腫瘤干細(xì)胞代謝在腫瘤發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

鄭詩(shī)凡，馬 皎

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院，上海 200025；2.上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子細(xì)胞生物學(xué)系，上海 200025

近年來(lái)，惡性腫瘤已成為嚴(yán)重威脅人類生命健康的疾病，無(wú)法徹底清除腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cells，CSCs）被認(rèn)為是腫瘤治療過(guò)程中的一個(gè)巨大障礙［1］。20 世紀(jì)90 年代，研究者首次在嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷小鼠中證實(shí)了具有急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）起始作用的白血病干細(xì)胞（leukemic stem cells，LSCs）的存在，并發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞具有共同的表面標(biāo)志CD34+CD38-［2-3］。AL-HAJJ等［4］首次在實(shí)體瘤中發(fā)現(xiàn)了乳腺癌CSCs，之后越來(lái)越多的研究［5-10］陸續(xù)報(bào)道了實(shí)體瘤中CSCs 的存在，包括腦腫瘤、結(jié)腸癌、胰腺癌、肺癌、肝癌和前列腺癌等。

腫瘤的傳統(tǒng)治療效果有限，這與腫瘤的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)、治療抗性以及免疫逃逸等生物學(xué)特性息息相關(guān)。CSCs是一群存在于異質(zhì)性腫瘤組織中的細(xì)胞亞群，作為一個(gè)功能性的概念，它們能夠表現(xiàn)出啟動(dòng)腫瘤發(fā)生、抵抗放射治療和化學(xué)治療（化療）、導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)等惡性行為［11-12］，因此，徹底清除CSCs有望提升腫瘤治療的效果。有研究認(rèn)為靶向CSCs的治療可使疾病達(dá)到臨床緩解，并產(chǎn)生持久的應(yīng)答，甚至治愈疾?。?3］。

基于CSCs 可作為潛在的治療靶點(diǎn)，有關(guān)其多方面的研究被陸續(xù)開(kāi)展，包括CSCs 特異的細(xì)胞表面抗原、自我更新信號(hào)通路以及表觀遺傳調(diào)控等［14-15］。然而，CSCs 的代謝特性卻未得到足夠的關(guān)注，許多研究忽略了腫瘤組織內(nèi)部的異質(zhì)性以及疾病的進(jìn)展對(duì)腫瘤細(xì)胞代謝模式的影響。尋找CSCs 的代謝弱點(diǎn)（vulnerability）并以此為靶標(biāo)，有望為腫瘤治療提供新的思路。本文擬對(duì)近年來(lái)有關(guān)CSCs 的代謝特性及其在腫瘤發(fā)展中的作用研究進(jìn)行相關(guān)綜述。

1 腫瘤干細(xì)胞的能量代謝特性

糖酵解和氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS） 是細(xì)胞能量代謝的2 條主要途徑。WARBURG［16］發(fā)現(xiàn)，相比于正常分化的細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞高度依賴糖酵解，即使在有氧條件下，依舊主要通過(guò)糖酵解的方式利用葡萄糖，這被稱為“Warburg效應(yīng)”。在許多實(shí)體瘤中，CSCs 也高度依賴糖酵解，這些CSCs 高表達(dá)糖酵解相關(guān)因子，包括葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體、己糖激酶和丙酮酸脫氫酶激酶等，抑制糖酵解過(guò)程中的關(guān)鍵酶活性或相關(guān)基因的表達(dá)將顯著減少CSCs 的數(shù)量，并使腫瘤生長(zhǎng)受損［17-20］。隨著研究的進(jìn)展，腫瘤的異質(zhì)性提示CSCs與其他腫瘤細(xì)胞在能量代謝方面存在差異，CSCs的能量代謝模式并非固定不變。能量代謝的靈活性不僅為細(xì)胞應(yīng)對(duì)外環(huán)境的變化創(chuàng)造條件，還與細(xì)胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)的調(diào)控息息相關(guān)。

1.1 OXPHOS

盡管糖酵解作為CSCs 的重要能量代謝途徑已在許多研究中得到證實(shí)，越來(lái)越多的研究關(guān)注到OXPHOS 對(duì)CSCs 的生存及其發(fā)揮作用至關(guān)重要。在一系列線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)復(fù)合物的參與下，電子和H+從供體還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）或還原型黃素腺嘌呤二核苷酸（reduced flavin adenine dinucleotide，F(xiàn)ADH2）傳遞至受體O2，同時(shí)釋放能量驅(qū)動(dòng)ATP的生成。

LAGADINOU 等［21］發(fā)現(xiàn)富集了LSCs 的低水平活性氧（reactive oxygen species，ROS）的AML 細(xì)胞高表達(dá)B 淋巴細(xì)胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）這一具有調(diào)控線粒體作用的抗凋亡蛋白，抑制Bcl-2能夠阻斷細(xì)胞的OXPHOS 并迅速降低LSCs 中ATP 的產(chǎn)量，高水平ROS 的AML 細(xì)胞和正常的CD34+細(xì)胞可通過(guò)上調(diào)糖酵解代償細(xì)胞對(duì)能量的需求，而LSCs的備用糖酵解能力（reserve glycolytic capacity）則明顯不足，LSCs 這一獨(dú)特的能量代謝弱點(diǎn)有望成為臨床上選擇性清除LSCs 的靶點(diǎn)。在慢性髓系白血?。╟hronic myeloid leukemia，CML）中，研究者通過(guò)同位素示蹤聯(lián)合代謝組學(xué)的方法證實(shí)，LSCs 相比于其他CML 細(xì)胞可更高效地將軟脂酸和葡萄糖轉(zhuǎn)化為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，并高度依賴OXPHOS；在離體和異種移植模型中，聯(lián)合應(yīng)用具有抑制線粒體翻譯功能的四環(huán)素和酪氨酸激酶抑制劑伊馬替尼的化療方法能夠靶向清除CML LSCs，從而減少腫瘤復(fù)發(fā)和獲得性耐藥的產(chǎn)生［22］。

OXPHOS 對(duì)CSCs 的重要作用在實(shí)體瘤中依舊存在。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（glioma stem cells，GSCs）比分化的瘤細(xì)胞具有更高的氧化代謝和ATP 水平，抑制OXPHOS 而非糖酵解將大大損傷GSCs 成瘤和異種移植存活能力［23］。GSCs的OXPHOS受內(nèi)源性胰島素樣生長(zhǎng)因子2 mRNA 結(jié)合蛋白2 （insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2，IMP2） 的 調(diào) 控，IMP2 負(fù)責(zé)向線粒體運(yùn)送編碼呼吸鏈相關(guān)成分的mRNA，并通過(guò)輔助呼吸鏈復(fù)合物的組裝來(lái)維持OXPHOS［24］。另有研究根據(jù)胰腺癌CSCs的能量代謝特性，在離體條件下通過(guò)轉(zhuǎn)變碳源，即以半乳糖代替葡萄糖，促使胰腺癌細(xì)胞更多地進(jìn)行OXPHOS，并以此來(lái)富集胰腺癌CSCs；這些富集得到的細(xì)胞表現(xiàn)出上調(diào)表達(dá)的CSCs表面抗原、增強(qiáng)的致瘤能力和免疫逃逸等特性［25］。LEE等［26］揭示了在三陰性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）中，原癌基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子MYC 和抗凋亡蛋白MCL1可協(xié)同增強(qiáng)CSCs中OXPHOS，并誘導(dǎo)維持CSCs 的化療抗性。此外，相關(guān)研究還報(bào)道了卵巢癌、結(jié)直腸癌和膽管癌等實(shí)體瘤的CSCs也表現(xiàn)出類似的能量代謝特性［27-30］。

CSCs 對(duì)OXPHOS 的特殊需求使得線粒體電子傳遞鏈有望成為臨床治療的突破點(diǎn)。如前所述，四環(huán)素被研究用于靶向清除LSCs，因其能夠抑制線粒體蛋白質(zhì)的翻譯從而阻斷OXPHOS 并使細(xì)胞功能受損［22，31］。直接針對(duì)電子傳遞鏈復(fù)合物Ⅰ的小分子抑制劑IACS-010759 目前正在AML 和實(shí)體瘤中進(jìn)行Ⅰ期臨床試驗(yàn)；在之前的研究中發(fā)現(xiàn)該抑制劑能夠有效抑制腫瘤生長(zhǎng)并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，該小分子抑制劑不僅能夠損害CSCs 中的能量代謝，還可阻斷細(xì)胞生物合成所必需的大分子的生成［32］。在實(shí)體瘤中，二甲雙胍被作為OXPHOS 的抑制劑應(yīng)用于卵巢癌和胰腺癌的研究與治療中。一項(xiàng)Ⅱ期臨床試驗(yàn)的結(jié)果表明二甲雙胍能夠有效減少卵巢癌CSCs 的數(shù)量并增強(qiáng)腫瘤對(duì)順鉑的敏感性［33］，然而二甲雙胍對(duì)改善晚期胰腺癌的治療效果并不理想［34］。盡管胰腺癌CSCs被認(rèn)為高度依賴OXPHOS，但仍舊發(fā)現(xiàn)在初始治療前即已存在一小部分抵抗二甲雙胍的CSCs 亞群，這些細(xì)胞通常具有相同的分子標(biāo)志CD133+/Mitolow，它們表現(xiàn)出一種中間過(guò)渡狀態(tài)的代謝表型，從而使得這些細(xì)胞能夠免受二甲雙胍?guī)?lái)的治療壓力［35］。

1.2 能量代謝適應(yīng)性

有關(guān)CSCs 主要的能量代謝途徑仍舊存在爭(zhēng)議。不同腫瘤來(lái)源CSCs 的能量代謝存在一定的差異，且隨著疾病的進(jìn)展和腫瘤微環(huán)境的改變，CSCs 的代謝表型將發(fā)生改變，即出現(xiàn)代謝適應(yīng)性。

如前所述，糖酵解和OXPHOS 對(duì)GSCs維持其生物學(xué)功能均有重要的作用［20，23］。較新的研究發(fā)現(xiàn)，分別以糖酵解或OXPHOS 為主要能量代謝途徑的GSCs 可在同一腫瘤組織中被找到，后者被稱為線粒體型GSCs，應(yīng)用呼吸鏈抑制劑寡霉素可使線粒體型GSCs 轉(zhuǎn)變能量代謝模式，從而增加糖酵解相關(guān)代謝酶的表達(dá)并提高乳酸的產(chǎn)量［36］。與之類似的是，在卵巢癌的小鼠模型中，卵巢癌干細(xì)胞（ovarian cancer stem cells，OCSCs）能夠加快糖酵解的速率以應(yīng)對(duì)寡霉素的產(chǎn)能抑制，又可在解偶聯(lián)時(shí)提升細(xì)胞對(duì)氧氣的攝取率，從而維持呼吸鏈的質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)能［37］。乳腺癌干細(xì)胞（breast caner stem cells，BCSCs）通常具有2 種不同表型的細(xì)胞亞群，上皮樣（epitheliallike， E） BCSCs 高 表 達(dá) 乙 醛 脫 氫 酶（aldehyde dehydrogenase，ALDH）并處于增殖狀態(tài)，而間充質(zhì)樣（mesenchymal-like，M）BCSCs 的細(xì)胞周期通常是靜息的，其具有明顯的侵襲性［38］。LUO 等［39］發(fā)現(xiàn)E-BCSCs 和M-BCSCs 的代謝特性具有顯著差異：E-BCSCs 中的OXPHOS 更為活躍，因而具有較高的ROS 水平；而M-BCSCs 高度依賴糖酵解，其ROS 水平較低，由缺氧或糖酵解抑制劑造成的氧化應(yīng)激可使BCSCs 發(fā)生間充質(zhì)樣到上皮樣的轉(zhuǎn)變，從而改變細(xì)胞的能量代謝模式與細(xì)胞內(nèi)ROS 水平。在AML 的相關(guān)研究中，研究者利用細(xì)胞間ROS 水平的差異富集LSCs，無(wú)論是新發(fā)還是復(fù)發(fā)的病例，其LSCs 普遍呈現(xiàn)出相對(duì)較低的ROS 水平［21，40］，這與低水平ROS 對(duì)維持LSCs的干性具有重要作用有關(guān)［41］。

上述研究充分體現(xiàn)了CSCs靈活的能量代謝特性。CSCs 中主導(dǎo)的能量代謝途徑究竟是糖酵解還是OXPHOS 與腫瘤類別、腫瘤微環(huán)境、CSCs 的不同亞群以及細(xì)胞所處的氧化應(yīng)激狀態(tài)等有著密切的聯(lián)系。

2 腫瘤干細(xì)胞的物質(zhì)代謝特性

OXPHOS 的上游環(huán)節(jié)涉及多種物質(zhì)的合成與分解代謝，包括葡萄糖、氨基酸和脂質(zhì)等，這些物質(zhì)可轉(zhuǎn)化為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物進(jìn)而生成NADH 或FADH2，為OXPHOS 提供原料。物質(zhì)代謝為CSCs 的能量代謝提供原料，同時(shí)也對(duì)維持CSCs 的生物學(xué)特征起關(guān)鍵作用。

2.1 不靈活的氨基酸代謝

對(duì)底物的選擇性依賴抑或協(xié)調(diào)利用可反映CSCs物質(zhì)代謝的靈活度。已有臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，聯(lián)合應(yīng)用Bcl-2 抑制劑維奈托克（venetoclax）和去甲基化藥物阿扎胞苷（azacitidine）在不適用傳統(tǒng)化療的新發(fā)老年AML 病例中取得了非常可觀的治療效果［42］。JONES 等［43］進(jìn)一步探索了該化療方案的潛在作用機(jī)制，在新發(fā)AML 病例中，LSCs選擇性依賴氨基酸的分解代謝驅(qū)動(dòng)OXPHOS，而其他底物如葡萄糖、谷氨酰胺和脂質(zhì)的缺失并未對(duì)LSCs 的OXPHOS 造成較大影響；該化療方案通過(guò)抑制LSCs 對(duì)氨基酸的攝取來(lái)削弱細(xì)胞內(nèi)氨基酸代謝水平，進(jìn)而導(dǎo)致OXPHOS驅(qū)動(dòng)不足，從而達(dá)到靶向清除LSCs的目的。與LSCs不同的是，高水平ROS 的AML 細(xì)胞可通過(guò)加強(qiáng)糖酵解和脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，F(xiàn)AO）應(yīng)對(duì)由氨基酸缺失導(dǎo)致的細(xì)胞產(chǎn)能不足［43］，這一現(xiàn)象在前人的研究中也可得到驗(yàn)證［21］。LSCs 對(duì)氨基酸的獨(dú)特需求反映出其代謝的不靈活性（metabolic inflexibility）。研究者敏銳地捕捉到了以該代謝弱點(diǎn)為靶標(biāo)的潛在治療價(jià)值，并推進(jìn)向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

然而，關(guān)于LSCs 氨基酸代謝不靈活性的形成原因仍有待闡明。一種解釋是LSCs 已經(jīng)發(fā)揮了自身最大的底物代謝能力，而無(wú)法再對(duì)細(xì)胞產(chǎn)能不足做出進(jìn)一步的代償［44］。值得注意的是，聯(lián)合應(yīng)用維奈托克和阿扎胞苷對(duì)復(fù)發(fā)AML 病例的治療效果并不理想［45］，進(jìn)一步研究表明復(fù)發(fā)的LSCs可通過(guò)增強(qiáng)FAO來(lái)應(yīng)對(duì)聯(lián)合化療造成的細(xì)胞內(nèi)氨基酸水平不足［43］。復(fù)發(fā)LSCs 相較于新發(fā)LSCs 具有更加靈活的代謝表型，這提示CSCs 的代謝特性隨疾病的進(jìn)展發(fā)生了改變。

LSCs 氨基酸代謝的不靈活性為腫瘤治療提供了新的窗口，選擇性針對(duì)CSCs 的代謝弱點(diǎn)而避免造成對(duì)其他正常細(xì)胞的傷害有望顯著改善腫瘤治療效果并降低腫瘤復(fù)發(fā)率。

2.2 活躍的脂代謝

越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，CSCs 中活躍的脂代謝對(duì)維持CSCs 的生物學(xué)特征具有重要作用。異?；钴S的脂肪酸從頭合成是CSCs 脂代謝的顯著特征，該過(guò)程中關(guān)鍵的限速酶乙酰輔酶A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC） 和 脂 肪 酸 合 成 酶（fatty acid synthase，F(xiàn)ASN），以及重要的轉(zhuǎn)錄因子（sterol regulatory element-binding proteins， SREBPs） 在CSCs中高度表達(dá)［46-48］。藥物抑制FASN 將使GSCs失去干性標(biāo)志，并阻礙GSCs的生長(zhǎng)與侵襲［47］。

脂肪酸的不飽和化在CSCs 中顯著增加。研究［49-51］發(fā)現(xiàn)，卵巢癌、結(jié)直腸癌和前列腺癌來(lái)源的CSCs 對(duì)不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acids，UFAs）具有較大的需求，且硬脂酰輔酶A去飽和酶1（stearoyl-CoA desaturase 1，SCD1）在這些CSCs中存在過(guò)表達(dá)的現(xiàn)象。UFAs 是磷脂、三酰甘油和膽固醇酯等脂質(zhì)化合物的合成底物，能夠維持細(xì)胞膜的流動(dòng)性。ZHANG 等［52］在卵巢癌研究中發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)的SCD1 能夠加速CSCs 中脂肪酸不飽和化的過(guò)程，并緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而表現(xiàn)出對(duì)CSCs 的保護(hù)作用，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展與轉(zhuǎn)移。從機(jī)制上來(lái)看，SCD1通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)UFAs 的含量激活由核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）介導(dǎo)的信號(hào)通路，該信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑又反過(guò)來(lái)調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)進(jìn)一步促進(jìn)脂肪酸去飽和。這一脂肪酸不飽和化的正反饋調(diào)控過(guò)程對(duì)維持CSCs 的干性具有重要作用，有望成為臨床治療CSCs 的有效靶點(diǎn)［49］?；钴S的膽固醇合成也是CSCs 脂代謝的一大特點(diǎn)?？焖僭鲋车哪[瘤細(xì)胞需要更多的膽固醇合成細(xì)胞膜，同時(shí)，膽固醇作為脂筏的重要組成部分在介導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。蛋白質(zhì)組學(xué)研究顯示，膽固醇從頭合成過(guò)程中的關(guān)鍵酶在BCSCs 中高度表達(dá)，大樣本的乳腺癌病例隊(duì)列研究結(jié)果［53］提示，異?；钴S的膽固醇合成代謝與TNBC 的不良預(yù)后相關(guān)，辛伐他?。╯imvastatin）和小干擾RNA均能通過(guò)阻斷CSCs的膽固醇合成抑制腫瘤生長(zhǎng)。此外，過(guò)表達(dá)特異性調(diào)控膽固醇合成的轉(zhuǎn)錄因子SREBP2 能夠促進(jìn)前列腺癌CSCs 的增殖，而基因沉默SREBP2則顯著削弱了CSCs 的異種移植成瘤能力［54］。

3 腫瘤干細(xì)胞代謝與腫瘤的治療抗性及復(fù)發(fā)

CSCs與其他腫瘤細(xì)胞在能量和物質(zhì)代謝等方面均存在差異，這加劇了腫瘤內(nèi)異質(zhì)性（intra-tumor heterogeneity）的演進(jìn)。由一小部分具有自我更新和分化能力的CSCs起始，并衍生出不同的子代細(xì)胞，通過(guò)遺傳、代謝以及腫瘤微環(huán)境等多因素的共同作用維持腫瘤發(fā)生發(fā)展，從而形成特定的層級(jí)（hierarchy）結(jié)構(gòu)［55］。腫瘤發(fā)生發(fā)展的過(guò)程伴隨腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的不斷演進(jìn)，并可造成腫瘤的治療抗性與復(fù)發(fā)。

3.1 腫瘤干細(xì)胞在治療壓力下的代謝重編程

新發(fā)與復(fù)發(fā)AML 樣本的全基因組成對(duì)深度測(cè)序結(jié)果［56］提示，腫瘤的復(fù)發(fā)與LSCs 密切相關(guān)，部分LSCs 在初診時(shí)即已存在，這些具有治療抗性的LSCs是克隆演變與治療壓力共同選擇的結(jié)果。如前所述，盡管聯(lián)合應(yīng)用維奈托克和阿扎胞苷為AML 的治療帶來(lái)了希望，但仍存在部分難治和復(fù)發(fā)的病例在接受該化療方案后無(wú)法達(dá)到臨床上的完全緩解［45］，這使得進(jìn)一步探索腫瘤抵抗靶向CSCs 代謝治療的機(jī)制變得尤為重要。

復(fù)發(fā)LSCs 中顯著增強(qiáng)的FAO 可能成為細(xì)胞拯救由氨基酸代謝缺損導(dǎo)致的產(chǎn)能不足的核心環(huán)節(jié)［43］。STEVENS 等［57］在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究了LSCs 上調(diào)脂代謝的代償機(jī)制：脂肪酸的總含量在不同治療敏感性的細(xì)胞內(nèi)并未表現(xiàn)出顯著差異，然而輔助脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線粒體內(nèi)的相關(guān)物質(zhì)（乙酰肉堿等），在具有治療抗性的LSCs 中顯著增加；進(jìn)一步通過(guò)同位素示蹤實(shí)驗(yàn)證實(shí)，脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)這一環(huán)節(jié)在LSCs 抵抗聯(lián)合化療時(shí)具有重要作用。據(jù)此，研究者設(shè)計(jì)了靶向脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)的治療方案，無(wú)論是應(yīng)用CD36 抑制劑SSO 抑制細(xì)胞對(duì)脂肪酸的攝取［43］，還是通過(guò)基因敲除或藥物抑制肉堿酯酰轉(zhuǎn)移酶（carnitine palmitoyl transferase，CPT）來(lái)阻斷脂肪酸進(jìn)入線粒體［57］，均能在保護(hù)正常造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cells，HSCs）功能的前提下，恢復(fù)LSCs對(duì)聯(lián)合化療方案的敏感性。與之類似的是，F(xiàn)AO 在乳腺癌應(yīng)對(duì)治療壓力時(shí)，對(duì)BCSCs 維持自我更新和誘導(dǎo)化療抗性具有重要作用。乳腺脂肪組織來(lái)源的瘦素（leptin）能夠通過(guò)Janus 激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子3 （Janus kinase/signal transduction and transcriptional activator 3，JAK/STAT3）信號(hào)通路促進(jìn)CPT1B 的表達(dá)進(jìn)而增強(qiáng)BCSCs 中的FAO。在乳腺癌的小鼠模型中，抑制leptin-JAK/STAT3-CPT1B 軸能夠恢復(fù)BCSCs 的化療敏感性，進(jìn)而起到抑制腫瘤的效果［58］。

鑒于部分難治或復(fù)發(fā)病例中CSCs的代謝靈活性，尋找更加上游的調(diào)控靶點(diǎn)從而多通路阻斷CSCs 為應(yīng)對(duì)治療壓力而發(fā)生的代謝重編程具有重要的研究?jī)r(jià)值。JONES 等［59］研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)發(fā)LSCs 可通過(guò)增強(qiáng)煙堿代謝提高細(xì)胞內(nèi)NAD+的水平，進(jìn)而促進(jìn)由NAD+介導(dǎo)的細(xì)胞中氨基酸和脂肪酸代謝，從而驅(qū)動(dòng)并維持細(xì)胞的OXPHOS；抑制煙堿代謝過(guò)程中重要的限速酶煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（nicotinamide phosphoribo-syltransferase，NAMPT）能夠顯著降低異種移植模型中的腫瘤負(fù)荷和LSCs的數(shù)量。

3.2 腫瘤微環(huán)境通過(guò)影響CSCs代謝增強(qiáng)治療抵抗

值得注意的是，除了治療壓力直接導(dǎo)致CSCs 代謝發(fā)生改變，腫瘤微環(huán)境通過(guò)與CSCs 互作影響其代謝表型，進(jìn)而增強(qiáng)CSCs的治療抵抗能力。在CML動(dòng)物模型中，研究者證實(shí)性腺脂肪組織（gonadal adipose tissue，GAT）是LSCs除造血器官外重要的儲(chǔ)蓄池（reservoir），GAT 中的LSCs 具有明顯的促炎表型，它們能夠上調(diào)分泌多種促炎因子和趨化因子，其中部分細(xì)胞因子［如腫瘤壞死因子-α （tumor necrosis factor- α， TNF- α）、 白 細(xì) 胞 介 素-1α（interleukin-1α，IL-1α）、IL-1β、集 落 刺 激 因 子2（colony stimulating factor 2，CSF2）］具有促進(jìn)GAT脂肪動(dòng)員與分解的作用，GAT 的脂解作用又可反過(guò)來(lái)增強(qiáng)激活CD36+LSCs 中的FAO，從而使GAT 中的LSCs 獲得比骨髓LSCs 更強(qiáng)大的治療抗性［60］。對(duì)于晚期胃癌，腫瘤組織中的間充質(zhì)干細(xì)胞通過(guò)分泌大量的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1） 誘導(dǎo)長(zhǎng)鏈非編碼RNA （long non-coding RNA，lncRNA）MACC1-AS1的表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)由FAO介導(dǎo)的CSCs自我更新與治療抵抗［61］。此外，胰腺癌CSCs 對(duì)吉西他濱的獲得性耐藥已成為晚期胰腺癌治療過(guò)程中的一個(gè)巨大障礙。研究發(fā)現(xiàn)缺氧微環(huán)境通過(guò)蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）/Notch1 介導(dǎo)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)胰腺癌CSCs 的化療抗性［62］；在小鼠模型中，應(yīng)用靶向固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋 白1 （sterol regulatory element binding protein-1，SREBP1）的白藜蘆醇能夠通過(guò)抑制脂代謝恢復(fù)吉西他濱對(duì)胰腺癌CSCs的治療作用［48］。

4 腫瘤干細(xì)胞代謝與表觀遺傳調(diào)控

CSCs 代謝為腫瘤發(fā)展提供了必需的能量和生物合成所需的物質(zhì)，相關(guān)代謝產(chǎn)物還可通過(guò)直接參與表觀遺傳調(diào)控影響細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達(dá)等過(guò)程，顯著改變腫瘤的生物學(xué)特征。

多項(xiàng)腫瘤研究［63-67］發(fā)現(xiàn)支鏈氨基酸（branchedchain amino acid，BCAA）代謝及高表達(dá)的BCAA 轉(zhuǎn)氨 酶1 （branched chain amino acid transaminase 1，BCAT1）與腫瘤的惡性行為密切相關(guān)。胞質(zhì)中的BCAT1 介導(dǎo)BCAA 上的α-氨基轉(zhuǎn)移至α-酮戊二酸鹽（α-ketoglutarate，αKG），從而生成相應(yīng)的產(chǎn)物，因而B(niǎo)CAT1 是細(xì)胞內(nèi)維持αKG 穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)控因子。αKG 除了作為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物參與細(xì)胞的能量和物質(zhì)代謝，還是去甲基化酶TET 家族的重要輔因子［68］。在AML 中，BCAT1 的高表達(dá)水平與患者顯著縮短的生存時(shí)間密切相關(guān)；在復(fù)發(fā)病例中BCAT1 的含量顯著升高，過(guò)表達(dá)BCAT1 可通過(guò)降低細(xì)胞內(nèi)αKG 的水平削弱去甲基化酶TET 甲基胞嘧啶雙加氧酶2（tet methylcytosine dioxygenase 2，TET2）的活性，從而造成LSCs中DNA 高甲基化狀態(tài)，并阻礙基因表達(dá)；轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析進(jìn)一步證實(shí)了BCAT1 對(duì)維持LSCs 干性的作用［69］。通過(guò)限制細(xì)胞內(nèi)αKG 的含量，BCAT1 將BCAA 代謝與細(xì)胞的表觀遺傳調(diào)控緊密連接，因而B(niǎo)CAA-BCAT1-αKG 軸有望為腫瘤治療提供新的靶點(diǎn)。

DNA 高甲基化狀態(tài)同樣存在于攜帶有編碼異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）基因突變的AML病例中［70］。野生型IDH作為三羧酸循環(huán)中重要的代謝酶催化異檸檬酸轉(zhuǎn)變?yōu)棣罧G，突變的IDH可進(jìn)一步將αKG 還原為癌代謝物2-羥基戊二酸（2-hydroxyglutarate，2-HG），2-HG 競(jìng)爭(zhēng)性抑制αKG依賴的去甲基化酶TET2，因而IDH突變將間接造成細(xì)胞內(nèi)DNA 高甲基化狀態(tài)，從而阻礙細(xì)胞分化，促進(jìn)腫瘤起始和進(jìn)展［71-72］。15%～20%的AML病例攜帶著IDH基因突變，且該突變?cè)诎籽“l(fā)生早期即可存在，并持續(xù)伴隨著腫瘤的發(fā)展［73］。分別針對(duì)突變IDH1和IDH2的小分子抑制劑艾伏尼布（ivosidenib）和恩西地平（enasidenib）在多項(xiàng)研究中已被證實(shí)可通過(guò)降低細(xì)胞內(nèi)2-HG 的含量緩解DNA 高甲基化狀態(tài)，從而誘導(dǎo)白血病細(xì)胞分化［74-76］。

在實(shí)體瘤研究中，CSCs 代謝對(duì)表觀遺傳調(diào)控的重要作用仍舊存在。WANG 等［77］發(fā)現(xiàn)甲硫氨酸循環(huán)在非小細(xì)胞肺癌CSCs 中異常活躍，使用藥物短暫地抑制甲硫氨酸循環(huán)中的代謝酶甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶2A（methionine adenosyltransferaes 2A，MAT2A）即可使細(xì)胞內(nèi)的S- 腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）幾乎完全喪失，從而顯著降低組蛋白甲基化水平，并嚴(yán)重?fù)p傷CSCs的腫瘤起始功能。這一研究結(jié)果提示，短暫改變的物質(zhì)代謝可通過(guò)長(zhǎng)效的表觀遺傳調(diào)控對(duì)腫瘤的生物學(xué)特征產(chǎn)生顯著影響。因而，進(jìn)一步探索CSCs 代謝與表觀遺傳調(diào)控的聯(lián)系有望為腫瘤治療提供新的思路。

5 問(wèn)題與展望

自首次在惡性血液腫瘤中發(fā)現(xiàn)CSCs 后，近30 年來(lái)人們對(duì)于CSCs 的研究取得了突破性的進(jìn)展。利用特異的表面標(biāo)志物對(duì)細(xì)胞進(jìn)行篩選進(jìn)而進(jìn)行異種移植實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為是鑒定和分選功能性CSCs 的金標(biāo)準(zhǔn)。然而此過(guò)程涉及細(xì)胞脫離體內(nèi)原始環(huán)境，附加操作是否改變了CSCs 并使其表現(xiàn)出不同于原始狀態(tài)下的生物學(xué)特征仍舊存在著爭(zhēng)議［55］。因此更加準(zhǔn)確地定義、分選甚至原位鑒別CSCs 對(duì)后續(xù)研究的開(kāi)展具有十分重要的意義。

越來(lái)越多的研究揭示了CSCs 在異質(zhì)性腫瘤組織中獨(dú)特的代謝特征及其在腫瘤發(fā)展中的重要作用，CSCs 不同于正常細(xì)胞的代謝弱點(diǎn)為腫瘤的靶向治療提供了有利的窗口。然而，我們?nèi)詰?yīng)充分認(rèn)識(shí)到疾病的進(jìn)展和腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的演進(jìn)對(duì)CSCs 代謝產(chǎn)生的影響，因此深入探究CSCs 的代謝機(jī)制從而靶向其代謝弱點(diǎn)有望為腫瘤治療帶來(lái)新的希望。此外，目前的治療方法仍舊難以完全克服腫瘤的治療抗性與復(fù)發(fā)，進(jìn)一步挖掘抵抗靶向CSCs 代謝治療的發(fā)生機(jī)制將會(huì)極大地推動(dòng)安全且高效的腫瘤治療策略的研發(fā)。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors'Contributions

鄭詩(shī)凡參與論文的撰寫；鄭詩(shī)凡和馬皎參與論文修改。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

The manuscript was drafted by ZHENG Shifan，and was revised by ZHENG Shifan and MA Jiao.All the authors have read the last version of paper and consented for submission.

·Received：2022-03-02

·Accepted：2022-06-01

·Published online：2022-06-28