香山科学会议第511次学术讨论会综述

　　癌症已经成为危害人类健康的头号杀手。全世界因癌症死亡人口逐年剧增，我国癌症死亡率更居全球前列。肿瘤不仅威胁人类健康，也消耗巨大的社会资源。传统肿瘤治疗策略针对一般的癌细胞，近年来的研究表明，癌症干细胞才是导致癌症复发、转移及放化疗耐药的根源，从而为癌症的诊断和治疗提供了新思路。

　　为了更有效地治疗癌症，必须寻找能有效靶向与杀伤癌症干细胞的新途径与新药物。以纳米材料为载体的药物输送是当前的研究热点。近年来，欧盟、美国、日本等发达国家先后组织和实施了较大规模的肿瘤纳米技术研究计划，投入巨资抢占肿瘤纳米技术的制高点。我国目前临床使用的治疗药品基本上是进口或仿制药物，缺乏自主知识产权，医药产业总体经济效益低下。但我国在纳米生物医学技术领域起步较早，有望在该领域取得突破，推动科研和医药产业的发展。

　　为了整合我国在纳米技术与癌症干细胞治疗方面的优势研究力量，引导建立多学科的密切联系和协作，推动我国在这个重要前沿领域的发展，实现自主知识产权药物开发的新突破，促进我国生物医药产业的发展，加快我国在国际科学前沿领域的创新步伐，以期占据国际领先地位，香山科学会议于2014年11月18~19日在北京香山饭店召开了以“纳米技术与癌症干细胞靶向治疗”为主题的第511次学术讨论会。中国科学院上海药物研究所陈凯先教授、美国密歇根大学癌症综合治疗中心Max S Wicha教授、国家纳米科学中心赵宇亮研究员、中国科学技术大学柳素玲教授担任会议执行主席。来自20个单位的42位不同学科领域的专家学者参加了本次会议。会议围绕靶向癌症干细胞的转化医学：分子机制与临床转化问题和靶向癌症干细胞的纳米药物设计：新原理与关键技术问题这两个中心议题进入深入讨论。

　　美国密歇根大学癌症综合治疗中心Max S Wicha教授在题为“癌症干细胞（CSC）的研究进展及其临床意义”的主题评述报告中指出，人们对癌症干细胞的认识与了解具有重要的临床意义。癌症干细胞在肿瘤复发、转移与抗传统治疗（化疗和放疗）方面扮演着重要角色，它的自我更新能力及其调控机制，为肿瘤治疗指明了新的研究策略和方向。癌症干细胞的细胞特性不仅受自身细胞内信号通路影响，也受肿瘤微环境内细胞所释放的细胞因子所调控。它与肿瘤微环境之间的相互影响使癌症干细胞能实现上皮样（MET）与间质样（EMT）的相互转换，并对调控肿瘤转移起到了关键性作用。因此，同时靶向EMT和MET 形态的CSCs将实现更高效的治疗。近年来，乳腺癌症干细胞靶向治疗的早期临床实验为我们展现了一个高效的癌症治疗手段。其中，HER2靶向治疗在临床治疗中取得很好的成效。HER2不仅是乳腺癌细胞的重要靶点，HER2信号更在乳腺癌干细胞的自我更新中起到重要调控作用。然而，临床数据表明，部分HER2阴性的乳腺癌患者对HER2靶向治疗也具有正面响应。乳腺癌干细胞中选择性表达HER2基因可能是关键。因此，建立新的临床终点以及新的癌症干细胞的检测方法将为癌症患者提供更为准确有效的治疗。

　　国家纳米科学中心赵宇亮研究员在题为“靶向癌症干细胞的纳米技术”的主题评述报告中指出，纳米技术作为跨学科的新兴前沿领域，为癌症干细胞治疗提供了具有独特物理化学性质和生物功能的材料以及工具。近年来，纳米技术在人体肿瘤的早期诊断、治疗以及预防等方面展现了广阔的前景。与传统的小分子药物不同，纳米药物具备更好的靶向肿瘤组织以及用于癌细胞早期诊断、诊疗一体化、缓释多通路抗癌药物、降低癌细胞耐药性等独特优势。例如，金属富勒醇Gd@C82(OH)22的发现，对靶向癌症干细胞的治疗提供了高效针对性的纳米药物。因此，纳米药物的研发，为癌症干细胞的研究与治疗提供了全新思路。纳米技术在癌症干细胞分离与识别、特异性药物靶向运输、有效解决多药耐药性以及智能化诊疗一体等方面均取得了重要进展。

　　一、靶向癌症干细胞的转化医学：分子机制与临床转化

　　题为“癌症干细胞与肿瘤微环境的相互作用”的专题报告详细阐述了从脑肿瘤、乳腺癌、肺癌、肝癌、结直肠癌等肿瘤中分离和鉴定癌症干细胞的系列方法及体内体外实验模型的构建。癌症干细胞可以通过激活CXCR4以及甲酰化肽受体（FPR）等生化通路产生促血管生成因子、自身转分化为微血管壁细胞并参与血管拟态形成等三种方式促进肿瘤血管新生化，提出并阐明“三通路假说”；另一方面在SHH激活条件下，内皮细胞可以促进和维持肿瘤细胞“干性形成”。癌症干细胞由于其细胞间通讯障碍、信号通路异常而获得了高侵袭和转移特性。此外，癌症干细胞与微环境中的巨噬细胞、NK细胞相互作用，促进肿瘤的侵袭转移。因此，针对癌症干细胞在肿瘤靶向诊治中具有重要意义。

　　题为“小分子RNA对癌症干细胞的调控”的专题报告指出，从非编码microRNA研究入手，研究证实microRNA100 (miR-100)参与了乳腺癌干细胞的自我更新，并且miR-100的表达水平与细胞的分化状态相关，在乳腺癌干细胞中表达水平比分化了的肿瘤细胞低，利用四环素诱导型慢病毒在乳腺肿瘤细胞中过表达miR-100减少了乳腺癌干细胞的生成，在体外及小鼠移植瘤中抑制了癌细胞增殖。此外，在原位移植或心脏注射中，及早诱导miR-100过表达可以阻止肿瘤生长和转移。临床上观察，乳腺癌样本中miR-100表达与患者存活率成显著的负相关。所有结果表明miR-100在调控癌症干细胞的自我更新和分化过程中起着非常重要的作用。研究者关于miRNAs和癌症干细胞的研究，不仅提高了对调控癌症干细胞的miRNA作用网络的理解，还促成特异性针对癌症干细胞的miRNA疗法的发展。

　　讨论中，如何对肿瘤部位的癌症干细胞进行更为精确的识别和分离，如何利用癌症干细胞MET与EMT的相互转换来提高临床治疗效果等问题引起了专家们的广泛关注。专家特别指出目前的临床治疗主要是依赖手术切除，然而如何能尽早监测血液中的癌变信号，并在肿瘤进展的早期针对癌症干细胞进行有效的治疗，将有可能大大提高病人的治愈率。与会专家还进一步介绍了纳米材料在靶向细胞治疗以及免疫治疗方面的优势。

　　二、靶向癌症干细胞的纳米药物设计：新原理与关键技术

　　题为“调控肿瘤微环境的纳米材料设计与应用”的中心议题评述报告提出了“肿瘤纳米技术集成平台”的新概念，针对肿瘤微环境，集合了癌症诊断、成像和治疗，同时降低传统癌症疗法的毒性。肿瘤微环境由不同的细胞和非细胞成份组成。通过自行设计基于生物分子的纳米材料，实现靶向肿瘤微环境和肿瘤组织成像。pH值失调和间质成纤维细胞特异酶的表达是几乎所有肿瘤的微环境与正常组织不同的两个最显著的特点，可以作为设计环境响应性成像探针良好的特异性靶向。

　　题为“纳米载药系统用于癌症干细胞治疗”的报告认为，清除癌症干细胞的策略主要有三种：1.抑制癌症干细胞的自我更新；2.分化癌症干细胞；3.靶向肿瘤微环境。近期工作表明，纳米载药系统能够有效输送阿霉素进入乳腺癌癌症干细胞，抑制癌症干细胞的球囊形成能力和成瘤能力，显著提高阿霉素在小鼠肿瘤模型中的疗效；同时，通过纳米载药系统同时输送阿霉素和全反式维甲酸进入乳腺癌干细胞和普通乳腺癌肿瘤细胞，协同降低癌症干细胞的比例，抑制肿瘤生长。此外，研究还证明通过纳米载药系统输送蛋白酶体抑制剂硼替佐米同时抑制癌症干细胞和肿瘤细胞增殖，而输送葡萄糖转运体3的siRNA有效抑制神经胶质瘤干细胞的自我更新。

　　讨论中，专家们尤其关注从纳米材料的定向设计的角度如何有效地增加现有肿瘤药物治疗的效果，其中包括进一步深化研究几类有代表性的纳米材料本身的调控癌症干细胞的特性，以及以纳米材料为载药平台的复合药物体系。值得指出的是，针对癌症干细胞的靶向治疗本身并不排斥对非癌症干细胞的治疗以缩小病人的肿块。事实上，在治疗策略上需要兼顾二者的有效杀伤。同时与会者也深感，纳米技术更为有效与稳定可控地应用于癌症干细胞治疗还有较长的一段路要走，未来研究中应该更加注重与临床的交叉与结合，更多遵循以增加纳米技术药物成药性的发展方向。基于以上方面多学科交叉的特性，与会者也一致同意要进一步增加交流机会与创造合作的可能性。

　　三、会议总结与专家建议

　　与会专家以当前癌症干细胞研究中纳米技术的重要作用为中心，围绕会议主题和中心议题进行了深入而热烈的讨论，形成了一些基本共识，提出了相应的建议：

　　（一）针对癌症干细胞临床治疗

　　1. 建立有临床医生参加的高水平科学家的合作团队机制

　　临床医生对乳腺癌的治疗方案与肿瘤分子分型的研究有直接和密切的关系，不同的肿瘤表型需要进行针对性治疗或结合治疗。为了避免误诊、误治，临床医生应利用正确取材方式、选择正确的取材部位；病理医生判读应注意肿瘤的异质性，并对病理技术进行质控。为此，基础研究者与临床医生需要加强合作。国家科技管理相关部门应建立支持有临床医生参加的合作团队开展高水平科学研究的机制，这对推动我国干细胞治疗领域的快速发展十分关键。

　　2. 在全国建立多个癌症干细胞治疗研究中心

　　积极研究和应用对肿瘤病人的新辅助疗法，在普通化疗的基础上，针对癌症干细胞的异质性，联合使用靶向癌症干细胞的有效药物，更有效地清除癌症细胞及癌症干细胞，抑制复发，提高生存率。

　　3. 建立全国和区域性的免疫治疗临床示范基地。

　　（二）针对体外检测

　　1. 相关部门给予经费支持，在全国建立若干运用纳米技术开展癌症干细胞体外检测的研究中心

　　目前，在细胞、移植瘤、临床肿瘤组织样本及小鼠模型等不同体系中检测癌症干细胞仍然面临许多困难。国家应支持和推动相应的纳米技术研究，建立先进和完善的检测技术和手段。

　　2. 在国家层面上建立癌症干细胞领域的资源共享平台

　　为了形成资源共享平台来共同解决癌症干细胞领域的问题，国家层面上应考虑建立类似美国Standup to Cancer的机制。在这样的平台中，各研究者是合作而非竞争性的关系，发挥各自优势共同解决重要科学问题。如，选择及鉴定癌症干细胞标记物的配体（ligand）；寻找结合配体分子的纳米材料，建立其稳定性及活性等的评估体系。根据血液DNA甲基化及特异性标记物，建立癌症干细胞成像示踪技术（分子标记物）。

　　（三）针对基础研究

　　1. 国家大力支持癌症干细胞生物学领域的研究工作

　　癌症干细胞的标记物在不同肿瘤体系甚至同一种肿瘤的不同增殖阶段都是不同的，要加强对于癌症干细胞的生物标志物的集中筛选；相对于癌症干细胞的标志物，癌症干细胞的功能更为重要，要大力加强按照生物学功能或行为对癌症干细胞进行分类、分型的研究。要重视物理疗法（NIR）局部治疗和siRNA的研究，利用雌性激素或癌症干细胞标记物，识别和富集血液中癌症干细胞，结合物理疗法，集中杀伤。

　　2.大力支持靶向癌症干细胞的纳米技术在癌症的预防、诊断和治疗中的应用，发展高效低毒的癌症干细胞治疗技术。

　　纳米材料可多重载带抗肿瘤药物或抗肿瘤分化物质，提高肿瘤细胞（包括癌症干细胞）的治疗效果。纳米材料输送药物具有仅达到腺管局部的特点，通过乳腺导管可输送癌症干细胞药物（例如ATRA——诱导上皮细胞分化；姜黄素的有效成分Curcumin等），其方式有载带、渗透、靶向等不同机制，可提高有效组织浓度，克服给药局限，延长作用时间。

　　积极鼓励领域交叉，开发靶向癌症干细胞的纳米药物。利用主动靶向和被动靶向进行药物和治疗研究，两者不可偏废；目前利用纳米材料通过特异性结合而主动寻靶比较困难，通过增强通透性等方法实现被动寻靶相对来说比较成功，亦应受到关注。要建立起相关工程工艺平台，推动学科大交叉大联合，形成合作和定期交流的机制，实现优势集成。

　　3.鼓励药物审批机构尽早参与纳米材料安全性试验设计和安全性评价工作，推动临床应用的快速发展。

　　纳米材料的安全性评价不仅是一个重要的科学议题，也是快速推动其临床应用的关键环节。纳米药物的药代动力学特点很难预测，与普通药物相比，其药代动力学特点发生改变；纳米药物的分布特殊可导致药物的药效和毒性的改变，例如可能产生免疫反应，对常见靶器官可能会存在毒性。纳米药物评价也有许多新问题需要注意，例如纳米药物可能干扰体外试验结果（如干扰溶血试验中的吸光度、遗传试验中出现细胞毒性等）。对于干细胞治疗临床前安全性评价，应注意干细胞治疗类型、细胞分化状态及增殖能力。为了推动临床应用的快速发展，国家应该鼓励药物审批机构尽早参与纳米材料安全性试验设计如动物模型的选择、动物数的选择、试验持续时间等，帮助完善试验设计等。