干细胞及肿瘤干细胞概念(乳腺肿瘤学 干细胞与乳腺癌)

干细胞的定义

干细胞理论认为干细胞是具有自我更新能力、多向分化潜能的细胞，它们既能够产生成熟的已分化的子代细胞，也可以处于不同的分化状态以构造组织和器官。按分化潜能的大小，可分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。全能干细胞具有形成完整个体的分化潜能，如胚胎干细胞；多能干细胞具有分化为多种细胞组织的潜能，但失去发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制，如骨髓中的多能造血干细胞；而单能干细胞只能分化为一种类型或者密切相关的几种类型的细胞，如上皮组织基底层的干细胞。干细胞的自我更新是通过不对称分裂实现的，这是不同于增殖的。干细胞通过不对称分裂，一方面形成更多的干细胞，实现自我更新，保证自身特性的维持和发展；另一方面生成具有分化和增殖能力的子代祖细胞。子代祖细胞在多次分裂后，最终演变为分化成熟的子代细胞。正常情况下，干细胞的自我更新能力和多向分化潜能受到严格的调控，一旦这种调控机制被破坏，细胞便会无限制地生长繁殖。

肿瘤干细胞概念

人们对肿瘤的发生发展机制深入研究后发现，肿瘤干细胞在肿瘤的生长、发展、复发和转移方面的特性类似于正常干细胞。癌细胞来自正常细胞的恶变是公认的事实，但是，正常细胞处于分化的哪一阶段能发生癌变是尚未解决的科学问题。理论上讲，终末分化的细胞很难发生癌变，分化程度愈低的细胞更易于癌变。而且，癌症是基因突变的长期积累引起的。所以，具有强大增殖潜能以及自我更新能力的低分化干细胞可能是最易于发生恶变的起始细胞。因此，许多人认为肿瘤干细胞来源于正常成体干细胞的突变，认为癌症是自我更新失控所致的疾病。

肿瘤干细胞假说

1977年，Hamburger等利用肿瘤细胞异种移植实验证明，经循环或者皮下注射106个以上的人肿瘤细胞才能够形成肿瘤。该实验表明并不是所有的肿瘤细胞都能够在体外生成肿瘤。人们对这种现象提出了两种解释：随机假说和等级假说。随机假说认为构成肿瘤的所有细胞是均一的，都具有维持肿瘤生成的能力。但是对单个细胞而言，是否进入细胞分裂周期是概率很低的随机事件。而等级假说则认为肿瘤细胞在功能上并不完全相同，只有极少数的肿瘤细胞具有生成肿瘤的能力，而且成瘤性很强。因此，肿瘤细胞各亚群在肿瘤生成过程中的地位和作用也不一样，即肿瘤干细胞假说。多年来这两种假说一直争论不休。近年来，越来越多的实验数据支持肿瘤干细胞假说，肿瘤干细胞的研究已成为了癌症研究中最热门的研究领域之一。

肿瘤干细胞的定义

目前公认的肿瘤干细胞的定义是，肿瘤干细胞是具有类似于成体干细胞特性的一类细胞，具有自我更新的能力、多向分化的潜能，以及强大的体内成瘤能力。根据肿瘤干细胞假说，实体恶性肿瘤被视为人体内一个异常的器官，其内含有肿瘤演化过程中各种分化层次的癌细胞，包括具有强大增殖能力、能维持肿瘤生长和发展的肿瘤干细胞，增殖分裂迅速的癌前体细胞和处于分化终末期的成熟癌细胞。肿瘤内的小部分肿瘤干细胞也同成体干细胞一样，通过不对称分裂实现自我更新和分化。

肿瘤干细胞的特性

1．自我更新的能力：肿瘤干细胞与成体干细胞类似，也具有自我更新的特性。肿瘤干细胞的自我更新是通过不对称分裂实现的，是不同于增殖的。不对称分裂是指一个细胞分裂为两个细胞，其中一个子代细胞仍然保持与亲代细胞完全相同的未分化状态，具有肿瘤干细胞的表型；而另一个子代细胞则定向分化，经过多次分裂后，最终演变为终末期分化成熟的癌细胞。肿瘤干细胞通过自我更新维持肿瘤的持续生长。

2．多向分化潜能：从肿瘤干细胞的定义不难看出，多向分化潜能也是肿瘤干细胞的重要特征之一。肿瘤干细胞在体内及体外均具有分化的能力，子代细胞呈现分化特征的表型及相应的分子标记。以乳腺癌为例，乳腺肿瘤干细胞不表达分化标记，而分化的癌细胞会表达肌上皮（CK14、α-SMA）或导管上皮（CK18、MUC-1）标记。肿瘤细胞的异质性是肿瘤干细胞分化成为具有不同生物学特性的癌细胞所造成的。

3．强大的体内成瘤能力：不同类型肿瘤的肿瘤干细胞的致瘤性差别较大，但多种实体恶性肿瘤内的肿瘤干细胞分化程度极低、成瘤能力特别强。致瘤性是通过异种移植技术在免疫缺陷动物体内的肿瘤形成能力来评价的，分选出相同数量的肿瘤干细胞和非肿瘤干细胞，分别原位或异位接种于免疫缺陷动物，观察成瘤情况（成瘤动物数、形成肿瘤的大小等）。有研究证实，移植100个CD133+脑胶质瘤干细胞于免疫缺陷小鼠，6周内便可形成肿瘤。但是，接种106个CD133-脑胶质瘤细胞的小鼠在相同的时间内并未形成肿瘤。移植200个ESA+/CD44+/CD24-/low乳腺癌干细胞可以形成异种移植瘤，而移植1 000个未分选的乳腺癌细胞在相同时间内并没有肿瘤发生。

4．耐药性：耐药性是导致肿瘤化疗失败的主要原因。多数肿瘤干细胞的细胞膜上表达三磷酸腺苷结合盒（ATP-binding Cassette，ABC）转运蛋白家族膜蛋白，如ABCG2、ABCG5等。这类蛋白可运输并外排包括代谢产物、药物、毒性物质、内源性脂类物质、多肽、核苷酸及固醇类等在内的多种物质，可将其看成一种排出毒物的泵。由于其对药物的排出，使许多原本对肿瘤细胞具有明显抑制或杀伤作用的细胞毒性药物对肿瘤干细胞的杀伤作用显著减弱。