本文原载于《中华结核和呼吸杂志》2018年第8期
本文作者：*明徐**鑫, 王琪
肺癌是严重危害人类健康的疾病，是我国常见的恶性肿瘤之一，2015年肺癌的发病率和死亡率均居恶性肿瘤的首位[1]。近年来，尽管肺癌领域的研究不断深入，人类对肺癌的认识却还只是冰山一角，明确肺癌的发生、转移和耐药机制及对新治疗靶点的探索仍是肺癌研究的重点和挑战。肿瘤干细胞理论的兴起使肺癌研究步入了干细胞时代，并将为肺癌的治疗提供新的选择。
肺癌干细胞是肺癌组织内一小群具有干细胞特性的细胞，以其多向分化潜能、高度自我更新及成瘤能力成为肺癌发生和转移的"种子"[2]，其固有的放化疗耐受性也为肺癌耐药机制的研究提供了新的理论依据[3]。本文将对肺癌干细胞的起源和特点、在肺癌转移及耐药，尤其是靶向治疗和免疫治疗中的作用进行综述，并对肺癌干细胞应用的前景和挑战进行分析。
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肺癌干细胞的来源
肺是具有高度组织学分区的器官，稳态环境中的肺上皮细胞处于静息状态。在损伤刺激下，从气管到小气道的多种肺上皮细胞中均出现具有快速增殖和分化能力的干细胞样特性的细胞，从而实现损伤肺上皮的修复[4]。不同损伤(如吸烟等)引起的肺内慢性炎症是肺癌发生的关键因素[5]。结合肿瘤干细胞模型，在长期反复的炎症损伤－修复过程中，上述快速增殖的细胞可能发生某些基因突变，获得干细胞特性，成为癌前干细胞。癌前干细胞存在基因组不稳定性，在克隆进化过程中更易发生各种遗传学或表观遗传学事件，产生异质性。随着上述事件的积累，一部分具有增殖优势的癌前干细胞成功逃避或突破免疫系统的防线，获得在体内形成恶性肿瘤的能力，最终成为肺癌干细胞[2,6,7,8]。
不同组织学类型的肺癌好发部位不同，其来源也不同。人气管和支气管上皮内的基底细胞是一类多能干细胞，具有强大的自我更新及克隆形成能力[9]。肺鳞癌多起源于近端气管和支气管上皮，且癌组织中基底细胞的数目有所增加，因此，基底细胞可能是肺鳞状细胞癌干细胞的来源[10]。细支气管和肺泡上皮中具有分泌功能的克拉拉细胞及其变体具有干细胞样特征，可表达CD44和CD133等。由于小细胞肺癌常发生于中级细支气管，且具有神经内分泌功能，克拉拉细胞和肺神经内分泌细胞可能是小细胞肺癌干细胞的来源[11]。近期研究发现，气道末段细支气管－肺泡导管连接处存在支气管肺泡干细胞，提示肺腺癌干细胞可能由这类细胞转化而来[12]。
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肺癌干细胞的特点
肺癌干细胞具有肿瘤干细胞的基本特征，如自我更新和分化能力、在免疫缺陷宿主体内的成瘤能力及表达多种干性标志物等[13]。经典的糖蛋白CD133和CD44是筛选肿瘤干细胞最常用的两种表面标志物，CD133还可用于评估肺癌的化疗效果，而CD44则与肺癌预后相关[14,15]。此外，与肿瘤形成有关的CD90、CD164及参与干细胞归巢和肿瘤血管生成的CD166也成为肺癌干细胞的标志物[16,17,18]。近期研究发现，神经上皮干细胞中的巢蛋白对肺癌细胞的干性起促进作用，也可作为肺癌干细胞的标志物[19]。
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肺癌干细胞在肺癌转移中的作用机制
肺癌干细胞是肺癌转移过程中的"种子"，是肺癌转移的启动者和执行者，其在肺癌转移中的作用机制如下。
1．肺癌干细胞标志物的表达可增强其转移能力，如CD133可通过上调基质金属蛋白酶9和缺氧诱导因子－1α的表达水平促进肺癌干细胞的转移[20]。
2．肺癌干细胞和病灶内炎性微环境的相互作用可促进肺癌干细胞转移的能力。微环境中的血管内皮生长因子和IL－6等细胞因子可通过诱导多种干性转录因子及CD133的表达驱动肺癌转移[21,22]；而炎性微环境的长期刺激也可使肺癌干细胞发生某些基因异常改变，使其转移能力更强[23]。
3．肺癌干细胞和上皮－间质转化同时存在是肺癌转移的重要条件。Koren等[24]发现，非小细胞肺癌患者外周血中的循环肿瘤细胞内与上皮－间质转化和细胞干性相关的基因表达水平同时增高，这意味着二者可能同时参与了肺癌的转移。
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肺癌干细胞的耐药机制
肺癌患者对现有治疗方案的耐药是造成患者生存率低的重要因素，而干细胞在耐药肺癌的形成中发挥着至关重要的作用，主要机制如下。
1．肺癌干细胞固有的耐药机制：
染色体水平上，肿瘤干细胞中端粒酶的活性常增强，通过延长端粒维持细胞寿命[25]，Serrano等[26]发现，肺癌干细胞染色体上的端粒长度有所增加，且端粒酶*制剂抑**能选择性抑制肺癌干细胞的增殖活力；分子水平上，肺癌干细胞膜表面ATP结合盒式转运体能促进胞内药物外排，从而减弱药物对细胞的损伤[27]；许多干细胞表面标志物，如CD133[28]、CD44[29]和乙醛脱氢酶[30]也与肺癌干细胞的耐药性密切相关；肺癌干细胞具有更强的DNA损伤修复能力，可有效应对化疗引起的DNA损伤[31]；干细胞巢的保护作用也是固有耐药机制之一；某些放化疗方案主要针对增殖状态的细胞，静息期细胞可免受*伤杀**；干细胞巢可调节肺癌干细胞在静息－增殖状态之间的转换，使肺癌干细胞转入静息状态，从而获得耐药性[32]。
2．肿瘤微环境的选择压力：
肿瘤微环境中存在类似自然选择的"适者生存"过程，缺氧、化疗等应激事件常导致多数细胞死亡，小部分耐药性强的肺癌干细胞侥幸存活并不断增殖，致肺癌复发[33]。同时，自我更新的过程也是遗传学和表观遗传学事件积累的过程，可能诱发新的耐药突变[34]。肺癌干细胞内可能存在某些过路突变，一般情况下不引起表型变化，当存在选择压力时，可使肺癌干细胞获得某种生存优势(如耐药性)，从而提高其生存能力[35]。
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肺癌干细胞的靶向治疗
1．靶向干细胞标志物：
肺癌干细胞中存在多种小RNA(microRNA，miRNA)的异常表达[36]，如具有抑癌功能的miR－34a[37]和miR－145[38]，其类似物可能成为抗癌药物。Xia等[39]发现，抑制肺癌干细胞表面的ATP结合盒式转运体可改善肺癌的耐药性，可用于肺癌耐药时的辅助治疗。
2．靶向经典信号分子：
干细胞形成和肿瘤发生的过程主要涉及3条重要通路：Wnt/β－catenin[40]、Sonic Hedgehog(Shh)[41]和Notch[42]通路，3条通路中的各个节点都可能成为肺癌干细胞靶向治疗的靶点。Wnt通路以经典和非经典两种形式存在，多种方式下调经典Wnt/β－catenin通路信号，能取得明显的抗肿瘤效果[43,44,45,46]；非经典Wnt通路在肺癌干细胞中的作用仍有争议，尚需更多临床研究明确其功能；Shh通路与肺癌的发生、发展息息相关[47]，此通路的*制剂抑**大多应用于小细胞肺癌的治疗[48]；Notch通路*制剂抑**具有直接抗肿瘤作用，其中最受关注的γ－分泌酶*制剂抑**的相关研究已进入临床试验阶段[49]。另外，Notch通路*制剂抑**还具有放化疗增敏的效果，在耐药性肺癌的治疗中可能有较好的应用前景[50]。
除此之外，肺癌干细胞中还存在生存通路的过度激活[51]。Jiang等[52]发现，磷脂酰肌醇－3－激酶和丝氨酸或苏氨酸激酶通路的沉默能有效抑制肺癌干细胞的成瘤能力，进而影响肺癌生长。另外，信号传导及转录活化子3及其下游分子B细胞淋巴瘤或白血病－2分子的*制剂抑**均可显著抑制肺癌干细胞的生长，并清除处于静息期的肺癌干细胞[53]。上述结果表明，生存通路中的关键节点有望成为新的治疗靶点。
3．靶向表观遗传分子：
表观遗传学机制可能引起肿瘤干细胞基因表达的全局性改变[54]，这使得表观遗传学相关因素成为干细胞靶向治疗中的新方向。赖氨酸特异性脱甲基酶1在组蛋白去甲基化中发挥重要作用，有助于肺癌干细胞状态的维持，抑制该分子能减弱小细胞肺癌的生长能力[55]。
4．其他靶向治疗方法：
某些中枢神经系统药物，如镇静药甲硫哒嗪和抗抑郁药氯丙咪嗪可抑制肺癌干细胞生长，具有化疗增敏效果[56,57]。姜黄素可抑制肺癌干细胞的增殖和集落形成，是肺癌治疗中根除干细胞的新选择[58]。Sarvi等[59]发现，小细胞肺癌干细胞中神经肽受体的表达上调，且这些干细胞对一种广谱神经肽拮抗剂的抗肿瘤作用更加敏感，因此，神经肽受体也可作为小细胞肺癌干细胞靶向治疗的靶点之一。
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肺癌干细胞的免疫治疗
经典的肿瘤表面标志物组织因子，在包括肺癌在内的多种肿瘤干细胞中表达。组织因子的靶向制剂可通过激活不同免疫反应，有效根除肿瘤干细胞[60]。另一经典信号轴趋化因子配体12/趋化因子受体4，一方面通过激活肿瘤干细胞促进肺癌的发生，另一方面活化癌相关成纤维细胞发挥免疫抑制功能。研究结果表明，在肝细胞癌模型中，该信号轴的*制剂抑**能有效阻止免疫抑制性微环境的形成，增强靶向药物的治疗效果，提高动物的生存率。而上述*制剂抑**在肺癌中的相关研究也正在进行中[61]。
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肺癌干细胞的应用前景和挑战
肺癌干细胞在肺癌领域有巨大的应用前景。在机制研究领域，利用肺癌干细胞的标志物分选单个循环肺癌干细胞，并结合生物信息学分析手段，将有利于探究肺癌发生及转移过程中的关键因子。在肺癌治疗领域，首先可利用肺癌干细胞进行肺癌治疗药物的筛检、评估及配伍优化等，将有助于抗癌药物的研发和临床应用。其次，以肺癌干细胞作为靶点的个体化治疗可能在未来得以实现，尤其是针对多药耐药的患者。其应用范围不仅是靶向治疗，还包括免疫治疗，如肺癌干细胞特异性分子为抗原的抗体导向治疗，或合成抗体耦联细胞毒作用的*伤杀**因子所构成的"生物导弹"等。基因治疗也可能成为未来肺癌治疗的方法之一，在保证正常生理功能的前提下，将患者肺癌干细胞中编码与肺癌生长、转移及耐药的关键特异性分子的基因进行改造、沉默甚至敲除，也是肺癌治疗的发展方向。
尽管肺癌干细胞的应用领域广泛，但仍面临诸多挑战。其一，目前仍缺少用于筛选肺癌干细胞的特异性标志物。其二，虽然获取途径多样，但肺癌干细胞的诱导和鉴定缺乏统一的标准，不同实验室之间的异质性可能影响实验的可重复性。其三，肺癌干细胞靶向治疗的指征和可能受益人群尚不明确。其四，目前可能作为肺癌干细胞治疗靶点的通路或分子，大多在人体生理过程中占据同等重要的地位，抑制这些分子可能干扰人体的正常功能。因此，仍需进一步探究肺癌干细胞特异性的治疗靶点，或力求将此类靶向药物的作用范围缩小甚至锁定于病灶局部，提高药物的安全性。
总而言之，肺癌干细胞虽为肺癌的发生、发展、转移和治疗带来了很大启发，但肺癌干细胞的未来应用和面临的挑战却将并驾齐驱，只有不断深入探究才能将肺癌干细胞转化为*器武**，助力肺癌的攻克。
（参考文献略）