鄭詩凡，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，惡性腫瘤已成為嚴(yán)重威脅人類生命健康的疾病，無法徹底清除腫瘤干細(xì)胞（cancer stem cells，CSCs）被認(rèn)為是腫瘤治療過程中的一個巨大障礙［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］首次在實體瘤中發(fā)現(xiàn)了乳腺癌CSCs，之后越來越多的研究［5-10］陸續(xù)報道了實體瘤中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，作為一個功能性的概念，它們能夠表現(xiàn)出啟動腫瘤發(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，有關(guān)其多方面的研究被陸續(xù)開展，包括CSCs 特異的細(xì)胞表面抗原、自我更新信號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)性以及疾病的進展對腫瘤細(xì)胞代謝模式的影響。尋找CSCs 的代謝弱點（vulnerability）并以此為靶標(biāo)，有望為腫瘤治療提供新的思路。本文擬對近年來有關(guān)CSCs 的代謝特性及其在腫瘤發(fā)展中的作用研究進行相關(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，依舊主要通過糖酵解的方式利用葡萄糖，這被稱為“Warburg效應(yīng)”。在許多實體瘤中，CSCs 也高度依賴糖酵解，這些CSCs 高表達糖酵解相關(guān)因子，包括葡萄糖轉(zhuǎn)運體、己糖激酶和丙酮酸脫氫酶激酶等，抑制糖酵解過程中的關(guān)鍵酶活性或相關(guān)基因的表達將顯著減少CSCs 的數(shù)量，并使腫瘤生長受損［17-20］。隨著研究的進展，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，越來越多的研究關(guān)注到OXPHOS 對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，同時釋放能量驅(qū)動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)胞可通過上調(diào)糖酵解代償細(xì)胞對能量的需求，而LSCs的備用糖酵解能力（reserve glycolytic capacity）則明顯不足，LSCs 這一獨特的能量代謝弱點有望成為臨床上選擇性清除LSCs 的靶點。在慢性髓系白血病（chronic myeloid leukemia，CML）中，研究者通過同位素示蹤聯(lián)合代謝組學(xué)的方法證實，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CSCs 的重要作用在實體瘤中依舊存在。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)向線粒體運送編碼呼吸鏈相關(guān)成分的mRNA，并通過輔助呼吸鏈復(fù)合物的組裝來維持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)胞更多地進行OXPHOS，并以此來富集胰腺癌CSCs；這些富集得到的細(xì)胞表現(xiàn)出上調(diào)表達的CSCs表面抗原、增強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CSCs中OXPHOS，并誘導(dǎo)維持CSCs 的化療抗性。此外，相關(guān)研究還報道了卵巢癌、結(jié)直腸癌和膽管癌等實體瘤的CSCs也表現(xiàn)出類似的能量代謝特性［27-30］。

CSCs 對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。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 和實體瘤中進行Ⅰ期臨床試驗；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Ⅱ期臨床試驗的結(jié)果表明二甲雙胍能夠有效減少卵巢癌CSCs 的數(shù)量并增強腫瘤對順鉑的敏感性［33］，然而二甲雙胍對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)淼闹委焿毫Γ?5］。

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議。不同腫瘤來源CSCs 的能量代謝存在一定的差異，且隨著疾病的進展和腫瘤微環(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)對寡霉素的產(chǎn)能抑制，又可在解偶聯(lián)時提升細(xì)胞對氧氣的攝取率，從而維持呼吸鏈的質(zhì)子動力勢能［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 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，無論是新發(fā)還是復(fù)發(fā)的病例，其LSCs 普遍呈現(xiàn)出相對較低的ROS 水平［21，40］，這與低水平ROS 對維持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，同時也對維持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］進一步探索了該化療方案的潛在作用機制，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OXPHOS，而其他底物如葡萄糖、谷氨酰胺和脂質(zhì)的缺失并未對LSCs 的OXPHOS 造成較大影響；該化療方案通過抑制LSCs 對氨基酸的攝取來削弱細(xì)胞內(nèi)氨基酸代謝水平，進而導(dǎo)致OXPHOS驅(qū)動不足，從而達到靶向清除LSCs的目的。與LSCs不同的是，高水平ROS 的AML 細(xì)胞可通過加強糖酵解和脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，F(xiàn)AO）應(yīng)對由氨基酸缺失導(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證［21］。LSCs 對氨基酸的獨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為靶標(biāo)的潛在治療價值，并推進向臨床應(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，而無法再對細(xì)胞產(chǎn)能不足做出進一步的代償［44］。值得注意的是，聯(lián)合應(yīng)用維奈托克和阿扎胞苷對復(fù)發(fā)AML 病例的治療效果并不理想［45］，進一步研究表明復(fù)發(fā)的LSCs可通過增強FAO來應(yīng)對聯(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CSCs 的代謝弱點而避免造成對其他正常細(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

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，CSCs 中活躍的脂代謝對維持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［46-48］。藥物抑制FASN 將使GSCs失去干性標(biāo)志，并阻礙GSCs的生長與侵襲［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源的CSCs 對不飽和脂肪酸（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中存在過表達的現(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)胞膜的流動性。ZHANG 等［52］在卵巢癌研究中發(fā)現(xiàn)，高表達的SCD1 能夠加速CSCs 中脂肪酸不飽和化的過程，并緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而表現(xiàn)出對CSCs 的保護作用，進而促進腫瘤的發(fā)展與轉(zhuǎn)移。從機制上來看，SCD1通過增加細(xì)胞內(nèi)UFAs 的含量激活由核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）介導(dǎo)的信號通路，該信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑又反過來調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達進一步促進脂肪酸去飽和。這一脂肪酸不飽和化的正反饋調(diào)控過程對維持CSCs 的干性具有重要作用，有望成為臨床治療CSCs 的有效靶點［49］。活躍的膽固醇合成也是CSCs 脂代謝的一大特點?？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，膽固醇作為脂筏的重要組成部分在介導(dǎo)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。蛋白質(zhì)組學(xué)研究顯示，膽固醇從頭合成過程中的關(guān)鍵酶在BCSCs 中高度表達，大樣本的乳腺癌病例隊列研究結(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均能通過阻斷CSCs的膽固醇合成抑制腫瘤生長。此外，過表達特異性調(diào)控膽固醇合成的轉(zhuǎn)錄因子SREBP2 能夠促進前列腺癌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。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（hierarchy）結(jié)構(gòu)［55］。腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程伴隨腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的不斷演進，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深度測序結(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法達到臨床上的完全緩解［45］，這使得進一步探索腫瘤抵抗靶向CSCs 代謝治療的機制變得尤為重要。

復(fù)發(fā)LSCs 中顯著增強的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)上進一步探究了LSCs 上調(diào)脂代謝的代償機制：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)運進入線粒體內(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；進一步通過同位素示蹤實驗證實，脂肪酸轉(zhuǎn)運這一環(huán)節(jié)在LSCs 抵抗聯(lián)合化療時具有重要作用。據(jù)此，研究者設(shè)計了靶向脂肪酸轉(zhuǎn)運的治療方案，無論是應(yīng)用CD36 抑制劑SSO 抑制細(xì)胞對脂肪酸的攝?。?3］，還是通過基因敲除或藥物抑制肉堿酯酰轉(zhuǎn)移酶（carnitine palmitoyl transferase，CPT）來阻斷脂肪酸進入線粒體［57］，均能在保護正常造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cells，HSCs）功能的前提下，恢復(fù)LSCs對聯(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)對治療壓力時，對BCSCs 維持自我更新和誘導(dǎo)化療抗性具有重要作用。乳腺脂肪組織來源的瘦素（leptin）能夠通過Janus 激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子3 （Janus kinase/signal transduction and transcriptional activator 3，JAK/STAT3）信號通路促進CPT1B 的表達進而增強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)控靶點從而多通路阻斷CSCs 為應(yīng)對治療壓力而發(fā)生的代謝重編程具有重要的研究價值。JONES 等［59］研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)發(fā)LSCs 可通過增強煙堿代謝提高細(xì)胞內(nèi)NAD+的水平，進而促進由NAD+介導(dǎo)的細(xì)胞中氨基酸和脂肪酸代謝，從而驅(qū)動并維持細(xì)胞的OXPHOS；抑制煙堿代謝過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)境通過影響CSCs代謝增強治療抵抗

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)境通過與CSCs 互作影響其代謝表型，進而增強CSCs的治療抵抗能力。在CML動物模型中，研究者證實性腺脂肪組織（gonadal adipose tissue，GAT）是LSCs除造血器官外重要的儲蓄池（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GAT脂肪動員與分解的作用，GAT 的脂解作用又可反過來增強激活CD36+LSCs 中的FAO，從而使GAT 中的LSCs 獲得比骨髓LSCs 更強大的治療抗性［60］。對于晚期胃癌，腫瘤組織中的間充質(zhì)干細(xì)胞通過分泌大量的轉(zhuǎn)化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1） 誘導(dǎo)長鏈非編碼RNA （long non-coding RNA，lncRNA）MACC1-AS1的表達，進而增強由FAO介導(dǎo)的CSCs自我更新與治療抵抗［61］。此外，胰腺癌CSCs 對吉西他濱的獲得性耐藥已成為晚期胰腺癌治療過程中的一個巨大障礙。研究發(fā)現(xiàn)缺氧微環(huán)境通過蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）/Notch1 介導(dǎo)的信號級聯(lián)反應(yīng)進一步增強胰腺癌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抑制脂代謝恢復(fù)吉西他濱對胰腺癌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)物還可通過直接參與表觀遺傳調(diào)控影響細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達等過程，顯著改變腫瘤的生物學(xué)特征。

多項腫瘤研究［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BCAT1 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 的高表達水平與患者顯著縮短的生存時間密切相關(guān)；在復(fù)發(fā)病例中BCAT1 的含量顯著升高，過表達BCAT1 可通過降低細(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；轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析進一步證實了BCAT1 對維持LSCs 干性的作用［69］。通過限制細(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BCAA-BCAT1-αKG 軸有望為腫瘤治療提供新的靶點。

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可進一步將αKG 還原為癌代謝物2-羥基戊二酸（2-hydroxyglutarate，2-HG），2-HG 競爭性抑制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，促進腫瘤起始和進展［71-72］。15%～20%的AML病例攜帶著IDH基因突變，且該突變在白血病發(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）在多項研究中已被證實可通過降低細(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］。

在實體瘤研究中，CSCs 代謝對表觀遺傳調(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?；钴S，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)代謝可通過長效的表觀遺傳調(diào)控對腫瘤的生物學(xué)特征產(chǎn)生顯著影響。因而，進一步探索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 年來人們對于CSCs 的研究取得了突破性的進展。利用特異的表面標(biāo)志物對細(xì)胞進行篩選進而進行異種移植實驗被認(rèn)為是鑒定和分選功能性CSCs 的金標(biāo)準(zhǔn)。然而此過程涉及細(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)特征仍舊存在著爭議［55］。因此更加準(zhǔn)確地定義、分選甚至原位鑒別CSCs 對后續(xù)研究的開展具有十分重要的意義。

越來越多的研究揭示了CSCs 在異質(zhì)性腫瘤組織中獨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)識到疾病的進展和腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的演進對CSCs 代謝產(chǎn)生的影響，因此深入探究CSCs 的代謝機制從而靶向其代謝弱點有望為腫瘤治療帶來新的希望。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)，進一步挖掘抵抗靶向CSCs 代謝治療的發(fā)生機制將會極大地推動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/Authors'Contributions

鄭詩凡參與論文的撰寫；鄭詩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