综述：揭示癌症干细胞治疗的未来：新兴创新的叙事探索

《Discover Oncology》：Unveiling the future of cancer stem cell therapy: a narrative exploration of emerging innovations

这篇综述聚焦癌症干细胞（CSCs）治疗，探讨多种创新疗法及挑战，展望未来发展方向。

　　

1. 癌症干细胞治疗研究背景

癌症作为全球范围内导致死亡和发病的主要原因之一，一直是生物医学研究的重点领域。其复杂性不仅体现在遗传和分子层面的异质性上，还体现在肿瘤细胞与周围微环境之间动态的相互作用中。癌症干细胞（Cancer Stem Cells，CSCs）作为肿瘤细胞的一个特殊亚群，在肿瘤的发生、发展、转移以及对传统治疗的抵抗中发挥着关键作用，成为了癌症治疗研究的焦点。

传统观念认为癌症是一种均质疾病，治疗主要针对快速增殖的肿瘤细胞群体。然而，这种治疗方式往往无法彻底清除肿瘤，导致癌症复发。现在已知，CSCs 具有自我更新、分化和启动肿瘤的能力，且对化疗和放疗具有抗性，能够在治疗后存活并引发肿瘤复发。这使得癌症治疗模式逐渐转变为同时针对 CSCs 和肿瘤主体细胞的综合治疗。

尽管 CSC 靶向治疗前景广阔，但面临诸多挑战。CSCs 的可塑性使其能在干细胞样和非干细胞样状态之间动态转换，增加了定义和靶向 CSC 群体的难度。此外，CSCs 还善于通过多种机制逃避机体免疫反应，具有很强的代谢和表观遗传适应性，能在肿瘤微环境（Tumor Microenvironment，TME）的恶劣条件下生存。

2. 癌症干细胞治疗的研究方法

该综述通过检索 PubMed、Google Scholar、Scopus、Web of Science、ClinicalTrials.gov 和 Embase 等数据库，获取了大量生物医学文献、研究论文及资源。检索词涵盖癌症干细胞、癌症干细胞治疗、癌症干细胞标志物、免疫疗法、耐药机制和临床试验等相关词汇，同时使用了如 “癌症干细胞” 和 “耐药性”，或 “肿瘤复发” 和 “治疗创新”，或 “新疗法” 等高级检索短语。

3. 癌症干细胞治疗的创新进展

CSCs 在多种癌症的发展、进展和复发中扮演着关键角色，因其独特的生物学特性，成为新型癌症治疗的重要靶点。当前 CSC 治疗的进展涉及多种策略，包括基因编辑技术、靶向药物递送、免疫疗法、小分子抑制剂、天然药物以及基于代谢的治疗方法等。

CSCs 对传统疗法具有抗性，其原因包括增强的 DNA 修复机制、药物外排泵的过表达以及细胞周期处于静止状态等。此外，CSCs 还能激活关键的生存和自我更新信号通路，如 Wnt/β -catenin、Notch 和 Hedgehog 通路，同时 TME 中的各种因素，如缺氧、与基质细胞的相互作用等，也为 CSCs 提供了保护。

3.1 信号通路与癌症干细胞维持

在肿瘤发生过程中，许多对正常干细胞生存、生长、自我更新和分化至关重要的信号通路在 CSCs 中发生失调。

Wnt 信号通路通过 Wnt 配体与受体的相互作用在 CSCs 中发挥关键作用。该通路分为经典通路和非经典通路，经典通路依赖低密度脂蛋白受体相关蛋白 5/6（LRP5/6）共受体，涉及 β -catenin 的核转位，进而影响基因表达；非经典通路则不依赖 β -catenin，涉及 ROR1、ROR2 和 RYK 等共受体。Wnt 信号通路的失调与多种癌症的发生和转移相关，例如在乳腺癌和胃肠道癌症中，激活该通路会降低患者生存率，且与黑色素瘤的进展有关。

Notch 信号通路对胚胎发育和 CSC 的增殖、维持及分化至关重要，同时在血管生成中也发挥重要作用。该通路在不同癌症中的表达有所差异，在缺氧条件下，CSCs 中的 Notch 通路会发生上皮 - 间质转化（Epithelial - Mesenchymal Transition，EMT），从而上调 Notch 信号，促进 CSC 的生存和增殖。

Hedgehog（Hh）信号通路包含 Sonic hedgehog（Shh）、Indian hedgehog（Ihh）和 Desert hedgehog（Dhh）三个同源物，其中 Shh 研究最为广泛。正常情况下，该通路对胚胎发育和细胞分化至关重要，但在癌症中异常激活，与多种癌症中 CSC 的增殖和维持相关。当 Hh 配体与跨膜受体 Patched（PTCH）结合时，会激活下游 GLI 转录因子，促进肿瘤生长。

除上述通路外，NF - κB、JAK/STAT、PI3K/AKT 和 PPAR 等信号通路也在调节 CSC 代谢、影响其生存和功能方面发挥重要作用。NF - κB 可调节炎症、免疫反应和细胞生存，在 CSCs 中增强代谢可塑性；JAK/STAT 控制细胞增殖、分化和免疫逃避，上调葡萄糖转运蛋白 1（GLUT1）和关键糖酵解酶；PI3K/AKT 是细胞生长和生存的核心调节因子，参与代谢重编程；PPARs 调节脂质代谢、葡萄糖稳态和炎症，为 CSCs 提供能量。

3.2 癌症干细胞代谢的新兴通路

CSC 代谢的新兴通路包括线粒体动力学和自噬、一碳代谢、氨基酸代谢、脂质代谢、缺氧诱导的代谢重编程、自噬和代谢灵活性、代谢信号和表观遗传调控、细胞外囊泡和代谢串扰以及 NAD⁺代谢等。

线粒体动力学和自噬由动力相关蛋白 1（DRP1）和 PINK1/Parkin 通路调控，抑制这些通路可选择性地损害 CSC 的生存。一碳代谢为核苷酸生物合成、甲基化反应和氧化还原平衡提供支持，对 CSC 的增殖和生存至关重要。谷氨酰胺代谢参与能量产生、膜生物合成和信号传导，关键酶如谷氨酰胺酶（GLS）和谷氨酸脱氢酶（GDH）在其中发挥重要作用，抑制 GLS 和靶向胱氨酸摄取具有潜在的治疗价值。

脂质代谢对 CSC 的能量产生、膜生物合成和信号传导至关重要，脂肪酸氧化（FAO）可提供 ATP 并维持氧化还原平衡。缺氧诱导的代谢重编程使缺氧的肿瘤微环境促使缺氧诱导因子 - 1α（HIF - 1α）和 HIF - 2α 将 CSC 代谢重编程为糖酵解，并改变脂质和氨基酸代谢。

自噬和代谢灵活性可被自噬抑制剂降低。α - 酮戊二酸、琥珀酸和富马酸等代谢物作为信号分子和表观遗传调节剂，异柠檬酸脱氢酶 1（IDH1）和 IDH2 的突变会导致 2 - 羟基戊二酸的产生。细胞外囊泡和代谢串扰涉及 CSC 释放含有代谢物、酶和脂质的外泌体，可重编程肿瘤微环境，抑制外泌体产生可破坏 CSC 与肿瘤微环境的通信。NAD⁺代谢对氧化还原反应、DNA 修复和表观遗传修饰至关重要，烟酰胺磷酸核糖转移酶（NAMPT）合成介导这一过程。

3.3 肿瘤微环境与癌症干细胞动态

TME 对 CSCs 的命运起着决定性作用，为 CSCs 提供了自我更新、休眠和重新激活的环境，同时保护其免受免疫反应和治疗干预。CSCs 积极塑造和改变 TME，招募并转化正常细胞，建立一个免疫抑制的环境，促进肿瘤的发展。

TME 包括各种细胞成分，如成纤维细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、内皮细胞和免疫细胞等，以及细胞外成分，如细胞因子、生长因子、激素和细胞外基质等，这些成分通过血管相互作用，为肿瘤细胞提供营养和支持。TME 中的多种因素，如癌症相关成纤维细胞（CAFs）、内皮细胞、炎症因子和免疫调节细胞，以及炎症和缺氧等条件，显著影响 CSCs 的代谢可塑性。

TME 中高浓度的酮体和乳酸，以及 TGF - β 和 HIF - 1α 等因子，可能诱导或维持 CSCs 的干性。缺氧环境在大多数实体瘤中普遍存在，由肿瘤快速增殖和血管生成不足导致，可驱动 TME 的多种变化，包括 EMT、凋亡抑制、代谢改变、肿瘤侵袭、调节细胞浸润和新血管生成，同时支持 CSCs 的干性和未分化特征。

3.4 表观遗传调控对癌症干细胞行为的影响

表观遗传学是指通过改变染色体结构来控制基因表达，而不改变 DNA 序列的过程，包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰、ATP 依赖的染色质重塑和非编码 RNA 调控等。

DNA 甲基化通过靶向启动子区域的 CpG 岛来调节 CSCs 的可塑性，这一过程由 DNA 甲基转移酶（DNMTs）介导，将甲基基团添加到胞嘧啶上形成 5 - 甲基胞嘧啶（5mC），从而导致基因沉默。Ten - Eleven Translocation（TET）蛋白可将 5mC 转化为 5 - 羟甲基胞嘧啶（5hmC），通过被动或主动去甲基化过程调节基因表达。在癌症中，存在甲基化异常，肿瘤抑制基因启动子的局部高甲基化导致其失活，而基因间区域的全局 DNA 低甲基化可激活癌基因并导致基因组不稳定。

组蛋白修饰，如乙酰化、甲基化和泛素化，发生在组蛋白尾部，主要在启动子和增强子位点进行，决定染色质的构象，进而影响基因活性。染色质状态分为常染色质（允许转录）和异染色质（不允许转录），Trithorax 组（TrxG）蛋白参与常染色质形成，Polycomb 组（PcG）蛋白参与异染色质形成。研究最多的组蛋白变化是组蛋白 H3 的修饰，与活性增强子（H3K9ac、H3K27ac）、启动子（H3K4me3）和正在转录的基因（H3K36me3）相关，而 H3K27me3 和 H3K9me3 是抑制性标记。

3.5 癌症干细胞的靶向药物递送

靶向药物递送系统在癌症治疗中展现出巨大潜力，尤其是针对 CSCs 的治疗。

纳米颗粒和脂质体是常用的靶向药物递送载体。纳米颗粒可由金属（如金、银）、脂质（如脂质纳米颗粒）和聚合物（如聚乳酸 - 羟基乙酸共聚物 PLGA）等材料制备，通过功能化修饰使其携带能特异性结合 CSC 表面标记（如 CD44、CD133 和 EpCAM）的配体，实现对 CSCs 的精准靶向。例如，金纳米颗粒与抗 CD44 抗体结合，可在体外和体内选择性杀伤 CSCs。纳米颗粒具有穿透组织能力强、可控释放、载药能力高以及能响应环境刺激释放药物等优点。

脂质体由磷脂双分子层构成，可包裹亲水性和疏水性药物，并通过在表面添加靶向基团（如肽或抗体）实现对 CSCs 的特异性递送。如修饰有抗 CD133 抗体的脂质体可靶向并消除胶质瘤 CSCs，脂质体还能提高药物的吸收和分布，增加药物溶解度，防止药物降解。

免疫疗法旨在利用机体免疫系统识别并消除癌细胞，包括 CSCs。近年来，CSC 靶向免疫疗法取得了显著进展，如开发出针对 CSC 特异性抗原的疫苗和过继细胞疗法，其中嵌合抗原受体（CAR） - T 细胞疗法备受关注。

疫苗通过刺激机体产生针对 CSC 特异性抗原的免疫反应来发挥作用，例如树突状细胞（DC）疫苗负载 CSC 相关抗原，在胶质母细胞瘤和黑色素瘤模型中成功引发了针对 CSCs 的免疫反应。CAR - T 细胞疗法通过基因工程改造 T 细胞，使其表达能特异性识别并结合 CSC 表面抗原的 CAR，临床前研究表明，靶向 CD133 和 EpCAM 等 CSC 特异性标记的 CAR - T 细胞可选择性地根除 CSCs，显著降低肿瘤复发和进展。

基因编辑技术为 CSC 靶向治疗提供了新的手段，其中 CRISPR/Cas9 技术备受瞩目。CRISPR/Cas9 通过引导 RNA（gRNA）将 Cas9 核酸酶引导至特定基因组位置，产生双链断裂，随后通过非同源末端连接或同源定向修复机制实现靶向基因的破坏、插入或校正。

利用 CRISPR/Cas9 技术可敲除与 CSC 生存、自我更新和耐药机制相关的基因，如敲除 CD44 可降低乳腺癌细胞的干性和致癌潜力。此外，还可利用该技术改变 CSC 关键信号通路中的关键元件，影响 CSC 的活性。除 CRISPR/Cas9 外，还有 TALENs（转录激活样效应物核酸酶）和 ZNFs（锌指核酸酶）等基因编辑工具，它们能识别特定 DNA 序列并诱导双链断裂，可用于靶向 CSCs 相关基因；RNA 干扰（RNAi）技术可通过 RNA 分子抑制靶向 mRNA 的表达，从而沉默与 CSC 信号级联相关的基因。

3.6 天然化合物和植物化学物

从植物和其他天然来源获得的天然化合物和植物化学物具有靶向和抑制 CSC 特性的能力，且通常毒性较低，可作为辅助治疗药物。许多天然化合物，如姜黄素、白藜芦醇、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、槲皮素、染料木黄酮等，通过调节 CSC 相关信号通路发挥作用。姜黄素可靶向 Wnt、Notch 和 Hedgehog 通路，在多种癌症模型中显示出抗 CSC 作用；白藜芦醇通过调节 NF - κB 和 PI3K/Akt 通路，对前列腺、结肠和乳腺癌的 CSCs 有抑制作用。然而，这些天然化合物在临床应用中面临一些挑战，如生物利用度低、溶解度差和稳定性问题等。

3.7 联合疗法在癌症干细胞治疗中的应用

联合疗法是针对 CSCs 的一种有潜力的治疗策略，旨在同时靶向 CSCs 和肿瘤主体细胞，提高癌症治疗效果，减少肿瘤复发。由于 CSCs 对传统单一疗法具有抗性，联合疗法采用多种治疗手段，如靶向特定信号通路、干细胞治疗、光动力疗法等，同时结合新型策略，如分化治疗、抗血管生成药物、免疫疗法和表观遗传酶抑制等。

在乳腺癌治疗中，联合分子靶向治疗、激素治疗、免疫治疗和化疗，相较于单一疗法，展现出更高的疗效和更低的毒性。然而，联合疗法也面临一些问题，如毒性增加、肿瘤异质性和耐药性等，需要进一步研究解决。

4. 癌症干细胞治疗面临的挑战

CSC 研究面临诸多挑战。CSCs 在肿瘤内具有高度异质性，缺乏通用的标记物，细胞群体动态变化，肿瘤间和肿瘤内存在差异，这使得识别和靶向 CSCs 变得困难。CSCs 对传统癌症治疗具有抗性，常常导致肿瘤复发和转移，其耐药机制复杂，涉及多种分子通路。此外，CSCs 可进入潜伏状态，对针对快速增殖细胞的治疗不敏感。

TME 的复杂性也给 CSC 治疗带来了困难，其显著影响肿瘤的生存和生长。许多 CSCs 处于缺氧微环境中，增加了靶向治疗的难度，同时现有模型，包括体外和动物模型，存在不足，无法准确模拟人类肿瘤。CSC 在转移过程中的作用机制尚不清楚，靶向 CSC 特异性通路面临副作用和耐药性问题，临床转化困难，缺乏有效的生物标志物，开发特异性靶向 CSCs 且不影响正常干细胞的药物也面临挑战。

5. 癌症干细胞治疗的未来展望

未来，癌症干细胞治疗领域有着广阔的发展前景。在基因治疗方面，除 CRISPR/Cas9 外，碱基编辑器和引导编辑器等新型基因编辑技术有望实现更精确的基因编辑，减少脱靶效应，为纠正 CSC 中的基因突变提供更有效的手段，降低肿瘤复发和转移的风险。

人工智能（AI）和机器学习（ML）技术在癌症研究中的应用将有助于发现新的 CSC 标记物和治疗靶点，优化个性化治疗方案。通过整合基因组学、蛋白质组学和代谢组学数据，AI 驱动的系统能够预测 CSC 行为和治疗反应，为患者提供更精准的治疗。

合成生物学的发展为 CSC 治疗带来了新的思路，如设计工程化的溶瘤病毒或细菌，使其能够特异性靶向 CSCs 及其独特的代谢特征，选择性地递送治疗药物或激活免疫反应，同时避免对健康组织的损害。

进一步研究 TME 作为治疗靶点，深入了解基质细胞、细胞外基质成分和免疫细胞与 CSC 之间的相互作用，有望开发出操纵 TME、抑制 CSC 生存和转移的新策略。将 CSC 靶向治疗与纳米医学和先进的药物递送系统相结合，能够提高治疗效果，减少副作用，推动个性化癌症治疗的发展。

6. 总结

癌症干细胞在肿瘤的发生、发展和治疗抗性中起着关键作用。近年来，针对 CSCs 的治疗研究取得了显著进展，包括基因编辑技术（如 CRISPR/Cas9）、免疫疗法（如 CAR - T 细胞疗法）、纳米颗粒靶向药物递送系统以及天然化合物和联合疗法的应用等。这些创新疗法为癌症治疗带来了新的希望，具有提高治疗精准性、降低副作用和增强疗效的潜力。

然而，目前 CSC 靶向治疗仍面临诸多挑战，如肿瘤异质性、免疫逃避和临床转化困难等。未来需要进一步深入研究 CSC 的生物学特性，加强跨学科合作，开发更有效的治疗策略，以克服这些挑战，实现癌症治疗的重大突破，为癌症患者带来更好的治疗效果和生存质量。