文献阅读 ——肿瘤干细胞的异质性

嗯！！读这个文献前半部分的时候差一点把它撕碎~
到底想说什么？？？
不过后面的内容还是提供了一些新的视角。
所以还是值得略读一下滴。

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这个文章有新意的部分和最核心的思想就是下面这两张图。
首先第一张图，是想说明EMT和CSC的异质性的关系。
即细胞处于混合状态EMT的时候和CSC的各种功能之间的相关性。

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然后，接着就说功能不同的CSC亚群之间的关系
和能够用来区分这些CSC的 marker profile

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下面是对文章内容的一些粗略的翻译。
摘要
肿瘤当中的一个亚群，也就是我们所熟知的肿瘤干细胞，调控肿瘤的起始、耐药和转移。仔细一看，CSC展现出功能异质性和分层结构。这一综述是一个尝试去分派标记物来定义CSC的功能的异质性和分层结构，依据一系列的单细胞分析。证据表明和干细胞分层结构相类似，自我更新且静止的CSC会产生拥有有限增殖能力的祖CSC，然后变成能够分化成增殖的非CSC细胞的类祖细胞。功能上，CSC能够是肿瘤起始细胞、耐药细胞和转移起始细胞。尽管有很多确定的marker去分选不同肿瘤中的CSC，例如。。。。。。我们最近的分析发现那些marker的整合能够区分实体瘤当中异质的CSC。报告基因构建被广泛使用容易鉴定和定量标记分子。在这个综述中，我们讨论适合性报告基因广泛用于CSC标记的，那些可以用来定义异质的CSC。尽管CD44和CD133不同的CSC功能在转录后被调控，但是我们并不推荐这两个marker的报告基因用来观测CSC。启动子依赖的报告基因ABCG2用于CSC也不合适，因为这个分子的表达主要被启动子甲基化调控。在这样的背景下，双向的报告基因其中一种多能marker和ALDH1A1将会被使用来区分异质的CSC。这一系统能被容易的使用在大通量平台来筛选药物消灭CSC。

前言
肿瘤异质性从最开始就被认为是肿瘤的一个标志，因为是克隆演化的起始。随着这些年大量的技术的进步，细胞可以在单细胞水平上被分析，证明恶性细胞在遗传和表型层面都存在异质性。另一个特征就是异质性群体的可塑性，也就是哪些表型之间可以动态的转换。在这些异质性细胞之间，高可塑性的亚群拥有肿瘤起始、耐药和转移能力，也被叫做CSC，已经引起了注意因为他们和疾病的差预后相关。最新的这个领域的更新认为CSC在天然的状态下是异质性的。有一些marker或者marker的组合被用来鉴定多种肿瘤中的CSC。如TABLE1中所示，很多marker是肿瘤特异性的，尽管也有一些分子和多能干细胞的转录因子在多种实体瘤是恶性血液病中表达。所以这篇综述是想讨论这些分子或者分子的组合能够被用来区分CSC功能的异质性在这个领域最近的发现的照耀下。根据存在的文献资料，我们收集了大量的关于CSC异质性的信息。所以本综述我们主要针对实体瘤，并且主要强调乳腺癌。

肿瘤微环境包围着CSC，或者也叫作CSC niche，扮演重要的角色，在调控高可塑性CSC的亚群展示出来的。很多因子包括低氧、酸性PH、成纤维细胞、细胞因子水平等对CSC获得的特征有贡献。所以甚至在单个肿瘤中，CSC也存在异质性，依据它们所栖息的环境。静息的CSC和增殖的CSC的存在在许多癌症中被知晓，它们展示出不同水平的分化。尽管CSC拥有特征比如肿瘤起始、耐药和转移能力，但是单个的CSC在特定的时间点可能不会展现出上述三种特征。但是所有的被广泛使用的marker都是为了鉴定拥有肿瘤起始、耐药和转移效率的CSC。换句话说，这些marker鉴定了一组CSC展现出不同的特性和分化水平。尽管功能特性分派CSC到不同的等级组别类似于干细胞分层，但是很难从身体上分区分他们，因为marker的不足，直到最近在CSC领域发展的单细胞分析。详细的分析揭示每个CSC亚群的表型能够揭示marker的图谱，能够区分CSC的不同亚群。

CSC中的异质性和分层结构
CSC的标志性是它们的潜能产生表型和功能上异质的细胞群，作为一个结果代谢重编程和一系列对称和不对称的细胞分裂。那些亚群展现出互换的能力，或者是可塑性，这是由于CSC微环境展现出来的干性信号导致的重编程开始的后果。休眠的CSC能够获得特性包括耐药和转移潜能。此外，这些休眠的细胞群能够获得增殖的特性以便于分化。最近的单细胞技术，例如单细胞RNADNA测序等等帮助我们理解功能的异质性是如何被表型的异质性所反映的。
假设，long-term的CSC和定向的祖细胞存在于CSC的pool中。依据此，静息的CSC就像成年干细胞，能够转变成CSC祖细胞，也许是通过不对称的细胞分裂。这一细胞继续经历增殖产生祖细胞样亚群，仍旧具有CSC的特性。进一步的分裂产生增值细胞，缺乏了CSC的特性。随后，那些非-CSC会丢失增殖能力，并且获得休眠？？？？？？（kidding me?）但是，这一分化的生物学实验的直接证据现在还没有（所以，这只是作者的臆想）。我们需要对分化的每一个不同阶段的marker的图谱有一个清晰的理解来追踪干细胞样CSC的分层结构。如果我们能够构建每个阶段的报告基因，我们就能够追踪CSC的命运。在接下来的部分，我们描述异质性CSC的分层结构和他们的marker图谱。

CSC功能的异质性
低氧是其中一个重要的线索启动肿瘤细胞的重编程来逃离不利的环境，例如营养匮乏或者通过诱导休眠/静止或上皮-间质转化的治疗，这反过来帮助CSC获得了侵袭的能力、转移的能力和抗药性。所以，低氧诱导的重编程会产生异质性的CSC。CSC的功能异质性显示在以下几个方面：静息的CSC，肿瘤起始CSC、转移起始CSC和耐药的CSC。静息的CSC被标注为低代谢率、缓慢的细胞分裂和氧化呼吸向糖酵解转变，体现了Warburg effect。（正常分化的细胞主要依靠线粒体的氧化磷酸化为细胞供能，而大多数肿瘤细胞则依赖有氧糖酵解，这种现象被称为“Warburg effect”。 有氧糖酵解产生 ATP 的效率很低，但却赋予肿瘤细胞很多优势。）那些缓慢分裂的细胞能够在极端环境下生存并且能够战胜化疗，因为大部分化疗是针对快速分类的细胞。一旦他们在不利的环境下生存，他们通过刺激EMT尝试逃离这个位置。在EMT过程中，细胞失去了极性，细胞之间粘附并且经理细胞周期停滞来获得间质细胞的特点譬如增加移动能力。EMT过程会带来改变在细胞形态、细胞骨架和分泌物图谱，这些被EMT相关的基因和转录因子准确无误的调控。这些过程也许包含3个阶段，细胞上皮特征大于间质、上皮和间质的特征等同、间质特征大于上皮特征。尽管EMT被证明能够诱导肿瘤细胞的干性，但是展现出杂合状态的EMT的细胞群的干性特征是有限的。因此在CSC中，拥有混合状态的细胞拥有增长的侵袭、移动和CSC特性，类似于肿瘤起始特性。另外的两种类型不能够转移因为上皮状态的EMT细胞缺乏移动能力而过度间质的细胞缺乏肿瘤起始能力。拥有过度间质化的细胞能够在远处保持休眠并且尽力间质上皮转化来获得混合的表型和肿瘤起始能力。EMT也能够调控耐药，EMT转录因子能够调控药物代谢酶和药物排出分子。此外，EMT因子也能够调控DNA损伤和DNA修复来获得耐药性。
当乳腺癌中耐药性细胞群的异质性在三细胞水平被分析的时候，早已存在的亚群的扩增被鉴定了出来。亲本的细胞群高表达上皮marker，中度表达间质marker，表明混合的EMT表型。干性的marker在这一群细胞中也高表达。值得注意的，一些扩增相关的marker也有表达，所以他们能够扩增。当这些细胞被放在药物中，抗性的细胞群出现且保持了大部分的marker表达，同时扩增相关的marker显示减少的趋势（那意思是耐药的细胞可能不咋扩增，更想静息状态的CSC）。
上皮间质转化，或者更准确的说是混合的EMT，是转移的前提要求。在这种状态下，细胞同时表达上皮和间质的marker。在CSC中诱导成混合的EMT能够使CSC变成转移起始细胞。单细胞测序头颈癌发现混合的EMT典型的基因是EPCAM, VIM, TGFBI,and SNAI2。乳腺癌中混合的EMT和CSC markerCD44, ABCG2, and ALDH1A1/3也许能够代表转移起始细胞。在同一时间，另一个混合的EMT没有ABCG2 and ALDH1A1/3，但是高表达ITGA6，也许表示这群细胞能够转移但是没有肿瘤起始能力。在大多数研究中这些细胞被认为是增殖的非CSC细胞，但是他们需要被分开看待，因为他们展现出很高的混合EMT。所以我们回顾一下说明大部分的非CSC细胞没有展现出高的混合EMT能力。（但是后面举的例子有点儿混乱，所以就不翻译了）
当我们在分析分化的水平的时候，那些功能不同的CSC落在不同阶段。静息的细胞群类似于G0期阻滞的干细胞，而耐药株和转移起始细胞拥有有限的增殖能力和自我更新能力，类似于祖细胞样细胞。同时，大部分的肿瘤细胞，没有展现出自我更新能力但是有增殖能力，类似于分化的细胞群。最近的证据表明那些亚群能够被分别鉴定使用marker，并且它们也展现出层级结构。

CSC的层级组织结构
肿瘤干细胞被利用不同的方式进行富集，例如成球培养（表现出失巢凋亡的抗性），marker分选，或者根据标签分选或者低氧诱导。乳腺癌中通过上述三种方法富集CSC并结合单细胞测序揭示表型上的层级结构。他们鉴定出了静息的群、祖细胞样的群、增殖能力强的祖细胞样的群和增殖的群。上述群中，除了增殖的群其他的均被认为是CSC。
当暴露在低氧状态下，静息的细胞很少，祖细胞样细胞占优势。但是失巢凋亡抵抗富集到了等量的静息状态的细胞、祖细胞和祖细胞样的细胞。当缓慢增值的细胞被分离，大部分是祖细胞，然后是祖细胞样细胞和静息的细胞。在这种情况下，当细胞被分析，静息的细胞群所有基因的表达都很低包括多能性基因，和组细胞相比。所以认为静息的细胞也许会分为两个亚群，一个亚群表达多能记忆表达是干细胞样的CSC，另外一群不表达多能细胞marker，也许不是CSC。