肿瘤干细胞在肿瘤转移中的调控网络解析

肿瘤干细胞在肿瘤转移中的调控网络解析演讲人2026-01-12

引言：肿瘤转移的临床困境与肿瘤干细胞的提出总结与展望基于CSCs的肿瘤转移治疗挑战与展望肿瘤转移级联反应中CSCs的调控机制肿瘤干细胞的核心特性：转移的“种子”基础目录

肿瘤干细胞在肿瘤转移中的调控网络解析01ONE引言：肿瘤转移的临床困境与肿瘤干细胞的提出

引言：肿瘤转移的临床困境与肿瘤干细胞的提出肿瘤转移是导致恶性肿瘤患者治疗失败和死亡的核心原因，临床数据显示，超过90%的肿瘤相关死亡源于转移灶的形成而非原发瘤本身。传统的肿瘤治疗策略（如化疗、放疗）虽可有效缩小原发瘤体积，但对转移灶的疗效往往有限，这提示我们对转移的生物学机制仍存在认知空白。近年来，肿瘤干细胞（CancerStemCells,CSCs）理论的提出为理解肿瘤转移提供了新的视角。CSCs是一类存在于肿瘤细胞亚群中，具有自我更新、多向分化潜能及高致瘤性的细胞，被认为是肿瘤发生、进展、转移及复发的“种子细胞”。在肿瘤转移过程中，CSCs不仅通过其固有的侵袭性、耐药性等特性启动转移级联反应，更通过复杂的调控网络协调肿瘤微环境（TumorMicroenvironment,TME）、细胞信号通路及表观遗传修饰等多重因素，最终实现转移灶的形成与播散。

引言：肿瘤转移的临床困境与肿瘤干细胞的提出作为一名长期从事肿瘤转移机制研究的科研工作者，我在实验中曾观察到：将少量高转移潜能的乳腺癌CSCs接种于免疫缺陷小鼠，其形成的转移灶数量是普通肿瘤细胞的50倍以上；而通过特异性清除CSCs后，小鼠的肺转移发生率显著下降。这些经历让我深刻认识到，解析CSCs在肿瘤转移中的调控网络，不仅是揭示转移机制的关键，更是开发靶向转移治疗策略的突破口。本文将从CSCs的核心特性入手，系统阐述其在肿瘤转移不同阶段的调控机制，深入剖析其与肿瘤微环境的相互作用，并探讨基于CSCs的靶向治疗前景，以期为肿瘤转移的基础研究与临床转化提供参考。02ONE肿瘤干细胞的核心特性：转移的“种子”基础

肿瘤干细胞的核心特性：转移的“种子”基础肿瘤干细胞之所以被视为肿瘤转移的驱动者，源于其独特的生物学特性，这些特性不仅赋予其启动转移的能力，更使其在转移过程中具备生存优势。

自我更新与干性维持能力自我更新是CSCs的核心特征，指其通过不对称分裂或对称分裂产生与自身相同的子代细胞，同时维持干细胞池的稳定。这一过程依赖于关键干性信号通路（如Wnt/β-catenin、Notch、Hedgehog）的精密调控。例如，在结直肠癌中，CSCs高表达Lgr5（Wnt通路的靶基因），通过激活β-catenin/TCF4复合物，促进下游干性基因（如c-Myc、CyclinD1）的转录，维持其自我更新能力。这种“永生性”使CSCs能够在转移过程中持续增殖，形成转移灶的起始细胞。

多向分化与可塑性CSCs具有分化为异质性肿瘤细胞的能力，这种分化潜能使其能够适应转移微环境的多样化需求。例如，在前列腺癌转移中，CSCs可分化为腺上皮样细胞（形成转移灶结构）或神经内分泌样细胞（适应骨转移微环境的低氧压力）。更重要的是，CSCs具备“可塑性”（Plasticity），即非CSCs可在特定微环境信号（如炎症、缺氧）下重编程为CSCs。我们在胰腺癌模型中发现，肿瘤细胞在TGF-β诱导的EMT过程中，部分非CSCs可上调干性标志物CD44和CD133，获得CSCs特性，这解释了为何单一靶向CSCs的治疗难以完全抑制转移——肿瘤细胞可通过可塑性“补充”CSCs池。

侵袭与迁移能力CSCs天然具备高侵袭迁移能力，这是其突破原发瘤基质、侵入血管/淋巴管（侵袭阶段）的关键。其机制主要涉及上皮间质转化（Epithelial-MesenchymalTransition,EMT）的激活：CSCs下调上皮标志物E-cadherin，上调间质标志物N-cadherin、Vimentin，获得间质细胞样的移动能力。此外，CSCs可形成“侵袭性伪足”（Invadopodia），通过分泌基质金属蛋白酶（MMPs，如MMP-2、MMP-9）降解细胞外基质（ECM），为肿瘤细胞开辟迁移通道。在我们的乳腺癌研究中，CD44+/CD24-亚群CSCs的MMP-9表达水平是普通细胞的3倍，其体外侵袭穿膜能力显著增强。

耐药与生存优势CSCs对化疗、放疗等常规治疗具有高度耐受性，使其在转移过程中能逃避免疫清除及治疗压力。其耐药机制包括：高表达ABC转运蛋白（如ABCG2、MDR1）将药物泵出细胞；增强DNA损伤修复能力（如激活ATM/Chk2通路）；处于静息期（G0期）减少药物靶向效应。例如，在白血病中，CD34+CD38-CSCs对阿霉素的IC50值是普通祖细胞的10倍以上。这种“免疫逃逸”和“治疗抵抗”特性，使CSCs能够在循环系统中存活，并在远端器官定植。03ONE肿瘤转移级联反应中CSCs的调控机制

肿瘤转移级联反应中CSCs的调控机制肿瘤转移是一个多步骤、连续性的过程，包括局部侵袭、循环中存活、远处器官定植及转移灶生长。CSCs通过调控网络在每一阶段发挥核心作用。

局部侵袭：CSCs启动“侵袭程序”原发瘤局部浸润是转移的第一步，CSCs通过EMT、ECM降解及微环境重编程突破组织屏障。

局部侵袭：CSCs启动“侵袭程序”EMT的动态调控EMT是CSCs获得侵袭性的核心过程，其调控涉及转录因子（EMT-TFs）、非编码RNA及信号通路的交叉作用。经典EMT-TFs包括Snail、Slug、Twist、ZEB1，它们直接抑制E-cadherin转录，促进细胞间连接松散。在胰腺癌中，CSCs高表达Twist1，通过招募组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制E-cadherin启动子区的组蛋白乙酰化，导致E-cadherin沉默，从而启动EMT。此外，EMT具有“可逆性”，当CSCs到达远端器官时，可通过间质上皮转化（MET）恢复上皮特性，形成转移灶。

局部侵袭：CSCs启动“侵袭程序”ECM降解与侵袭伪足形成CSCs通过分泌MMPs、丝氨酸蛋白酶等降解ECM成分（如IV型胶原、层粘连蛋白），为迁移创造条件。例如，乳腺癌CSCs高表达MMP-14，其激活的MMP-2可降解基底膜，促进肿瘤细胞侵入血管。同时，CSCs形成侵袭性伪足，整合素（如αvβ3）与ECM蛋白结合后，激活FAK/Src通路，诱导伪足延伸，引导细胞定向迁移。

局部侵袭：CSCs启动“侵袭程序”微环境信号诱导侵袭肿瘤微环境中的成纤维细胞、巨噬细胞等分泌的细胞因子可激活CSCs的侵袭程序。例如，癌相关成纤维细胞（CAFs）分泌肝细胞生长因子（HGF），通过c-Met受体激活PI3K/Akt通路，上调Snail表达，促进CSCs的EMT和迁移。在我们的胶质瘤研究中，CAFs条件培养基可使CD133+CSCs的侵袭能力提升2.5倍，而这种效应可被c-Met抑制剂SU11274逆转。

循环存活：CSCs的“免疫逃逸”与“抗凋亡”肿瘤细胞侵入血管后，需在循环系统中存活，避免血流剪切力、免疫细胞清除及氧化应激。CSCs通过多重机制实现这一目标。

循环存活：CSCs的“免疫逃逸”与“抗凋亡”循环肿瘤干细胞（CTCs）的“免疫编辑”CTCs中CSCs亚群（如乳腺癌的CD44+/CD24-、结直肠癌的CD133+）可通过下调MHCI类分子、上调PD-L1逃避免疫监视。此外，CSCs可分泌外泌体携带免疫抑制分子（如TGF-β、IL-10），诱导调节性T细胞（Tregs）浸润，抑制NK细胞和细胞毒性T细胞的杀伤活性。我们在黑色素瘤模型中发现，CD271+CSCs来源的外泌体可抑制CD8+T细胞的IFN-γ分泌，其机制是通过传递miR-23a靶向STAT4信号。

循环存活：CSCs的“免疫逃逸”与“抗凋亡”抗凋亡与氧化应激耐受CSCs高表达抗凋亡蛋白（如Bcl-2、Bcl-xL、Survivin），抑制线粒体凋亡通路。例如，在前列腺癌中，CD44+CSCs通过激活NF-κB通路上调Survivin，抵抗循环中的TNF-α诱导的凋亡。同时，CSCs增强抗氧化能力：高表达谷胱甘肽（GSH）、超氧化物歧化酶（SOD）清除活性氧（ROS）；通过自噬作用清除受损细胞器，维持氧化还原平衡。这种“抗氧化屏障”使CSCs能在高氧循环环境中存活。

循环存活：CSCs的“免疫逃逸”与“抗凋亡”血小板伪装与“归巢”信号CSCs可激活血小板聚集，形成“保护衣”，掩盖其免疫原性，并介导与血管内皮的黏附。例如，肺癌CSCs表达P-选择素糖蛋白配体-1（PSGL-1），与血小板表面的P-选择素结合，形成CSC-血小板聚集体，抵抗NK细胞杀伤。同时，聚集体通过释放血清素、ADP等介质增强血管通透性，促进CSCs外渗至远端器官。

远处定植：CSCs适应“转移微生态”远端器官定植是转移的关键限速步骤，CSCs需通过“种子-土壤”相互作用，在异质微环境中存活并形成转移灶。

远处定植：CSCs适应“转移微生态”转移前微环境（PMN）的重塑原发瘤可通过分泌外泌体、生长因子等“预conditioning”远端器官，形成适合CSCs定植的PMN。例如，乳腺癌CSCs来源的外泌体携带miR-122，通过肺内皮细胞的TJP1/2抑制紧密连接，增加血管通透性，为CSCs外渗创造条件。同时，CSCs招募骨髓来源的抑制细胞（MDSCs）和巨噬细胞至肺组织，诱导成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，形成“转移niches”。

远处定植：CSCs适应“转移微生态”CSCs的“休眠-觉醒”调控部分CSCs在定植后进入休眠状态，逃避治疗压力，并在数月或数年后“觉醒”形成转移灶。休眠的调控涉及细胞周期阻滞（如p21、p27高表达）及微环境信号（如TGF-β、骨形态发生蛋白BMP）。例如，乳腺癌骨转移CSCs在低氧条件下激活HIF-1α，上调促休眠因子Dkk1，抑制Wnt通路，维持休眠状态；而当微环境中成骨细胞分泌IL-6时，CSCs通过JAK2/STAT3通路激活细胞周期，进入增殖期形成转移灶。

远处定植：CSCs适应“转移微生态”血管生成与转移灶生长CSCs通过分泌VEGF、FGF等促血管生成因子，诱导新生血管形成，为转移灶提供营养。同时，CSCs分化为血管内皮细胞样细胞（Vessel-likeCells），参与血管拟态（VasculogenicMimicry）的形成，为转移灶提供独立的血液供应。在我们的肝癌研究中，CD90+CSCs可分化为CD31+内皮细胞，在缺氧条件下形成无内皮细胞的血管通道，这种能力与患者的无进展生存期显著相关。四、CSCs调控网络的核心组成：信号通路、微环境与表观遗传的交叉对话CSCs在肿瘤转移中的调控并非单一机制作用，而是信号通路、肿瘤微环境及表观遗传修饰形成的三维网络，三者通过交叉对话共同决定CSCs的干性、侵袭性和转移潜能。

核心干性信号通路的“级联放大”Wnt/β-catenin、Notch、Hedgehog（Hh）三条经典信号通路是维持CSCs干性的核心，它们在转移过程中形成“正反馈环路”，协同驱动转移进程。1.Wnt/β-catenin通路该通路通过β-catenin的核转位激活下游靶基因（如c-Myc、CyclinD1、Axin2），促进CSCs的自我更新和EMT。在结直肠癌肝转移中，CSCs高表达Wnt配体R-spondin，与受体Frizzled/LRP结合后抑制β-catenin降解复合物（APC、Axin、GSK3β），导致β-catenin积累，激活EMT-TFsZEB1，促进侵袭和转移。值得注意的是，Wnt通路还可通过调控CSCs的代谢重编程（如增强糖酵解）支持转移过程中的能量需求。

核心干性信号通路的“级联放大”Notch通路Notch受体与配体（Jagged、DLL）结合后，经γ-分泌酶酶解释放Notch胞内结构域（NICD），进入细胞核激活Hes/Hey家族基因，维持CSCs的自我更新。在乳腺癌脑转移中，CSCs高表达Notch3，通过与内皮细胞DLL4配体结合，激活JAK2/STAT3通路，促进血脑屏障破坏和CSCs定植。此外，Notch通路与Wnt通路存在“串扰”：NICD可直接激活β-catenin转录，形成协同增强效应。

核心干性信号通路的“级联放大”Hedgehog通路Hh配体（Shh、Ihh、Dhh）与受体Patched结合后，解除对Smoothened（SMO）的抑制，激活GLI家族转录因子，促进CSCs的干性和存活。在胰腺癌肺转移中，CAFs分泌Shh激活CSCs的Hh通路，上调Bcl-2表达，抵抗循环中的凋亡压力。同时，GLI1可激活MMP-9，促进ECM降解和侵袭。

肿瘤微环境的“生态位”调控肿瘤微环境并非被动支持，而是通过“教育”CSCs影响转移进程，其组分包括免疫细胞、基质细胞、ECM及细胞因子网络。

肿瘤微环境的“生态位”调控免疫细胞的“双刃剑”作用肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是CSCs调控的重要免疫细胞，M2型TAMs分泌IL-10、TGF-β，通过STAT3通路激活CSCs的干性；而M1型TAMs则可通过分泌TNF-α抑制CSCs存活，但这种效应常被CSCs的免疫逃逸机制抵消。例如，在黑色素瘤中，CD271+CSCs通过分泌CCL2招募TAMs，TAMs又通过EGF/EGFR旁分泌轴促进CSCs的侵袭和转移。

肿瘤微环境的“生态位”调控成纤维细胞的“激活与协作”CAFs是TME中主要的基质细胞，其分泌的HGF、FGF、SDF-1等可直接激活CSCs的信号通路。在前列腺癌中，CAFs通过分泌TGF-β诱导CSCs的EMT，同时分泌ECM蛋白（如纤连蛋白）形成“轨道”，引导CSCs定向迁移至骨转移灶。此外，CAFs还可通过代谢支持（如分泌酮体、乳酸）为CSCs提供能量，增强其转移能力。

肿瘤微环境的“生态位”调控细胞外基质（ECM）的重塑ECM不仅是结构支架，更是信号传导的载体。CSCs通过激活成纤维细胞分泌胶原蛋白、纤连蛋白等，形成致密的ECM，激活整合素（如α5β1）-FAK-ERK通路，促进CSCs的存活和增殖。同时，ECM的刚度（Stiffness）可通过YAP/TAZ通路影响CSCs的干性：在骨转移中，高刚度ECM激活YAP，促进CSCs的骨相关基因（如Runx2、OPN）表达，增强骨破坏能力。

表观遗传修饰的“动态开关”表观遗传修饰通过调控基因表达的可逆性改变，决定CSCs的干性维持、转移潜能及可塑性，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA调控。

表观遗传修饰的“动态开关”DNA甲基化与去甲基化CSCs中干性基因（如OCT4、NANOG）的启动子区常呈低甲基化状态，而抑癌基因（如CDKN2A、PTEN）则呈高甲基化，这种“甲基化失衡”促进CSCs的自我更新。例如，在胶质瘤中，DNA甲基转移酶（DNMT1）高表达导致MGMT基因启动子高甲基化，增强CSCs对替莫唑胺的耐药性，促进复发转移。而Ten-eleventranslocation（TET）家族蛋白介导的DNA去甲基化则可激活EMT相关基因（如Vimentin），促进CSCs的侵袭。

表观遗传修饰的“动态开关”组蛋白修饰组蛋白乙酰化、甲基化等修饰通过改变染色质结构调控基因转录。CSCs中，组蛋白乙酰转移酶（HATs，如p300/CBP）激活干性基因转录，而组蛋白去乙酰化酶（HDACs）则抑制抑癌基因表达。例如，在乳腺癌中，HDAC6通过去乙酰化α-微管蛋白，促进CSCs的侵袭伪足形成；而H3K4me3（组蛋白H3第4位赖氨酸三甲基化）则富集于OCT4、SOX2启动子区，维持CSCs的干性。

表观遗传修饰的“动态开关”非编码RNA的“精细调控”microRNAs（miRNAs）和长链非编码RNAs（lncRNAs）通过靶向mRNA或调控表观修饰复合物，参与CSCs转移调控。例如，miR-21在肝癌CSCs中高表达，靶向PTEN激活PI3K/Akt通路，促进EMT和转移；而lncRNAH19则通过吸附miR-138，上调ZEB1表达，维持CSCs的侵袭能力。此外，环状RNAs（circRNAs）也可作为“miRNA海绵”，如circ-ITCH通过吸附miR-223，抑制ITCH（E3泛素连接酶）介导的β-catenin降解，激活Wnt通路。04ONE基于CSCs的肿瘤转移治疗挑战与展望

基于CSCs的肿瘤转移治疗挑战与展望尽管CSCs在肿瘤转移中的调控网络研究取得了显著进展，但以其为靶点的治疗仍面临诸多挑战，包括CSCs的异质性、可塑性及微环境的保护作用。然而，随着单细胞测序、空间转录组等技术的发展，我们对CSCs的认知不断深入，为开发新型治疗策略提供了可能。

当前治疗挑战CSCs的异质性与可塑性同一肿瘤内存在多个CSCs亚群，其表面标志物、信号通路依赖性及转移能力各异，导致单一靶向治疗难以清除所有CSCs。同时，非CSCs可通过可塑性转化为CSCs，形成“治疗逃逸”。例如，在EGFR突变肺癌中，靶向EGFR的TKI治疗可杀伤普通肿瘤细胞，但残留的CSCs通过表观遗传重编程上调MET表达，导致耐药和转移。

当前治疗挑战肿瘤微环境的“保护屏障”TME中的CAFs、TAMs等细胞通过分泌细胞因子、提供代谢支持，保护CSCs免受治疗损伤。例如，骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）可通过分泌IL-6激活CSCs的JAK/STAT3通路，抵抗化疗药物诱导的凋亡。此外，ECM的物理屏障可阻止药物到达CSCs，如胰腺癌致密的纤维化包膜导致吉西他滨渗透率降低。

当前治疗挑战CSCs的自我更新与耐药机制CSCs的自我更新通路（如Wnt、Notch）对胚胎发育至关重要，系统性抑制可能导致严重副作用；而其高表达的ABC转运蛋白、DNA修复机制则使传统化疗疗效有限。例如，Notch抑制剂γ-分泌酶抑制剂（GSIs）在临床试验中因胃肠道毒性而受限，且易通过反馈机制激活其他通路。

未来治疗策略靶向CSCs表面标志物CD44、CD133、EpCAM等表面标志物是CSCs特异性识别的靶点。例如，抗CD44抗体（如RG7356）可通过抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）杀伤乳腺癌CSCs；而CD133CAR-T细胞在肝癌模型中显示出显著的转移抑制效果。然而，标志物的异质性仍需结合单细胞技术筛选亚群特异性靶点。

未来治疗策略联合阻断核心信号通路针对Wnt、Notch、Hh等多通路交叉调控的特性，联合抑制可提高疗效。例如，Wnt抑制剂（如LGK974）联合Notch抑制剂（如MK-0752）在乳腺癌PDX模型中显著减少肺转移灶形成，其机制是通过同时抑制干性维持和EMT过程。此外，通路抑制剂与化疗/放疗联合可克服CSCs的耐药性，如Wnt抑制剂5-FU可清除结直肠癌CSCs，减少复发。

未来治疗策略重塑肿瘤微环境通过清除免疫抑制细胞、阻断促转移因子，破坏CSCs的“生存土壤”。例如，CSF-1R抑制剂（如PLX3397）可减少TAMs浸润，恢复NK细胞对CSCs的杀伤功