Cancer Stem Cell Markers: Identification and Functional Validation

癌症幹細胞標記物：鑑定與功能驗證

癌症幹細胞（CSC）假說提出，腫瘤內存在層級分明的細胞群，其中一小部分細胞具備幹細胞樣特性，包括自我更新、分化能力及腫瘤起始能力。 識別出能可靠區分癌症幹細胞與普通腫瘤細胞的標記物，對於理解腫瘤生物學、預測治療抗藥性，以及開發針對腫瘤生長與復發根源的療法，具有深遠意義。對癌症幹細胞標記物的鑑定與嚴謹的功能驗證，仍是推動此領域邁向臨床應用的關鍵。

基於細胞表面標記的癌幹細胞鑑定

CD44 是多種腫瘤類型中最廣泛使用的癌幹細胞標記物之一。這種細胞表面糖蛋白作為玻尿酸的受體，並參與細胞黏附、遷移及訊號傳導。 在乳癌、頭頸部癌症、胰臟癌及其他癌症中，CD44⁺ 細胞均展現出增強的致瘤能力。由替代剪接產生的變異異構體（CD44v）在某些情況下，能進一步區分癌症幹細胞群體。

CD133（Prominin-1）最初被鑑定為造血幹細胞標記物，其後被確認為腦腫瘤、結直腸癌及其他惡性腫瘤中癌幹細胞的標記物。 來自膠質母細胞瘤的 CD133⁺ 細胞展現出增強的自我更新能力、神經球形成能力及腫瘤起始能力。然而，CD133 的表達會因培養條件而異，未必能普遍區分所有腫瘤類型的 CSC。

CD44⁺/CD24ˡᵒʷ⁻ 表型可識別出具有增強的乳腺球體形成能力及異種移植腫瘤起始能力的乳癌幹細胞。此標記組合相較於單一標記，能更有效地區分 CSCs，彰顯了組合標記策略的價值。 然而，不同亞型的乳癌中，CSC 表型可能有所差異，因此需要針對各亞型進行標記驗證。

功能性標記物方法

透過 ALDEFLUOR 檢測法測量的 ALDH（醛脫氫酶）活性，提供了一種獨立於表面表型之外的功能性 CSC 標記物。 在包括乳腺癌、肺癌及血液惡性腫瘤在內的多種癌症類型中，ALDH高^表達細胞均展現出增強的腫瘤起始能力、自我更新能力及治療耐受性。將ALDH與表面標記物結合使用，可提升CSC的富集效率。

透過 Hoechst 33342 染料外排現象所識別的側群（SP）細胞，是另一種功能性 CSC 標記。這些細胞表達 ATP 結合盒轉運蛋白，可將 DNA 結合染料外排，從而於流式細胞術圖譜上形成獨特的「側群」。 SP 細胞展現出增強的腫瘤起始能力與治療抗性，其中藥物外排活性可能有助於產生化療抗性。

在非黏附、無血清條件下進行的球體形成能力，可作為自我更新能力的替代檢測方法。腫瘤球體培養能富集表達 CSC 標記且具有增強腫瘤形成能力的細胞。連續球體傳代可進一步篩選具有自我更新能力的 CSC，並透過極限稀釋分析對幹細胞頻率進行定量評估。

腫瘤特異性 CSC 標記物

腦腫瘤幹細胞可透過 CD133、nestin 及 Sox2 的表達來識別，這些標記反映了神經幹細胞的特性。 CD15（SSEA-1）標記了一組膠質母細胞瘤幹細胞，而 CD49f 則可識別侵襲性膠質瘤中的幹細胞樣細胞。神經幹細胞標記物與腦腫瘤 CSC 標記物之間的重疊，反映了這些惡性腫瘤潛在的起源細胞。

結直腸癌幹細胞會同時表達 CD133、CD44 和 EpCAM。Lgr5 作為標示腸道幹細胞的 Wnt 靶基因，可識別出具有增強腫瘤起始能力的結直腸癌 CSC。 Lgr5⁺ 癌幹細胞的鑑定結果表明，結直腸癌幹細胞可能源自獲得致癌突變的正常腸道幹細胞。

急性骨髓性白血病（AML）中的白血病幹細胞（LSCs）存在於類似正常造血幹細胞的 CD34⁺CD38⁻ 細胞群中。 HL-60 細胞可作為急性早幼粒細胞白血病模型，而 K562 細胞則代表由 BCR-ABL 驅動的慢性髓性白血病。Jurkat 細胞則可用於 T 細胞急性淋巴母細胞白血病 CSC 的研究。

透過異種移植進行功能驗證

CSC 驗證的黃金標準是在免疫缺陷小鼠中誘發腫瘤。 極限稀釋移植實驗可量化標記定義群體中腫瘤起始細胞的頻率。經CSC富集的分離群體，其引發腫瘤所需的細胞數量低於整體腫瘤細胞，顯示其腫瘤起始能力更強。此頻率差異為候選標記物所進行的CSC富集提供了功能性證據。

連續移植則可提供自我更新能力的證據。從 CSC 群體中引發的腫瘤會被重新分選並再次移植，以證明 CSC 能夠自我再生並重建腫瘤異質性。 透過多代移植所維持的持續性腫瘤起始能力，證實了長期自我更新能力，從而區分真正的 CSC 與過渡性增殖前體細胞。

透過證明由 CSC 引發的腫瘤中含有缺乏 CSC 標記的細胞，來評估分化能力。從純化的 CSC 群體中重建表型異質性，則證實了分化能力。利用遺傳標記系統進行譜系追蹤，為已建立腫瘤中的 CSC 分化提供了互補證據。

發佈日期：2023年 | 最後審閱日期：2026年5月

單細胞技術與癌幹細胞異質性

單細胞 RNA 定序揭示了 CSC 群體內的轉錄組異質性，而這在整體分析中往往被掩蓋。透過計算機軌跡分析，可辨識 CSC 與其分化後代之間的分化路徑及中間狀態。這些分析顯示，CSC 狀態存在於一個連續體上，而非以離散且穩定的表型形式存在。

CSC 與非 CSC 狀態之間的可塑性，挑戰了基於靜態標記物的 CSC 定義。非 CSC 在適當條件下（包括微環境訊號和治療性壓力）可轉化為 CSC。這種可塑性意味著，要徹底根除腫瘤，可能需要同時針對現有的 CSC 以及 CSC 再生的潛在來源。

空間轉錄組學技術可定位腫瘤結構中的 CSC，揭示出依賴微環境的 CSC 分布模式。血管周邊微環境、缺氧區域以及腫瘤-基質交界處，均存在受局部微環境因素影響的 CSC 群體。理解微環境對 CSC 維持的作用，有助於制定破壞 CSC 支持系統的策略。

CSC 標記物與治療抗性

CSC 群體透過多種機制（包括藥物外排、增強的 DNA 修復、靜止狀態及抗凋亡訊號傳導）展現出對傳統化療與放射治療的增強抗藥性。CSC 標記物表達水平高的群體能在細胞毒性治療中存活，並可能驅動腫瘤復發。這種治療抗藥性為 CSC 的身份提供了額外的功能性驗證。

針對 CSC 標記物或 CSC 富集路徑的靶向療法，旨在消除腫瘤起始細胞。抗 CD44 抗體、針對 CD133 的療法以及 ALDH 抑制劑已進入前臨床及早期臨床開發階段。 迫使 CSC 轉向非致瘤表型的分化療法，則代表另一種替代策略。

實體腫瘤細胞系為 CSC 研究與療法開發提供了模型。HCT116 細胞可用於結直腸癌 CSC 研究，而 A549 細胞和 NCI-H460 細胞則支援肺癌 CSC 研究。U87MG 細胞則為腦腫瘤研究提供了膠質母細胞瘤 CSC 模型。

品質控制與標準化

標準化的流式細胞術操作流程可確保 CSC 標記分析結果的可重複性。一致的抗體克隆、熒光染料偶聯物及門控策略，使不同研究間的結果得以相互比較。納入適當的對照組（包括同型抗體對照及「螢光減一」（FMO）對照），可確保準確識別標記陽性細胞群。

細胞系認證可在進行 CSC 標記研究前確認細胞系身份。支原體檢測可防止因污染而改變 CSC 標記表達及功能特性的情況。CM-1 冷凍培養基可將富含 CSC 的細胞群保存起來，以供縱向研究使用。

結論

癌症幹細胞標記物的鑑定對於理解腫瘤層級結構、預測治療反應以及開發針對 CSC 的療法仍至關重要。儘管各類腫瘤中已提出眾多標記物，但唯有透過限稀釋移植、連續傳代及分化評估進行嚴格的功能驗證，方能確立真正的 CSC 身分。 單細胞技術揭示了先前未被充分認識的癌幹細胞異質性與可塑性，挑戰了基於靜態標記物的癌幹細胞定義。將基於標記物的分離技術與功能及分子特徵分析相結合，提供了將癌幹細胞生物學轉化為更佳癌症治療所需的全面方法。