癌症干细胞概念
癌症干细胞（CSCs）是肿瘤内的一小部分细胞亚群，具有自我更新和分化为不同细胞类型的能力。这些部分分化的细胞同时具备干细胞和癌细胞的特性。CSCs通过自我更新产生更多干细胞，并分化为异质性的肿瘤细胞群体，从而驱动肿瘤的发生和进展。它们是导致恶性肿瘤关键特征的最具侵袭性的肿瘤细胞，这些特征包括增殖增加、转移、肿瘤生长、多药耐药（MDR）以及对放疗和化疗的抵抗。CSCs还与复发和微小残留病相关，凸显了它们在癌症持续存在中的关键作用。
癌症干细胞定义和特征
CSCs具有自我更新、分化和在动物宿主体内启动肿瘤形成的能力。它们可通过对称性细胞分裂和基因表达的改变与其他肿瘤细胞区分开来。目前尚无明确的CSCs定义标准，这使得确定其在肿瘤中的比例、临床意义或确切起源变得困难。多种细胞表面标志物，如CD24、CD44、CD133、上皮特异性抗原（ESA）和醛脱氢酶1（ALDH1），已被用于分离和富集CSCs。CSCs既能快速增殖以补充快速生长肿瘤的后代细胞池，也能进入静止状态。这种静止或休眠是可逆的，使CSCs能够适应远处器官的微环境，这或许可以解释为何肿瘤在初始诊断多年后能在原发或远处部位复发。此外，静止是CSCs抵抗疗法的一个关键方面。有证据表明，在胰腺癌、结直肠癌（CRC）、黑色素瘤和胶质母细胞瘤等多种实体瘤中，静止的、慢循环细胞与CSCs存在重叠。
癌症干细胞起源
关于CSCs的起源有多种理论。一种理论认为，CSCs源于自然干细胞或祖细胞，这些细胞在获得特定基因突变或经历环境变化后具备了成瘤能力。另一种理论认为，CSCs起源于自然体细胞，这些细胞通过遗传和/或表观遗传改变获得了干细胞样特征和恶性行为。例如，癌细胞可以通过上皮-间质转化（EMT）表现出干细胞样特性。在肿瘤发展过程中，由于表观遗传和遗传变化，干细胞样特征可能在任何阶段出现。在肿瘤微环境（TME）中，与干细胞巢、邻近细胞和信号通路的相互作用使这些细胞能够维持其干细胞特性。
癌症干细胞与免疫逃逸
CSCs具有低免疫原性，尽管肿瘤微环境中有显著的免疫细胞浸润，它们仍能逃避免疫监视。CSCs通过分泌因子抑制抗肿瘤免疫并促进自身持久存在，从而协调免疫抑制性TME。它们破坏树突状细胞（DCs）的募集和成熟，并通过分泌TGF-β减少成熟DC群体。CSCs存在抗原加工受损，表现为主要组织相容性复合物I类（MHC-I）表达低下和抗原加工机制下调，导致T细胞活化减少。它们还经常下调肿瘤相关抗原（TAAs）和共刺激分子的表达。CSCs上免疫检查点分子（如程序性死亡配体1（PD-L1）和细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（CTLA-4））的表达升高，会减弱细胞毒性T细胞活性。CSCs衍生的细胞因子和生长因子，如TGF-β，可导致初始T细胞分化为调节性T细胞（Tregs），并抑制细胞毒性和辅助性T细胞活性。通过分泌趋化因子（如CCL3），CSCs募集肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）并将其极化为免疫抑制性的M2表型，而M2型TAMs又通过激活多种信号级联反过来强化CSC表型。CSCs还能通过下调NKG2D配体（NKG2DL）等方式逃避自然杀伤（NK）细胞的杀伤。
肿瘤微环境与癌症干细胞
缺氧
缺氧通过激活缺氧诱导因子（HIFs），特别是HIF-1α和HIF-2α，上调Nanog、Sox2和Oct4等来维持CSCs的干性。缺氧还调节Notch和Wnt信号，促进EMT并增强CSCs的侵袭性。在缺氧条件下，CSCs通过TGF-β信号和活性氧（ROS）介导的应激反应表现出对DNA损伤疗法的抵抗。
癌症相关成纤维细胞
癌症相关成纤维细胞（CAFs）是TME的主要组成部分，通过分泌IL-6、IL-8、肝细胞生长因子（HGF）和基质细胞衍生因子-1（SDF-1）等因子，激活Wnt/β-catenin、PI3K/AKT等信号通路，维持CSCs的干性和自我更新。CAFs还贡献于细胞外基质（ECM）并诱导EMT，促进CSCs的侵袭和转移。
内皮细胞
内皮细胞（ECs）通过分泌血管内皮生长因子（VEGF）和SDF-1/CXCL12等促血管生成因子，以及通过Notch信号通路（例如在胶质母细胞瘤和结直肠癌中由Jagged-1介导）来促进CSCs的干性维持。
细胞外基质
ECM为CSCs提供了一个调控巢，其物理性质（如硬度）和生化成分（如胶原蛋白、纤连蛋白、透明质酸（HA））通过整合素、YAP/TAZ和Rho/ROCK等机械转导通路影响CSCs的行为。ECM驱动的生化信号促进EMT和肿瘤细胞去分化为CSCs。
靶向癌症干细胞：常规疗法的局限性
常规化疗和放疗对CSCs largely无效。CSCs的静止或慢循环表型使其能够逃避针对快速分裂细胞的细胞毒性药物。CSCs通常高表达ATP结合 cassette（ABC）转运蛋白（如P-糖蛋白（P-gp）和ABCG2），这些蛋白促进药物外排并赋予多药耐药性。CSCs表现出增强的DNA损伤修复能力，使其对放疗产生抵抗。此外，CSCs依赖Wnt、Hedgehog和Notch等发育信号通路来维持干性、可塑性和成瘤潜能。
靶向癌症干细胞的免疫治疗途径
通过T细胞或CAR-T细胞靶向
细胞毒性CD8+T细胞是适应性免疫反应的主要效应细胞。CSCs对T细胞介导的裂解的敏感性因肿瘤类型而异。γδ T细胞提供了一条不依赖于MHC的肿瘤杀伤途径。靶向CSCs和非CSCs共享的TAAs以及CSC特异性TAAs是当前策略。嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）在血液恶性肿瘤中取得了显著成功，并在实体瘤中显示出前景。常见的CSC表面标志物如CD133、CD44等被用于设计CAR-T。然而，实体瘤中的安全性问题（如细胞因子释放综合征（CRS）和脱靶毒性）以及制造复杂性是挑战。
通过NK细胞或CAR-NK细胞靶向
基于NK细胞的免疫疗法提供了克服T细胞疗法若干局限性的替代方案。CSCs可能更容易受到NK细胞介导的识别和细胞毒性作用，因为它们通常MHC-I表达水平较低。CAR-NK细胞与CAR-T细胞相比，具有移植物抗宿主病（GVHD）风险显著降低、细胞因子风暴风险较低等优势。临床前研究强调了抗CD133、抗EpCAM等CAR-NK平台靶向CSCs的潜力。
通过CAR-M细胞靶向
嵌合抗原受体巨噬细胞（CAR-M）疗法利用巨噬细胞固有的吞噬和免疫调节特性。CAR-M细胞具有卓越的肿瘤归巢和浸润能力，可以调节TME，将TAMs从M2表型重编程为M1表型，并通过分泌促炎细胞因子和基质金属蛋白酶（MMPs）破坏CSCs的保护巢。靶向HER2、CD47等的CAR-M在临床前模型中显示出减少CSCs频率、抑制肿瘤生长和提高生存率的效果。
通过抗体靶向
针对CSCs表面标志物（如CD44、CD133、上皮细胞粘附分子（EpCAM））的单克隆抗体（mAbs）是重要的治疗途径。针对CD47-SIRPα轴的抗体可以阻断“别吃我”信号，促进巨噬细胞对CSCs的吞噬。针对IL-6R等信号通路的抗体可以抑制CSCs的自我更新。双特异性T细胞衔接器（如靶向EpCAM的MT110）也显示出潜力。挑战在于CSCs比例低、标志物与正常干细胞重叠以及TME的间接支持。
通过疫苗靶向
基于CSCs的疫苗（包括细胞疫苗、DNA疫苗和mRNA疫苗）已显示出靶向治疗CSCs的功效。树突状细胞（DCs）负载CSCs裂解物、RNA或特定抗原（如NANOG肽）后，可以诱导产生针对CSCs的特异性T细胞反应。将CSC靶向疫苗与免疫检查点抑制剂或其他疗法结合是正在探索的策略。挑战包括靶标与正常干细胞的共享可能引发自身免疫反应，以及疫苗的稳定性和有效性。
溶瘤病毒疗法
溶瘤病毒（OVs）可以选择性地在肿瘤细胞（包括CSCs）内复制，通过直接细胞裂解和诱导免疫原性细胞死亡来消除它们。经过基因工程改造的OVs可以靶向CSCs表面的特定生物标志物（如CD133），或携带免疫刺激转基因（如IL-12）以增强抗肿瘤免疫。OVs能够绕过导致化疗和放疗抵抗的机制，对清除CSCs显示出前景。
通过其他分子靶向
使用小干扰RNA（siRNA）靶向CSCs相关基因（如ALDH1A1）可以增强化疗敏感性。微RNAs（miRNAs）（如let-7）在调节CSCs干性中起作用，可作为治疗靶点。使用纳米颗粒（如脂质体、外泌体）递送药物（如多西他赛）或基因沉默工具（siRNA）至CSCs，是提高靶向性和疗效的策略。靶向调控CSCs自我更新的关键信号通路（Wnt、Notch、Hedgehog等）也是重要方向。
用于识别癌症干细胞的诊断方法
CSCs的识别依赖于特定的表面标志物（通过流式细胞术分析）、醛脱氢酶（ALDH）活性（通过ALDEFLUOR assay检测）、侧群细胞分析、球体形成实验（SFA）以及分子成像（MI）技术（如磁共振成像（MRI）、正电子发射断层扫描（PET））。这些方法有助于CSCs的检测、分离和特性研究。
挑战与机遇
CSCs的分离和鉴定因其与正常干细胞的相似性而具有挑战性。生物标志物表达的异质性和对其生物学功能理解的不足限制了靶向疗法的效果。新疗法的开发和评估成本高、耗时长，且存在伦理和安全性考虑。未来的成功需要多维策略，包括增加研究投入、技术创新以及对CSCs生物学及其与TME相互作用的更深入理解。
结论
CSCs是肿瘤内的一小部分细胞，是驱动恶性肿瘤关键特征的最具侵袭性的肿瘤起始细胞。由于其低免疫原性和主动塑造免疫抑制性TME的能力，CSCs能够逃避免疫监视并对常规疗法产生抵抗。因此，靶向消除CSCs对于实现肿瘤的彻底根除至关重要。结合免疫治疗和细胞毒性疗法的组合策略，旨在同时清除CSCs和非CSCs，为实现持久的癌症缓解提供了最大的希望。未来的研究需要侧重于全面表征CSCs及其免疫逃逸途径，以确定广泛适用且特异的治疗靶点。
