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癌症生物学系列知识介绍——肿瘤干细胞

在过去的20多年里，随机模型是癌症发生的主流观点。按照随机

模型，正常体细胞中原癌基因和抑癌基因发生随机突变，从而获得更

强的增殖能力、分化抑制和克隆选择，最终导致癌症发生。

随机突变模型认为，肿瘤中的每个细胞具有均等的形成新肿瘤的

能力，肿瘤起源于克隆。但另一个学说，即癌症干细胞理论也得到业

界不少人的认可。

癌度将为您简要介绍癌症干细胞理论的发展历程、来源和检测方

法。

癌症干细胞概念的发展历程

对癌症发病机制的探索可以追溯到古希腊时代，第一个已知的癌

症发生理论由Hippcrates、Celsius和Galen提出。基于疾病的体液

本质，他们推测癌症是由多余的“黑胆汁”所导致。

直到19世纪中叶，干细胞作为癌症前体的概念才首次被提出。病

理学家Cohnheim在前人研究的基础上正式提出了癌症的“胚胎残留”

假说，认为肿瘤来源于残留的胚胎而不是成体组织，这个理论构成了

现代癌症干细胞概念的基础。

与“胚胎残留”假说并行发展的另一个关于癌症克隆进化的假说

也迅速在科学界流行起来。

1871年，Knudson提出了癌症的“双重打击”学说，揭示了遗

传性与非遗传性癌症的基础。5年以后，Nowell提出癌症发展是通过

一系列、逐步获得的基因突变和更具侵袭性克隆的连续选择而实现。

19世纪后半叶和20世纪初，癌症的克隆进化理论盛行，胚胎残

留理论很少被提及，直到1960年干细胞生物学的复兴。在一系列具有

里程碑意义的实验中，Pierce发现畸胎瘤中的多能干细胞同样出现在

肿瘤的胚状体中，他的发现使得癌症发生的胚胎残留理论得以复兴。

20世纪末期，实验医学的重大技术进步促进了多项技术的发展，

包括放射自显影的放射性标记技术、商业化的荧光激活细胞分选、明

确验证的细胞表面标记、小鼠异种移植实验和检测HSCs的高速多通

道流式细胞术。

首先是发现了血液癌症中存在干细胞群的证据，即白血病干细胞

的发现；然后是在实体瘤中，2003年的一篇具有里程碑意义的文献中，

乳腺癌的细胞异质性被发现。随后更多的研究者报道了癌症干细胞存

在于结肠癌、肝癌、肺癌和前列腺癌中。

癌症干细胞的来源

癌症干细胞被认为来源于正常组织干细胞或者更分化的细胞群的

转化。这些细胞在应对突变事件或免疫反应中发生了去分化，从而获

得了类似干细胞的特征。在实体瘤中，干细胞表型的获得可以通过上

皮-间充质转化（EMT）来实现。

为了理解癌症来源于正常组织干细胞，我们先来看三个概念。

成体干细胞是增殖率极低的分裂静止的细胞，具有自我更新和分

化能力，是成体组织的来源。

祖细胞分化程度比成体干细胞高，它具有一定的分化特征和有限

的自我更新能力，最终形成特定的分化细胞。

癌症干细胞和成体干细胞有很多相似之处，且成体组织干细胞与

祖细胞都有转化成癌症干细胞的能力。

大多数癌症中，细胞中的一个突变是导致这种转化的起始事件，

原癌基因突变引起随后的多重打击将在一段时间内造成突变的积累，

最后导致癌症干细胞失去调控的扩增。在血液癌症和实体瘤中，科学

家发现了大量证据说明癌症干细胞来源于成体干细胞和祖细胞。

癌症干细胞的检测方法

癌症干细胞研究的最大挑战是其在肿瘤中比例低，有研究表明其

比例不足肿瘤细胞总数的5%，这就给检测带来了难题。

癌症干细胞的检测手段包括荧光激活细胞分选（FACS）、免疫磁

珠分选、细胞表面标志物的免疫组织化学（IHC）分析以及肿瘤微球

形成实验。

FACS是最广泛使用的分离和富集癌症干细胞的方法，该技术既可

以用于分析血液癌症，又可以用于实体瘤研究。其主要有两种方式，

一是分析细胞表面标志物，二是检测“侧群”细胞。

常见肿瘤中癌症干细胞的免疫表型特征见表1所示。当然，流式

细胞技术仍然存在一些缺陷，它需要分析足够多的非粘连细胞才能获

得具有统计学意义的癌症干细胞数目，癌症干细胞本身数量不足制约

了该技术的应用。

表1常见肿瘤中癌症干细胞的免疫表型特征

肿瘤微球形成实验的方法是将癌细胞以低密度接种在半液态无血

清非黏附培养基中，几周内形成肿瘤微球，再联合