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肿瘤干细胞

评论2021-02-23来源:严选细胞网

什么是肿瘤干细胞

肿瘤干细胞(Cancer Stem Cell,CSC),也被称作癌干细胞,或癌症干细胞,是指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。现在已经很清楚肿瘤干细胞在肿瘤恶化和产生治疗抗性中起了重要作用,最突出的表现在血液系统癌症如白血病中。因此,有学者提出了肿瘤干细胞在肿瘤发生、发展、转移过程中都有重要作用,但到底什么是肿瘤干细胞现在尚无准确定义。

肿瘤干细胞和肿瘤组织细胞不同。这些细胞自身分化较慢,但对很多物理化学损伤(如放疗和化疗)耐受。据说化疗和放疗还能促进肿瘤干细胞的增殖。肿瘤干细胞被认为是肿瘤治疗复发的根源,因为即使多数肿瘤细胞被杀死,只要肿瘤干细胞还在,根据定义这些干细胞可以分化成肿瘤细胞。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视觉角度。

肿瘤干细胞

肿瘤干细胞的特性

肿瘤干细胞与正常干细胞具有许多共性,但是正常成人干细胞其增殖及自我更新的活性机制是受严格调控的,而肿瘤干细胞的增殖过程中正常遗传学调控机制失衡。许多调控正常干细胞生长和增殖的信号转导关键分子途径在肿瘤干细胞中发生突变或异常表达,如:Hedgehog(Hh)、Wnt/β-catenin、Notch、Bmi-1、Hox、Oct3/4 及TGF-p。此外,肿瘤干细胞具有3个重要特征:①自我更新能力。自我更新能力使其能够进行对称分裂和不对称分裂。对称分裂可以生成两个分化的子代细胞或者两个干细胞。不对称分裂可生成一个分化的子代细胞和一个干细胞。自我更新能力使肿瘤干细胞保持分化为前体细胞的能力。②多分化潜能。多分化潜能使肿瘤干细胞能够产生大量异质性细胞,进而形成肿瘤。Hurt等从乳腺癌细胞株LNCaP中分选出CD44TCD24T细胞,该类细胞具有较高的成瘤性,并且表达Oct-3/4和Bmi-1等维持自我更新的基因。③高增殖能力。在小鼠体内需要注射数以百万计的普通肿瘤细胞才能成瘤,而仅注射100个肿瘤干细胞就可成瘤。

肿瘤干细胞与普通肿瘤细胞的区别

肿瘤干细胞就相当于“肿瘤的种子”,肿瘤能无限生长,但并非每一个肿瘤细胞都能无限生长,而是其中一部分在无限生长,并且可以跟着血液流转到任何健康部位生根发芽成为新的肿瘤,另一部分肿瘤细胞是不能这样的。这就是二者的区别。

肿瘤干细胞

肿瘤干细胞分离

1. 免疫磁珠分选(MACS)

MACS 是基于肿瘤干细胞表面特异性抗原能与连接有磁珠的特异性单克隆抗体相结合,之后在外部磁场的作用下,连接有单克隆抗体磁珠的肿瘤干细胞停留在磁场中,而无特异性表面抗原的肿瘤细胞则不能与免疫磁珠结合,因而不能在磁场中停留,从而得以分离出肿瘤干细胞。

2. 流式细胞分选(FACS)

FACS 是通过将待分选的肿瘤细胞和肿瘤干细胞用同一种或多种荧光素标记的特异性抗体标记,根据肿瘤干细胞与肿瘤细胞结合荧光素标记抗体能力的差异,通过流式细胞仪将肿瘤干细胞分选出来的方法。

3. 根据生物学特性分离

根据肿瘤干细胞具有的某些生物学特性将肿瘤干细胞分离筛选出的方法。如可以通过细胞核对核染料的拒染性质、肿瘤干细胞体外培养所需的特殊条件等特性,分离出肿瘤干细胞。

4. 旁群细胞分选法 (SP)

肿瘤干细胞具有对核染料 Hoechst 33342 拒染的特性。Hoechst 33342 是一种核酸染料,在紫外光激发下可发出蓝色荧光 (波长 450 nm 左右) 和红色荧光 (波长 650 nm 左右),肿瘤干细胞可将染料外排,而不发出荧光,从而可将这类旁群细胞分离出来。

5. 无血清培养基分选法 (SFM)

在合成培养基的基础上,引入特定的生 长因子和细胞添加剂,使绝大多数肿瘤细胞由于缺乏生长所必须的血清成分而停止生长。

经长时间培养后最终死亡,而肿瘤干细胞则可以在含特定生长因子和添加剂的无血清培养基中呈球状悬浮生长。

经几代的培养增殖形成富含肿瘤于细胞的肿瘤细胞球在合成培养基的基础上,引入特定的生长因子和细胞添加剂,使绝大多数肿瘤细胞由于缺乏生长所必须的血清成分而停止生长。

经长时间培养后最终死亡,而肿瘤干细胞则可以在含特定生长因子和添加剂的无血清培养基中呈球状悬浮生长,经几代的培养增殖形成富含肿瘤于细胞的肿瘤细胞球。

6. 联合多种方法分离

在目前的研究中,肿瘤干细胞的分离并不是采用单一的方法,而是选用两种或者两种以上的分离方法,以获得数量更多、纯度更高的肿瘤干细胞。

肿瘤干细胞的研究现状

1、造血系统肿瘤

白血病是目前公认的由肿瘤干细胞引起的造血系统疾病,也是目前研究比较深入的一类病。park等人发现在白血病大鼠中提取的白血病细胞中仅有不到1%的细胞能在体外形成克隆,而且在体内形成克隆的也不过4%,这说明有少数白血病细胞能在体内外增生。Blair等人对急性髓性白血病的研究表明,不同的白血病细胞亚群移植到严重联合免疫缺陷病的裸鼠,其肿瘤细胞成瘤能力差异巨大,大部分的白血病细胞不能有效增殖,仅少数细胞有稳定持续的形成肿瘤克隆的能力。这些细胞的表面标志为[Thy-1-,CD34+,CD38-],约占白血病细胞总数的0.2%-1%,而造血干细胞为[Thy-1+,CD34+,CD38-],两者非常相似。所以,白血病干细胞可能来源于Thy-1-的祖细胞,或者是丧失了Thy-1+表达能力的干细胞。

2、脑部肿瘤

2003年Singh等从多种脑肿瘤中分离出肿瘤源性细胞。这些细胞具有神经干细胞分子标志CD133和巢蛋白,在体外培养可分化形成细胞表型与原位肿瘤类型相同的肿瘤细胞。2004年Galli等将这类细胞注射入小鼠颅内,在活体内产生了与原肿瘤类似的肿瘤,从体内研究进一步证实了脑肿瘤干细胞的存在。

肿瘤干细胞

3、乳腺肿瘤

2003年,Al-Haj等从人的乳腺组织中分离出预期的乳腺癌起始细胞(Breast Cancer-lnition Cell,BrCa-lC)。他们从乳腺癌的组织或胸水转移癌细胞中,根据细胞表面特异性的标志分离纯化出乳腺癌干细胞。这种细胞以in-ESA+CD44+CD24-/low为特异性细胞表面标志,虽然只占小鼠移植乳腺癌的2%,但其致瘤能力比未分类细胞大50倍,即只需200个此种细胞便可在小鼠乳腺中形成肿瘤。Al-Haj等在接下来的实验中用Lin-ESA+CD44+CD24-/low细胞免疫小鼠,发现新形成的肿瘤与原来肿瘤的表型异质性似,而且也仅Lin-ESA+CD44+CD24-/low细胞具有致瘤源性;与之相对的是,即使移植数千个其他表型的癌细胞,也不能形成移植肿瘤灶,这便充分证明了在NOD/SCID小鼠所形成的肿瘤灶内既包括这群肿瘤源性细胞,又包括其他表型的肿瘤细胞。

4、胰腺癌

胰腺癌细胞表面分子CD44、CD24和ESA的表达也存在异质性。Li等[6]研究发现,从患者原发性肿瘤中分离出的胰腺癌细胞通过三种表面标志分子CD44、CD24及ESA进行分选后,接种至NOD/SCID小鼠中观察其成瘤性。结果显示,未经过流式分选的细胞在102~104个细胞范围内,接种后连续观察16周均无明显的肿瘤形成。而经过CD44、CD24和ESA分选后的细胞致瘤性明显增强其中CD44+CD24+ESA+的胰腺癌细胞虽然所占的比例很少(占0.2%~0.8%),但致瘤性最强,只需100个即可在NOD/SCID小鼠中形成肿瘤,并且在小鼠体内连续传代的肿瘤中,这群细胞的比例不发生改变。不仅如此,CD44+CD24+ESA+胰腺癌细胞作为胰腺癌干细胞的这一特征在组织学中也得到证实。CD44+CD24+ESA+胰腺癌细胞形成的移植瘤与患者的原发性肿瘤相比不仅病理表现十分类似,而且胰腺癌分子标志物的表达类型也非常相近。这些均说明CD44+CD24+ESA+胰腺癌细胞具有自我更新和多向分化等干细胞特征。

此外,在肺癌、肝癌及前列腺癌中也已进行了肿瘤干细胞的研究,更进一步证实肿瘤干细胞是肿瘤发生的根源。

5、肺癌干细胞

肺组织干细胞包括气道黏膜的基底黏液细胞、细支气管的Clara细胞和Ⅱ型肺泡上皮细胞。近年,Kim等在支气管肺泡导管结合处分离出了支气管肺泡干细胞(broehioalveolar stemcells,BASCs),其细胞表面标志物为Sca-1*CD45PecamCD34*。BASCs在正常情况下处于静止状态,当支气管和肺泡发生损伤时产生增殖并表现出明显的多分化和自我更新能力,能够分化成其他类型的肺上皮细胞,表现出干细胞的特性。

6、肝癌干细胞

目前尚未见从肝癌细胞中分离出有特异表面标志的肝癌干细胞的报道。在肝脏发

育及再生过程中,由肝脏干细胞增殖分化形成肝脏的各种成熟细胞。目前认为肝脏干细胞分为肝源性干细胞和非肝源性干细胞,而肝源性干细胞中的卵圆细胞被认为是具有分化潜能的肝干细胞,是最接近肝癌干细胞的成体细胞,最早在肝细胞癌组织中被发现,卵圆细胞为肝组织内对损伤反应最敏感的一种细胞,对肝癌的发生、发展起重要作用。颜政等通过对人肝癌细胞进行原代培养,分离出不同类型的肝癌异质性细胞亚群,两亚群细胞在形态、增殖能力、成瘤性、DNA相对含量及克隆能力方面均存在异质性,且只有LCSC-2亚群具有致癌及自我更新能力,显示LCSC-2亚群具有干细胞特性,肿瘤异质性可能产生于肿瘤干细胞的分化。

肿瘤干细胞概念的提出是人类认识肿瘤发病机制的一大进步,为肿瘤的早期诊断和根治恶性肿瘤方法的研究提示了新的方向,提供了靶向性杀伤肿瘤干细胞、根治肿瘤、防止复发和转移的可能性,相信随着科研的不断发展,人类将攻克肿瘤治疗这个难题,为肿瘤患者带来希望。




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