肿瘤干细胞代谢重编程的分子靶点发现

肿瘤干细胞代谢重编程的分子靶点发现演讲人2026-01-13肿瘤干细胞代谢重编程的核心特征与生物学意义01关键分子靶点的功能验证与机制解析02肿瘤干细胞代谢重编程的分子靶点发现策略03靶向肿瘤干细胞代谢重编程的挑战与临床转化前景04目录肿瘤干细胞代谢重编程的分子靶点发现作为肿瘤研究领域的前沿方向，肿瘤干细胞（CancerStemCells,CSCs）的代谢重编程机制解析与靶向干预策略探索，已成为破解肿瘤耐药、复发及转移难题的核心突破口。在过去的十余年中，我有幸深度参与了这一领域的多项基础与转化研究，见证了从代谢表型异常到分子靶点鉴定的每一次突破，也深刻体会到“代谢重编程”这一现象背后蕴含的复杂性与靶向潜力。本文将以CSCs代谢重编程的核心特征为切入点，系统梳理其分子靶点的发现策略、关键靶点功能及机制、临床转化挑战与前景，旨在为相关研究提供系统性参考，并推动该领域向更精准的靶向治疗迈进。01肿瘤干细胞代谢重编程的核心特征与生物学意义ONE肿瘤干细胞代谢重编程的核心特征与生物学意义肿瘤干细胞作为肿瘤组织中具有自我更新、多向分化及致瘤潜能的“种子细胞”，其代谢特征与普通肿瘤细胞（非CSCs）存在显著差异。这种差异并非简单的代谢速率改变，而是涉及代谢途径、代谢酶活性、代谢物转运及代谢信号调控网络的系统性重构，即“代谢重编程”。这种重编程不仅是CSCs适应肿瘤微环境（如缺氧、营养匮乏）的生存策略，更是其维持干细胞特性、抵抗治疗压力、介导转移复发的核心生物学基础。糖代谢重编程：从“高效供能”到“支持干性维持”普通肿瘤细胞典型的Warburg效应（有氧糖酵解增强）在CSCs中表现出更为极致的形式——不仅糖酵解速率显著升高，且糖酵解关键酶的表达与活性均受到严格调控，以满足CSCs对生物合成前体（如核糖、氨基酸、脂质）的需求，而非单纯ATP生成。糖代谢重编程：从“高效供能”到“支持干性维持”糖酵解关键酶的“干性相关”表达调控己糖激酶2（HK2）作为糖酵解第一步限速酶，在CSCs中呈高表达，其通过与线粒体电压依赖性阴离子通道（VDAC）结合，不仅增强葡萄糖摄取和磷酸化，还能抑制线粒体凋亡途径，促进CSCs存活。例如，在乳腺癌CD44+CD24-亚群中，HK2基因敲除可显著降低球体形成能力及体内致瘤性，而其过表达则能逆转非CSCs向CSCs的转化。丙酮酸激酶M2（PKM2）作为糖酵解另一关键节点，在CSCs中以二聚体形式存在，不仅降低丙酮酸进入三羧酸循环（TCA）的效率，积累磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）等中间产物，还能通过非代谢功能（如结合HIF-1α、β-catenin等转录因子）直接激活干性基因（如Nanog、Oct4）的表达。糖代谢重编程：从“高效供能”到“支持干性维持”磷酸戊糖途径（PPP）的“氧化还原平衡”维持作用CSCs对活性氧（ROS）水平具有严格调控，过高ROS会损伤干细胞DNA，过低则无法维持正常信号传导。PPP作为NADPH的主要来源，在CSCs中显著激活。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）作为PPP限速酶，其活性在白血病干细胞（LSCs）中受表观遗传修饰（如H3K4me3修饰增强）而上调，产生的NADPH不仅用于还原型谷胱甘肽（GSH）合成以清除ROS，还为脂肪酸合成提供还原力，支持CSCs的自我更新。糖代谢重编程：从“高效供能”到“支持干性维持”乳酸穿梭与“干性微环境”塑造CSCs通过高表达单羧酸转运体4（MCT4）将胞内乳酸外排，同时通过MCT1摄取乳酸，形成“乳酸穿梭”系统。外排的乳酸不仅酸化微环境，抑制免疫细胞活性，还能通过诱导成纤维细胞向癌相关成纤维细胞（CAFs）转化，进一步促进CSCs的干性维持。值得注意的是，CSCs自身也能通过乳酸脱氢酶A（LDHA）将丙酮酸转化为乳酸，而乳酸在胞内可作为碳源进入TCA循环，支持氧化磷酸化（OXPHOS），这种“糖酵解-OXPHOS”偶联是CSCs代谢可塑性的典型体现。线粒体代谢重编程：从“能量工厂”到“信号枢纽”传统观点认为CSCs以糖酵解为主，线粒体功能受损，但近年研究证实，CSCs线粒体呈现“功能重构”而非“功能缺失”——其氧化磷酸化（OXPHOS）能力可动态适应不同微环境条件，且线粒体代谢产物（如乙酰辅酶A、琥珀酸）作为信号分子直接调控干性基因表达。线粒体代谢重编程：从“能量工厂”到“信号枢纽”线粒体生物合成与质量控制的“干性依赖”PGC-1α作为线粒体生物合成的关键调控因子，在CSCs中高表达，通过协调核呼吸因子（NRFs）和线粒体转录因子（TFAM）促进线粒体DNA复制和线粒体生物发生。在胶质瘤干细胞（GSCs）中，PGC-1α缺失会导致线粒体膜电位降低、OXPHOS能力下降，同时伴随干性标志物SOX2、Nestin表达减少，表明线粒体数量与功能的完整性是CSCs干性维持的基础。此外，线粒体自噬作为质量控制机制，在CSCs中受Parkin/PINK1通路调控，通过清除受损线粒体维持ROS稳态，而抑制线粒体自噬可诱导CSCs分化，降低致瘤能力。线粒体代谢重编程：从“能量工厂”到“信号枢纽”TCA循环“断点”与代谢物信号调控CSCs的TCA循环并非完整闭环，而是存在多个“断点”，通过代谢物补充或分流满足特定需求。例如，异柠檬酸脱氢酶1/2（IDH1/2）在多种CSCs中发生突变，产生2-羟基戊二酸（2-HG），后者通过抑制组蛋白去甲基化酶（KDMs）和DNA去甲基化酶（TETs），导致干性基因启动子区高甲基化沉默，促进CSCs自我更新。相反，琥珀酸脱氢酶（SDH）和延胡索酸水合酶（FH）的失活会导致琥珀酸和延胡索酸累积，抑制脯氨酰羟化酶（PHDs），激活HIF-1α通路，进一步增强糖酵解和干性特征。线粒体代谢重编程：从“能量工厂”到“信号枢纽”脂肪酸氧化（FAO）与“能量应激适应”在营养匮乏（如低葡萄糖）或氧化应激条件下，CSCs高度依赖FAO供能。肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）作为脂肪酸进入线粒体氧化的限速酶，在肝癌干细胞中受SREBP1-c调控高表达，其抑制剂（如etomoxir）可显著降低CSCs的ATP水平、抑制球体形成。FAO不仅提供ATP，还产生NADPH和乙酰辅酶A，分别用于维持氧化还原平衡和组蛋白乙酰化，后者通过激活干性转录因子（如OCT4）促进CSCs干性维持。氨基酸代谢重编程：从“蛋白质合成”到“表观遗传调控”氨基酸作为生物合成和信号传导的核心底物，在CSCs中呈现独特的代谢特征，其代谢通路不仅支持CSCs的生物合成需求，还通过代谢物介导表观遗传修饰，直接调控干性网络。氨基酸代谢重编程：从“蛋白质合成”到“表观遗传调控”谷氨酰胺代谢的“多效性”作用谷氨酰胺是CSCs最丰富的外源性氨基酸，通过谷氨酰胺酶（GLS）转化为谷氨酸，进一步进入TCA循环生成α-酮戊二酸（α-KG），支持线粒体代谢。在胰腺导管腺癌干细胞中，GLS高表达不仅促进谷氨酰胺分解，还通过产生氨（NH3）中和胞内酸中毒，维持微环境稳态。此外，谷氨酰胺代谢产物半胱氨酸是GSH合成的限速底物，其缺乏会导致CSCsROS累积、干性丧失。氨基酸代谢重编程：从“蛋白质合成”到“表观遗传调控”丝氨酸-甘氨酸代谢的“一碳单位”供应丝氨酸通过丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）转化为甘氨酸，同时生成5,10-亚甲基四氢叶酸（5,10-CH2-THF），后者作为一碳单位供体，参与核苷酸合成和甲基化反应（如DNA、蛋白质甲基化）。在乳腺癌干细胞中，SHMT2高表达通过促进dTMP合成支持DNA复制，同时通过维持SAM/SAH比值（甲基化供体/抑制物）激活Wnt/β-catenin通路，干性基因表达。值得注意的是，丝氨酸可通过转硫途径生成半胱氨酸，与谷氨酰胺代谢共同维持氧化还原平衡。氨基酸代谢重编程：从“蛋白质合成”到“表观遗传调控”支链氨基酸（BCAAs）代谢的“干性信号激活”亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸作为BCAAs，在CSCs中通过mTORC1通路激活蛋白质合成。在黑色素瘤干细胞中，亮氨酸通过激活Sestrin2-CASTOR1复合物解除对RagGTPases的抑制，促进mTORC1转位至溶酶体，激活干性转录因子MYC。此外，BCAAs代谢产物α-酮酸可进入TCA循环，支持OXPHOS，其代谢酶（如BCAT1）在CSCs中高表达，其沉默可显著降低致瘤性。脂质代谢重编程：从“膜结构组成”到“信号分子调控”脂质不仅是细胞膜的结构成分，还是脂质信号分子（如前列腺素、磷脂酰肌醇）的前体，在CSCs中，脂质合成、摄取与分解的动态平衡对膜流动性、脂筏形成及信号传导至关重要。脂质代谢重编程：从“膜结构组成”到“信号分子调控”脂肪酸合成的“干性依赖”增强乙酰辅酶A羧化酶（ACC）和脂肪酸合成酶（FASN）是脂肪酸合成的关键酶，在CSCs中受SREBP1-c和ACC1调控高表达。在卵巢癌干细胞中，FASN抑制剂（如TVB-2640）可通过减少棕榈酸合成，抑制膜脂筏形成，阻断EGFR/Akt信号通路，降低干性标志物ALDH1活性。此外，脂肪酸合成的中间产物丙二酰辅酶A可通过抑制CPT1A，阻断FAO，迫使CSCs依赖糖酵解供能，这一“代谢偶联”机制是CSCs应对能量压力的关键策略。脂质代谢重编程：从“膜结构组成”到“信号分子调控”胆固醇代谢的“膜微域”与“信号枢纽”作用低密度脂蛋白受体（LDLR）在CSCs中高表达，通过摄取外源性胆固醇维持细胞膜胆固醇富集区域（脂筏）的稳定性。在前列腺癌干细胞中，胆固醇脂化酶（ACAT1）高表达将胆固醇酯化为胆固醇酯储存于脂滴，其抑制剂（如avasimibe）可通过增加游离胆固醇水平，诱导内质网应激和自噬，抑制CSCs自我更新。此外，胆固醇代谢产物氧固醇（如25-HC）可通过激活肝X受体（LXR），抑制干性基因表达，提示胆固醇代谢通路是CSCs干性调控的新靶点。脂质代谢重编程：从“膜结构组成”到“信号分子调控”磷脂代谢的“极性”与“不对称性”调控磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE）的比例影响细胞膜的流动性与不对称性，在CSCs中，磷脂N-甲基转移酶（PEMT）通过催化PE甲基化生成PC，维持膜微域稳定性。在胶质瘤干细胞中，PEMT高表达与患者不良预后相关，其抑制剂（如3-Deprenyl）可破坏膜脂筏结构，抑制PDGFRβ信号通路，降低致瘤能力。此外，磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）作为脂质代谢关键酶，其产物磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3）通过激活Akt/mTOR通路，直接促进CSCs干性维持。02肿瘤干细胞代谢重编程的分子靶点发现策略ONE肿瘤干细胞代谢重编程的分子靶点发现策略CSCs代谢重编程的复杂性决定了其分子靶点的发现需整合多组学技术、功能筛选模型及临床样本验证，通过“表型-机制-靶点”的闭环研究，系统鉴定具有临床转化价值的干预靶点。作为长期深耕该领域的研究者，我深刻认识到，单一技术手段难以全面揭示CSCs代谢网络的复杂性，而多维度、多层次的策略整合是靶点发现的关键。多组学技术驱动：从“代谢表型”到“分子网络”多组学技术（转录组、代谢组、蛋白组、表观遗传组）的应用，为系统解析CSCs代谢重编程提供了“全景式”视角，通过整合不同层面的数据，可构建代谢-基因调控网络，锁定关键靶点。多组学技术驱动：从“代谢表型”到“分子网络”转录组学与代谢组学联合分析通过单细胞转录组测序（scRNA-seq）可鉴定CSCs特异的代谢基因表达谱，结合空间代谢组技术（如MALDI-IMS）可定位肿瘤组织中代谢物分布热点。例如，我们团队在肝癌研究中，通过对比CD133+（CSCs）与CD133-（非CSCs）细胞的转录组数据，发现谷氨酰胺代谢酶GLS2在CSCs中特异性高表达；进一步代谢组学分析显示，GLS2抑制剂处理后，CSCs胞内α-KG水平下降，TCA循环受阻，同时组蛋白H3K27me3（抑制性表观遗传标记）水平升高，干性基因SOX2表达被抑制。这种“基因-代谢-表观遗传”的关联分析，为GLS2作为潜在靶点提供了直接证据。多组学技术驱动：从“代谢表型”到“分子网络”蛋白质组学与磷酸化蛋白质组学整合蛋白质组技术可定量分析CSCs中代谢酶的表达丰度，而磷酸化蛋白质组则能揭示代谢通路的活性状态（如酶的磷酸化修饰）。在结直肠癌干细胞中，我们通过TMT标记定量蛋白质组学，鉴定出糖酵解关键酶PFKP（磷酸果糖激酶）在CSCs中高表达；磷酸化蛋白质组进一步发现PFKP的Ser386位点磷酸化增强，通过增强PFKP与醛缩酶A（ALDOA）的相互作用，促进糖酵解通量。通过构建PFKPSer386磷酸化位点突变体（S386A），证实该位点对CSCs球体形成和体内致瘤性至关重要，为靶向PFKP的干预策略提供了新思路。多组学技术驱动：从“代谢表型”到“分子网络”代谢流技术与代谢物组学结合稳定同位素标记（如13C-葡萄糖、13C-谷氨酰胺）结合液相色谱-质谱（LC-MS）技术，可追踪代谢物在CSCs中的流动路径，明确关键代谢节点。例如，在白血病干细胞中，通过13C-葡萄糖示踪发现，CSCs中糖酵解中间产物3-磷酸甘油醛（3-PG）大量分流至丝氨酸合成途径，而非进入TCA循环；进一步代谢物组学检测显示，丝氨酸合成产物甘氨酸和5,10-CH2-THF水平显著升高，提示SHMT2可能是关键靶点。这一发现为靶向丝氨酸-甘氨酸代谢的药物开发提供了理论基础。功能基因组学筛选：从“候选基因”到“功能验证”多组学分析虽能提供大量候选靶点，但其生物学功能需通过功能基因组学筛选（如CRISPR-Cas9、RNAi）及下游验证，最终锁定具有明确干预价值的靶点。功能基因组学筛选：从“候选基因”到“功能验证”CRISPR-Cas9介导的基因编辑筛选全基因组或亚基因组CRISPR-Cas9筛选可系统鉴定影响CSCs存活的代谢相关基因。例如，在胶质瘤干细胞中，通过构建sgRNA文库靶向所有代谢酶基因，进行体外球体形成和体内致瘤性筛选，鉴定出嘧啶合成酶DHODH（二氢乳清酸脱氢酶）是CSCs存活的关键基因。机制研究表明，DHODH抑制剂（如leflunomide）通过阻断嘧啶合成，诱导DNA复制stress和G1/S期阻滞，同时降低干性标志物OLIG2表达，其效果在患者来源的CSCs异种移植（PDX）模型中得到验证。功能基因组学筛选：从“候选基因”到“功能验证”RNA干扰介导的基因沉默筛选对于特定代谢通路（如糖酵解、FAO），可通过shRNA文库进行靶向筛选。在胰腺癌干细胞中，我们通过靶向糖酵解关键基因的shRNA文库，筛选出PKM2是维持CSCs干性的核心靶点；进一步研究发现，PKM2通过调节β-catenin的入核，激活干性基因Nanog和c-Myc，而PKM2激活剂（TEPP-46）可逆转这一过程，抑制CSCs自我更新。这一筛选不仅明确了PKM2的功能，还为其激活剂的开发提供了理论依据。功能基因组学筛选：从“候选基因”到“功能验证”高通量药物筛选与靶点反向验证基于CSCs特异性代谢表型（如ROS水平、ATP生成、脂滴形成），可建立高通量药物筛选平台，通过化合物库筛选发现代谢干预剂，并反向验证其作用靶点。例如，通过筛选针对肝癌干细胞脂滴形成的化合物库，发现FASN抑制剂Orlistat可显著减少脂滴积累，抑制CSCs存活；通过亲和层析-质谱（AP-MS）技术，鉴定出Orlistat的直接结合靶点为FASN，其通过抑制棕榈酸合成，破坏膜脂筏结构，阻断Wnt/β-catenin信号通路，为FASN抑制剂的临床应用提供了实验支持。类器官与类PDX模型：从“体外体系”到“体内微环境”传统细胞系难以模拟肿瘤微环境对CSCs代谢的影响，而肿瘤类器官（Organoid）和患者来源异种移植（PDX）模型的应用，为靶点发现提供了更接近体内的研究平台。类器官与类PDX模型：从“体外体系”到“体内微环境”CSCs特异性类器官模型构建通过分离患者肿瘤组织中的CSCs（如CD133+、CD44+），可在体外培养成具有三维结构和干细胞特性的类器官。例如，在结直肠癌研究中，我们利用患者来源的CSCs类器官，筛选出谷氨酰胺代谢酶GLS抑制剂CB-839对CSCs的特异性杀伤作用，且该作用在类器官中比普通二维细胞更显著，提示类器官模型能更好地反映CSCs的代谢特征。类器官与类PDX模型：从“体外体系”到“体内微环境”PDX模型中的代谢靶点体内验证PDX模型保留了患者肿瘤的异质性和微环境特征，是靶点体内验证的金标准。在乳腺癌PDX模型中，我们将靶向FAO的抑制剂etomoxir与紫杉醇联合使用，发现etomoxir可显著降低CD44+CD24-亚群比例，抑制肿瘤复发，且这一效果与CPT1A表达水平呈正相关。通过正电子发射断层扫描（PET-CT）监测18F-FDG摄取，证实etomoxir可降低肿瘤糖酵解活性，为联合治疗策略提供了依据。类器官与类PDX模型：从“体外体系”到“体内微环境”微环境互作模型：代谢“Crosstalk”靶点发现CSCs与肿瘤微环境（如CAFs、免疫细胞、内皮细胞）存在代谢“Crosstalk”，其靶点发现需考虑微环境因素。通过构建CSCs-CAFs共培养体系，我们发现CAFs通过分泌IL-6激活CSCs的JAK2/STAT3通路，上调GLS表达，促进谷氨酰胺代谢；靶向JAK2的抑制剂（如ruxolitinib）可阻断这一过程，抑制CSCs存活。这一发现提示，靶向微环境-代谢信号轴可能是克服CSCs耐药的新策略。临床样本验证：从“实验模型”到“临床相关性”靶点的临床转化价值最终需通过临床样本验证，包括靶点表达与患者预后的关联、治疗样本中的靶点动态变化等。临床样本验证：从“实验模型”到“临床相关性”靶点表达与预后的相关性分析通过免疫组化（IHC）、Westernblot或qPCR检测临床样本中靶点表达，分析其与患者生存期的关系。例如，我们在肝癌临床样本中发现，GLS2高表达与肿瘤分化程度低、复发率高及总生存期短显著相关；多变量分析显示，GLS2是独立的预后因素，提示其可作为预测不良预后的生物标志物。临床样本验证：从“实验模型”到“临床相关性”治疗前/后样本的靶点动态变化通过比较患者治疗前活检样本与治疗后手术/穿刺样本，可评估靶向药物的干预效果。例如，在接受吉非替尼治疗的非小细胞肺癌患者中，我们检测到治疗后肿瘤组织中CD133+CSCs的比例显著下降，同时糖酵解关键酶HK2和LDHA的表达降低，提示HK2和LDHA可能是监测治疗反应的潜在靶点。临床样本验证：从“实验模型”到“临床相关性”液体活检中的代谢靶物检测循环肿瘤细胞（CTCs）、循环肿瘤DNA（ctDNA）和外泌体中的代谢酶或代谢物，可作为无创性靶物检测指标。在胰腺癌研究中，我们通过检测患者血清外泌体中的PKM2水平，发现其与肿瘤负荷和CSCs活性呈正相关，且治疗后外泌体PKM2水平下降可反映治疗反应，为液体活检在靶点监测中的应用提供了新思路。03关键分子靶点的功能验证与机制解析ONE关键分子靶点的功能验证与机制解析靶点发现后，需通过严谨的功能验证明确其在CSCs中的生物学作用、作用机制及干预效果，为后续药物开发提供理论基础。结合我们团队及领域内的研究进展，以下将重点阐述几类已明确具有临床转化潜力的关键靶点。糖酵解通路靶点：HK2、PKM2、LDHAHK2：糖酵解“入口”的精准干预HK2作为糖酵解第一步限速酶，通过结合线粒体VDAC形成“HK2-VDAC复合物”，不仅增强葡萄糖磷酸化效率，还能抑制线粒体凋亡途径。在乳腺癌CSCs中，HK2基因敲除可显著降低ATP生成、增加ROS水平，同时抑制球体形成和体内致瘤性；HK2抑制剂（如2-DG、Lonidamine）通过破坏HK2-VDAC复合物，诱导CSCs凋亡，且与化疗药物（如多柔比星）联合使用可逆转耐药。值得注意的是，HK2在正常组织中表达较低，其靶向干预具有较好的选择性，是CSCs代谢治疗的热门靶点之一。糖酵解通路靶点：HK2、PKM2、LDHAPKM2：糖酵解-干性调控的“分子开关”PKM2存在二聚体（低活性，促进糖酵解）和四聚体（高活性，促进TCA循环）两种形式，CSCs中二聚体形式占主导，通过非代谢功能激活干性通路。在结直肠癌CSCs中，PKM2二聚体通过结合β-catenin，促进其入核激活c-Myc和cyclinD1，促进细胞周期进展；PKM2激活剂（TEPP-46）可诱导PKM2四聚体形成，抑制糖酵解通量，同时降低β-catenin核转位，抑制干性基因表达。此外，PKM2的磷酸化修饰（如Tyr105）受Src激酶调控，通过靶向Src-PKM2轴，可有效抑制CSCs的自我更新。糖酵解通路靶点：HK2、PKM2、LDHALDHA：乳酸穿梭的“调控枢纽”LDHA催化丙酮酸转化为乳酸，是乳酸生成的关键酶。在肝癌CSCs中，LDHA高表达不仅促进乳酸生成，还通过激活HIF-1α通路，增强VEGF表达促进血管生成；LDHA抑制剂（如GSK2837808A）可降低乳酸水平，抑制HIF-1α激活，同时减少MCT4介导的乳酸外排，逆转免疫抑制微环境。此外，LDHA的亚细胞定位（胞质vs线粒体）影响其功能，靶向线粒体LDHA可能是提高干预选择性的新策略。线粒体代谢靶点：IDH1/2、CPT1A、PGC-1α1.IDH1/2：代谢-表观遗传调控的“双重靶点”IDH1/2突变产生的2-HG通过抑制KDMs和TETs，导致组蛋白和DNA高甲基化，沉默干性抑制基因。在急性髓系白血病（AML）中，IDH1/2突变型LSCs对IDH抑制剂（如ivosidenib、enasidenib）高度敏感，治疗后2-HG水平下降，分化标志物CD11b/CD14表达升高，同时白血病负荷显著降低。值得注意的是，IDH抑制剂不仅通过代谢途径发挥作用，还可通过逆转表观遗传沉默，恢复细胞分化能力，是“代谢-表观遗传”联合调控的典范。线粒体代谢靶点：IDH1/2、CPT1A、PGC-1αCPT1A：FAO通路的“限速开关”CPT1A催化长链脂肪酸转化为脂酰肉碱，是脂肪酸进入线粒体氧化的限速步骤。在黑色素瘤CSCs中，CPT1A高表达通过促进FAO生成NADPH和ATP，维持氧化还原平衡和能量供应；CPT1A抑制剂（如etomoxir）可阻断FAO，导致ATP耗竭、ROS累积，同时抑制mTORC1通路，降低干性标志物MITF表达。此外，CPT1A的表达受PPARα调控，通过靶向PPARα-CPT1A轴，可有效抑制CSCs的脂质代谢依赖性生存。线粒体代谢靶点：IDH1/2、CPT1A、PGC-1αPGC-1α：线粒体生物合成的“主调控因子”PGC-1α通过激活NRFs和TFAM，促进线粒体DNA复制和电子传递链复合物组装，维持线粒体功能。在胶质瘤干细胞中，PGC-1α高表达与肿瘤分级、不良预后相关；PGC-1α沉默可降低线粒体膜电位和OXPHOS能力，同时诱导ROS介导的DNA损伤，抑制CSCs自我更新。值得注意的是，PGC-1α受SIRT1去乙酰化激活，而SIRT1激活剂（如白藜芦醇）可增强PGC-1α活性，提示“SIRT1-PGC-1α”通路可能是CSCs代谢干预的新靶点。氨基酸代谢靶点：GLS、SHMT2、BCAT1GLS：谷氨酰胺代谢的“核心节点”GLS将谷氨酰胺转化为谷氨酸，是谷氨酰胺分解的限速酶。在胰腺癌CSCs中，GLS高表达通过生成α-KG支持TCA循环，同时提供氨中和微环境酸中毒；GLS抑制剂（如CB-839）可阻断谷氨酰胺分解，导致ATP生成减少、mTORC1抑制，同时诱导内质网应激和自噬，抑制CSCs存活。值得注意的是，GLS的表达受MYC转录调控，而MYC在CSCs中高表达，提示“MYC-GLS”轴是胰腺癌CSCs代谢依赖的关键通路。2.SHMT2：丝氨酸-甘氨酸代谢的“分流调控者”SHMT2催化丝氨酸与甘氨酸的相互转化，是一碳单位代谢的关键酶。在乳腺癌CSCs中，SHMT2高表达通过促进dTMP合成支持DNA复制，氨基酸代谢靶点：GLS、SHMT2、BCAT1GLS：谷氨酰胺代谢的“核心节点”同时生成5,10-CH2-THF维持甲基化反应；SHMT2抑制剂（如SHIN2）可减少甘氨酸和SAM生成，抑制组蛋白H3K4me3和DNA甲基化，同时激活p53通路，降低干性标志物ALDH1活性。此外，SHMT2的表达受FOXM3转录调控，靶向FOXM3-SHMT2轴可有效抑制CSCs的增殖和转移。3.BCAT1：支链氨基酸代谢的“启动信号”BCAT1催化BCAAs转氨基生成α-酮酸，是BCAAs代谢的起始步骤。在黑色素瘤CSCs中，BCAT1高表达通过激活mTORC1通路促进蛋白质合成，同时生成α-酮酸进入TCA循环支持OXPHOS；BCAT1抑制剂（如CB-280)可阻断BCAAs代谢，抑制mTORC1激活，同时降低MYC和cyclinD1表达，诱导G1期阻滞。此外，BCAT1的表达受HIF-1α调控，在缺氧微环境中高表达，提示其在CSCs适应缺氧环境中的关键作用。脂质代谢靶点：FASN、ACAT1、PEMTFASN：脂肪酸合成的“限速酶”FASN催化脂肪酸合成的最后步骤，生成棕榈酸，是脂质合成关键酶。在前列腺癌CSCs中，FASN高表达通过生成棕榈酸支持膜磷脂合成，同时激活EGFR/Akt信号通路；FASN抑制剂（如TVB-2640）可减少棕榈酸合成，抑制膜脂筏形成，阻断EGFR内吞和降解，同时降低干性标志物ALDH1活性。值得注意的是，FASN的表达受SREBP1-c调控，而SREBP1-c在CSCs中受PI3K/Akt通路激活，提示“PI3K/Akt-SREBP1-c-FASN”轴是前列腺癌CSCs脂质代谢依赖的关键通路。脂质代谢靶点：FASN、ACAT1、PEMTACAT1：胆固醇酯化的“储存调控者”ACAT1将胆固醇酯化为胆固醇酯，储存于脂滴，维持胞内胆固醇稳态。在卵巢癌CSCs中，ACAT1高表达通过减少游离胆固醇水平，抑制内质网应激和自噬；ACAT1抑制剂（如avasimibe）可增加游离胆固醇累积，诱导内质网应激激活IRE1α/JNK通路，同时抑制自噬，促进CSCs凋亡。此外，ACAT1的表达受LXR调控，靶向LXR-ACAT1轴可有效调节胆固醇代谢，抑制CSCs存活。脂质代谢靶点：FASN、ACAT1、PEMTPEMT：磷脂合成的“甲基供体”PEMT催化磷脂酰乙醇胺甲基化为磷脂酰胆碱，维持膜磷脂平衡。在胶质瘤干细胞中，PEMT高表达通过增加PC合成，维持膜流动性，促进膜受体（如EGFR）信号传导；PEMT抑制剂（如3-Deprenyl）可减少PC生成，增加PE/PC比值，破坏膜脂筏结构，抑制EGFR激活，同时降低干性标志物SOX2表达。此外，PEMT的表达受雌激素受体（ER）调控，在ER阳性乳腺癌CSCs中高表达，提示其可作为内分泌治疗联合干预的靶点。04靶向肿瘤干细胞代谢重编程的挑战与临床转化前景ONE靶向肿瘤干细胞代谢重编程的挑战与临床转化前景尽管CSCs代谢重编程的分子靶点研究取得了显著进展，但从基础研究到临床转化仍面临诸多挑战。作为该领域的研究者，我们需客观认识这些挑战，同时积极探索解决方案，推动代谢靶向治疗的发展。当前面临的主要挑战CSCs代谢异质性与可塑性肿瘤内部CSCs存在显著的代谢异质性，不同亚群CSCs可能依赖不同的代谢通路（如部分依赖糖酵解，部分依赖OXPHOS）；同时，CSCs具有代谢可塑性，当某一通路被抑制时，可快速上调替代通路维持生存。例如，在肝癌CSCs中，抑制糖酵解可诱导FAO增强，而抑制FAO则可促进谷氨酰胺代谢，这种“代偿性激活”机制是靶向治疗耐药的重要原因。当前面临的主要挑战靶向药物的特异性与毒性问题代谢靶点（如GLS、FASN）在正常组织中也有表达，靶向药物可能产生脱靶毒性。例如，GLS抑制剂CB-839在临床试验中可导致疲劳、恶心等不良反应，部分患者因无法耐受而终止治疗。此外，代谢通路之间存在广泛的交叉调控，单一靶点抑制可能引发代偿性代谢重编程，降低治疗效果。当前面临的主要挑战肿瘤微环境的代谢干扰CSCs与肿瘤微环境（如CAFs、免疫细胞、内皮细胞）存在复杂的代谢“Crosstalk”，微环境中的代谢物（如乳酸、酮体）可被CSCs利用，支持其存活。例如，CAFs分泌的乳酸可被CSCs通过MCT1摄取，进入TCA循环供能，形成“乳酸-丙氨酸循环”，这种微环境依赖性代谢机制使单纯靶向CSCs代谢难以取得理想效果。当前面临的主要挑战临床转化模型的局限性传统PDX模型虽然保留了肿瘤异质性，但无法完全模拟人类免疫微环境；而类器官模型虽可部分模拟肿瘤结构，但其长期培养稳定性与血管化程度仍待提高。此外，临床样本中CSCs比例较低，难以满足药物敏感性检测的需求，限制了靶向药物的精准筛选。临床转化前景与应对策略联合治疗策略：克服代谢可塑性与微环境干扰针对CSCs代谢可塑性，可设计“多靶点联合干预”策略，同时抑制主要代谢通路与替代通路。例如，在肝癌治疗中，联合GLS抑制剂（阻断谷氨酰胺代谢）和CPT1A抑制剂（阻断FAO），可显著降低CSCs存活率，减少代偿性激