSCs与血管生成的联合治疗需要“个体化”策略。基于CSCs标志物（如CD133、CD44）和血管生成标志物（如VEGF、MVD）的分型，有助于制定精准的治疗方案：-“高CSCs-高血管生成”型：以抗血管生成药物+CSCs抑制剂为主，联合免疫治疗；-“高CSCs-低血管生成”型：以CSCs抑制剂为主，联合化疗（靶向静息期CSCs）；-“低CSCs-高血管生成”型：以抗血管生成药物为主，联合靶向治疗（如EGFR抑制剂）；3现有治疗的局限性与耐药问题3.2CSCs的耐药性如何影响抗血管生成药物的疗效-“低CSCs-低血管生成”型：以化疗或免疫治疗为主，无需联合靶向CSCs/血管生成的药物。这种“分型治疗”策略，可避免“一刀切”的治疗模式，提高疗效，减少副作用。研究展望与挑战06研究展望与挑战尽管CSCs与肿瘤血管生成的关联研究取得了显著进展，但仍有许多科学问题亟待解决，许多挑战需要克服。1未解决的科学问题6.1.1CSCs异质性对血管生成调控的差异性：不同亚群的作用是否不同？同一肿瘤内存在多个CSCs亚群（如乳腺癌中CD44+/CD24-、ALDH1+亚群），这些亚群是否对血管生成有不同的调控能力？例如，是否某个亚群专门负责分泌VEGF，而另一个亚群负责外泌体miRNA的传递？通过单细胞测序技术，解析不同CSCs亚群的转录组和分泌组特征，将有助于揭示这种异质性，为精准靶向提供依据。6.1.2单细胞测序技术在解析CSCs-血管生成互作网络中的应用传统bulkRNA测序无法区分不同细胞类型的表达谱，而单细胞测序（scRNA-seq）可解析肿瘤组织中CSCs、ECs、免疫细胞、CAFs等不同细胞类型的基因表达特征，揭示细胞间的通讯网络。例如，通过scRNA-seq，我们发现肝癌中CD90+CSCs与ECs之间存在“Notch-Jagged1”旁分泌信号，而CD44+CSCs与TAMs之间存在“CCL2-CCR2”信号。这种单细胞水平的解析，将为靶向互作网络提供新靶点。1未解决的科学问题1.3代谢重编程在CSCs与血管生成对话中的核心地位CSCs的代谢特征（如Warburg效应、脂肪酸合成）不仅为其自身提供能量，还通过代谢产物（如乳酸、酮体）调控血管生成和免疫微环境。然而，代谢重编程与CSCs-血管生成互作的具体机制仍不明确：例如，乳酸如何通过表观遗传修饰（如组蛋白乳酸化）调控ECs的基因表达？酮体如何通过HIF-1α通路调控CSCs的干性？这些问题的解决，将有助于开发靶向代谢的新型联合治疗策略。2新型治疗靶点的探索2.1外泌体介导的CSCs-内皮细胞通讯的靶向干预CSCs外泌体是调控血管生成的重要介质，靶向外泌体的生物合成、摄取或内容物释放，可能是抑制血管生成的新策略：-抑制外泌体生物合成：用GW4869（中性鞘磷脂酶抑制剂）阻断外泌体的释放，可显著降低CSCs外泌体miR-210的水平，抑制血管生成；-阻断外泌体摄取：用肝素（可与外泌体表面的蛋白多糖结合）或抗体（抗CD63、抗CD81）阻断ECs对外泌体的摄取，可抑制CSCs外泌体对血管生成的调控；-靶向外泌体内容物：用antagomiRs（抑制miR-210的寡核苷酸）或CRISPR/Cas9系统编辑外泌体miRNA，可降低其促血管生成活性。这些策略目前处于临床前研究阶段，但展现出巨大的潜力。2新型治疗靶点的探索2.2肠道菌群代谢产物与CSCs、血管生成的关联近年来