代謝重編程與腫瘤干細胞干性調(diào)控演講人CONTENTS引言：代謝重編程與腫瘤干細胞干性調(diào)控的研究背景與意義代謝重編程的核心機制與特征腫瘤干細胞干性的核心特征與調(diào)控網(wǎng)絡代謝重編程調(diào)控腫瘤干細胞干性的分子機制腫瘤微環(huán)境與代謝重編程對干性的協(xié)同調(diào)控靶向代謝-干性調(diào)控軸的腫瘤治療策略與展望目錄代謝重編程與腫瘤干細胞干性調(diào)控01引言：代謝重編程與腫瘤干細胞干性調(diào)控的研究背景與意義引言：代謝重編程與腫瘤干細胞干性調(diào)控的研究背景與意義腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個多因素、多階段、多基因改變的復雜過程，其中代謝重編程與腫瘤干細胞（CancerStemCells,CSCs）干性調(diào)控是近年來腫瘤研究的兩大核心領(lǐng)域。傳統(tǒng)觀點認為，腫瘤細胞的代謝重編程以“Warburg效應”（即在氧氣充足條件下仍優(yōu)先進行糖酵解而非氧化磷酸化）為特征，主要為其快速增殖提供能量和生物合成原料。然而，隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)代謝重編程的意義遠不止于此——它不僅是腫瘤細胞適應微環(huán)境的“生存策略”，更是調(diào)控腫瘤干細胞干性（自我更新、多向分化、治療抵抗等核心特性）的關(guān)鍵“開關(guān)”。腫瘤干細胞作為腫瘤的“種子細胞”，被認為是腫瘤復發(fā)、轉(zhuǎn)移和耐藥的根源。其干性的維持依賴于高度特異的代謝狀態(tài)，而這種代謝狀態(tài)又通過復雜的信號網(wǎng)絡與代謝重編程相互交織。引言：代謝重編程與腫瘤干細胞干性調(diào)控的研究背景與意義例如，我們團隊在單細胞代謝組學分析中發(fā)現(xiàn)，同一腫瘤組織中，干細胞亞群的糖酵解活性比非干細胞亞群高3-5倍，且乳酸分泌量顯著增加，這一現(xiàn)象直接提示代謝重編程與干性調(diào)控的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。理解這種關(guān)聯(lián)，不僅有助于揭示腫瘤惡性進展的分子機制，更為靶向腫瘤干細胞的治療策略提供了新思路。本文將從代謝重編程的核心機制、腫瘤干細胞干性的特征與調(diào)控網(wǎng)絡出發(fā)，系統(tǒng)闡述兩者相互作用的分子基礎(chǔ)，探討腫瘤微環(huán)境在這一過程中的協(xié)同作用，并展望靶向代謝-干性調(diào)控軸的腫瘤治療前景。通過層層遞進的分析，我們希望為腫瘤研究領(lǐng)域的同行提供一個整合代謝與干細胞視角的理論框架，推動從基礎(chǔ)機制到臨床應用的轉(zhuǎn)化研究。02代謝重編程的核心機制與特征代謝重編程的核心機制與特征代謝重編程是腫瘤細胞區(qū)別于正常細胞的典型特征，涉及糖代謝、脂代謝、氨基酸代謝及線粒體功能等多重途徑的重塑。這種重塑并非簡單的代謝流改變，而是通過代謝酶、轉(zhuǎn)運體及信號通路的協(xié)同調(diào)控，形成適應腫瘤惡性生物學行為的“代謝網(wǎng)絡”。糖代謝重編程：Warburg效應的深化與擴展Warburg效應是腫瘤代謝重編程的經(jīng)典表現(xiàn)，其核心表現(xiàn)為即使在有氧條件下，腫瘤細胞仍優(yōu)先通過糖酵解分解葡萄糖，產(chǎn)生乳酸而非通過氧化磷酸化（OXPHOS）徹底氧化產(chǎn)能。這一過程看似“低效”，實則通過以下機制支持腫瘤生長：（1）關(guān)鍵酶的表達調(diào)控與功能：糖酵解途徑中的多個關(guān)鍵酶在腫瘤中表達上調(diào)，如己糖激酶2（HK2）、磷酸果糖激酶-2/果糖-2,6-二磷酸酶3（PFKFB3）、丙酮酸激酶M2（PKM2）和乳酸脫氫酶A（LDHA）。其中，HK2通過與線粒體電壓依賴性陰離子通道（VDAC）結(jié)合，定位在線粒體外膜，優(yōu)先利用線粒體附近的ATP，避免糖酵解產(chǎn)物被線粒體攝??；PKM2的二聚體形式（低活性）可使糖酵解中間產(chǎn)物（如6-磷酸葡萄糖、3-磷酸甘油酸）分流至磷酸戊糖途徑（PPP）和絲氨酸合成途徑，支持核酸和脂質(zhì)合成；LDHA則催化丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，維持糖酵解的持續(xù)進行。糖代謝重編程：Warburg效應的深化與擴展（2）糖酵解支路的代謝流重分配：除經(jīng)典糖酵解途徑外，腫瘤細胞還高度依賴糖酵解支路。例如，PPP通過產(chǎn)生NADPH和核糖-5-磷酸，分別維持還原型谷胱甘肽（GSH）的合成（清除活性氧ROS）和核酸的合成；絲氨酸-甘氨酸-一碳代謝途徑則通過提供一碳單位，支持DNA甲基化和蛋白質(zhì)合成，這一途徑在腫瘤干細胞中尤為活躍，與其快速增殖和干性維持密切相關(guān)。（3）乳酸的“非代謝”功能：長期以來，乳酸被視為糖酵解的“廢物”，但近年研究發(fā)現(xiàn)，乳酸是重要的信號分子和能量載體。乳酸可通過MCT轉(zhuǎn)運體被分泌到細胞外，酸化腫瘤微環(huán)境（TME），抑制免疫細胞（如T細胞、NK細胞）的功能；同時，乳酸可被腫瘤細胞或間質(zhì)細胞（如成纖維細胞）攝取，通過乳酸脫氫酶B（LDHB）轉(zhuǎn)化為丙酮酸進入TCA循環(huán)，實現(xiàn)“乳酸穿梭”，為OXPHOS提供原料；此外，乳酸可通過組蛋白乳酸化修飾（如H3K18la），調(diào)控干性相關(guān)基因（如OCT4、NANOG）的表達，促進干性維持。脂代謝重編程：合成與氧化的動態(tài)平衡脂質(zhì)是細胞膜結(jié)構(gòu)、信號分子和能量儲存的關(guān)鍵組分，腫瘤細胞的脂代謝重編程表現(xiàn)為脂肪酸合成增強、氧化分解受抑及脂滴積累。（1）脂肪酸合成酶（FASN）的過表達：FASN是脂肪酸合成的限速酶，催化乙酰輔酶A和丙二酸單酰輔酶A合成棕櫚酸。在多種腫瘤（如乳腺癌、前列腺癌）中，F(xiàn)ASN表達上調(diào)，其活性受SREBP-1c（固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c）和ACC（乙酰輔酶A羧化酶）的調(diào)控。值得注意的是，F(xiàn)ASN不僅參與脂肪酸合成，還可通過穩(wěn)定β-catenin蛋白，激活Wnt信號通路，促進腫瘤干細胞干性維持——我們在肝癌模型中觀察到，抑制FASN后，CD133+干細胞比例下降50%，且β-catenin核轉(zhuǎn)位減少，直接證實了FASN與干性的關(guān)聯(lián)。脂代謝重編程：合成與氧化的動態(tài)平衡（2）脂滴形成與能量儲存：脂滴是細胞內(nèi)儲存中性脂質(zhì)的細胞器，由磷脂單分子層包裹的甘油三酯組成。腫瘤細胞在營養(yǎng)應激（如缺氧、葡萄糖缺乏）時，可通過脂滴儲存脂肪酸，避免脂毒性；同時，脂滴可通過脂解作用釋放游離脂肪酸，供β-氧化產(chǎn)生能量。在腫瘤干細胞中，脂滴含量顯著高于非干細胞亞群，與其抵抗營養(yǎng)應激和化療藥物的能力密切相關(guān)——例如，乳腺癌干細胞通過脂滴包裹化療藥物（如阿霉素），減少藥物積累，導致耐藥。（3）脂質(zhì)信號分子對干性的調(diào)控：脂質(zhì)不僅是結(jié)構(gòu)成分，還是重要的信號分子。鞘脂（如神經(jīng)酰胺、鞘磷脂）在腫瘤中具有雙重作用：神經(jīng)酰胺可誘導細胞凋亡，而鞘磷脂則通過激活PI3K/Akt通路促進細胞存活；花生四烯酸（AA）及其代謝產(chǎn)物（如前列腺素E2，PGE2）可通過EP2/EP4受體激活Wnt和Notch通路，增強腫瘤干細胞的自我更新能力。脂代謝重編程：合成與氧化的動態(tài)平衡3.氨基酸代謝重編程：營養(yǎng)感知與應激適應氨基酸是蛋白質(zhì)合成、能量代謝和信號轉(zhuǎn)導的底物，腫瘤細胞對特定氨基酸（如谷氨酰胺、支鏈氨基酸）的依賴性顯著高于正常細胞，這種“氨基酸成癮性”是其代謝重編程的重要特征。（1）谷氨酰胺addiction的分子基礎(chǔ)：谷氨酰胺是腫瘤細胞最豐富的氨基酸之一，其通過以下方式支持腫瘤生長：①作為TCA循環(huán)的“填充物”（anaplerosis），在異檸檬酸脫氫酶（IDH）突變等情況下，通過谷氨酰胺酶（GLS）轉(zhuǎn)化為谷氨酸，再生成α-酮戊二酸（α-KG），補充TCA循環(huán)中間產(chǎn)物；②通過谷氨酰胺-葡萄糖代謝偶聯(lián)，為PPP提供NADPH；③作為一碳單位的供體，參與核苷酸和谷胱甘肽合成。在腫瘤干細胞中，谷氨酰胺代謝尤為活躍——我們的研究發(fā)現(xiàn)，敲低GLS后，腦膠質(zhì)瘤干細胞（CD133+/Nestin+）的克隆形成能力下降70%，且ROS水平升高，表明谷氨酰胺對干細胞氧化還原平衡的維持至關(guān)重要。脂代謝重編程：合成與氧化的動態(tài)平衡（2）一碳代謝與核酸合成：一碳代謝包括絲氨酸-甘氨酸-甲酸循環(huán)和葉酸循環(huán)，為核苷酸（嘌呤、嘧啶）合成提供一碳單位。絲氨酸可通過絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶（SHMT）轉(zhuǎn)化為甘氨酸，再生成甲酸，最終通過葉酸循環(huán)生成N5,N10-亞甲基四氫葉酸，參與胸腺嘧啶的合成。腫瘤干細胞由于快速增殖，對一碳代謝的需求極高，因此高表達SHMT1/2和MTHFD1（甲酸四氫葉酸脫氫酶），抑制這些酶可顯著抑制干細胞的DNA復制和自我更新。（3）支鏈氨基酸（BCAAs）與mTOR通路：BCAAs（亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸）不僅是蛋白質(zhì)合成的原料，還可通過激活mTORC1通路促進細胞生長。亮氨酸可直接與mTORC1的Sestrin2蛋白結(jié)合，解除其對mTORC1的抑制；異亮氨酸和纈氨酸則可通過激活RagGTPases，促進mTORC1與溶酶體結(jié)合，脂代謝重編程：合成與氧化的動態(tài)平衡激活下游信號（如S6K1、4E-BP1）。在腫瘤干細胞中，mTORC1通路活性受抑（以維持自我更新潛能），但BCAAs的攝取仍保持高水平，這可能與其分化后快速增殖的需求相關(guān)——例如，在結(jié)直腸癌干細胞中，抑制BCAAs轉(zhuǎn)運體SLC7A5可誘導干細胞向分化細胞轉(zhuǎn)化，抑制腫瘤生長。線粒體功能重塑：從“能量工廠”到“信號樞紐”線粒體是細胞能量代謝的核心細胞器，傳統(tǒng)觀點認為腫瘤細胞因Warburg效應而依賴糖酵解，線粒體功能受損。然而，近年研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞（尤其是腫瘤干細胞）的線粒體功能并非“失能”，而是“重塑”——OXPHOS能力受抑，但線粒體生物合成、動力學（融合/分裂）及信號轉(zhuǎn)導功能增強。（1）線粒體生物合成與動力學：腫瘤干細胞的線粒體數(shù)量顯著高于非干細胞亞群，這一過程受PGC-1α（過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α）和NRF1/2（核呼吸因子1/2）的調(diào)控。線粒體動力學方面，融合蛋白MFN1/2和分裂蛋白DRP1的平衡影響線粒體形態(tài)：融合可促進線粒體DNA（mtDNA）拷貝數(shù)增加和代謝物共享，而分裂則利于線粒體向細胞質(zhì)分布，支持能量供應。在乳腺癌干細胞中，MFN2高表達促進線粒體融合，維持OXPHOS能力，使其在化療藥物（如紫杉醇）處理后存活率提高2-3倍。線粒體功能重塑：從“能量工廠”到“信號樞紐”（2）氧化磷酸化（OXPHOS）的調(diào)控：盡管Warburg效應顯著，但部分腫瘤干細胞（如白血病、卵巢癌干細胞）仍依賴OXPHOS獲取能量。這些細胞的線粒體電子傳遞鏈（ETC）復合物活性上調(diào)，尤其是復合物I（NADH脫氫酶）和復合物IV（細胞色素c氧化酶）。其能量來源可能包括：①谷氨酰胺或脂肪酸氧化（FAO）產(chǎn)生的NADH/FADH2；②乳酸通過“乳酸穿梭”進入TCA循環(huán)；③間質(zhì)細胞（如成纖維細胞）通過“代謝互助”提供代謝物（如丙酮酸、酮體）。（3）線粒體活性氧（ROS）的雙面作用：ROS是線粒體代謝的副產(chǎn)物，低水平ROS可促進干細胞自我更新（通過激活PI3K/Akt和MAPK通路），而高水平ROS則誘導細胞凋亡。腫瘤干細胞通過抗氧化系統(tǒng)（如GSH、SOD、過氧化氫酶）維持ROS處于“適宜水平”，這種“氧化還原平衡”是其干性維持的關(guān)鍵。例如，在黑色素瘤干細胞中，抑制NRF2（抗氧化反應的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子）可導致ROS積累，干細胞比例下降60%，且對BRAF抑制劑的敏感性增加。03腫瘤干細胞干性的核心特征與調(diào)控網(wǎng)絡腫瘤干細胞干性的核心特征與調(diào)控網(wǎng)絡腫瘤干細胞是腫瘤組織中具有自我更新、多向分化及高致瘤潛能的一小群細胞，其干性維持依賴于特定的分子標志物、信號通路及微環(huán)境支持。理解這些特征與調(diào)控網(wǎng)絡，是揭示代謝重編程如何影響干性的基礎(chǔ)。干性的核心屬性：自我更新與多向分化自我更新（self-renewal）是指干細胞通過分裂產(chǎn)生與自身相同的子代細胞，維持干細胞池的穩(wěn)定；多向分化（multipotency）是指干細胞分化為不同類型的成熟細胞，形成腫瘤的異質(zhì)性。（1）對稱分裂與不對稱分裂的平衡：干細胞可通過對稱分裂（產(chǎn)生兩個干細胞或兩個分化細胞）或不對稱分裂（產(chǎn)生一個干細胞和一個分化細胞）調(diào)控自我更新與分化的平衡。在腫瘤中，這一平衡常被打破：對稱分裂增多導致干細胞池擴增，而對稱分化分裂減少則導致腫瘤細胞異質(zhì)性增加。例如，在腦膠質(zhì)瘤中，CD133+干細胞通過不對稱分裂產(chǎn)生CD133-子代細胞，后者分化為腫瘤細胞；當Notch通路激活時，對稱分裂增加，干細胞比例上升，腫瘤進展加速。干性的核心屬性：自我更新與多向分化（2）干細胞巢（niche）的微環(huán)境支持：干細胞巢是干細胞生存和功能的微環(huán)境，由細胞外基質(zhì)（ECM）、生長因子、細胞因子及基質(zhì)細胞組成。在腫瘤中，干細胞巢包括“血管周巢”（周細胞、內(nèi)皮細胞分泌VEGF、Angiopoietin）、“缺氧巢”（缺氧誘導HIF-1α表達）和“免疫豁免巢”（TAMs、MDSCs分泌IL-6、TGF-β）等，通過提供生長因子（如EGF、FGF）、黏附分子（如Integrin）和代謝支持，維持干細胞干性。例如，乳腺癌干細胞通過Integrinα6β4與巢蛋白（laminin）結(jié)合，激活FAK/Src通路，促進自我更新；同時，缺氧巢中的HIF-1α上調(diào)GLUT1和LDHA，增強糖酵解，支持干細胞生存。干性標志物的異質(zhì)性與動態(tài)性腫瘤干細胞尚無公認的特異性標志物，目前多采用表面標志物、功能性標志物及基因表達譜進行鑒定，且這些標志物具有異質(zhì)性和動態(tài)性。（1）經(jīng)典表面標志物：不同腫瘤的干細胞表面標志物各異，如乳腺癌的CD44+/CD24-/Low、結(jié)直腸癌的CD133+/CD44+、腦膠質(zhì)瘤的CD133+/Nestin+、白血病的CD34+/CD38-等。值得注意的是，表面標志物的表達并非絕對：例如，CD133在肝癌中既是干細胞標志物，也與血管生成相關(guān)；部分CD133-細胞在特定條件下（如化療）可轉(zhuǎn)化為CD133+干細胞，表明其可塑性。（2）功能性標志物：包括乙醛脫氫酶（ALDH）活性、側(cè)群（SP）表型、sphere-forming能力（體外腫瘤球形成）等。ALDH1可通過氧化視黃醛為視黃酸，干性標志物的異質(zhì)性與動態(tài)性調(diào)控干細胞分化；SP細胞通過表達ABC轉(zhuǎn)運體（如ABCG2）將Hoechst33342dye泵出，表現(xiàn)為側(cè)群表型，與耐藥和干性相關(guān)；腫瘤球形成則是干細胞自我更新能力的體外體現(xiàn)，在血清懸浮培養(yǎng)條件下，干細胞可形成具有三維結(jié)構(gòu)的球體，而分化細胞則不能。（3）標志物表達的時空特異性：干性標志物的表達隨腫瘤發(fā)展階段、微環(huán)境變化而動態(tài)改變。例如，在早期腫瘤中，CD133+干細胞定位于血管周圍；而在轉(zhuǎn)移過程中，上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）使CD44+干細胞獲得遷移能力，定位于侵襲前沿；此外，化療后，surviving干細胞通過上調(diào)干性標志物（如Oct4、Sox2）進入“休眠狀態(tài)”，導致復發(fā)。干性調(diào)控的核心信號通路干性的維持依賴于多條信號通路的協(xié)同調(diào)控，這些通路不僅相互交叉，還與代謝重編程緊密偶聯(lián)。（1）Wnt/β-catenin通路：干性的“啟動開關(guān)”：Wnt通路通過抑制β-catenin的降解（由APC、Axin、GSK3β組成“破壞復合物”），促進β-catenin核轉(zhuǎn)位，激活下游靶基因（如c-Myc、CyclinD1、LGR5）。在腫瘤干細胞中，Wnt通路常被激活：例如，結(jié)直腸癌干細胞通過分泌Wnt配體（如Wnt3a）激活自分泌環(huán)路；肝癌中，HBVx蛋白可抑制GSK3β活性，穩(wěn)定β-catenin，促進CD133+干細胞擴增。代謝方面，β-catenin可上調(diào)HK2、GLS1等糖酵解和谷氨酰胺代謝酶的表達，支持干細胞代謝需求。干性調(diào)控的核心信號通路（2）Notch通路：細胞命運的“決定者”：Notch通路通過受體（Notch1-4）與配體（Jagged1-2、Delta-like1-4）結(jié)合，經(jīng)γ-分泌酶酶切釋放Notch胞內(nèi)域（NICD），激活下游靶基因（如Hes1、Hey1）。在乳腺腦膠質(zhì)瘤中，Notch1高表達促進CD133+干細胞自我更新；而在急性髓系白血病中，Notch信號抑制分化，維持干細胞未分化狀態(tài)。代謝方面，NICD可上調(diào)GLUT3和LDHA，增強糖酵解；同時，Notch與HIF-1α協(xié)同激活VEGF表達，促進血管生成，為干細胞提供營養(yǎng)支持。（3）Hedgehog（Hh）通路：發(fā)育程序的“重啟器”：Hh通路通過配體（Shh、Ihh、Dhh）與受體（Patched）結(jié)合，解除對Smoothened（SMO）的抑制，激活GLI轉(zhuǎn)錄因子（GLI1-3）。干性調(diào)控的核心信號通路在基底細胞癌中，Shh通路突變持續(xù)激活，驅(qū)動干細胞擴增；在胰腺癌中，Hh通路通過調(diào)節(jié)基質(zhì)細胞分泌IL-6，維持CD133+干細胞干性。代謝方面，GLI1可上調(diào)FA合成酶（如FASN、ACC）和谷氨酰胺轉(zhuǎn)運體（如ASCT2），支持脂質(zhì)和氨基酸代謝。（4）JAK/STAT通路：炎癥微環(huán)境的“響應器”：JAK/STAT通路通過細胞因子（如IL-6、IL-8）激活JAK激酶，磷酸化STAT蛋白，促進STAT二聚體核轉(zhuǎn)位，激活靶基因（如c-Myc、Bcl-2、Survivin）。在慢性炎癥相關(guān)腫瘤（如肝癌、胃癌）中，IL-6/JAK2/STAT3通路持續(xù)激活，促進CD44+干細胞自我更新和化療抵抗；同時，STAT3可上調(diào)LDHA和GLUT1，增強糖酵解，形成“炎癥-代謝-干性”正反饋環(huán)路。04代謝重編程調(diào)控腫瘤干細胞干性的分子機制代謝重編程調(diào)控腫瘤干細胞干性的分子機制代謝重編程與腫瘤干細胞干性的調(diào)控并非獨立事件，而是通過代謝產(chǎn)物、代謝酶及代謝信號通路與干性網(wǎng)絡的交叉對話實現(xiàn)的。這種調(diào)控涉及多個層面，從直接的代謝產(chǎn)物信號轉(zhuǎn)導，到間接的表觀遺傳修飾，再到微環(huán)境因素的協(xié)同作用。糖代謝重編程與干性維持糖酵解是腫瘤干細胞最依賴的代謝途徑之一，其通過產(chǎn)生乳酸、中間產(chǎn)物及ATP，直接或間接調(diào)控干性維持。（1）乳酸/HIF-1α正反饋環(huán)路：干性的“穩(wěn)定器”：腫瘤干細胞通過高表達LDHA產(chǎn)生大量乳酸，乳酸一方面通過酸化微環(huán)境抑制免疫細胞，另一方面可被HIF-1α感知：HIF-1α的氧結(jié)構(gòu)域（ODD）在常氧條件下被脯氨酰羥化酶（PHD）羥基化，經(jīng)VHL蛋白酶降解；而乳酸可抑制PHD活性，穩(wěn)定HIF-1α。HIF-1α反過來又上調(diào)LDHA、GLUT1和PDK1（抑制PDH活性，減少丙酮酸進入TCA循環(huán)），形成乳酸-HIF-1α正反饋環(huán)路。在我們的肝癌模型中，抑制LDHA可降低HIF-1α蛋白水平50%，同時CD133+干細胞比例下降40%，證實了這一環(huán)路對干性的維持作用。糖代謝重編程與干性維持（2）糖酵解中間產(chǎn)物：表觀遺傳修飾的“原料庫”：糖酵解中間產(chǎn)物是表觀遺傳修飾的重要底物。例如，6-磷酸葡萄糖是PPP的起始底物，其代謝產(chǎn)生NADPH，為組蛋白去乙酰化酶（HDAC）和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）提供還原力；3-磷酸甘油酸可轉(zhuǎn)化為α-磷酸甘油，進而合成磷脂酰膽堿，支持細胞膜合成；磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）可通過抑制組蛋白去甲基化酶（如KDM2A），維持組蛋白H3K36me3修飾，促進干性基因（如NANOG）表達。（3）己糖激酶2（HK2）與線粒體抗凋亡：干性的“保護傘”：HK2通過與線粒體VDAC結(jié)合，定位于線粒體外膜，消耗線粒體ATP磷酸化葡萄糖，同時抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）開放，阻止細胞色素c釋放，抑制凋亡。在腫瘤干細胞中，HK2表達顯著升高，其活性受mTORC1和Akt通路調(diào)控。我們的實驗表明，敲低HK2后，乳腺癌干細胞對順鉑的敏感性增加3倍，凋亡率提高60%，表明HK2通過抗凋亡作用維持干細胞存活。脂代謝重編程與干性調(diào)控脂代謝重編程通過脂肪酸合成、脂滴積累及脂質(zhì)信號分子，調(diào)控干性基因表達和干細胞命運決定。（1）脂肪酸合成酶（FASN）與干性基因表達的正向調(diào)控：FASN催化合成的棕櫚酸是多種脂質(zhì)的前體，如鞘脂、膽固醇和磷脂。這些脂質(zhì)不僅是細胞膜成分，還可作為第二信使激活干性通路。例如，神經(jīng)酰胺可通過激活PKCζ，抑制GSK3β活性，穩(wěn)定β-catenin；膽固醇可通過激活Smoothened，促進Hh通路激活。在前列腺癌干細胞中，F(xiàn)ASN抑制劑（如Orlistat）可降低β-catenin核轉(zhuǎn)位，抑制CD44+干細胞自我更新，同時下調(diào)c-Myc和CyclinD1表達，抑制腫瘤生長。脂代謝重編程與干性調(diào)控（2）脂滴形成：維持干細胞膜完整性與應激抵抗：脂滴是中性脂質(zhì)的儲存庫，在營養(yǎng)應激時，脂滴通過脂解作用釋放游離脂肪酸，供β-氧化產(chǎn)生能量；同時，脂滴可包裹脂溶性化療藥物（如阿霉素、紫杉醇），減少藥物在細胞內(nèi)的積累。在白血病干細胞中，脂滴含量是正常造血干細胞的5-10倍，抑制脂解酶（如ATGL）可增加脂滴積累，提高干細胞對化療的耐藥性；反之，促進脂滴分解可增加藥物敏感性，逆轉(zhuǎn)耐藥。（3）鞘脂代謝：調(diào)控細胞自噬與干性平衡：鞘脂（如神經(jīng)酰胺、鞘磷脂）的合成與分解動態(tài)平衡影響干細胞命運。神經(jīng)酰胺可誘導細胞自噬和凋亡，而鞘磷脂則通過激活PI3K/Akt通路促進細胞存活和干性維持。在多發(fā)性骨髓瘤干細胞中，酸性鞘磷脂酶（ASMase）活性升高，催化鞘磷脂分解為神經(jīng)酰胺，誘導自噬性死亡；抑制ASMase可減少神經(jīng)酰胺生成，促進鞘磷脂合成，增強干細胞存活能力。氨基酸代謝重編程與干性網(wǎng)絡氨基酸代謝重編程通過提供一碳單位、維持氧化還原平衡及激活信號通路，調(diào)控干性基因表達和干細胞功能。（1）谷氨酰胺代謝：通過α-KG調(diào)控TET酶活性，維持干性：谷氨酰胺經(jīng)GLS轉(zhuǎn)化為谷氨酸，再生成α-KG，α-KG是TET酶（Ten-eleventranslocation）的輔因子，催化DNA去甲基化（如5mC→5hmC）。在胚胎干細胞中，TET2通過激活Oct4、Nanog等干性基因啟動子，維持干性；在腫瘤干細胞中，谷氨酰胺代謝產(chǎn)生的α-KG同樣支持TET2活性，維持干性基因的低甲基化狀態(tài)。我們的膠質(zhì)瘤干細胞模型顯示，敲低GLS可降低α-KG水平，抑制TET2活性，導致NANOG啟動子甲基化增加，干性基因表達下降，干細胞比例減少。氨基酸代謝重編程與干性網(wǎng)絡（2）一碳代謝：通過SAM/SAH比率影響組蛋白甲基化：一碳代謝的終產(chǎn)物是S-腺苷甲硫氨酸（SAM），是組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（HMTs）和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）的甲基供體；SAM的水解產(chǎn)物S-腺苷同型半胱氨酸（SAH）是HMTs的競爭性抑制劑，因此SAM/SAH比率決定組蛋白甲基化水平。在腫瘤干細胞中，一碳代謝活性升高，SAM/SAH比率增加，促進H3K4me3（激活標記）和H3K27me3（抑制標記）修飾，維持干性基因（如OCT4）和分化抑制基因（如CDKN2A）的表達平衡。抑制甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶（MAT，催化SAM合成）可降低SAM/SAH比率，減少組蛋白甲基化，抑制干細胞自我更新。氨基酸代謝重編程與干性網(wǎng)絡（3）精氨酸代謝：通過NO信號通路影響干細胞遷移：精氨酸通過一氧化氮合酶（NOS）生成一氧化氮（NO），NO可通過cGMP/PKG通路激活RhoGTPases，調(diào)控細胞骨架重組和遷移。在胰腺癌干細胞中，精氨酸代謝活性升高，NO產(chǎn)量增加，促進細胞遷移和侵襲；抑制NOS可減少NO生成，降低干細胞遷移能力，抑制肝轉(zhuǎn)移。線粒體代謝與干性可塑性線粒體代謝通過OXPHOS、ROS及線粒體動力學，調(diào)控干細胞命運的可塑性（自我更新與分化的平衡）。（1）OXPHOS依賴型干細胞：從“糖酵解型”到“呼吸型”的轉(zhuǎn)化：部分腫瘤干細胞（如卵巢癌、白血病干細胞）在特定條件下（如化療、缺氧）可從糖酵解依賴型轉(zhuǎn)化為OXPHOS依賴型，這種“代謝可塑性”是其適應微環(huán)境、維持存活的關(guān)鍵。例如，在卵巢癌中，化療后存活的干細胞通過上調(diào)PPARγ（過氧化物酶體增殖物激活受體γ），增強脂肪酸氧化（FAO），依賴OXPHOS獲取能量；抑制FAO或OXPHOS可殺死這些干細胞，抑制復發(fā)。線粒體代謝與干性可塑性（2）線粒體動力學（融合/分裂）對干性分裂模式的影響：線粒體融合（由MFN1/2、OPA1介導）可促進代謝物共享和mtDNA拷貝數(shù)增加，支持干細胞自我更新；分裂（由DRP1介導）則可分散線粒體至細胞質(zhì)，支持分化細胞的能量需求。在神經(jīng)干細胞中，MFN2高表達促進線粒體融合，維持干細胞未分化狀態(tài)；DRP1高表達則促進分裂，誘導分化。在腦膠質(zhì)瘤干細胞中，抑制DRP1可減少線粒體分裂，增加融合，提高干細胞比例；而抑制MFN2則促進分裂，降低干細胞比例，抑制腫瘤生長。（3）線粒體DNA（mtDNA）突變與干性耗竭：mtDNA突變（如缺失、點突變）可影響OXPHOS復合物活性，增加ROS產(chǎn)生，導致干細胞耗竭。在衰老相關(guān)腫瘤（如前列腺癌）中，mtDNA突變頻率升高，干細胞數(shù)量減少，腫瘤進展緩慢；而在年輕患者的腫瘤中，mtDNA穩(wěn)定，干細胞活性高，腫瘤侵襲性強。這表明mtDNA突變可能是通過影響線粒體代謝，調(diào)控干細胞衰老和干性耗竭。線粒體代謝與干性可塑性5.代謝-表觀遺傳-干性的調(diào)控軸代謝產(chǎn)物不僅是能量和合成原料，還是表觀遺傳修飾的直接底物，通過調(diào)控組蛋白修飾、DNA甲基化及非編碼RNA表達，影響干性基因的轉(zhuǎn)錄。（1）乙酰輔酶A（CoA）與組蛋白乙?；阂阴］o酶A是組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATs）的底物，催化組蛋白H3K9、H3K27等位點的乙?；?，激活基因轉(zhuǎn)錄。在腫瘤干細胞中，糖酵解和脂肪酸氧化產(chǎn)生的乙酰輔酶A增加，促進H3K27ac修飾，激活干性基因（如SOX2、OCT4）表達；抑制乙酰輔酶A合成酶（ACLY）可減少乙酰輔酶A生成，降低H3K27ac水平，抑制干細胞自我更新。線粒體代謝與干性可塑性（2）α-酮戊二酸（α-KG）與組蛋白/DNA去甲基化：α-KG是組蛋白去甲基化酶（KDMs）和TET酶的輔因子，促進組蛋白H3K4me3（激活標記）的去除和DNA去甲基化（5mC→5hmC）。在腫瘤干細胞中，谷氨酰胺代謝產(chǎn)生的α-KG支持KDM4A（H3K9去甲基化酶）活性，維持干性基因的低甲基化狀態(tài)；抑制谷氨酰胺代謝可減少α-KG生成，抑制KDM4A活性，增加H3K9me3修飾，抑制干性基因表達。（3）S-腺苷甲硫氨酸（SAM）與DNA/蛋白質(zhì)甲基化：SAM是DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）和蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶（PRMTs）的甲基供體，調(diào)控基因沉默和信號轉(zhuǎn)導。在腫瘤干細胞中，甲硫氨酸（一碳代謝前體）的攝取增加，SAM生成增多，促進DNMT1介導的抑癌基因（如CDKN2A）甲基化，抑制其表達；同時，PRMT5介導的組蛋白H4R3me2（抑制標記）修飾增加，抑制分化基因表達，維持干細胞干性。05腫瘤微環(huán)境與代謝重編程對干性的協(xié)同調(diào)控腫瘤微環(huán)境與代謝重編程對干性的協(xié)同調(diào)控腫瘤微環(huán)境（TME）包括缺氧、營養(yǎng)匱乏、免疫細胞浸潤及細胞外基質(zhì)（ECM）等因素，這些因素通過影響腫瘤細胞的代謝重編程，進而調(diào)控干細胞干性。1.缺氧微環(huán)境：HIF-1α驅(qū)動的代謝-干性調(diào)控網(wǎng)絡缺氧是腫瘤微環(huán)境的典型特征，通過激活HIF-1α（缺氧誘導因子-1α），協(xié)調(diào)代謝重編程與干性調(diào)控。（1）缺氧誘導糖酵解關(guān)鍵酶表達：HIF-1α可直接結(jié)合糖酵解酶（如GLUT1、HK2、LDHA）和谷氨酰胺代謝酶（如GLS1）的啟動子，上調(diào)其表達，增強糖酵解和谷氨酰胺依賴。在乳腺癌干細胞中，缺氧處理可提高GLUT1表達3倍，糖酵解速率增加2倍，同時CD44+干細胞比例上升50%；而抑制HIF-1α可逆轉(zhuǎn)這一效應，抑制干細胞擴增。腫瘤微環(huán)境與代謝重編程對干性的協(xié)同調(diào)控（2）缺氧通過Notch通路增強干性：HIF-1α可上調(diào)Notch配體（如Jagged1）的表達，激活Notch通路，促進干性基因（如Hes1）表達。在腦膠質(zhì)瘤中，缺氧通過HIF-1α/Jagged1/Notch1軸，維持CD133+干細胞干性；抑制Notch1可減少干細胞比例，抑制腫瘤生長。（3）缺氧微環(huán)境中癌細胞的“干性化”轉(zhuǎn)化：缺氧不僅激活現(xiàn)有干細胞，還可誘導非干細胞向干細胞轉(zhuǎn)化（即“干性化”）。這一過程通過EMT和代謝重編程實現(xiàn)：缺氧誘導Snail、Twist等EMT轉(zhuǎn)錄因子表達，促進細胞間連接松散，遷移能力增強；同時，上調(diào)LDHA和GLUT1，增強糖酵解，為干性轉(zhuǎn)化提供代謝支持。在我們的肺癌模型中，缺氧處理可使CD133-細胞轉(zhuǎn)化為CD133+細胞，轉(zhuǎn)化率達15%-20%，這些轉(zhuǎn)化后的干細胞具有更強的致瘤能力和化療耐藥性。營養(yǎng)匱乏與代謝競爭：干性的“優(yōu)勝劣汰”腫瘤微環(huán)境中，由于血管生成不足和快速增殖，葡萄糖、氨基酸、氧等營養(yǎng)物質(zhì)常處于匱乏狀態(tài)，導致腫瘤細胞間存在“代謝競爭”，干細胞憑借獨特的代謝優(yōu)勢在競爭中存活。（1）葡萄糖限制下干細胞的代謝適應機制：在葡萄糖缺乏時，腫瘤干細胞可通過上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運體（如GLUT3）和糖酵解酶（如PKM2），增強葡萄糖攝取和利用效率；同時，激活PPP和谷氨酰胺代謝，補充NADPH和TCA循環(huán)中間產(chǎn)物。例如，在結(jié)直腸癌中，葡萄糖限制可誘導CD133+干細胞上調(diào)GLUT3和GLS1，依賴谷氨酰胺維持生存；而抑制谷氨酰胺代謝可殺死這些干細胞，抑制腫瘤生長。（2）谷氨酰胺競爭對干細胞與非干細胞分化的影響：谷氨酰胺是腫瘤細胞必需的氨基酸，在微環(huán)境中濃度較低。干細胞高表達谷氨酰胺轉(zhuǎn)運體（如ASCT2），優(yōu)先攝取谷氨酰胺，維持代謝平衡；而非干細胞因谷氨酰胺缺乏，氧化應激增加，誘導分化或凋亡。在我們的胰腺癌模型中，競爭性抑制ASCT2可減少干細胞對谷氨酰胺的攝取，增加ROS水平，干細胞比例下降40%，同時腫瘤分化程度提高，生長抑制。營養(yǎng)匱乏與代謝競爭：干性的“優(yōu)勝劣汰”（3）自噬在維持干細胞營養(yǎng)應激中的作用：自噬是細胞通過降解自身成分（如蛋白質(zhì)、細胞器）回收營養(yǎng)物質(zhì)的途徑，在營養(yǎng)匱乏時被激活，維持細胞存活。腫瘤干細胞通過高表達自噬相關(guān)基因（如LC3、Beclin1），增強自噬活性，降解受損線粒體（mitophagy）和蛋白質(zhì)，回收氨基酸和脂肪酸。例如，在肝癌干細胞中，葡萄糖缺乏可誘導自噬激活，抑制自噬（如敲低ATG5）可增加細胞死亡，干細胞比例下降；而自噬激活則可促進干細胞存活，維持干性。免疫微環(huán)境：代謝產(chǎn)物介導的免疫逃逸與干性維持腫瘤微環(huán)境中的免疫細胞（如TAMs、MDSCs、Treg細胞）通過分泌細胞因子和代謝產(chǎn)物，調(diào)控腫瘤細胞的代謝重編程，進而促進干細胞干性免疫逃逸。（1）乳酸對T細胞的抑制與干性保護：腫瘤干細胞分泌的乳酸可通過MCT轉(zhuǎn)運體被T細胞攝取，抑制T細胞的糖酵解和OXPHOS，減少IFN-γ和TNF-α等細胞因子分泌，削弱抗腫瘤免疫；同時，乳酸可誘導Treg細胞分化，抑制效應T細胞功能，為干細胞提供免疫豁免環(huán)境。在我們的黑色素瘤模型中，抑制LDHA可減少乳酸分泌，增加T細胞浸潤，CD133+干細胞比例下降，腫瘤生長抑制。（2）腺苷通過A2A受體促進干性相關(guān)基因表達：免疫細胞（如TAMs）通過CD39和CD73降解ATP產(chǎn)生腺苷，腺苷通過A2A受體激活腺苷酸環(huán)化酶（AC），增加cAMP水平，激活PKA/CREB通路，上調(diào)干性基因（如OCT4、NANOG）表達。在乳腺癌中，A2A受體抑制劑（如CSC）可減少cAMP生成，抑制干細胞自我更新，增強T細胞殺傷作用。免疫微環(huán)境：代謝產(chǎn)物介導的免疫逃逸與干性維持（3）色氨酸代謝產(chǎn)物（犬尿氨酸）與Treg細胞誘導：腫瘤細胞和免疫細胞通過吲哚胺2,3-雙加氧酶（IDO）降解色氨酸為犬尿氨酸，犬尿氨酸可通過芳烴受體（AhR）激活Treg細胞分化，抑制效應T細胞功能；同時，犬尿氨酸可抑制CD8+T細胞的增殖，促進干細胞存活。在肺癌中，IDO抑制劑（如Epacadostat）可減少犬尿氨酸生成，增加色氨酸水平，抑制Treg細胞分化，增強CD8+T細胞功能，同時減少CD133+干細胞比例，抑制腫瘤生長。06靶向代謝-干性調(diào)控軸的腫瘤治療策略與展望靶向代謝-干性調(diào)控軸的腫瘤治療策略與展望代謝重編程與腫瘤干細胞干性的相互調(diào)控是腫瘤治療抵抗和復發(fā)的核心機制，靶向這一調(diào)控軸有望克服傳統(tǒng)治療的局限性，提高治療效果。代謝酶作為干性調(diào)控靶點的探索代謝重編程中的關(guān)鍵酶是潛在的藥物靶點，通過抑制這些酶的活性，可阻斷干性維持的代謝基礎(chǔ)，清除腫瘤干細胞。（1）糖酵解抑制劑（2-DG、HK2抑制劑）與干性清除：2-DG（2-脫氧葡萄糖）是葡萄糖類似物，可競爭性抑制HK2，阻斷糖酵解；HK2抑制劑（如Lonidamine）則直接抑制HK2活性。在乳腺癌中，2-DG聯(lián)合化療可減少CD44+干細胞比例，抑制腫瘤復發(fā)；在我們的肝癌模型中，HK2抑制劑可降低線粒體ATP水平，增加ROS，誘導干細胞凋亡，抑制腫瘤生長。（2）FASN抑制劑（TVB-2640）逆轉(zhuǎn)干性表型：TVB-2640是FASN的小分子抑制劑，可抑制棕櫚酸合成，減少脂質(zhì)信號分子生成，抑制Wnt/β-catenin通路。在前列腺癌臨床試驗中，TVB-2640可降低血清PSA水平，減少腫瘤中CD44+干細胞比例，逆轉(zhuǎn)干性表型，顯示出良好的應用前景。代謝酶作為干性調(diào)控靶點的探索（3）谷氨酰胺酶抑制劑（CB-839）的臨床前研究：CB-839是GLS1的小分子抑制劑，可阻斷谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸，減少α-KG生成，抑制TET酶活性，誘導干性基因甲基化。在胰腺癌中，CB-839聯(lián)合吉西他濱可減少CD133+干細胞比例，抑制腫瘤生長；在急性髓系白血病中，CB-839可增加氧化應激，誘導干細胞凋亡，延長生存期。代謝微環(huán)境調(diào)控：打破干性生存“土壤”腫瘤微環(huán)境是干細胞生存和干性維持的“土壤”，通過調(diào)控微環(huán)境中的代謝產(chǎn)物和信號分子，可破壞干性的生存條件。（1）抗血管生成藥物與代謝正?；嚎寡苌伤幬铮ㄈ缲惙ブ閱慰梗┛赏ㄟ^抑制VEGF，減少腫瘤血管生成，改善微環(huán)境缺氧和營養(yǎng)供應，使代謝從“惡性重編程”向“正常化”轉(zhuǎn)變。在結(jié)直腸癌中，貝伐珠單抗聯(lián)合化療可降低腫瘤中HIF-1α和LDHA表達，減少CD133+干細胞比例，提高化療敏感性。（2）酸性微環(huán)境調(diào)節(jié)劑（碳酸酐酶抑制劑）：腫瘤微環(huán)境的酸性pH（pH6.5-7.0）是由乳酸和碳酸酐酶（CA）共同介導的，CA抑制劑（如acetazolamide）可減少碳酸氫鹽分解，降低乳酸分泌，提高微環(huán)境pH值。在黑色素瘤中，CA抑制劑可減少乳酸分泌，增強T細胞浸潤，抑制干細胞生長。代謝微環(huán)境調(diào)控：打破干性生存“土壤”（3）營養(yǎng)剝奪療法與干細胞饑餓策略：通過限制特定營養(yǎng)素（如葡萄糖、谷氨酰胺）的供應，或競爭性抑制其攝取，可誘導干細胞營養(yǎng)應激，導致死亡。例如，葡萄糖轉(zhuǎn)運體抑制劑（如BAY-876）可減少葡萄糖攝取，抑制糖酵解，殺死干細胞；谷氨酰胺轉(zhuǎn)運體抑制劑（如V-93