综述：癌细胞可塑性与治疗抵抗：机制、串扰与转化视角

　　本综述系统阐述了癌细胞可塑性的核心机制及其介导治疗抵抗的路径。文章深度剖析了上皮-间质转化（EMT）、去分化、癌症干细胞（CSCs）等关键生物学过程，揭示了转录因子（如SOX2、Snail）、信号通路（如TGF-β、Wnt）和非编码RNA（如miR-200、HOTAIR）的核心调控作用。作者强调靶向肿瘤微环境（TME）和表观遗传重编程是克服耐药性的新兴策略，为开发更有效的联合疗法提供了深刻见解。

　　

癌细胞可塑性与治疗抵抗的机制

耐药性是癌症治疗的主要障碍，其核心在于癌细胞拥有惊人的生物学灵活性，即癌细胞可塑性。这种特性使得恶性肿瘤细胞能够耐受药物压力，通过转变为慢循环的耐药细胞状态，从而实现永久性耐药或在治疗停止后恢复敏感性。深入理解这种可塑性，对于改进癌症治疗策略至关重要。

可塑性与抵抗的机制

癌症细胞可塑性中的细胞机制；EMT/MET

表型可塑性的概念揭示了癌症在发生、发展和治疗反应中的细胞级变化。上皮-间质转化（EMT）在此过程中扮演着关键角色，它是一个复杂的过程，细胞从上皮表型转变为间质表型，涉及细胞骨架重排、极性改变和细胞连接的破坏。其逆过程，间质-上皮转化（MET），同样重要。这些转变由TGF-β、WNT、Notch和Hippo等信号通路以及Snail、Slug、ZEB1/ZEB2和Twist等转录因子（TF）精心调控。MicroRNAs也通过抑制或增强上皮标志物的表达来调节这些过程。

癌细胞通过EMT获得迁移和侵袭能力，从而从原发肿瘤中脱离并播散。值得注意的是，癌细胞并不总是维持间质状态。在到达转移部位后，它们可能通过MET过程发生逆转，使其能够在新的环境中增殖并形成持久转移灶。EMT和MET均由多种信号通路控制，其中TGF-β信号通路尤为活跃，它同时参与EMT和MET的调控。

去分化

可塑性还表现为细胞谱系的转换，例如神经内分泌分化，这在前列腺癌和非小细胞肺癌（NSCLC）中均有观察到。在前列腺癌中，靶向雄激素受体（AR）信号通路的治疗压力可导致神经内分泌分化，形成神经内分泌前列腺癌（NEPC）。TP53和RB1基因的缺失是推动这种分化的关键遗传事件。类似地，在黑色素瘤中，两种主要的转录程序——由微phthalmia相关转录因子（MITF）主导的增殖表型和低表达AXL的表型——决定了细胞的分化状态和可塑性。

癌症干细胞（CSCs）

CSCs是肿瘤细胞中的一个独特亚群，具有干细胞样特性，包括自我更新和多向分化潜能，对肿瘤的发生和进展至关重要。根据CSC模型，这群细胞能够自我更新、增殖并分化为构成原始肿瘤的各种细胞类型，从而形成细胞层级和异质性。CSCs的自我更新机制失调导致肿瘤细胞无限增殖。EMT过程与CSC特性的获得密切相关，激活EMT程序可赋予癌细胞CSC特性，增强其转移和侵袭能力。研究表明，非CSCs可以迅速转化为CSC状态，凸显了其固有的灵活性。

肿瘤微环境（TME）中的多种因素，如间充质干细胞（MSCs）、癌症相关成纤维细胞（CAFs）、免疫细胞和外泌体，通过Notch、IGF-II/IGF1R、c-Met/FRA1/HEY1和FAK等通路，在影响CSC可塑性方面发挥着核心作用。

表观遗传修饰在癌细胞可塑性中的作用

广泛的表观遗传改变，特别是基因组甲基化模式的破坏，是癌细胞可塑性的一个关键驱动因素。癌症基因组通常表现出一种二价染色质状态，同时具有活化和抑制标记，这种状态在CSCs中得以维持，促进其自我更新和表型转变。研究表明，在药物干预引起的细胞身份变化中，表观遗传因素比遗传因素影响更大。

EZH2（Polycomb抑制复合物2（PRC2）的催化组分）的活性增强是NEPC的一个显著特征，对于维持癌细胞的侵袭性和耐药性至关重要。另一个表观遗传调节因子RE1沉默转录因子（REST）的失调也参与了神经内分泌分化。此外，染色质重塑（如SWI/SNF复合物介导）和组蛋白共价修饰（如甲基化和乙酰化）均可影响基因转录。肿瘤抑制基因（TSG）启动子区CpG岛的高甲基化是一种常见事件。

遗传突变

遗传异常，如突变、染色体重排和其他不规则性，是癌症发生的主要驱动力。癌基因和肿瘤抑制基因（TSG）的突变在众多癌症的发展中起着至关重要的作用。染色体异常（如非整倍体、缺失、易位或扩增）在癌细胞中也很常见。这些大规模的遗传改变可以显著改变细胞特性。例如，在血液恶性肿瘤中，造血干细胞的染色体易位可以诱发白血病发生。在实体瘤（如结肠癌）中，APC基因的缺失会改变Wnt信号通路。这些遗传改变也可能间接影响癌症可塑性，例如Rb1基因缺失会导致视网膜母细胞瘤中的表观遗传紊乱。

转录因子（TF）在细胞可塑性中的作用

转录谱分析揭示了重编程因子和谱系特异性转录因子（如SOX家族基因）在通过谱系转换耐受和规避治疗方面的关键作用。研究表明，SOX2等转录因子在神经内分泌分化中起作用，其表达上调可刺激神经内分泌发育。相反，SOX2的shRNA抑制可逆转谱系转变并恢复对抗雄激素药物的敏感性。同样，MITF和SOX10在黑色素瘤的药物抵抗细胞状态调控中发挥作用，而SOX10可以促进乳腺癌向神经嵴细胞状态的转变。

EMT/MET诱导转录因子

EMT过程由EMT转录因子（EMT-TF）主导，它们深刻地改变了细胞生理机能。Snail1、Snail2（Slug）、Twist1、Twist2、ZEB1和ZEB2等关键转录因子通过抑制和结合启动子区域（特别是那些与细胞间粘附相关的基因）来调节基因表达。Snail转录抑制因子家族与CDH1启动子相互作用，抑制E-钙粘蛋白（E-cadherin）的产生。ZEB家族通过结合特定的DNA区域（双部分E-box区域）来抑制CDH1启动子活性，并上调基质金属蛋白酶（MMPs）编码基因。此外，这些通路还涉及microRNAs，例如ZEB1和ZEB2通过与miR-200启动子结合形成反馈回路来调节EMT。

癌细胞可塑性的分子机制

细胞可塑性的信号通路 TGF-β、Smad和非Smad信号在EMT/MET中的作用

TGF-β蛋白通过细胞表面复合物（包括两对双特异性受体激酶）发挥作用。配体结合后，II型受体磷酸化并激活I型受体，进而磷酸化Smad蛋白的C末端。TGF-β激活Smad2和Smad3，而BMPs激活Smad1、Smad5和Smad8。激活的Smads与Smad4形成三聚体复合物，进入细胞核与DNA结合转录因子相互作用，调节靶基因转录。组蛋白乙酰转移酶、去乙酰化酶等激活剂和阻遏剂对Smad介导的转录至关重要。Smad复合物还能与TCF/β-连环蛋白（β-catenin）和LEF协作干扰Wnt信号，或与CSL/NICD协作干扰Notch信号。

TGF-β和BMPs也能激活非Smad通路，如Erk、JNK、p38 MAPK信号通路以及PI3K-Akt-mTOR通路。TGF-β通过TβRI磷酸化Shc酪氨酸残基来激活Erk MAPK信号。此外，TGF-β还能激活mTOR2复合物下游的ROCK和RhoA。TGF-β通过将这些非Smad通路与Smad依赖的基因表达机制相结合，驱动EMT所需的基因表达模式和其他细胞变化。

TGF-β超家族中有多种配体，包括三种TGF亚型（TGF-β1, β2, β3）和六种BMP亚型（BMP2至BMP7）。TGF-β1在癌症和纤维化中调控EMT至关重要；TGF-β2在心脏发育中调控EMT；TGF-β3在腭部发育中活跃。BMP2和BMP4（尤其是BMP4）与癌症中EMT的诱导有关。相反，BMP7 consistently抑制EMT并支持上皮细胞表型。BMP信号使用自己的II型受体，独立于TGF-β通路。

TGF-RII是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，它磷酸化并激活TGF-RI，后者随后磷酸化SMAD2和SMAD3的C末端结构域。这种磷酸化促进了与SMAD4复合物的形成。磷酸化的MH2结构域暴露了核定位信号，使R-SMAD/SMAD4复合物能够进入细胞核，启动EMT相关基因的转录。SMAD复合物可与Snail1相互作用抑制E-钙粘蛋白和occludin的编码基因，也可结合SNAI1启动子促进其转录。此外，SMAD复合物还与ZEB和HGMA2等转录因子协同调控SNAI1、SNAI2和Twist的表达。

TGF受体也调节非SMAD通路并与RTK信号串扰。PI3K/Akt通路在调控EMT中至关重要，因为TGF-β可以直接或间接激活PI3K。Akt2的激活导致hnRNPE1磷酸化，进而上调EMT相关蛋白的翻译。

Wnt/β-连环蛋白信号通路

Wnt信号由质膜上的LRP和Frizzled受体启动。在没有信号时，Axin、GSK-3β和APC等蛋白组成的复合物负责磷酸化β-连环蛋白，使其滞留在细胞质中被蛋白酶体降解。Wnt配体与Frizzled结合引发信号变化，导致LRP6磷酸化并招募Axin和Disheveled至质膜，从而抑制β-连环蛋白磷酸化。稳定的β-连环蛋白进入细胞核，与TCF/LEF转录因子结合促进EMT。Wnt通路还能稳定并激活Snail1和Snail2。该过程在侵袭性乳腺癌的发展中至关重要，并与E-钙粘蛋白减少和纤连蛋白增加相关。WNT-β-连环蛋白通路在去势抵抗性前列腺癌（CRPC）和基底细胞癌（BCC）中诱导治疗抵抗。

Notch信号

Notch信号在药物诱导的癌症细胞可塑性中具有重要影响。在该通路中，γ-分泌酶和TACE等酶降解Notch受体，释放其胞内域（NICD）。NICD进入细胞核并与CSL转录抑制复合物相互作用，激活对肿瘤增殖至关重要的基因。Notch过表达可激活血管网络中的内皮-间质转化（EndMT）并消耗血管内皮钙粘蛋白。抑制Notch1活性可降低肺癌的侵袭特性并逆转EMT过程。

微环境在癌细胞可塑性中的作用

肿瘤不仅由癌细胞组成，还与其周围环境（即肿瘤微环境，TME）有着复杂的相互作用。TME包含多种细胞类型（如肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞）、血管和细胞外基质（ECM）。研究表明，癌细胞可以利用复杂的通信网络来调节细胞和非细胞成分的行为。这些相互作用导致非恶性细胞出现新的表型，促进肿瘤生长，并可能在肿瘤发展、内在异质性和耐药性中发挥作用。

肿瘤细胞可塑性使肿瘤细胞能够改变其特征以适应环境确保生存，而TME在这种相互作用中起着促成作用。TME可能有助于肿瘤进展过程中的遗传不稳定性。肿瘤异质性可能导致TME重组，从而产生治疗抵抗。

缺氧可以改变细胞表型从而导致耐药。缺氧应激修饰EMT表型并改变EMT转录因子（如SNAI1、SNAI2、ZEB2），最终导致对细胞毒性的抵抗。肿瘤缺氧是CSCs发展和转移增加的风险因素，也是耐药的主要原因之一。此外，有助于肿瘤环境的细胞因子（如TNF和干扰素-γ）似乎使基质细胞更具可塑性。

癌细胞与TME中其他基质成分（如免疫细胞、内皮细胞、成纤维细胞和ECM）的相互作用在实体瘤中至关重要。CAFs通过直接与癌细胞相互作用和释放可溶性介质（如HGF）在黑色素瘤中促进治疗抵抗。富含支持组织的区域的成纤维细胞表现出更高的MAPK活性，改变了肿瘤基质的结构和硬度，从而使黑色素瘤细胞迅速获得治疗抵抗。成熟的成纤维细胞分泌sFRP2蛋白，抑制WNT信号，减少MITF合成并增强对BRAF抑制的抵抗。

非编码RNA在癌细胞可塑性中的作用

非编码RNA（ncRNA）在基因表达调控中扮演着关键角色，它们构成了人类细胞中复杂的信号网络，对多种生物过程至关重要。

MicroRNAs（miRNAs）在癌细胞可塑性中的作用

miRNAs是长度在19-23个核苷酸的非编码RNA，在转录后调控基因表达中至关重要。它们通过结合靶mRNA的互补序列导致mRNA不稳定或抑制翻译。miRNAs参与凋亡、细胞分裂和增殖。研究表明，miRNA调控失调可作为癌基因或肿瘤抑制因子，并与许多恶性肿瘤相关。

癌症细胞经常通过激活TGF-β经历EMT通路。TGF-β通过增加Snail、ZEB和Twist转录因子的活性来协调晚期恶性肿瘤中的EMT。多种microRNAs，如miR-200、miR-21和miR-31，是TGF-β1诱导EMT通路的可能介质。TGF-β刺激增强miR-31和miR-21的产生，以靶向TIAM1并促进EMT。miR-200家族（包括miR-200b、miR-200c、miR-200a、miR-141和miR-429）在调节EMT方面特别重要，能有效抑制肿瘤转移。这些miRNAs在侵袭性乳腺癌细胞和经历TGF-β诱导EMT的细胞中减少。miR-200通过抑制SIP1和ZEB1 mRNA（E-钙粘蛋白的转录抑制因子）来维持E-钙粘蛋白水平和上皮形态。SIP1和Zeb1对miR-200的修饰形成了一个影响EMT的反馈回路。

长链非编码RNA（LncRNAs）在癌细胞可塑性中的作用

LncRNAs在ncRNA集合中占很大比例，长度从200碱基对到100KB不等。它们可能在不同癌症中起抑制或致癌作用。

LncRNA-HOTAIR & ANRIL

HOTAIR和ANRIL是重要的lncRNAs，对癌症的耐药性、转移和发展有实质性影响。早期乳腺癌肿瘤和转移灶中HOTAIR表达升高，被认为是可靠的恶性肿瘤预后指标。抑制其表达可抑制癌细胞增殖。ANRIL通过抑制P15^INK4B基因的表达促进癌症进展。lncRNAs与miRNAs之间的复杂相互作用对于控制癌症特征至关重要。研究表明，高温有助于乳腺癌中的EMT和CSC群体的维持。相反，miR-34A降低前列腺癌中HOTAIR的表达。HOTAIR通过影响HOXD10基因的表达和与miR-34A等特定microRNA相互作用，参与EMT过程并维持癌症干细胞群体。

LncRNA-MALAT1

MALAT1是一种在癌症起始和进展多个阶段至关重要的lncRNA。它通过与可变剪接相关蛋白相互作用来调节可变剪接模式。它还能与转录因子和蛋白质相互作用，促进或抑制癌症进展关键基因的转录。此外，MALAT1可通过与不同染色质复合物相互作用改变染色质结构，从而影响基因的可及性和功能。通过这些分子作用，MALAT1可以通过促进EMT（一种与细胞增殖和迁移增加相关的关键表型变化）来影响癌细胞可塑性。它还能增强细胞增殖（癌症扩散的标志）和促进耐药性的出现。

LncRNA-H19

H19是一种印记表达的lncRNA，在多种癌症中失调，并参与与癌细胞可塑性相关的细胞机制。H19尤其参与EMT、转移和CSC相关信号通路的调控。H19通过改变TGF-β信号通路（该过程的关键调节因子）来增强EMT。H19调节TGF-β通路中的基因，导致EMT相关的表型变化和癌细胞迁移与侵袭。此外，H19修改与转移相关的信号通路基因，提高肿瘤细胞扩散到不同器官的能力。H19可以控制侵袭性因子（如MMPs）的产生，并促进这些细胞的存活通过控制与CSC基本特性相关的信号通路。CSCs以其自我更新能力和对抗癌疗法的强大抵抗力而闻名。H19对Wnt/β-连环蛋白等通路的影响对于CSC的分化和自我更新至关重要。

LncRNA-UCA1

UCA1在特定癌症类型中异常表达。这种lncRNA通过调节EMT、治疗抵抗和转移显著增强癌细胞可塑性。UCA1与多种通路中的蛋白质和miRNAs相互作用以促进这些效应。UCA1可以招募EMT的内源性抑制因子miR-145和miR-204。UCA1通过降低miRNA水平来上调EMT刺激基因的表达。这种lncRNA通过上调间质基因和下调上皮基因来改变癌细胞的表型，从而增强其运动性和侵袭性。

此外，它通过与Wnt和β-连环蛋白信号通路相关蛋白相互作用，在促进癌细胞的传播和侵袭方面至关重要。它通过调节MMPs等基因促进细胞外基质降解和肿瘤细胞运动。UCA1对癌细胞抵抗化疗药物至关重要。它通过利用miR-16和增强P-糖蛋白等蛋白质的合成来实现这一点。

LncRNA-TUG1

TUG1通过调节与EMT、转移和治疗抵抗相关的基因表达来影响癌细胞的适应性。TUG1与ZEB1和Snail等转录因子以及PRC2等染色质修饰复合物的相互作用介导了这些效应。TUG1与PRC2相互作用并改变染色质结构，抑制上皮基因表达并促进间质基因激活。此外，ZEB1和Snail的存在放大了间质基因的表达同时抑制上皮基因，从而促进肿瘤细胞的迁移和侵袭。TUG1可以通过上调多药耐药（MDR）基因的表达来增强癌细胞的化疗抵抗。此外，TUG1可以与参与调节耐药性的特定miRNAs相互作用。这些相互作用降低了miRNAs的功效并增强了与治疗抵抗相关的基因的表达。

LncRNA-MEG3

MEG3作为一种肿瘤抑制因子，在多种癌症类型中表达下调。MEG3可以减少miR-155和miR-21的表达，这些microRNAs本质上促进EMT。这些相互作用导致与间质特征相关的基因表达减少和与上皮特征相关的基因表达增加，从而抑制EMT。此外，MEG3增强了对于防止EMT至关重要的转录因子（如p53）的活性，并与这些因子相互作用以减少EMT。而且，MEG3可以通过抑制miR-21来减少与转移相关基因（包括MMPs）的表达。这些酶通过抑制细胞外基质的降解和增强肿瘤细胞运动性。

LncRNA-NEAT1

NEAT1（核旁斑组装转录本1）是一种长链非编码RNA，对癌细胞的适应性有深远影响。NEAT1的功能机制涉及基因活性控制的多个方面、细胞结构和功能的修改，以及与促进癌症生长的其他元素的相互作用。NEAT1的信号机制尚未完全阐明；然而，重要的通路如PI3K/AKT、Wnt/β-连环蛋白和MAPK可能影响它。这些通路对于调节细胞分裂、生长和迁移至关重要。通过与其通路组分的相互作用，NEAT1不仅影响癌症进展，还调节与细胞可塑性相关的基本过程，从而强调了其在癌症生物学中的重要性。

克服抵抗的挑战

肿瘤异质性（瘤内和瘤间）与癌细胞可塑性

特定癌症类型中已鉴定出CSCs，表明它们具有分化为非致瘤细胞的能力。深度测序等技术为了解治疗抵抗和疾病进展提供了更深入的视角。复发和转移占癌症死亡人数的近80%，凸显了癌症重现和传播的巨大能力。

肿瘤异质性可分为瘤内异质性和瘤间异质性。瘤内异质性指的是单个肿瘤内肿瘤细胞的多样性。相反，瘤间异质性说明了拥有相同肿瘤类型的个体之间的遗传差异。两个主要假设被提出来解释这种变异性：“克隆进化”模型，假定随机遗传改变赋予特定细胞生存优势；和“癌症干细胞样”模型，强调自我更新细胞在启动和维持肿瘤中的重要性。“CSC可塑性”概念认为，癌症干细胞可以根据遗传和环境刺激在未分化和分化状态之间转换。

EMT是与肿瘤启动风险增加相关的特征。癌症微环境，包括细胞因子、生长因子、肿瘤相关成纤维细胞（TAFs）和相关巨噬细胞，影响CSCs和EMT之间的相互作用，这涉及导致向干细胞转化的细胞修改。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）和缺氧条件影响调节。这种联系加剧了药物抵抗，促进了癌症向身体其他部位的转移，并有助于疾病复发。

研究表明，非干细胞癌细胞可以获得干细胞样特征，由ZEB1等因素介导。细胞表面标志物主要用于鉴定CSCs，在不同癌症类型中表现出显著的异质性和适应性。研究表明，许多标志物和基因，包括Wnt靶基因和LGR5，在结直肠癌的这种可塑性中至关重要。最近的研究已经确定了转移性癌症干细胞的特定标志物，使情况进一步复杂化。研究表明，间质和上皮基因的同时激活放大了癌细胞的干细胞样特性，可通过称为“肿瘤球”的结构形成观察到。研究表明，处于部分EMT状态的细胞可能具有与完全间质细胞相似的增强肿瘤启动能力。这一发现挑战了癌细胞干性、部分上皮-间质转化状态、癌症干细胞和癌症进化模型之间的关系。它强调需要对癌症异质性进行更彻底和综合的理解。

癌细胞可塑性中的药物抵抗

这些机制被认为遵循一个渐进过程，肿瘤细胞最初从药物耐受状态转变为最终发展出耐药特性。大多数研究调查慢循环细胞的存活程序主要在实验室环境下使用耐药持久细胞（DTPs）的概念进行。

研究表明，非干细胞癌细胞可以发展出干细胞样特征。在针对癌细胞的靶向治疗后，可能会出现一系列结果，例如部分肿瘤消除或癌细胞持续存在。这些变化通常源于基因突变或细胞重编程。在某些情况下，TP53和RB1基因的完全失活可能使细胞更容易发生神经内分泌分化。治疗后，剩余的细胞通常经历更宽松的生命周期，药物靶向的通路被抑制。此外，某些因素，如组蛋白修饰酶和SOX家族基因，被发现参与重编程细胞以产生耐药性。

了解肿瘤环境的复杂动态涉及研究癌症相关成纤维细胞（CAFs）和巨噬细胞分泌的细胞因子的影响。CAFs释放肝细胞生长因子（HGF）和TGFβ，而巨噬细胞产生肿瘤坏死因子（TNF）和IL-6。此外，氧气水平在调节细胞可塑性中起作用。如果停止治疗，耐药细胞可能激活促进癌症的通路，恢复其原始特征，增殖并重新获得对药物的敏感性。

表型转变（不涉及遗传改变）首先在原核细胞中发现。耐药细胞可以在抗生素治疗后存活。此外，如果停止药物，这些细胞可以恢复其增殖能力，并重建一个易感群体。耐药稳定剂（DTPs）是在短暂治疗后被发现能够耐受致命药物暴露的癌细胞亚群。这种耐药状态是暂时的但保持遗传一致。而且，这些细胞是从一个不断变化的细胞群体中随机产生的。

这些试验表明，建立慢循环状态可以有效地促进药物耐受。这项研究揭示，所有药物耐受细胞形态，即使处于慢循环状态，都包含超越遗传改变的独特抵抗机制。DTPs的长期培养可能导致多种抵抗机制的出现，包括在患者样本中经常看到的不可逆遗传改变，这些改变导致药物靶向通路的重新激活。因此，这可能涉及几个阶段：长期药物干预后，癌细胞可逆地重新配置其转录组以适应慢循环表型；随后，它们恢复增殖能力并最终抵抗其他表观遗传改变，使其偏离靶向药物。

遗传改变可能触发这一过程。这表明存在一种独立于肿瘤