随着肿瘤研究的不断深入，科学界已经认识到，存在于多种肿瘤之中的肿瘤干细胞是造成肿瘤转移和复发的始作俑者。然而，肿瘤干细胞具有哪些真实特征，如何致病，为什么会产生耐药性，其耐药机制是什么等一系列关键问题仍不够清楚。破除以往将肿瘤作为混合整体来研究的思路局限，更加清晰、深入、精准地认识原位肿瘤干细胞，成为破解难题的关键。
日前，来自南开大学、南方医科大学、天津医科大学和美国耶鲁大学的研究人员在国际权威学术期刊《先进科学》(Advanced Science)上发表了一项研究成果。他们利用同一单细胞转录组测序合并分析端粒长度技术，发现了结直肠肿瘤干细胞所处的不同状态和分子特征——真正强干性的肿瘤干细胞占比极少且增殖活性低、处于静息状态、端粒较短，这些“静默杀手”不但会躲过当前以阻止细胞增殖、诱导细胞凋亡的肿瘤治疗手段，通过休眠产生耐药性，而且也可以突变、重塑转变为增殖状态的肿瘤上皮细胞，从而导致肿瘤快速生长和复发。这一发现，改变了以往对于肿瘤干细胞的传统认知，为肿瘤治疗特别是抑制肿瘤复发提供了新的思路。
图为研究人员利用同一单细胞转录组测序和端粒长度分析技术，发现结直肠肿瘤干细胞存在不同的状态。
端粒是存在于真核生物染色体末端并维持基因组稳定的帽子样结构，大部分体细胞的端粒长度由于没有端粒酶的维持会随着细胞分裂而不断缩短，并最终走向衰老。但是，已知有超过90%的肿瘤细胞却可以依靠端粒酶来维持端粒使其达到永生化的状态。因此，抑制端粒酶活性成为治疗肿瘤的一种可能路径。
结直肠癌是第三大最常见恶性肿瘤的疾病，其死亡率也排全球第三，并且呈现发病年轻化趋势，研究表明肿瘤转移和复发是大多数结直肠癌终末期患者死亡的主要原因。目前的一线治疗方案，主要针对于正处于增殖状态的肿瘤细胞，虽然能明显改善早期治疗效果，但病人往往会出现耐药反应而导致复发和转移。进一步研究表明，肿瘤干细胞是导致结直肠癌患者治疗后复发的潜在元凶。
肿瘤干细胞对于肿瘤的增长、复发及耐药性起了重要作用。然而，关于肿瘤干细胞的分子特征以及其在肿瘤中所占比例等问题认知较为模糊。
“目前一般认为，肿瘤干细胞端粒长、端粒酶活性高。但我们的这项研究工作发现，事实上，肿瘤干细胞存在着不同的状态。”论文通讯作者之一、南开大学生命科学学院、南开大学人民医院转化医学研究院、药物化学生物学国家重点实验室刘林教授介绍，其团队合作开发的同一单细胞转录组测序和端粒长度分析技术对于这一发现发挥了关键作用。
研究人员利用整合单细胞技术对病人原代结直肠癌细胞进行了深入分析。结果发现，真正具有强干性的肿瘤干细胞所占比例极其稀少。令人惊讶的是，这些肿瘤干细胞通常处于静息状态，端粒酶活性低，由于不增殖，因而能够维持相对较短的端粒长度。拟时序结果表明这些“静默”的肿瘤干细胞可以重塑为增殖活性高、端粒较长、端粒酶等端粒维持相关的基因被激活的肿瘤上皮细胞。
“还发现肿瘤上皮细胞与静息状态的肿瘤干细胞具有共同的表面分子标志物，因而以前也被认为是肿瘤起始细胞或肿瘤干细胞的群体有可能是肿瘤上皮细胞。”刘林说，随后的针对整个肿瘤组织和癌旁组织的更高通量单细胞分析结果也印证了上述发现。
这些研究结果表明，肿瘤的复发和转移与静息态的肿瘤干细胞联系紧密，传统的肿瘤治疗虽然可以很好的杀伤处于增殖状态的肿瘤细胞，但静息态的肿瘤干细胞有可能产生耐药性。同样的，端粒酶抑制药物也只能对增殖中的端粒酶阳性的肿瘤细胞起作用，而不能对端粒短、端粒酶活性低的处于静息状态的肿瘤干细胞起到靶向的效果。这些发现将为优化肿瘤治疗策略，联合靶向肿瘤干细胞并缓解肿瘤耐药作用提供有益参考。
南开大学刘林教授、南方医科大学潘星华教授、天津医科大学戚峰教授、耶鲁大学Sherman M. Weissman教授为论文通讯作者。南开大学生命科学学院已毕业博士生王华、龚鹏为论文共同第一作者。该研究工作获科技部国际合作项目等重要资助。
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