肿瘤干细胞干性维持的转录因子调控网络新进展

肿瘤干细胞干性维持的转录因子调控网络新进展演讲人2026-01-12

CONTENTS肿瘤干细胞干性维持的核心转录因子模块信号通路与转录因子的互作机制表观遗传修饰对转录网络的调控单细胞技术揭示的转录网络异质性靶向转录因子调控网络的干预策略新进展总结与展望目录

肿瘤干细胞干性维持的转录因子调控网络新进展引言肿瘤干细胞（CancerStemCells,CSCs）作为肿瘤组织中具有自我更新、多向分化及高致瘤能力的特殊亚群，被认为是肿瘤发生、转移、复发及耐药的“根源细胞”。其核心特征“干性”（Stemness）的维持依赖于精密的分子调控网络，其中转录因子（TranscriptionFactors,TFs）通过动态结合靶基因启动子/增强子区，调控下游信号通路、细胞周期、代谢重编程等关键生物学过程，构成了CSCs赖以生存的“调控中枢”。近年来，随着单细胞测序、CRISPR基因编辑、空间转录组等技术的突破，我们对CSCs转录因子调控网络的组成架构、动态调控及异质性特征有了全新认识。

本文将从核心转录因子模块、信号通路与转录因子互作机制、表观遗传修饰的调控作用、单细胞技术揭示的异质性，以及靶向干预策略的新进展五个维度，系统阐述CSCs干性维持的转录调控网络研究前沿，以期为肿瘤精准治疗提供新的理论依据。01ONE肿瘤干细胞干性维持的核心转录因子模块

肿瘤干细胞干性维持的核心转录因子模块CSCs的干性特征并非由单一转录因子独立驱动，而是由多个核心转录因子通过形成“调控模块”（RegulatoryModules），协同激活或抑制下游靶基因，共同维持其干细胞属性。这些模块在进化上高度保守，既包括胚胎干细胞（EmbryonicStemCells,ESCs）中的经典干性因子，也包括肿瘤特异性调控因子，它们通过复杂的相互作用网络，构建了CSCs独特的转录图谱。

1经典干性转录因子的核心作用OCT4、SOX2、NANOG（合称OSN）是维持ESCs多能性的“铁三角”，在CSCs中同样扮演核心角色。OCT4（POU5F1）属于POU家族转录因子，通过其POU结构域结合DNA靶序列，激活干细胞自我更新基因（如NANOG、LIN28）的同时，抑制分化相关基因（如GATA6）。在乳腺癌CSCs中，OCT4高表达与肿瘤分级、转移及患者不良预后显著相关，其敲除后可显著降低CSCs的致瘤能力。SOX2为HMG-box家族转录因子，通过与OCT4形成异源二聚体增强DNA结合能力，共同激活SOX2自身启动子形成正反馈环路，并上调NANOG表达。值得注意的是，SOX2在胶质瘤CSCs中可通过调控miR-302/367簇，抑制细胞周期抑制因子p21，促进CSCs增殖。NANOG作为homeobox家族转录因子，不仅通过抑制p53信号通路维持CSCs的干性，还能通过调控线粒体生物合成（如激活TFAM）增强CSCs的代谢适应能力。

1经典干性转录因子的核心作用除OSN外，KLF4（Krüppel-likefactor4）和MYC也是CSCs干性维持的关键调控者。KLF4具有“双刃剑”作用：在ESCs中，它可与OCT4、SOX2协同激活多能性基因；而在CSCs中，其可通过上调CDKN1A（p21）诱导细胞周期停滞，促进CSCs进入静息状态以逃避化疗。MYC作为原癌基因c-Myc的产物，通过结合E-box序列（CACGTG）调控数千个靶基因，不仅促进CSCs的增殖与代谢重编程（如激活糖酵解关键基因HK2、LDHA），还能通过抑制OCT4的表达调控干性动态平衡——当MYC高表达时，CSCs倾向于增殖；当MYC低表达时，OSN模块被激活，促进自我更新。

2肿瘤特异性转录因子的调控功能除经典干性因子外，肿瘤特异性转录因子通过“劫持”正常细胞调控网络，赋予CSCs独特的恶性表型。例如，SALL4（Sal-likeprotein4）在肝癌、肺癌等多种CSCs中高表达，其通过结合CTBP（C-terminalbindingprotein）招募HDACs抑制抑癌基因（如PTEN）的表达，同时激活Wnt/β-catenin通路，促进CSCs的自我更新。ZEB1（ZincfingerE-box-bindinghomeobox1）作为上皮-间质转化（EMT）的关键调控者，不仅通过抑制E-cadherin促进CSCs的侵袭转移，还能直接激活NANOG和SOX2的表达，形成“EMT-干性”正反馈环路。在胰腺癌CSCs中，GLIS1（GLISfamilyzincfinger1）可替代OCT4诱导多能性，其通过调控miR-373/520簇抑制抑癌基因TP53INP1，增强CSCs的化疗抵抗能力。

2肿瘤特异性转录因子的调控功能这些核心转录因子并非孤立发挥作用，而是通过形成“复合体”或“调控环路”协同调控。例如，在乳腺癌CSCs中，OCT4、SOX2与ZEB1形成“三角调控网络”：OCT4激活ZEB1表达，ZEB1通过抑制miR-200家族间接上调OCT4/SOX2，而SOX2又可增强OCT4的转录活性。这种网络结构确保了CSCs干性的稳定性，也为靶向干预提供了潜在的“节点”。02ONE信号通路与转录因子的互作机制

信号通路与转录因子的互作机制转录因子的活性受到上游信号通路的精密调控，而激活的转录因子又能反馈调控信号通路，形成“信号-转录”调控轴。在CSCs中，Wnt/β-catenin、Hedgehog（Hh）、Notch等经典发育通路与转录因子互作，共同维持干性微环境。2.1Wnt/β-catenin通路与转录因子的级联调控Wnt通路是调控CSCs干性的核心信号通路，其关键效应分子β-catenin在无Wnt信号时被APC/Axin/GSK3β复合物磷酸化并降解；当Wnt配体结合Frizzled受体后，β-catenin积累并入核，与TCF/LEF家族转录因子结合，激活下游靶基因（如MYC、CYCD1）。值得注意的是，β-catenin并不直接调控所有干性基因，而是通过“间接调控”模式发挥作用：在结直肠癌CSCs中，

信号通路与转录因子的互作机制β-catenin入核后首先激活ASCL2（Achaete-scutehomolog2），ASCL2再结合NANOG启动子，形成“β-catenin-ASCL2-NANOG”级联调控轴。此外，β-catenin还能与OCT4形成复合物，共同激活SOX2的表达，增强CSCs的自我更新能力。微环境中的Wnt信号来源多样：肿瘤基质细胞分泌的Wnt3a、肿瘤细胞自分泌的Wnt1均可激活通路。在缺氧条件下，HIF-1α（Hypoxia-induciblefactor1α）可上调Wnt配体表达，形成“缺氧-Wnt-β-catenin”调控轴，促进CSCs的干性维持。这种微环境与信号通路的互作，解释了为何CSCs在肿瘤缺氧区域仍能保持高度干性。

2Hedgehog通路与转录因子的动态平衡Hedgehog通路通过Patched（Ptch）和Smoothened（Smo）受体，最终激活GLI家族转录因子（GLI1-3）。在基底细胞癌CSCs中，GLI1可直接结合NANOG启动子，激活其表达；同时，GLI1还能与SOX2协同调控Bmi1（Polycombcomplex蛋白）的表达，通过抑制INK4a/ARF通路维持CSCs的自我更新。与Wnt通路不同，Hh通路的调控具有“浓度依赖性”：低浓度Smo激活时，GLI3以抑制形式存在；高浓度Smo激活时，GLI1转化为激活形式，形成“GLI1-GLI3”动态平衡，精细调控CSCs的干性状态。肿瘤微环境中的间质细胞分泌的Shh配体是激活Hh通路的重要来源。在胰腺癌中，癌相关成纤维细胞（CAFs）分泌的Shh通过旁分泌方式激活CSCs的Hh通路，而CSCs分泌的IL-6又可反馈促进CAFs分泌Shh，形成“CSCs-CAFs-Shh”正反馈环路。这种互作不仅维持了CSCs的干性，还促进了肿瘤免疫微环境的抑制，为免疫逃逸提供了条件。

3Notch通路与转录因子的交叉对话Notch通路通过受体-配体相互作用（如Jagged1/DLL4与Notch1），经γ-分泌酶酶切释放NICD（Notchintracellulardomain），NICD入核后与RBP-Jκ（CSL）结合，招募MAML1（Mastermind-like1）形成激活复合物，调控HES/HEY家族转录因子。在乳腺癌CSCs中，NICD可直接激活OCT4的表达，同时通过抑制miR-34a间接上调SOX2，形成“Notch-OCT4/SOX2”调控轴。此外，Notch通路还能与Wnt通路交叉对话：在胶质瘤CSCs中，NICD与β-catenin竞争结合RBP-Jκ，形成“Notch-β-catenin”平衡——当Notch活性占优势时，CSCs倾向于自我更新；当Wnt活性占优势时，CSCs向分化方向倾斜。

3Notch通路与转录因子的交叉对话这种信号通路的交叉对话赋予了CSCs“可塑性”（Plasticity），使其能在不同微环境下动态调整干性状态。例如，在化疗压力下，CSCs可通过上调Notch通路增强干性；而在转移过程中，则通过激活Wnt通路促进侵袭。这种可塑性是肿瘤治疗抵抗的重要机制，也是当前研究的热点。03ONE表观遗传修饰对转录网络的调控

表观遗传修饰对转录网络的调控转录因子的活性不仅受上游信号通路调控，还受到表观遗传修饰的精密调控。DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等表观遗传机制通过改变染色质结构和可及性，决定转录因子能否结合靶基因，从而在CSCs干性维持中发挥“开关”作用。

1DNA甲基化与转录因子的拮抗作用DNA甲基化由DNA甲基转移酶（DNMT1、DNMT3A/3B）催化，通过在CpG岛添加甲基基团抑制基因转录。在CSCs中，干性基因（如OCT4、NANOG）启动子区的低甲基化是其高表达的重要基础；而分化基因（如GATA6、CDX2）的高甲基化则抑制其表达，维持CSCs的未分化状态。值得注意的是，DNMT3A在CSCs中具有“双重功能”：一方面，它通过甲基化分化基因维持干性；另一方面，在急性髓系白血病CSCs中，DNMT3A突变会导致HOXA基因簇低甲基化，促进CSCs分化，提示DNA甲基化的动态平衡对干性维持至关重要。去甲基化酶TET2（Ten-eleventranslocation2）通过将5-甲基胞嘧啶（5mC）氧化为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC），拮抗DNA甲基化。在肝癌CSCs中，TET2低表达导致OCT4启动子高甲基化，

1DNA甲基化与转录因子的拮抗作用抑制其表达；而恢复TET2活性可促进5hmC积累，激活OCT4，增强CSCs的自我更新能力。此外，DNA甲基化还与转录因子形成“反馈环路”：在结直肠癌CSCs中，β-catenin可招募DNMT1到NANOG启动区，维持其低甲基化，而NANOG又能上调TET2的表达，形成“β-catenin-DNMT1-TET2”动态平衡，确保干性基因的稳定表达。

2组蛋白修饰与转录因子的协同激活组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等，由“writer”酶（如HATs、HMTs）和“eraser”酶（如HDACs、HDMs）动态调控。组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰转移酶（HATs，如p300/CBP）催化，中和组蛋白正电荷，开放染色质结构，促进转录因子结合；而去乙酰化酶（HDACs，如HDAC1/2）则通过去除乙酰基团抑制转录。在CSCs中，p300/CBP可与OCT4/SOX2复合物结合，组蛋白H3K27ac（乙酰化修饰）在干性基因启动子区富集，是其高表达的关键标志。而在前列腺癌CSCs中，HDAC2高表达导致H3K27去乙酰化，抑制干性基因（如SOX2）的表达，促进分化。

2组蛋白修饰与转录因子的协同激活组蛋白甲基化修饰具有“双向调控”作用：H3K4me3（三甲基化）由MLL（Mixed-lineageleukemia）催化，是转录激活的标志；H3K27me3（三甲基化）由PRC2（Polycombrepressivecomplex2）催化，是转录抑制的标志。在乳腺癌CSCs中，PRC2组分EZH2高表达，通过催化H3K27me3抑制分化基因（如CDH1）；而MLL1则通过催化H3K4me3激活干性基因（如NANOG）。有趣的是，EZH2与OCT4存在直接互作：OCT4可招募EZH2到MYC启动子区，形成“OCT4-EZH2-MYC”调控轴，同时激活增殖与干性。这种组蛋白修饰与转录因子的协同作用，构成了CSCs干性维持的“表观遗传记忆”。

3染色质重塑与转录因子的空间调控染色质重塑复合物（如SWI/SNF、ISWI）通过ATP依赖的核小体重排，改变染色质可及性，调控转录因子结合。在CSCs中，BRG1（SWI/SNF核心亚基）可通过重塑干性基因（如OCT4）的染色质结构，促进转录因子结合；而在肺癌CSCs中，BRG1缺失导致染色质压缩，抑制干性基因表达，诱导分化。此外，染色质空间构象的改变（如染色体环形成）也影响转录调控：在多发性骨髓瘤CSCs中，增强子与OCT4启动子通过染色体环形成空间邻近，促进转录激活，而这种构象的形成依赖于CTCF（CCCTC-bindingfactor）和cohesin复合物。这些表观遗传修饰并非独立存在，而是形成“修饰网络”：例如，在胶质瘤CSCs中，HDAC2抑制H3K27乙酰化，促进PRC2招募，进而催化H3K27me3，抑制分化基因；同时，TET2介导的DNA去甲基化与H3K4me3协同激活干性基因。这种多层次的表观遗传调控，确保了CSCs干性网络的稳定性，也为表观遗传药物（如HDAC抑制剂、EZH2抑制剂）的应用提供了理论基础。04ONE单细胞技术揭示的转录网络异质性

单细胞技术揭示的转录网络异质性传统bulk测序技术掩盖了CSCs的异质性，而单细胞RNA测序（scRNA-seq）、单细胞ATAC-seq（scATAC-seq）等技术的应用，揭示了不同CSCs亚群在转录调控网络上的差异，为理解肿瘤发生、发展及治疗抵抗提供了新视角。

1CSCs亚群的转录网络异质性scRNA-seq研究表明，同一肿瘤组织中的CSCs可划分为多个亚群，每个亚群具有独特的转录因子组合和干性特征。例如，在结直肠癌中，CSCs可分为“LGR5+”和“CD44+”亚群：LGR5+亚群依赖Wnt/β-catenin和ASCL2-NANOG轴，主要位于肠隐基底部，负责长期自我更新；CD44+亚群则依赖Notch-HES1和OCT4/SOX2轴，位于肿瘤表面，倾向于短期增殖和转移。这种亚群分化并非固定不变，而是通过“可塑性”相互转化——当LGR5+亚群受到损伤时，CD44+亚群可通过上调Wnt信号转化为LGR5+状态，维持肿瘤的持续生长。在胶质瘤中，scRNA-seq发现表达SOX2的CSCs亚群可进一步分为“增殖型”（高表达MYC、CYCD1）和“静息型”（高表达KLF4、p21）。增殖型CSCs对化疗敏感，而静息型CSCs通过下调代谢活性进入休眠状态，逃避免疫监视，成为复发的根源。这种异质性解释了为何单一靶向治疗难以彻底清除CSCs——不同亚群的转录网络差异导致其对药物的敏感性不同。

2单细胞技术揭示的调控动态scATAC-seq通过检测染色质开放区域，可实时解析转录因子的结合动态。在乳腺癌进展过程中，scATAC-seq发现早期CSCs的染色质开放区富集OCT4/SOX2结合位点，而转移期CSCs则富集ZEB1/SNAIL结合位点，提示EMT过程中转录网络的动态重编程。此外，空间转录组技术结合scRNA-seq，可揭示CSCs在肿瘤微空间中的分布与转录调控关系：在胰腺癌中心区域（缺氧），CSCs高表达HIF-1α和MYC，依赖“缺氧-MYC”轴维持干性；而在肿瘤边缘（富氧），CSCs高表达Wnt/β-catenin和ASCL2，依赖“Wnt-ASCL2”轴促进侵袭。

2单细胞技术揭示的调控动态单细胞多组学技术（如scRNA-seq+scATAC-seq+表面蛋白测序）进一步整合了转录、表观遗传及表型信息，构建了CSCs的“调控图谱”。例如，在肺癌中，研究者通过多组学分析发现，EGFR突变型CSCs的转录网络依赖OCT4/SOX2，而KRAS突变型CSCs则依赖MYC/STAT3，这种差异解释了为何EGFR抑制剂对KRAS突变型肿瘤无效——靶向不同转录网络亚群是实现个体化治疗的关键。

3异质性对治疗的影响与应对策略CSCs的转录网络异质性是肿瘤治疗耐受和复发的重要原因：针对某一亚群的治疗（如靶向LGR5+亚群的Wnt抑制剂）会选择性清除该亚群，但残留的CD44+亚群可通过可塑性转化为LGR5+状态，导致肿瘤复发。为应对这一问题，“多靶点联合策略”被提出：例如，同时靶向Wnt/β-catenin（抑制LGR5+亚群）和Notch通路（抑制CD44+亚群），可有效阻断亚群间的转化。此外，“可塑性抑制”策略（如通过抑制TGF-β通路阻断EMT）也被探索，旨在减少CSCs的亚群转化，提高治疗效果。05ONE靶向转录因子调控网络的干预策略新进展

靶向转录因子调控网络的干预策略新进展深入理解CSCs转录因子调控网络，为开发靶向CSCs的治疗策略提供了新思路。当前干预策略主要包括直接靶向转录因子、阻断上游信号通路、表观遗传调控及联合治疗等，部分策略已进入临床前或早期临床试验阶段。

1直接靶向转录因子的策略直接靶向转录因子的传统方法包括小分子抑制剂、肽抑制剂和反义寡核苷酸（ASO），但由于转录因子缺乏催化活性结构域，靶向难度较大。近年来，PROTAC（ProteolysisTargetingChimeras）技术和分子胶（MolecularGlue）为靶向转录因子提供了新途径。例如，靶向MYC的PROTAC分子（如MYCi975）通过招募E3泛素连接酶，降解MYC蛋白，在乳腺癌CSCs中显示出显著的抗肿瘤活性。对于SOX2，研究者开发出靶向其HMG结构域的小分子抑制剂（如KY-19332），可破坏其与DNA的结合，抑制CSCs的自我更新。此外，靶向转录因子-辅因子相互作用也成为重要方向。例如，OCT4与p300/CBP的互作是其激活下游基因的关键，小分子化合物（如ICG-001）可阻断p300/CBP与β-catenin的结合，间接抑制OCT4的活性。

1直接靶向转录因子的策略在肝癌CSCs中，靶向SALL4-CTBP互作的抑制剂（如SF-1-066）可恢复PTEN表达，抑制CSCs的干性。这些策略通过破坏转录因子复合物的形成，实现了“间接靶向”，为转录因子干预提供了新思路。

2阻断上游信号通路的策略由于转录因子活性受上游信号通路调控，阻断关键信号通路可有效抑制CSCs干性。Wnt通路抑制剂（如LGK974，PORCN抑制剂；PRI-724，β-catenin/TCF抑制剂）在结直肠癌CSCs中显示出良好效果：LGK974通过抑制Wnt配体分泌，降低β-catenin核转位，抑制ASCL2-NANOG轴，显著降低CSCs的比例。Hh通路抑制剂（如vismodegib，Smo抑制剂）在基底细胞癌中已获批上市，其在胰腺癌CSCs中的临床试验显示，可显著降低GLI1-NANOG轴活性，抑制肿瘤生长。Notch通路抑制剂（如γ-分泌酶抑制剂GSIs）在白血病CSCs中可通过抑制NICD产生，下调OCT4/SOX2表达，促进分化。然而，GSIs的胃肠道毒性限制了其临床应用，为此，

2阻断上游信号通路的策略研究者开发了靶向Notch1/4亚型的选择性抑制剂（如MONC1），在保留Notch2/3保护作用的同时，降低毒性。此外，针对微环境信号的干预（如抗Shh抗体、CAFs靶向药物）也通过阻断旁分泌信号，间接抑制CSCs转录网络，成为联合治疗的重要组成部分。

3表观遗传调控策略表观遗传药物通过修饰表观遗传状态，重塑转录调控网络，靶向CSCs。HDAC抑制剂（如伏立诺他、panobinostat）可增加组蛋白乙酰化，激活干性基因的抑制因子（如p21），在乳腺癌CSCs中诱导分化；EZH2抑制剂（如tazemetostat）通过抑制H3K27me3，恢复分化基因表达，在淋巴瘤CSCs中显示出抗肿瘤活性。DNA甲基化抑制剂（如阿扎胞苷、地西他滨）可诱导CSCs中分化基因去甲基化，促进分化，与化疗联合可显著提高疗效。值得注意的是，表观遗传药物具有“双向调控”作用：低剂量HDAC抑制剂可激活CSCs的免疫原性，促进T细胞浸润；而高剂量则诱导凋亡。因此，“剂量优化”和“联合免疫治疗”成为表观遗传干预的重要方向。例如，在黑色素瘤中，低剂量伏立诺他联合PD-1抑制剂，可增强CSCs的抗原呈递，提高免疫治疗效果。

4联合治疗策略与临床转化前景鉴于CSCs转录网络的复杂性和异质性，单一靶向策略难以彻底清除CSCs，联合治疗成为必然趋势。“靶向+免疫”联合：例如，Wnt抑制剂（LGK974）联合PD-1抗体，可同时抑制CSCs干性和免疫逃逸，在结直肠癌模型中显著延长生存期。“靶向+靶向”联合：例如，MYC降解剂（MYCi975