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传统理论认为同一肿瘤所有肿瘤细胞性状均一，均按指数分裂方式生长，但大量研究表明这一理论与实际观察不符。早在40多年前就有研究者观察到肿瘤的功能异质性（heterogeneous）并提出了“肿瘤干细胞（tumor/cancer stem cells）”的假设，认为真正控制肿瘤生长和存在的可能只是小部分肿瘤细胞，这些细胞具有自我更新和多向分化能力并且可形成新的肿瘤。近年来随着科技进步和研究方法的改进，这些所谓的“肿瘤干细胞”已经在白血病、部分实体肿瘤以及部分肿瘤细胞系中得到证实。
肿瘤干细胞最初的证据来自于白血病。急性粒细胞白血病（AML）细胞形态均齐，均为不能正常分化的幼稚细胞，但研究发现这些细胞生物学功能不一致，只有0.1-1%的白血病细胞能导致白血病的发生。1997年Bonnet等研究者将原始的AML细胞接种于有免疫缺陷的NOD/SCID 小鼠，发现只有0.2%的细胞能在小鼠体内产生并维持白血病克隆，这一小群细胞被定义为SCID致白血病细胞（SL-ICs）。后续一系列的接种实验证实SL-ICs具有高度的自我更新能力，经鉴定和纯化细胞表型为CD34+CD38-，与目前公认的正常造血干细胞表型CD34+类似，因此这些白血病细胞被认为是AML干细胞，这是第一次鉴别出肿瘤干细胞。研究发现AML干细胞细胞周期大多处于G0期，与正常造血干细胞细胞周期相似，AML干细胞与正常造血干细胞还存在一些共同的标记和特征。β-连环蛋白是参与正常造血干细胞自我更新的重要信号途径，在慢性粒细胞白血病(CML)中粒-巨噬细胞祖细胞的β-连环蛋白表达水平高于正常骨髓中的同类祖细胞，而且CML粒-巨噬细胞祖细胞可产生能自我更新并可反复接种的白血病克隆，因此这些祖细胞被视作CML干细胞。近年来对白血病的众多研究同样证实只有少数白血病细胞能自我更新并产生新的白血病克隆，从而印证了肿瘤细胞的异质性并证明了肿瘤干细胞的存在。
在实体肿瘤中，已经发现只有一小部分肿瘤细胞体外培养可形成克隆，而且需接种大量肿瘤细胞才能在裸鼠中形成肿瘤。对此的解释之一是肿瘤中所有细胞均具有增殖和形成新肿瘤的能力，但每个细胞单独完成这个过程的能力和可能性很小，因此需要接种大量细胞，另外一个解释是只有一小群特定表型的肿瘤细胞能显著增殖并形成肿瘤，虽然这些细胞数量非常少，但这些细胞可以高效率的增殖。为了区分这两种可能，就需要使用标记物识别肿瘤中可形成克隆的细胞，以区分这些细胞和非致瘤细胞。
2003年Al-Hajj等首先报道在人乳腺癌中发现肿瘤干细胞，研究发现乳腺癌是由不同表型的癌细胞组成，只有一小部分癌细胞接种NOD/SCID 小鼠后能致瘤。研究了9个乳腺癌病人，其中8个病人原代培养的2%癌细胞能在NOD/SCID 小鼠体内致瘤，这些细胞表型均为CD44+CD24-/lowLineage-，只需100个即可在NOD/SCID小鼠体内致瘤，而CD44+CD24+癌细胞即使达20,000个也不能致瘤，但这两种表型不同的细胞在外观上没有明显差别；此外，还发现在CD44+CD24-/lowLineage-子代细胞中保留有一定比例的与原代细胞表型相同的细胞。这一研究结果首次证明在实体瘤中存在肿瘤干细胞，并且表明肿瘤干细胞可以自我更新和分化成为不同表型的肿瘤细胞。最近的研究通过干细胞标记物Oct-4在CD44+CD24-乳腺癌细胞中的表达进一步证实这种表型的乳腺癌细胞具有强的致瘤能力，并且具有干细胞/祖细胞特征。
2003年Singh等报道在脑肿瘤中分离出肿瘤干细胞。他们将原代培养的成神经管细胞瘤、毛细胞性星形细胞瘤、神经节神经胶质瘤等肿瘤细胞使用正常神经干细胞特征性标记CD133进行免疫磁珠分选，并证明分选出的CD133+脑肿瘤细胞具有自我复制和多向分化能力。培养7天后CD133+肿瘤细胞生长成不贴壁的肿瘤神经球，肿瘤细胞不断增加，而CD133-肿瘤细胞贴壁生长，无增殖现象，无神经球形成。免疫细胞化学分析显示未分化肿瘤神经球CD133和nestin（前体细胞标记物）表达呈阳性，而代表神经细胞分化状态的标记物GFAP(glial fibrillary acidic protein)和β-tubulin 3的表达呈阴性，未分化神经球加血清培养7天后优先分化成来源原始肿瘤的表型，GFAP或β-tubulin 3的表达呈阳性。美国加利福尼亚大学报道了同类研究结果，提示脑肿瘤干细胞除了表达CD133，还具有Sox-2、musashi-1、bmi-1、磷酸丝氨酸磷酸化酶等神经干细胞和其它干细胞的基因特征。Yuan等报道从多形性成神经胶质细胞瘤中可以分离出肿瘤干细胞，这些肿瘤干细胞CD133和nestin的表达阳性，能形成神经球，拥有自我更新的能力，表达与神经干细胞有关的基因，产生表型各异的子细胞，接种裸鼠形成的肿瘤类似于原始的多形性成神经胶质细胞瘤。将具有神经球形成能力和无神经球形成能力的胶质瘤细胞各50,000个接种裸鼠，6周后接种前者的裸鼠均有肿瘤长成，而接种后者无1例肿瘤长成。研究者将前者细胞数量减少至5000个/裸鼠，将后者细胞数量增加至250,000个/裸鼠，结果发现接种前者的所有6只裸鼠均有肿瘤产生，所形成的肿瘤中包含神经元和神经胶质细胞，而接种后者的6只裸鼠仍无肿瘤生成。Singh等对CD133+和CD133-脑肿瘤细胞的致瘤能力进行了比较，CD133+细胞只需100个即可致瘤并且产生的肿瘤与病人的原始肿瘤类似，而10,0000个CD133-细胞不能致瘤。
英国研究人员从人前列腺癌中分离和鉴别出了肿瘤干细胞，这些细胞大约占肿瘤细胞的0.1％，具有很强的自我更新能力，可以产生表型各异的非致瘤细胞，非致瘤细胞雄激素受体、前列腺酸性磷酸酶等阳性表达，呈现出分化细胞的特征。经鉴定前列腺肿瘤干细胞表型为CD44+/α2β1hi/CD133+，与正常前列腺干细胞表型α2β1hi/CD133+一致，并且研究发现前列腺癌干细胞的表型与肿瘤的病理分级无关。
印度研究者从一名63岁卵巢浆液性腺癌病人腹水中分离出癌细胞并进行体外培养，共产生65个克隆，其中19个克隆自发的永生下去。进一步研究发现，其中两个克隆A2和A4-T癌细胞nestin和Nanog（维持细胞未分化状态的转录决定子）阳性表达，可以自我更新产生新的克隆，在体外悬浮培养可以分化成球体，裸鼠体内接种可致瘤并可连续裸鼠间传代，在裸鼠体内形成的肿瘤非常类似于病人的原始卵巢癌，说明这两个转化的克隆代表了卵巢癌干细胞。
黑素细胞是一种能产生黑素的神经嵴源细胞，多数恶性黑素瘤均起源于正常皮肤的黑素细胞。国外最新研究发现恶性黑素瘤中存在一小群具有致瘤能力和干细胞特征的肿瘤细胞，这部分干细胞存在于CD20+黑素瘤细胞中。近年来多篇文献报道体外长期培养的肿瘤细胞系中同样存在肿瘤干细胞。
“肿瘤干细胞”概念的提出，使肿瘤研究进入一个新的方向，近年来的报道从实验角度证实肿瘤干细胞的存在，但仍有许多问题需要探讨和解决，例如各种实体肿瘤是否都存在肿瘤干细胞，肿瘤干细胞起源于哪些细胞，肿瘤干细胞具有哪些特异特征或标记，如何有效分选肿瘤干细胞，杀灭肿瘤干细胞的同时如何避免给正常干细胞带来损害等都需要更多更深入的研究。体外培养条件下肿瘤细胞本身性状可能改变，如何将肿瘤干细胞理论应用于在体肿瘤的鉴定也将是科研工作者的极大挑战，目前还未见文献报道。尽管仍有许多未知领域，但有理由相信“肿瘤干细胞”理论的出现对阐明肿瘤发病机制、改进治疗策略都是新的思路和尝试，有望成为肿瘤研究的突破点。
这是我目前从事研究的一个课题，基本概括了最近几年世界范围内已发表的有关肿瘤干细胞的主要研究成果，希望和同样对此课题感兴趣的朋友共同探讨交流，以碰撞出思想的火花。 |
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发表于 2006-8-26 12:16:40
