肿瘤干细胞微环境中的基质细胞作用

202X演讲人2026-01-13肿瘤干细胞微环境中的基质细胞作用肿瘤微环境中基质细胞的组成与生物学特征01靶向基质细胞-CSCs互作的治疗策略与展望02基质细胞介导的CSCs治疗抵抗：临床挑战与机制解析03总结与展望：从机制到临床的转化之路04目录肿瘤干细胞微环境中的基质细胞作用作为肿瘤研究领域的重要前沿，肿瘤干细胞（CancerStemCells,CSCs）的发现颠覆了传统肿瘤生物学认知——这些具有自我更新、多向分化及高致瘤潜能的细胞亚群，被认为是肿瘤发生、发展、转移及复发的“种子细胞”。然而，CSCs的恶性表型并非孤立存在，其功能维持高度依赖于周围微环境的“土壤”，即肿瘤微环境（TumorMicroenvironment,TME）。在TME的复杂网络中，基质细胞（stromalcells）作为核心组分，通过与CSCs的直接互作、间接信号调控及微环境重塑，深刻影响着CSCs的干性维持、治疗抵抗及动态平衡。作为一名长期从事肿瘤微环境机制研究的科研工作者，我在实验台前见证了基质细胞如何从“被动旁观者”转变为“主动调控者”，也深刻体会到解析这一互作机制对攻克肿瘤耐药与复发难题的战略意义。本文将系统阐述肿瘤干细胞微环境中基质细胞的类型、互作机制及其临床转化价值，以期为后续研究提供思路与借鉴。01PARTONE肿瘤微环境中基质细胞的组成与生物学特征肿瘤微环境中基质细胞的组成与生物学特征肿瘤微环境中的基质细胞是一类异质性极强的非肿瘤细胞群体，起源于正常组织的驻留基质细胞、骨髓来源的祖细胞，或通过上皮-间质转化（Epithelial-MesenchymalTransition,EMT）等过程获得基质表型。根据来源与功能，可将其分为四大类：癌相关成纤维细胞（Cancer-AssociatedFibroblasts,CAFs）、肿瘤相关免疫细胞（Tumor-AssociatedImmuneCells,如肿瘤相关巨噬细胞TAMs、髓源性抑制细胞MDSCs等）、内皮细胞（EndothelialCells,ECs）及脂肪细胞（Adipocytes）。这些细胞并非静态存在，而是在肿瘤演进过程中被“教育”并重编程，形成具有促瘤或抑瘤双重功能的动态群体。肿瘤微环境中基质细胞的组成与生物学特征1.1癌相关成纤维细胞（CAFs）：CSCs的“专业护理师”CAFs是TME中最丰富的基质细胞成分，其标志性表型为α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、成纤维细胞活化蛋白（FAP）及胶原蛋白（Collagen）的高表达。正常情况下，组织驻留成纤维细胞（ResidentFibroblasts）处于静息状态，而肿瘤细胞通过分泌TGF-β、PDGF、IL-6等细胞因子，将其活化CAFs。值得注意的是，CAFs并非单一亚群，根据分泌因子、表面标志物及功能差异，至少可分为肌成纤维细胞样CAFs（myCAFs）、炎症性CAFs（iCAFs）及抗原提呈性CAFs（apCAFs）等亚型。例如，在胰腺导管腺癌中，iCAFs通过分泌IL-6和LIF维持CSCs的自我更新；而在乳腺癌中，myCAFs通过ECM重塑为CSCs提供物理支持。肿瘤微环境中基质细胞的组成与生物学特征在我的实验室中，我们通过单细胞测序分析肝癌CAFs亚群时发现，一群高表达CXCL12的CAFs亚型与CSCs标志物CD133共定位，且其密度与患者预后呈负相关，提示特定CAFs亚群可能通过“定向招募”调控CSCs的niche形成。2肿瘤相关免疫细胞：CSCs的“免疫调节器”免疫细胞是TME中功能最复杂的基质细胞群体，其中肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和髓源性抑制细胞（MDSCs）在CSCs调控中发挥关键作用。M2型TAMs（替代激活型巨噬细胞）通过分泌EGF、TGF-β及IL-10，促进CSCs的自我更新并抑制其分化；而CD4+Tregs细胞则通过分泌IL-35和TGF-β，构建免疫抑制性微环境，保护CSCs免受免疫杀伤。值得关注的是，CSCs自身可通过表达PD-L1、CD47等免疫检查点分子，主动“教育”免疫细胞向促瘤表型极化。例如，在胶质母细胞瘤中，CSCs分泌的CCL2可招募MDSCs浸润，后者通过精氨酸酶1（ARG1）耗竭局部微环境的精氨酸，抑制T细胞功能，从而为CSCs创造“免疫豁免”空间。这一现象在临床样本中也得到验证：我们曾检测到非小细胞肺癌患者的肿瘤组织中，CD163+M2TAMs密度与CSCs标志物ALDH1A1表达呈显著正相关，且两者联合预测患者术后复发风险的准确性优于单一指标。3内皮细胞与脂肪细胞：CSCs的“代谢协作者”内皮细胞构成肿瘤血管网络，不仅为CSCs提供氧气与营养，还通过直接接触分泌血管内皮生长因子（VEGF）、Angiopoietin-1等因子，维持CSCs的干性。例如，在白血病中，骨髓内皮细胞通过Notch配体Jagged1激活白血病干细胞的Notch信号通路，促进其自我更新。而脂肪细胞作为“内分泌器官”，在肥胖相关肿瘤（如乳腺癌、结直肠癌）中通过分泌瘦素（Leptin）、脂联素（Adiponectin）及游离脂肪酸，调控CSCs的代谢重编程。我们的研究发现，乳腺癌脂肪细胞可通过分泌外泌体miR-21，传递至CSCs并靶向抑制PTEN基因，激活PI3K/Akt通路，增强CSCs的化疗耐药性。这一发现提示，肥胖可能通过脂肪-CSCs轴影响肿瘤治疗响应，为临床个体化治疗提供了新靶点。3内皮细胞与脂肪细胞：CSCs的“代谢协作者”2.基质细胞与CSCs的直接互作机制：膜分子接触与细胞外囊泡通讯基质细胞与CSCs的互作并非单纯的可溶性因子调控，更包括通过膜分子介导的直接接触及细胞外囊泡（ExtracellularVesicles,EVs）传递的“远程通讯”，这些机制共同构成了CSCs微环境的“调控网络”。1膜分子介导的直接信号转导膜分子接触是基质细胞与CSCs“面对面”交流的核心方式，涉及Notch、Wnt、Hedgehog（Hh）等经典干性信号通路的激活。-Notch信号通路：CAFs或内皮细胞表面的Notch配体（如Jagged1、DLL4）与CSCs表面的Notch受体（Notch1-4）结合后，通过γ-分泌酶介导的蛋白水解作用，释放Notch胞内段（NICD），进入细胞核激活Hes/Hey等靶基因，维持CSCs的自我更新能力。在乳腺癌研究中，我们通过体外共培养实验证实，CAFs来源的Jagged1可显著增加乳腺癌CSCs的比例（CD44+/CD24-细胞比例从15%升至42%），而使用γ-分泌酶抑制剂（DAPT）阻断Notch信号后，CSCs的成球能力下降60%以上，提示Notch信号是CAFs调控CSCs的关键轴。1膜分子介导的直接信号转导-Wnt信号通路：基质细胞分泌的Wnt蛋白（如Wnt3a、Wnt5a）与CSCs表面的Frizzled受体和LRP5/6共受体结合，激活β-catenin通路。例如，结直肠癌CAFs可通过分泌Wnt2b，激活CSCs的β-catenin/Tcf4信号，促进其干性维持。值得注意的是，Wnt信号的时空特异性至关重要：在肿瘤早期，CAFs来源的Wnt蛋白促进CSCs增殖；而在转移灶中，内皮细胞来源的Wnt5a则通过非经典Wnt通路诱导CSCs发生EMT，增强其侵袭能力。-整合素-ECM相互作用：CAFs重塑的细胞外基质（ECM）富含胶原蛋白、纤连蛋白及层粘连蛋白，CSCs表面的整合素（如α6β1、αvβ3）与ECM配体结合后，通过激活FAK/Src和PI3K/Akt通路，促进CSCs的存活与耐药。例如，在胰腺癌中，CAFs分泌的胶原蛋白I可通过α2β1整合素激活CSCs的FAK信号，抑制化疗药物吉西他滨诱导的凋亡，这一过程可被整合素抑制剂（Cilengitide）有效逆转。2细胞外囊泡（EVs）介导的“远程调控”细胞外囊泡（包括外泌体、微泡等）是基质细胞与CSCs之间信息传递的重要载体，其携带的蛋白质、核酸（miRNA、lncRNA、mRNA）及代谢产物，可被CSCs摄取并改变其生物学行为。-CAFs来源的外泌体miRNA：CAFs可通过外泌体传递miRNA至CSCs，调控其干性与耐药性。例如，胰腺癌CAFs高表达miR-155，通过外泌体传递至CSCs并靶向抑制TP53INP1基因，激活NF-κB通路，增强CSCs的化疗耐药与增殖能力。我们通过蛋白质组学分析发现，miR-155过表达的CSCs中，糖酵解关键酶HK2、PKM2表达显著升高，提示CAFs可通过外泌体miRNA重编程CSCs的代谢，为其提供能量支持。2细胞外囊泡（EVs）介导的“远程调控”-免疫细胞来源的外泌体：TAMs来源的外泌体可通过传递TGF-β和miR-21，诱导CSCs发生EMT，并上调PD-L1表达，形成“免疫抑制-EMT-干性增强”的正反馈循环。例如，在黑色素瘤中，M2型TAMs外泌体miR-21可靶向抑制CSCs中的PTEN基因，激活PI3K/Akt/mTOR通路，同时促进IL-6分泌，进一步招募更多TAMs浸润，形成恶性循环。-内皮细胞来源的外泌体：肿瘤缺氧条件下，内皮细胞可通过外泌体传递miR-210至CSCs，激活HIF-1α通路，促进CSCs的血管生成拟态（VasculogenicMimicry），形成“血管-干细胞”共生态，这为肿瘤抵抗抗血管生成治疗（如贝伐珠单抗）提供了新解释。2细胞外囊泡（EVs）介导的“远程调控”3.基质细胞对CSCs的间接调控：可溶性因子、代谢重编程与ECM重塑除了直接互作，基质细胞还可通过分泌可溶性因子、调控微环境代谢及重塑ECM，间接影响CSCs的干性、分化与治疗响应。1可溶性因子的旁分泌调控基质细胞分泌的细胞因子、趋化因子及生长因子构成复杂的“信号雨”，通过自分泌或旁分泌方式调控CSCs的命运。-IL-6/STAT3信号轴：CAFs和TAMs是IL-6的主要来源细胞，其通过与CSCs表面的IL-6R结合，激活JAK2/STAT3通路，促进CSCs的自我更新与存活。例如，在肝癌中，CAFs分泌的IL-6可诱导CSCs表达Nanog和Oct4，干性标志物表达水平升高3倍，而使用IL-6中和抗体或STAT3抑制剂（Stattic）后，CSCs比例显著下降，肿瘤生长受到抑制。-SDF-1/CXCR12轴：CAFs和内皮细胞高表达SDF-1（CXCL12），通过其受体CXCR4招募循环中的CSCs至转移灶（如肺、肝），并在转移微环境中提供“生存信号”。我们在乳腺癌转移模型中发现，敲除CAFs的SDF-1基因后，肺转移灶中CSCs数量减少70%，且转移灶体积显著缩小，提示阻断SDF-1/CXCR12轴可能是抑制CSCs转移的有效策略。1可溶性因子的旁分泌调控-TGF-β/EMT轴：TGF-β是基质细胞分泌的多功能细胞因子，可诱导CSCs发生EMT，增强其侵袭、转移及干性。例如，在结直肠癌中，CAFs分泌的TGF-β通过激活Smad2/3通路，上调CSCs中的ZEB1和Snail，促进其向间质表型转化，同时增加CD133和CD44表达，形成“EMT-干性增强”的耦合效应。2代谢微环境的重编程肿瘤细胞的代谢重编程是Warburg效应的核心，而基质细胞可通过“代谢共生”为CSCs提供能量与中间代谢产物。-乳酸穿梭：肿瘤细胞通过糖酵解产生大量乳酸，CAFs通过单羧酸转运体1（MCT1）摄取乳酸，并将其氧化为丙酮酸，通过三羧酸循环（TCA循环）生成ATP，这一过程称为“逆向Warburg效应”。乳酸本身也可作为信号分子，通过抑制CSCs中的脯氨酰羟化酶（PHD），激活HIF-1α通路，促进其干性维持。我们在胶质母细胞瘤中发现，CAFs来源的乳酸可显著增加CSCs中ALDH1A1活性（升高2.5倍），而使用MCT1抑制剂（AZD3965）后，CSCs的成球能力与致瘤性均显著降低。2代谢微环境的重编程-谷氨酰胺代谢：CAFs可通过高表达谷氨酰胺酶（GLS1），将谷氨酰胺转化为谷氨酸，为CSCs提供α-酮戊二酸（α-KG），支持其TCA循环与核酸合成。例如，在胰腺癌中，CSCs依赖CAFs提供的谷氨酰胺维持线粒体功能，敲除CAFs的GLS1基因后，CSCs的ATP生成减少50%，细胞凋亡增加。-缺氧微环境：基质细胞（尤其是CAFs）可分泌血管生成抑制因子（如thrombospondin-1），诱导肿瘤血管结构异常，形成局部缺氧。缺氧诱导因子（HIFs）是缺氧的核心调控因子，可激活CSCs中的Notch、Oct4等干性基因，并上调其耐药相关转运体（如P-gp、BCRP）的表达，导致化疗与放疗抵抗。3细胞外基质（ECM）的重塑与物理信号CAFs通过分泌胶原蛋白、纤连蛋白、透明质酸等ECM成分，并激活基质金属蛋白酶（MMPs）与组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs），重塑ECM的物理结构与生化特性，为CSCs提供“物理支持”。-ECM刚度与干性：CAFs分泌的胶原交联形成高刚度ECM，通过整合素-FAK-YAP/TAZ通路激活CSCs的机械信号转导。例如，在乳腺癌中，高刚度ECM可激活CSCs中的YAP核转位，上调干性基因Sox2和Nanog表达，促进其自我更新。我们通过三维（3D）培养实验发现，将CSCs接种于刚度为10kPa的模拟肿瘤ECM水凝胶中，其成球效率显著高于刚度为1kPa的组（65%vs25%），而使用FAK抑制剂（PF-573228）后，刚度诱导的干性增强效应被完全抑制。3细胞外基质（ECM）的重塑与物理信号-ECM降解与CSCs动员：CAFs分泌的MMPs（如MMP2、MMP9）可降解ECM，释放结合在ECM上的生长因子（如VEGF、TGF-β），同时为CSCs的迁移提供“通道”。例如，在前列腺癌中，CAFs来源的MMP9可降解基底膜，释放EGF，激活CSCs的EGFR/Akt通路，促进其侵袭转移。-纤维化微环境：慢性炎症或反复治疗可导致CAFs持续活化，形成广泛纤维化（如胰腺癌的“desmoplasticreaction”）。纤维化ECM不仅阻碍药物递送（如吉西他滨在胰腺癌组织中的渗透深度仅约50μm），还可通过激活TGF-β和HIF-1α通路，维持CSCs的干性与耐药性。02PARTONE基质细胞介导的CSCs治疗抵抗：临床挑战与机制解析基质细胞介导的CSCs治疗抵抗：临床挑战与机制解析治疗抵抗是肿瘤治疗失败的主要原因，而基质细胞通过多种机制保护CSCs免受化疗、放疗、靶向治疗及免疫治疗的杀伤，构成CSCs“耐药屏障”。1化疗抵抗：基质细胞与CSCs的“协同耐药”化疗药物（如紫杉醇、顺铂、吉西他滨）主要作用于快速分裂的肿瘤细胞，但对处于静息状态的CSCs效果有限，而基质细胞进一步加剧了这一抵抗。-药物外排泵上调：CAFs通过分泌IL-6和TNF-α，激活CSCs中的NF-κB通路，上调ABC转运体（如P-gp、BCRP）的表达，促进化疗药物外排。例如，在卵巢癌中，CAFs共培养可增加卵巢CSCs中P-gp的表达水平（升高3倍），导致紫杉醇的细胞内浓度降低60%，而使用NF-κB抑制剂（BAY11-7082）后，药物敏感性部分恢复。-DNA修复增强：CAFs来源的HGF可通过c-Met/Akt通路，激活CSCs中的DNA损伤修复机制（如ATM/Chk2通路），增强其对化疗药物诱导的DNA损伤的修复能力。我们在结肠癌研究中发现，顺铂处理的CSCs与CAFs共培养后，γ-H2AX（DNA损伤标志物）焦点数量显著减少（从25个/细胞降至8个/细胞），提示CAFs可促进DNA修复，导致化疗抵抗。1化疗抵抗：基质细胞与CSCs的“协同耐药”-干细胞巢保护：CAFs重塑的ECM和物理屏障可将CSCs包裹在“干细胞巢”中，减少化疗药物与CSCs的接触。例如，在胰腺癌中，CAFs形成的致密胶原纤维网络可将CSCs与化疗药物隔离，吉西他滨难以渗透至巢内，导致CSCs存活。2放疗抵抗：基质细胞与“放疗后CSCs再生”放疗通过诱导DNA双链损伤杀伤肿瘤细胞，但基质细胞可通过促进DNA修复、诱导EMT及激活旁分泌信号，导致CSCs存活并再生。-放射诱导的CAFs活化：放疗可激活CAFs，使其分泌更多TGF-β、SDF-1和IL-8，促进CSCs的自我更新与EMT。例如，在肺癌中，放疗后CAFs分泌的TGF-β可诱导CSCs表达Snail和Vimentin，增强其侵袭能力，同时上调CD133表达，增加CSCs池的规模。-旁分泌信号激活HIF-1α：放疗导致的肿瘤缺氧可激活CAFs和CSCs中的HIF-1α通路，上调VEGF、CXCR4等基因的表达，促进血管生成与CSCs招募，形成“放疗-缺氧-CAFs活化-CSCs再生”的正反馈循环。2放疗抵抗：基质细胞与“放疗后CSCs再生”-免疫抑制微环境：放疗后CAFs招募的TAMs和MDSCs可通过分泌IL-10和TGF-β，抑制CD8+T细胞活性，保护CSCs免受免疫监视，导致“放疗后免疫逃逸”。3靶向治疗与免疫治疗抵抗：基质细胞的“代偿机制”靶向治疗（如EGFR抑制剂、BRAF抑制剂）和免疫治疗（如PD-1/PD-L1抑制剂）在特定肿瘤中取得显著疗效，但基质细胞可通过激活旁路信号或免疫抑制微环境，导致CSCs耐药。-旁路信号激活：例如，在EGFR突变的非小细胞肺癌中，CAFs分泌的HGF可激活CSCs的c-Met通路，绕过EGFR抑制，导致EGFR抑制剂（如吉非替尼）耐药。我们通过临床样本分析发现，c-Met高表达的CSCs患者中，EGFR抑制剂治疗的无进展生存期（PFS）显著短于c-Met低表达患者（4.2个月vs10.5个月）。3靶向治疗与免疫治疗抵抗：基质细胞的“代偿机制”-免疫检查点上调：CAFs可通过分泌IFN-γ，诱导CSCs表达PD-L1，同时招募Tregs细胞浸润，形成“免疫抑制-干性增强”的恶性循环。例如，在黑色素瘤中，CAFs来源的IFN-γ可上调CSCs中PD-L1表达（升高4倍），同时增加Tregs比例（从15%升至35%），导致PD-1抑制剂疗效下降。03PARTONE靶向基质细胞-CSCs互作的治疗策略与展望靶向基质细胞-CSCs互作的治疗策略与展望基于对基质细胞与CSCs互作机制的深入解析，靶向这一轴的治疗策略已成为肿瘤研究的热点，包括靶向CAFs、阻断关键信号通路、调控微环境代谢及联合免疫治疗等。1靶向CAFs：清除“促瘤帮凶”CAFs是基质细胞中的主要促瘤群体，靶向CAFs的策略包括：-抑制CAFs活化：通过TGF-β抑制剂（如Galunisertib）、PDGF受体抑制剂（如Imatinib）阻断CAFs的活化信号。例如，在胰腺癌中，Galunisertib可减少CAFs数量（降低40%），同时抑制CSCs的自我更新，增强吉西他滨疗效。-清除特定CAFs亚群：利用FAP或α-SMA作为靶点，开发抗体偶联药物（ADC）或CAR-T细胞。例如，FAP-CAR-T细胞在胰腺癌模型中可特异性清除CAFs，减少ECM沉积，增加药物渗透，同时降低CSCs比例（下降60%）。-重编程CAFs表型：通过维生素D、全反式维甲酸（ATRA）等药物，将促瘤型CAFs（iCAFs/myCAFs）重编程为抑瘤型CAFs（apCAFs），逆转其对CSCs的促进作用。2阻断关键信号通路：切断“通讯桥梁”针对基质细胞与CSCs互作的核心信号通路，开发特异性抑制剂：-Notch通路抑制剂：γ-分泌酶抑制剂（DAPT、RO4929097）或Notch受体抗体（Demcizumab）在临床试验中显示一定疗效。例如，在急性髓系白血病中，Demcizumab联合化疗可显著降低白血病干细胞负荷。-Wnt通路抑制剂：Wnt分泌抑制剂（如IWP-2）、β-catenin/TCF抑制剂（如PRI-724）在结直肠癌和肝癌模型中可抑制CSCs干性。-HGF/c-Met通路抑制剂：卡马替尼（Capmatinib）、特泊替尼（Tepotinib）等c-Met抑制剂在c-Met扩增的肿瘤中可逆转CAFs介导的耐药。3调控微环境代谢：切断“代谢支援”针对基质细胞与CSCs的代谢共生关系，开发代谢调控药物：-MCT抑制剂：AZD3965（MCT1抑制剂）在乳酸穿梭活跃的肿瘤（如胶质母细胞瘤）中可阻断CAFs向CSCs传递乳酸，抑制CSCs生长。-谷氨酰胺代谢抑制剂：CB-839（GLS1抑制剂）在胰腺癌模型中可阻断CAF