代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞自我更新機(jī)制演講人01代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞自我更新機(jī)制02引言：代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞的交叉研究背景與意義03腫瘤代謝重編程的核心特征及其與腫瘤干細(xì)胞的代謝共性04代謝重編程支持腫瘤干細(xì)胞自我更新的核心機(jī)制05代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞自我更新的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)06靶向代謝重編程抑制腫瘤干細(xì)胞自我更新的策略與挑戰(zhàn)07總結(jié)與展望目錄01代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞自我更新機(jī)制02引言：代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞的交叉研究背景與意義引言：代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞的交叉研究背景與意義在腫瘤研究的漫長(zhǎng)歷程中，我們始終致力于解析腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)的核心機(jī)制。隨著“腫瘤干細(xì)胞（CancerStemCells,CSCs）”假說的提出，學(xué)術(shù)界逐漸認(rèn)識(shí)到腫瘤組織內(nèi)存在一小部分具有自我更新、多向分化及高致瘤能力的細(xì)胞亞群，它們是腫瘤形成、治療抵抗和復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的“種子細(xì)胞”。與此同時(shí)，代謝重編程作為腫瘤的十大特征之一，已被證實(shí)不僅為腫瘤細(xì)胞的快速增殖提供能量和生物合成前體，更在維持腫瘤干細(xì)胞干性、調(diào)控其命運(yùn)決定中扮演著關(guān)鍵角色。我們團(tuán)隊(duì)在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，接受標(biāo)準(zhǔn)化療的腫瘤患者，其殘留腫瘤組織中常伴隨代謝酶表達(dá)的改變及腫瘤干細(xì)胞比例的升高——這一現(xiàn)象提示，代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞自我更新之間可能存在深刻的內(nèi)在聯(lián)系。近年來，隨著代謝組學(xué)、單細(xì)胞測(cè)序及基因編輯技術(shù)的飛速發(fā)展，引言：代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞的交叉研究背景與意義我們得以從分子層面揭示代謝通路如何通過調(diào)控干性相關(guān)信號(hào)、表觀遺傳修飾及微環(huán)境互作，影響腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力。本文將從代謝重編程的核心特征出發(fā)，系統(tǒng)闡述其支持腫瘤干細(xì)胞自我更新的關(guān)鍵機(jī)制、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及靶向策略，以期為腫瘤治療提供新的理論依據(jù)和干預(yù)靶點(diǎn)。03腫瘤代謝重編程的核心特征及其與腫瘤干細(xì)胞的代謝共性腫瘤代謝重編程的經(jīng)典表現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的代謝重編程并非簡(jiǎn)單的代謝途徑紊亂，而是為適應(yīng)快速增殖、抗逆性及微環(huán)境脅迫而發(fā)生的系統(tǒng)性重塑。其核心特征可概括為以下四個(gè)方面：腫瘤代謝重編程的經(jīng)典表現(xiàn)Warburg效應(yīng)的強(qiáng)化與調(diào)控早在20世紀(jì)20年代，OttoWarburg即發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞即使在有氧條件下也傾向于通過糖酵解產(chǎn)生能量，同時(shí)伴隨乳酸大量生成（有氧糖酵解）。這一現(xiàn)象并非腫瘤細(xì)胞代謝缺陷的體現(xiàn)，而是其主動(dòng)選擇的適應(yīng)性策略：糖酵解產(chǎn)生的ATP速率雖低于氧化磷酸化（OXPHOS），但可為快速增殖的細(xì)胞提供中間產(chǎn)物（如6-磷酸葡萄糖、3-磷酸甘油醛）用于核酸、氨基酸及脂質(zhì)的合成；乳酸的積累則可通過酸化微環(huán)境促進(jìn)免疫逃逸、血管生成及轉(zhuǎn)移。值得注意的是，腫瘤干細(xì)胞并非均一地依賴糖酵解，部分CSCs（如膠質(zhì)瘤干細(xì)胞）在低氧或代謝應(yīng)激下會(huì)轉(zhuǎn)向OXPHOS依賴，這種代謝可塑性是其維持干性的重要基礎(chǔ)。腫瘤代謝重編程的經(jīng)典表現(xiàn)谷氨酰胺代謝的“成癮性”谷氨酰胺是腫瘤細(xì)胞除葡萄糖外最關(guān)鍵的碳源和氮源。在谷氨酰胺酶（GLS）的催化下，谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸，進(jìn)一步通過谷氨酸-丙酮酸轉(zhuǎn)氨酶（GPT）生成α-酮戊二酸（α-KG），進(jìn)入三羧酸循環(huán)（TCA）以維持能量供應(yīng)；同時(shí)，谷氨酰胺為谷胱甘肽（GSH）合成提供半胱氨酸，參與氧化還原平衡調(diào)控。我們的研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌干細(xì)胞中GLS表達(dá)顯著高于非干細(xì)胞亞群，抑制GLS活性可誘導(dǎo)CSCs凋亡并降低其成瘤能力，證實(shí)谷氨酰胺代謝是維持CSCs自我更新的“生命線”。腫瘤代謝重編程的經(jīng)典表現(xiàn)脂質(zhì)代謝的重塑與利用脂質(zhì)不僅是細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)成分，更是信號(hào)分子（如前列腺素、鞘脂）的前體。腫瘤細(xì)胞常表現(xiàn)為脂肪酸合成（FAS）途徑增強(qiáng)（通過ACC、FASN等酶催化）及脂肪酸氧化（FAO）途徑激活。在腫瘤干細(xì)胞中，脂質(zhì)代謝表現(xiàn)為“合成-氧化”動(dòng)態(tài)平衡：一方面，F(xiàn)ASN介導(dǎo)的飽和脂肪酸合成為膜形成及脂筏組裝提供原料；另一方面，F(xiàn)AO通過產(chǎn)生乙酰輔酶A（乙酰CoA）和NADPH支持OXPHOS及抗氧化防御。例如，白血病干細(xì)胞依賴CPT1A（肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1A）介導(dǎo)的FAO維持干性，抑制FAO可顯著抑制其自我更新。腫瘤代謝重編程的經(jīng)典表現(xiàn)線粒體功能的適應(yīng)性改變線粒體不僅是細(xì)胞的“能量工廠”，還是代謝調(diào)控的核心樞紐。腫瘤干細(xì)胞中線粒體常呈現(xiàn)“碎片化”（通過DRP1介導(dǎo)的線粒體分裂）及“嵴重構(gòu)”狀態(tài)，這種形態(tài)改變可降低OXPHOS效率，同時(shí)促進(jìn)乳酸脫氫酶A（LDHA）等糖酵解酶的定位，形成“代謝區(qū)室化”調(diào)控。此外，線粒體DNA（mtDNA）突變及電子傳遞鏈（ETC）復(fù)合物表達(dá)異常（如復(fù)合物I下調(diào)）在CSCs中常見，這種“有缺陷”的OXPHOS反而通過減少ROS過度積累，保護(hù)CSCs免受氧化應(yīng)激損傷。腫瘤干細(xì)胞的代謝異質(zhì)性與可塑性腫瘤干細(xì)胞并非代謝均一的群體，其代謝特征受腫瘤類型、微環(huán)境（如缺氧、營養(yǎng)缺乏）及細(xì)胞分化狀態(tài)的影響，表現(xiàn)出顯著的異質(zhì)性與可塑性：腫瘤干細(xì)胞的代謝異質(zhì)性與可塑性代謝亞群的分化動(dòng)態(tài)在同一腫瘤組織中，CSCs可分化為代謝特征不同的亞群：例如，乳腺癌干細(xì)胞中，“糖酵解型”CSCs高表達(dá)HK2、LDHA，傾向于增殖；“OXPHOS型”CSCs高表達(dá)PPARA、CPT1A，處于靜息狀態(tài)，可逃逸化療殺傷。這種分化動(dòng)態(tài)受Notch、Wnt等干性通路的調(diào)控，如Notch信號(hào)激活可促進(jìn)CSCs向糖酵解型分化，而Wnt/β-catenin通路則維持OXPHOS型CSCs的干性。腫瘤干細(xì)胞的代謝異質(zhì)性與可塑性微環(huán)境脅迫下的代謝適應(yīng)腫瘤微環(huán)境的缺氧、低葡萄糖及酸性脅迫會(huì)誘導(dǎo)CSCs代謝重編程：缺氧通過HIF-1α激活GLUT1（葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）、LDHA等基因，促進(jìn)糖酵解；營養(yǎng)缺乏時(shí)，CSCs可通過自噬降解自身組分（如蛋白質(zhì)、細(xì)胞器）提供能量，或通過分泌外泌體攝取周圍細(xì)胞的代謝物（如氨基酸、脂質(zhì)）。我們團(tuán)隊(duì)在肝癌模型中發(fā)現(xiàn)，低氧誘導(dǎo)的CSCs外泌體可攜帶miR-210，靶向抑制正常肝細(xì)胞的ISCU1/2（鐵硫簇組裝蛋白），將后者代謝產(chǎn)物“劫持”供CSCs利用，形成“代謝掠奪”現(xiàn)象。腫瘤干細(xì)胞的代謝異質(zhì)性與可塑性代謝可塑性的臨床意義代謝可塑性是CSCs治療抵抗的關(guān)鍵機(jī)制。例如，靶向糖酵解的藥物（如2-DG）可殺傷增殖性CSCs，但靜息型OXPHOS-CSCs會(huì)通過上調(diào)FAO途徑代償性生存；而聯(lián)合抑制FAO（如用Etomoxir）和OXPHOS（如用寡霉素）則可顯著清除CSCs。這一發(fā)現(xiàn)提示，針對(duì)CSCs代謝可塑性設(shè)計(jì)聯(lián)合干預(yù)策略，可能是克服治療耐藥的有效途徑。04代謝重編程支持腫瘤干細(xì)胞自我更新的核心機(jī)制代謝重編程支持腫瘤干細(xì)胞自我更新的核心機(jī)制代謝重編程并非孤立地維持CSCs生存，而是通過多維度、多層次的機(jī)制直接調(diào)控其自我更新能力。結(jié)合近年來的研究進(jìn)展，我們將核心機(jī)制歸納為以下五個(gè)方面：能量代謝重編程：為自我更新提供“動(dòng)力儲(chǔ)備”自我更新是CSCs最核心的生物學(xué)行為，需要大量ATP支持DNA復(fù)制、蛋白質(zhì)合成及細(xì)胞分裂。代謝重編程通過優(yōu)化能量供應(yīng)模式，滿足CSCs的特殊需求：能量代謝重編程：為自我更新提供“動(dòng)力儲(chǔ)備”糖酵解-線粒體偶聯(lián)的“ATP快速供應(yīng)”盡管糖酵解產(chǎn)能效率低，但其中間產(chǎn)物3-磷酸甘油醛可進(jìn)入磷酸戊糖途徑（PPP），產(chǎn)生NADPH和核糖-5-磷酸——前者維持GSH/GSSG平衡（抗氧化防御），后者為核酸合成提供原料。在CSCs中，糖酵解與線粒體功能并非“對(duì)立”，而是通過“代謝穿梭”實(shí)現(xiàn)偶聯(lián)：例如，丙酮酸通過線粒體丙酮酸載體（MPC）進(jìn)入TCA循環(huán)，或在LDHA催化下生成乳酸，后者通過單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體4（MCT4）分泌至胞外，再被MCT1轉(zhuǎn)運(yùn)回CSCs氧化為丙酮酸，形成“乳酸-丙氨酸循環(huán)”，實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。能量代謝重編程：為自我更新提供“動(dòng)力儲(chǔ)備”線粒體代謝的“干性維持”O(jiān)XPHOS型CSCs依賴線粒體代謝維持靜息狀態(tài)和自我更新能力。線粒體乙酰CoA是組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）的底物，可激活干性基因（如OCT4、NANOG）的轉(zhuǎn)錄；同時(shí)，TCA循環(huán)中間產(chǎn)物（如琥珀酸、延胡索酸）通過抑制α-KG依賴的組蛋白去甲基化酶（如JmjC-domain蛋白），維持組蛋白甲基化修飾（如H3K4me3、H3K27me3），調(diào)控干細(xì)胞基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。例如，在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）中，線粒體TCA循環(huán)活性與干性基因表達(dá)呈正相關(guān)，抑制ETC復(fù)合物IV可誘導(dǎo)干細(xì)胞分化。氨基酸代謝調(diào)控：通過表觀遺傳修飾“鎖定”干性氨基酸不僅是蛋白質(zhì)合成的原料，更是表觀遺傳修飾的關(guān)鍵調(diào)控因子。代謝重編程產(chǎn)生的氨基酸代謝物可直接或間接影響染色質(zhì)狀態(tài)，維持CSCs的自我更新能力：氨基酸代謝調(diào)控：通過表觀遺傳修飾“鎖定”干性谷氨酰胺-α-KG-表觀遺傳軸谷氨酰胺衍生的α-KG是TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物，也是組蛋白去甲基化酶（KDMs）、DNA去甲基化酶（TETs）的輔因子。在CSCs中，高水平的α-KG維持KDMs和TETs的活性，促進(jìn)干性基因啟動(dòng)子區(qū)域的組蛋白去甲基化（如H3K27me3）和DNA去甲基化（如5mC→5hmC），激活OCT4、SOX2等核心干性因子。相反，谷氨酰胺缺乏時(shí)，α-KG生成減少，KDMs/TETs活性受抑，導(dǎo)致抑癌基因高甲基化沉默，CSCs干性喪失。氨基酸代謝調(diào)控：通過表觀遺傳修飾“鎖定”干性絲氨酸-甘氨酸一碳代謝的“甲基供體平衡”絲氨酸在絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶（SHMT）的催化下生成甘氨酸和5,10-亞甲基四氫葉酸（5,10-CH2-THF），后者通過一碳代謝為S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供甲基，參與組蛋白、DNA甲基化修飾。CSCs常高表達(dá)SHMT2（線粒體型SHMT），促進(jìn)絲氨酸轉(zhuǎn)化為甘氨酸，維持SAM/SAH（S-腺苷同型半胱氨酸）比值穩(wěn)定。我們的研究發(fā)現(xiàn)，抑制SHMT2可降低組蛋白H3K4me3水平，下調(diào)NANOG表達(dá)，抑制結(jié)直腸CSCs的自我更新。氨基酸代謝調(diào)控：通過表觀遺傳修飾“鎖定”干性甲硫氨酸循環(huán)的“干性開關(guān)”甲硫氨酸是蛋氨酸循環(huán)的起始氨基酸，通過轉(zhuǎn)化為SAM參與甲基化反應(yīng)。CSCs對(duì)甲硫氨酸具有“成癮性”，其機(jī)制與甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶（MAT2A）的高表達(dá)相關(guān)——MAT2A催化甲硫氨酸生成SAM，同時(shí)抑制甲硫氨酸循環(huán)的負(fù)調(diào)控因子（如S-腺苷同型半胱氨酸水解酶）。抑制MAT2A可耗盡SAM水平，導(dǎo)致組蛋白H3K9me2和H3K27me3積累，沉默干性基因，誘導(dǎo)CSCs分化。脂質(zhì)代謝重編程：構(gòu)建“膜系統(tǒng)”與“信號(hào)樞紐”脂質(zhì)代謝為CSCs的自我更新提供結(jié)構(gòu)支持（如細(xì)胞膜、膜脂筏）及信號(hào)調(diào)控平臺(tái)（如脂質(zhì)第二信使）。其核心機(jī)制包括：脂質(zhì)代謝重編程：構(gòu)建“膜系統(tǒng)”與“信號(hào)樞紐”脂肪酸合成與膜完整性CSCs的高增殖活性需要快速合成膜脂質(zhì)（如磷脂、膽固醇）。ACC催化乙酰CoA生成丙二酰CoA，抑制脂肪酸β氧化；FASN催化丙二酰CoA與乙酰CoA生成棕櫚酸，是脂肪酸合成的限速酶。在乳腺癌干細(xì)胞中，F(xiàn)ASN表達(dá)與CD44+/CD24-干細(xì)胞表型呈正相關(guān)，抑制FASN可減少脂滴形成，破壞膜完整性，抑制其成瘤能力。此外，飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的比例（S/Uratio）影響膜的流動(dòng)性：CSCs常通過升高S/U比例（通過SCD1抑制）維持脂筏結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，促進(jìn)干性信號(hào)分子（如Wnt、Hedgehog）的聚集和激活。脂質(zhì)代謝重編程：構(gòu)建“膜系統(tǒng)”與“信號(hào)樞紐”鞘脂代謝與干細(xì)胞信號(hào)調(diào)控鞘磷脂是細(xì)胞膜的重要組分，其代謝產(chǎn)物（如神經(jīng)酰胺、鞘氨醇-1-磷酸，S1P）是調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)的信號(hào)分子。CSCs常表現(xiàn)為神經(jīng)酰胺合成減少、S1P合成增加（由鞘氨醇激酶1，SphK1催化），這種“神經(jīng)酰胺/S1P平衡”偏向S1P可抑制CSCs凋亡，促進(jìn)其自我更新。例如，在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中，S1P通過激活S1PR1/Akt/NF-κB通路，上調(diào)SOX2表達(dá)；而抑制SphK1可降低S1P水平，誘導(dǎo)CSCs分化。脂質(zhì)代謝重編程：構(gòu)建“膜系統(tǒng)”與“信號(hào)樞紐”膽固醇代謝與膜受體定位膽固醇是脂筏的核心成分，影響膜受體（如Notch、Hedgehog）的定位和活性。CSCs通過上調(diào)低密度脂蛋白受體（LDLR）攝取外源性膽固醇，或通過SREBP2（膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白2）激活內(nèi)源性膽固醇合成途徑。在白血病干細(xì)胞中，膽固醇富集于膜脂筏，促進(jìn)Notch受體與配體（如Jagged1）的結(jié)合，激活Notch下游靶基因（如HES1），維持干性；抑制膽固醇酯化（如用ACAT抑制劑）可破壞脂筏結(jié)構(gòu)，阻斷Notch信號(hào)，誘導(dǎo)CSCs分化。氧化還原平衡：為自我更新提供“保護(hù)屏障”腫瘤干細(xì)胞常處于相對(duì)低氧化還原應(yīng)激狀態(tài)，高水平的活性氧（ROS）可誘導(dǎo)其分化或凋亡，而低ROS水平則維持其干性。代謝重編程通過調(diào)控氧化還原平衡，為CSCs提供“保護(hù)屏障”：氧化還原平衡：為自我更新提供“保護(hù)屏障”糖酵解-PPP-NADPH-GSH軸糖酵解中間產(chǎn)物6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脫氫酶（G6PD）催化下進(jìn)入PPP，生成NADPH。NADPH是谷胱甘肽還原酶（GR）的輔因子，將氧化型谷胱甘肽（GSSG）還原為還原型谷胱甘肽（GSH），后者通過谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）清除ROS（如H2O2、OH）。在CSCs中，G6PD和GCLC（谷氨酰半胱氨酸合成酶，限速酶）高表達(dá)，維持GSH/GSSG比值穩(wěn)定（>100:1），使ROS水平保持在“生理性低水平”（<100nM），既避免ROS過度積累導(dǎo)致的DNA損傷，又利用ROS作為信號(hào)分子激活促生存通路（如Nrf2/ARE）。氧化還原平衡：為自我更新提供“保護(hù)屏障”線粒體ROS（mtROS）的“精細(xì)調(diào)控”線粒體是ROS的主要來源，CSCs通過調(diào)控ETC復(fù)合物活性（如復(fù)合物III下調(diào)）和線粒體抗氧化系統(tǒng)（如SOD2、Prx3）維持mtROS低水平。例如，在肺癌干細(xì)胞中，線粒體融合蛋白MFN1/2高表達(dá)促進(jìn)線粒體融合，減少ETC電子泄漏，降低mtROS；而抑制MFN1/2可增加mtROS，通過p38MAPK通路誘導(dǎo)CSCs分化。氧化還原平衡：為自我更新提供“保護(hù)屏障”NADPH/NADP+平衡的“氧化還原開關(guān)”除了PPP，蘋果酸-蘋果酸酶（ME1）、異檸檬酸脫氫酶（IDH1/2）也是NADPH的重要來源。CSCs常高表達(dá)IDH1（胞質(zhì)型），催化異檸檬酸生成α-KG和NADPH；IDH1突變（如R132H）則生成致癌代謝物2-羥基戊二酸（2-HG），抑制α-KG依賴的雙加氧酶，通過表觀遺傳修飾維持干性。我們的研究表明，IDH1在胰腺癌干細(xì)胞中高表達(dá)，其介導(dǎo)的NADPH生成與GSH合成呈正相關(guān)，抑制IDH1可增加ROS水平，抑制自我更新。代謝物信號(hào)直接調(diào)控干性通路代謝物不僅是合成原料，還可作為信號(hào)分子直接激活或抑制干性通路，實(shí)現(xiàn)代謝與干性的“實(shí)時(shí)對(duì)話”：代謝物信號(hào)直接調(diào)控干性通路乳酸作為“表觀遺傳修飾物”乳酸不僅是糖酵解的終產(chǎn)物，還可通過組蛋白乳酸化修飾調(diào)控基因表達(dá)。在CSCs中，乳酸在組蛋白乳酸轉(zhuǎn)移酶（如p300/CBP）催化下，組蛋白H3K18和H3K9發(fā)生乳酸化，抑制干性基因（如MYC、OCT4）的轉(zhuǎn)錄；而乳酸脫氫酶B（LDHB）可催化乳酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸，減少乳酸積累，維持干性基因表達(dá)。這一發(fā)現(xiàn)解釋了為何CSCs常高表達(dá)LDHB——通過“乳酸清除”機(jī)制避免干性基因被抑制。代謝物信號(hào)直接調(diào)控干性通路琥珀酸作為“HIF穩(wěn)定劑”琥珀酸是TCA循環(huán)中間產(chǎn)物，當(dāng)琥珀酸脫氫酶（SDH）功能缺陷時(shí)，琥珀酸積累，抑制脯氨酰羥化酶（PHDs）活性，阻止HIF-1α降解，激活HIF下游靶基因（如VEGF、GLUT1）。在腎癌干細(xì)胞中，SDH突變導(dǎo)致的琥珀酸積累可穩(wěn)定HIF-2α，上調(diào)OCT4和NANOG表達(dá)，維持干性；而補(bǔ)充琥珀酸類似物（如DM-6）可模擬這一效應(yīng)，增強(qiáng)CSCs的自我更新能力。代謝物信號(hào)直接調(diào)控干性通路乙酰CoA作為“組蛋白乙酰化調(diào)控物”乙酰CoA是組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATs）的底物，其水平直接影響組蛋白乙酰化修飾。CSCs通過ACLY（ATP-檸檬酸裂解酶）將胞質(zhì)檸檬酸轉(zhuǎn)化為乙酰CoA，或通過ACSS2（乙酰CoA合成酶短鏈家族成員2）利用乙酸生成乙酰CoA，維持核內(nèi)乙酰CoA濃度。在肝癌干細(xì)胞中，ACLY高表達(dá)促進(jìn)組蛋白H3K27ac修飾，激活Wnt/β-catenin通路，上調(diào)干性基因；抑制ACLY可降低H3K27ac水平，抑制自我更新。05代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞自我更新的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)代謝重編程與腫瘤干細(xì)胞自我更新的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)代謝重編程與CSCs自我更新的調(diào)控并非孤立存在，而是由信號(hào)通路、表觀遺傳修飾及微環(huán)境因子構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，三者相互交織、協(xié)同調(diào)控。深入解析這一網(wǎng)絡(luò)，可為靶向干預(yù)提供精準(zhǔn)靶點(diǎn)。經(jīng)典信號(hào)通路對(duì)代謝與干性的交叉調(diào)控PI3K/Akt/mTOR通路是腫瘤中最常被激活的信號(hào)通路，通過調(diào)控糖酵解、脂質(zhì)合成、線粒體功能等多條代謝途徑，影響CSCs的自我更新：010203041.PI3K/Akt/mTOR通路：代謝與干性的“主調(diào)控器”-Akt激活可促進(jìn)GLUT1轉(zhuǎn)位至細(xì)胞膜，增加葡萄糖攝?。煌瑫r(shí)磷酸化并抑制GSK3β，激活β-catenin，上調(diào)干性基因；-mTORC1激活促進(jìn)SREBP2介導(dǎo)的膽固醇合成和FASN介導(dǎo)的脂肪酸合成，支持CSCs膜形成；-mTORC2通過激活A(yù)kt（Ser473位點(diǎn)）形成正反饋環(huán)路，維持CSCs干性。經(jīng)典信號(hào)通路對(duì)代謝與干性的交叉調(diào)控HIF通路：低氧下的“代謝-干性適配器”1缺氧誘導(dǎo)因子（HIF-1α/2α）是低氧應(yīng)答的核心轉(zhuǎn)錄因子，在常氧下通過VHL泛素化降解，而在缺氧或HIF突變（如VHL缺失）時(shí)穩(wěn)定表達(dá)：2-HIF-1α激活GLUT1、LDHA、PDK1等糖酵解基因，促進(jìn)Warburg效應(yīng)；3-HIF-2α（而非HIF-1α）更傾向于激活干性基因（如OCT4、NANOG），在腎癌、膠質(zhì)瘤CSCs中發(fā)揮關(guān)鍵作用；4-HIF通過與c-Myc協(xié)同，上調(diào)GLS表達(dá)，促進(jìn)谷氨酰胺代謝，維持CSCs氧化還原平衡。經(jīng)典信號(hào)通路對(duì)代謝與干性的交叉調(diào)控HIF通路：低氧下的“代謝-干性適配器”3.Notch/Wnt/Hedgehog通路：干性信號(hào)的“代謝執(zhí)行器”三大經(jīng)典干性通路通過調(diào)控代謝酶表達(dá)，實(shí)現(xiàn)干性與代謝的偶聯(lián)：-Notch信號(hào)激活可上調(diào)HES1，后者結(jié)合GLS啟動(dòng)子，促進(jìn)谷氨酰胺代謝，同時(shí)抑制線粒體融合蛋白MFN1，降低OXPHOS活性，維持CSCs干性；-Wnt/β-catenin通路通過β-catenin/TCF4復(fù)合物激活c-Myc，進(jìn)而上調(diào)LDHA、HK2等糖酵解基因；同時(shí)抑制PGC-1α（線粒體生物發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)控因子），減少線粒體數(shù)量，抑制CSCs分化；-Hedgehog信號(hào)通過Gli1激活SREBP2，促進(jìn)膽固醇合成，維持膜脂筏結(jié)構(gòu)，促進(jìn)Notch和Wnt受體聚集，形成“干性-代謝”正反饋環(huán)路。表觀遺傳修飾對(duì)代謝與干性的“雙向調(diào)控”表觀遺傳修飾（DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA）可調(diào)控代謝酶表達(dá)，而代謝物又作為底物影響表觀遺傳狀態(tài)，形成“代謝-表觀遺傳-干性”的調(diào)控閉環(huán)：表觀遺傳修飾對(duì)代謝與干性的“雙向調(diào)控”DNA甲基化與代謝酶的“相互調(diào)控”-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）需要SAM作為甲基供體，因此甲硫氨酸代謝失衡（如SAM減少）可導(dǎo)致DNA低甲基化，激活促癌基因；-代謝酶基因的啟動(dòng)子區(qū)高甲基化可導(dǎo)致其表達(dá)沉默，例如，在結(jié)直腸癌CSCs中，GLS2啟動(dòng)子高甲基化，抑制GLS2表達(dá)，降低谷氨酰胺氧化，促進(jìn)糖酵解依賴的自我更新。表觀遺傳修飾對(duì)代謝與干性的“雙向調(diào)控”組蛋白修飾與代謝物的“實(shí)時(shí)對(duì)話”-組蛋白乙酰化依賴乙酰CoA水平，如前文所述，ACLY介導(dǎo)的乙酰CoA生成促進(jìn)H3K27ac修飾，激活干性基因；-組蛋白甲基化依賴α-KG和SAM水平：α-KG充足時(shí)，KDMs活性增強(qiáng)，促進(jìn)組蛋白去甲基化；SAM充足時(shí)，HMTs活性增強(qiáng)，促進(jìn)組蛋白甲基化。在IDH1突變的CSCs中，2-HG競(jìng)爭(zhēng)性抑制KDMs和TETs，導(dǎo)致H3K9me3和DNA高甲基化，沉默分化基因，維持干性。表觀遺傳修飾對(duì)代謝與干性的“雙向調(diào)控”非編碼RNA的“代謝-干性調(diào)控軸”-miRNAs：miR-143靶向HK2，抑制糖酵解，在前列腺癌CSCs中低表達(dá)，促進(jìn)自我更新；miR-335靶向FASN，抑制脂質(zhì)合成，在乳腺癌CSCs中低表達(dá)，增強(qiáng)其成瘤能力；-lncRNAs：HOTAIR通過結(jié)合PRC2復(fù)合物，催化H3K27me3修飾，沉默代謝酶ACSS2的表達(dá)，減少乙酰CoA生成，抑制肝癌CSCs分化；MALAT1通過結(jié)合SREBP2mRNA，促進(jìn)其穩(wěn)定性，上調(diào)膽固醇合成基因，維持膠質(zhì)瘤CSCs干性。腫瘤微環(huán)境對(duì)代謝與干性的“外源性調(diào)控”腫瘤微環(huán)境（TME）包括免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），其分泌的因子和代謝物可通過旁分泌或內(nèi)分泌方式影響CSCs的代謝與干性：腫瘤微環(huán)境對(duì)代謝與干性的“外源性調(diào)控”免疫細(xì)胞與CSCs的“代謝互作”-腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）通過分泌IL-6、TNF-α激活CSCs的STAT3通路，上調(diào)GLUT1和LDHA表達(dá)，促進(jìn)糖酵解；同時(shí)，TAMs高表達(dá)IDO1，催化色氨酸降解為犬尿氨酸，抑制CSCs的T細(xì)胞浸潤，形成“免疫抑制-代謝重編程-干性維持”的惡性循環(huán)；-髓源性抑制細(xì)胞（MDSCs）通過精氨酸酶1（ARG1）消耗精氨酸，抑制CSCs的mTOR信號(hào)，誘導(dǎo)其進(jìn)入靜息狀態(tài)，逃逸免疫監(jiān)視。腫瘤微環(huán)境對(duì)代謝與干性的“外源性調(diào)控”癌相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）與CSCs的“代謝串?dāng)_”CAFs通過分泌肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（HGF）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）激活CSCs的c-Met和FGFR通路，促進(jìn)糖酵解和谷氨酰胺代謝；同時(shí)，CAFs通過線粒體轉(zhuǎn)移（通過隧道納米管TNTs）為CSCs提供功能性線粒體，增強(qiáng)其OXPHOS能力，支持化療后的自我更新。腫瘤微環(huán)境對(duì)代謝與干性的“外源性調(diào)控”細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）硬度與CSCs的“力學(xué)-代謝偶聯(lián)”腫瘤組織ECM硬化（如膠原蛋白沉積增加）通過整合素（如β1-integrin）激活FAK/Src通路，上調(diào)SREBP2介導(dǎo)的膽固醇合成，維持CSCs的干性；同時(shí)，ECM硬度通過YAP/TAZ通路激活GLUT1和LDHA，促進(jìn)糖酵解，形成“力學(xué)信號(hào)-代謝重編程-干性維持”的調(diào)控軸。06靶向代謝重編程抑制腫瘤干細(xì)胞自我更新的策略與挑戰(zhàn)靶向代謝重編程抑制腫瘤干細(xì)胞自我更新的策略與挑戰(zhàn)基于代謝重編程與CSCs自我更新的密切關(guān)聯(lián)，靶向代謝通路已成為清除CSCs、克服治療耐藥的新策略。然而，由于CSCs代謝異質(zhì)性和可塑性的存在，單一靶點(diǎn)干預(yù)常面臨療效有限、易產(chǎn)生耐藥等問題，需要設(shè)計(jì)聯(lián)合靶向策略。靶向核心代謝酶的單藥干預(yù)策略糖酵解通路抑制劑-2-脫氧-D-葡萄糖（2-DG）：競(jìng)爭(zhēng)性抑制己糖激酶（HK），阻斷葡萄糖攝取，已在臨床試驗(yàn)中與化療聯(lián)用，用于治療晚期實(shí)體瘤；-Lonidamine：靶向HK2，阻斷線粒體HK與VDAC的結(jié)合，抑制糖酵解ATP生成，對(duì)增殖性CSCs有顯著殺傷作用；-FX11：抑制LDHA，阻斷乳酸生成，增加胞內(nèi)ROS水平，誘導(dǎo)CSCs凋亡（在乳腺癌模型中已證實(shí)）。靶向核心代謝酶的單藥干預(yù)策略谷氨酰胺代謝抑制劑-CB-839（Telaglenastat）：GLS抑制劑，阻斷谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸，在臨床試驗(yàn)中與紫杉醇聯(lián)用，治療三陰性乳腺癌（TNBC）時(shí)，可顯著降低CSCs比例；-BPTES：GLS1變構(gòu)抑制劑，對(duì)GLS1具有高選擇性，在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞模型中可抑制其自我更新能力。靶向核心代謝酶的單藥干預(yù)策略脂質(zhì)代謝抑制劑-Orlistat：FASN抑制劑，通過抑制棕櫚酸合成，破壞CSCs膜完整性，在前列腺癌模型中可抑制CD44+/CD24-CSCs的成瘤能力；01-TOFA：ACC抑制劑，減少丙二酰CoA生成，促進(jìn)脂肪酸β氧化，增加ROS水平，誘導(dǎo)結(jié)直腸CSCs分化；01-Avasimibe：ACAT抑制劑，阻斷膽固醇酯化，破壞脂筏結(jié)構(gòu)，抑制Notch信號(hào)，在白血病干細(xì)胞模型中可清除靜息型CSCs。01靶向核心代謝酶的單藥干預(yù)策略線粒體代謝抑制劑-Metformin：激活A(yù)MPK，抑制mTORC1，減少線粒體ETC復(fù)合物I活性，降低ATP生成，在乳腺癌干細(xì)胞中可抑制其自我更新；-IACS-010759：ETC復(fù)合物I抑制劑，特異性靶向OXPHOS型CSCs，在臨床前研究中對(duì)復(fù)發(fā)難治性白血病有顯著療效。聯(lián)合靶向策略：克服代謝可塑性與異質(zhì)性單一代謝抑制劑常因CSCs的代謝可塑性（如從糖酵解轉(zhuǎn)向OXPHOS）而失效，設(shè)計(jì)“代謝靶點(diǎn)+干性通路”或“代謝靶點(diǎn)+化療/免疫治療”的聯(lián)合策略，可顯著提高療效：聯(lián)合靶向策略：克服代謝可塑性與異質(zhì)性代謝抑制劑+干性通路抑制劑-CB-839（GLS抑制劑）+γ-分泌酶抑制劑（Notch通路抑制劑）：在胰腺癌模型中，聯(lián)合用藥可同時(shí)抑制谷氨酰胺代謝和Notch信號(hào)，阻斷CSCs的自我更新分化，顯著延長(zhǎng)生存期；-Metformin（線粒體代謝抑制劑）+Vismodegib（Hedgehog通路抑制劑）：在基底細(xì)胞癌模型中，聯(lián)合用藥可清除OXPHOS型和Hedgegh依賴型CSCs，降低復(fù)發(fā)率。聯(lián)合靶向策略：克服代謝可塑性與異質(zhì)性代謝抑制劑+化療藥物-2-DG+順鉑：2-DG抑制糖酵解，降低CSCs的抗氧化能力，增強(qiáng)順鉑對(duì)DNA損傷的敏感性，在卵巢癌模型中可顯著減少CSCs殘留；-CB-839+吉西他濱：CB-839消耗谷氨酰胺，抑制GSH合成，增加吉西他濱誘導(dǎo)的ROS水平，在胰腺癌模型中可逆轉(zhuǎn)化療耐藥。聯(lián)合靶向策略：克服代謝可塑性與異質(zhì)性代謝抑制劑+免疫檢查點(diǎn)抑制劑-CB-839+抗PD-1抗體：抑制谷氨酰胺代謝可減少TAMs的M2極化，增加CD8+T細(xì)胞浸潤，聯(lián)合抗PD-1抗體可增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)，在黑色素瘤模型中可顯著抑制CSCs生長(zhǎng)；-Metformin+CTLA-4抗體：Metformin通過減少乳酸分泌，改善腫瘤微環(huán)境酸化，增強(qiáng)CTLA-4抗體的療效，在肝癌模型中可清除免疫逃逸的CSCs。靶向代謝微環(huán)境的策略阻斷代謝“掠奪”通路-抑制外泌體介導(dǎo)的代謝物轉(zhuǎn)移：如用GW4869（中性鞘磷脂酶抑制劑）阻斷CSCs外泌體釋放，