肿瘤病理研究新热点及新技术

肿瘤治疗应该针对肿瘤干细 胞的生物学特性制订治疗方案。

肿瘤干细胞的发现有可能彻底改 变现有化疗药物的选择配伍、有 效剂量和疗程，以彻底消灭肿瘤 干细胞为指标的新化疗方案有望 极大地降低癌症的复发率和提高 其治愈率。
“三大难关”需要攻克
1. 肿瘤干细胞是如何产生的？
虽然一些肿瘤干细胞的存在已经得到了实验性证 实，如白血病、乳腺癌，肝癌，但是否所有的肿瘤 都起源于肿瘤干细胞还不清楚。
Bmi1基因对白血病细胞的产生也是必 要的。将Meis1a和Hoxa9癌基因导入小鼠 骨髓细胞可以产生AML模型。把Meis1a和 Hoxa9癌基因导入正常小鼠与BMi1基因失 活小鼠，都可以产生白血病细胞。但是 Bmi1基因失活小鼠的白血病细胞移植入免 疫缺陷小鼠后不能再产生白血病细胞。所 以，Bmi1基因对白血病干细胞的自我更新 和维持都是必要的。
肿瘤干细胞是恶性肿瘤的起源，又是 恶性肿瘤治疗的靶点，因此，肿瘤干 细胞的研究已成为当前肿瘤研究的热
点，也是创新研究的前沿。
肿瘤干细胞研究价值巨大

肿瘤早期诊断
因为肿瘤干细胞是肿瘤发生过程中的最原始 细胞，如果可以及早地识别并分离出肿瘤干细 胞，就有可能依据其分子标志来对患者进行早 期诊断。
肿瘤干细胞具有能自我更新、增殖的特征， 因此对其增殖功能的检测可能成为肿瘤最早期 诊断的标准。
3.两种理论解释
随机化理论
认为肿瘤细胞具有同质性，即 每一个肿瘤细胞都具有新生肿瘤的潜力，但 是能进入细胞分化周期的肿瘤细胞很少，是 一个小概率随机事件。
分层理论
认为肿瘤细胞具有功能异质性， 只有有限数目的肿瘤细胞具有产生肿瘤的能 力，但这些肿瘤细胞再生肿瘤是高频事件。
目前的实验结果
倾向于第二种解释，即肿瘤组织中存在 数量稀少的癌细胞，在肿瘤形成过程中 充当干细胞的角色，具有自我更新、增 殖和分化的潜能，虽然数量少，却在肿 瘤的发生、发展、复发和转移中起着重 要作用。
肿瘤病理新热点及新技术
New Hot Spots and New Techniques of Tumor Pathology 冯德云
人类在肿瘤研究方面经历了一个又一个浪潮
20世纪20-50年代，是化学致癌研究最迅猛的时代; 60-70年代的掀起寻找癌症病毒狂潮; 70-80年代是癌基因疯狂时代; 80年代末进入迷恋抑癌基因时代;
为研发新一代高效的抗肿瘤 药物提供新的靶点
阐明肿瘤干细胞增殖过程中的基因调控 机理，将为抗肿瘤药物的研发提供新的理 论基础，针对肿瘤干细胞的新一代抗肿瘤 药物，有望极大地提高肿瘤的治疗效果。

由于肿瘤干细胞与肿瘤细胞具有异质性， 其生物学特性和对治疗手段的敏感程度也 并不完全一致。传统的治疗手段针对的是 大多数的肿瘤细胞，往往忽视了占少数的 肿瘤干细胞，因而对肿瘤干细胞无法达到 最有效的杀灭效果。
(一)miRNA的概念
miRNA是一类长度约为22nt的小分子非编 码单链RNA，由具有发夹结构的约70-90个碱 基大小的单链RNA前体（pre-miRNA）加工 而来，能够和互补或部分互补的靶mRNA的 3＇末端非翻译区(3′untranslationalregion, 3′UTR)结合，使mRNA降解或介导其翻译抑 制。
90年代细胞周期、信号转导和细胞凋亡理论在癌症研 究中的广泛运用。
然而，浪潮很快过去了，因为这些都被证明 与癌症有关，但不是癌症的本质！
肿瘤研究的新热点 肿瘤干细胞 microRNA EMT
肿瘤干细胞 Tumor Stem Cell
干细胞(Stem Cell)
是一种未充分分化，尚不成熟的细胞， 是一类具有自我复制能力(selfrenewing)的多潜能细胞，在一定条件 下，它可以分化成多种功能细胞。
（二）miRNA与siRNA的区别
-------------------------------------------------------------------------------------------------特性 miRNA siRNA ---------------------------------------------------------------------------------------------------来源 内源转录本 转基因、病毒RNA 大小 约22nt 约22nt 前体 茎环状的pre-miRNA 双链结构的dsRNA 催化酶 Drosha、Dicer或类似 Dicer Dicer的酶复合体 RISC复合体 含Argonaute蛋白家族 含Argonaute蛋白家族 匹配方式 不完全互补（动物）或 完全互补 完全互补（大多数植物） 作用专一性 相对较低 高 作用点 蛋白质合成水平 转录后水平 靶基因的命运 抑制转录或者被降解 被降解 功能 发育过程中调节 抑制转录活性、病毒 内源基因的表达 感染、表型遗传 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
干细胞与TSC有相似的生长调控机制
Wnt、SHH(sonichedgehog)、Notch 途径调控干细胞与TSC的生长分化， 提示机体一生中细胞的生长分化由相 似的生长调控机制调节,其异常可引起 细胞过度增殖，导致肿瘤。
TSC与干细胞有相同的起源
侧脑室室管膜下层与海马齿状回是神经干 细胞的起源地。通过神经祖细胞与其他祖 细胞的癌基因与p53抑癌基因突变，可以制 造小鼠脑肿瘤模型。这些模型小鼠产生不 同的脑肿瘤。影象学研究表明，这些脑肿 瘤虽然可以在广泛的脑内区域产生，但这 些肿瘤都起源于侧脑室与海马。
百度文库
iPS细胞在一定培养条件下在体外可分化成 含三个胚层来源细胞的多细胞结构，在其内 可检测到： 外胚层细胞如β-Ⅲtubulin 阳性神经元、 Tuj1阳性的神经元、Nestin 阳性细胞和星形 胶质细胞 中胚层细胞如CD34阳性细胞、心肌细胞、 骨骼肌细胞、平滑肌细胞和脂肪细胞 内胚层细胞如AFP (alpha-fetoprotein) 阳性 细胞以及TROMA-Ⅰ阳性的细胞等。
1.概念的提出
传统观念认为，肿瘤是由体细胞突变而成, 每个肿瘤细胞都可以无限制地生长。但这 无法解释肿瘤细胞似乎具有无限的生命力 以及并非所有肿瘤细胞都能无限制生长的 现象。 肿瘤细胞生长、转移和复发的特点与干细 胞的基本特性十分相似，因此，有学者提 出肿瘤干细胞(tumor stem cell，TSC)的理 论。
CD34，CD133，CD44，前列腺干细胞 抗原（PSCA ），干细胞抗原2（Stem Cell Antigen 2），CD90，OV-6，Oct-4 等。
ICC中CD133表达
ICC中CD44表达
ICC中PSCA表达
成体干细胞、TSC与Bmi1基因
Bmi1基因参与正常造血过程，其功能障碍 与AML有关。Bmi1基因敲除的小鼠干细胞移 植入免疫力摧毁的小鼠，干细胞可以短期产 生血细胞 ，8周后，移植细胞基本消失。说 明Bmi1基因对正常血液干细胞的自我更新是 必要的。
研究者已成功地将iPS细胞在体外定向诱导 分化为神经前体细胞、功能性的成熟神经 细胞，如运动神经元和多巴胺能神经元、 星形胶质细胞、造血前体细胞、造血细胞、 胰腺细胞和肝细胞、分泌胰岛素的β细胞、 心肌细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞、 胰腺细胞等。
应用及意义
iPS细胞在形态学、表观遗传学、全基因表 达谱以及细胞类型特异的分化潜能方面与 ES细胞极其相似，并且个体特异来源的iPS 细胞尚不涉及免疫排斥问题，所以iPS具备 成为细胞治疗以及组织器官再生最有前景 的种子细胞。
由于其众多性质与干细胞相似，所以 这些细胞被称为肿瘤干细胞，肿瘤干 细胞能不对称产生两种异质的细胞， 一种是与之性质相同的肿瘤干细胞， 另一种是组成肿瘤大部分的非致瘤癌 细胞。
TSC与成体干细胞关系
肿瘤细胞突变最早发生于干细胞
干细胞与TSC具有无限增殖相似的生物学特 性,只需突变获得过度增殖能力, 就可以转化成 为肿瘤；干细胞比分化细胞周期性更新快,寿命 长，突变更容易累积。干细胞是突变的靶点。
为建立“个体特异的”、“病人特异的” 或“疾病特异的”人iPS 细胞和实现“个 体化的”药物药效与ADME/Tox评价等 奠定了良好基础。 “病人特异的”或“疾病特异的”人iPS 细胞也可以用来研究特定疾病(如人ALS) 的发病机制。
Micro RNA
近年来，国际分子生物学顶尖级杂志 CNS(Cell/Nature/Scicence)，连续把RNA 的研究进展列为“十大科技突破之一”， 其中最引人注目的当是microRNA。
干细胞分类方法
一是根据干细胞所处的发育阶段分为： 胚胎干细胞(embryonic stem cell)和成体 干细胞(somatic stem cell)。 二是根据干细胞的发育潜能分为： 全能干细胞(totipotent stem cell,TSC) 多能干细胞（pluripotent stem cell） 单能干细胞（unipotent stem cell） 诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPS cells）。
这一理论为我们重新认识 肿瘤的起源和本质，以及 临床肿瘤治疗提供了新的 方向和新的视觉角度。
2.实验依据
从20世纪50年代Southam C．等进行的肿瘤 细胞自体/异体移植实验、到后来众多实验都 证实并非每个肿瘤细胞都具有再生肿瘤的能 力，只有一小部分肿瘤细胞在体外克隆形成 实验中可以形成克隆，在异种移植模型中， 只有移植人大量的肿瘤细胞才能形成移植瘤， 究竟何种细胞行使肿瘤起源细胞 (tumorinitiating cell，TIC)的功能?
这一研究明确地证实了分化的细胞可以 通过少数几个因子的外源导入而被重编 程到具有多能性的状态, 因而受到了整个 生命科学领域的广泛关注。
iPS细胞体内外的诱导分化
与人和鼠的ES 细胞一样，iPS细胞植于免疫缺 陷鼠皮下可在注射部位形成由内、中和外胚层 来源细胞杂乱排列构成的畸胎瘤。 将小鼠iPS细胞注射入小鼠囊胚，其可与受体细 胞一起发育形成包括生殖系在内的各种组织而 形成嵌合体。 通过嵌合体技术或四倍体胚胎补偿法(tetraploid complementation)亦可获得完全由小鼠iPS细胞 发育而来的个体。
胚胎干细胞的发育等级较高，是全能干 细胞，具有分化为几乎全部组织和器官 的能力。而成体干细胞的发育等级较低， 是多能或单能干细胞。成年组织或器官 内的干细胞一般认为具有组织特异性， 只能分化成特定的细胞或组织。最新的 研究表明，组织特异性干细胞同样具有 分化成其他细胞或组织的潜能。
肿瘤干细胞
2006年American Association for Cancer Research 的定义是： 肿瘤中具有自我 更新能力、并能产生异质性肿瘤细胞的 细胞。
诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS cells)
定义
通过特定的基因组合与转染可以将已 分化的体细胞诱导重编程为的多潜能 干细胞。
2006年,日本Yamanaka研究小组通过将逆 转录病毒介导的Oct-4, Sox2, Klf4及c - Myc 四个基因转入鼠成纤维母细胞,将成体细胞 重编程为具有多分化潜能的干细胞,并将该 类干细胞命名为iPS细胞。 2007年,美国Thomson 实验室报道了Oct-4, Sox2，Nanog及Lin28四个基因的转染可将 人成纤维母细胞重编程为iPS细胞。
2.如何识别和分离肿瘤干细胞？
这是利用肿瘤干细胞来进行癌症治疗的一个关键 环节。根据细胞表面标记的特征，科研人员已经识 别和分离出几种肿瘤干细胞，如何对其他肿瘤的干 细胞进行分子或者形态上的鉴定，仍然是一项非常 艰巨的任务。
3.如何避免杀伤正常干细胞？
由于肿瘤干细胞与干细胞的相似性，如何避 免对肿瘤干细胞具有杀伤作用的治疗手段影响 到正常的干细胞就显得十分重要。 如果采用的治疗手段不适，就有可能引发严 重的副作用，使人类正常的干细胞受到损害。
表面标记表明TSC来源于成体干细胞
由于造血干细胞研究进展，白血病干细胞的 分离和表面标记测定较早开始。目前研究发现， 几乎所有白血病干细胞与造血干细胞一致，均为 CD34+ ，如所有的急性单核细胞性白血病（除急 性早幼粒细胞性白血病）干细胞都为[CD34+, CD38-]。
目前研究较多的TSC标记物