腫瘤干細胞作為腫瘤發生、發展、復發、耐藥的根源，在近些年受到廣泛關注。隨著研究的不斷深入，人們慢慢發現，腫瘤干細胞與腫瘤微環境在腫瘤發展過程中進行著復雜的對話，腫瘤干細胞不僅可以適應腫瘤微環境的變化，還可以改變、影響腫瘤微環境；而腫瘤微環境不僅可以影響干細胞的自我更新能力，還可以誘導正常小細胞和非腫瘤干細胞向腫瘤干細胞轉變。
引用本文： 喻楊, 王喻義, 王乙欽, 蔣明. 腫瘤干細胞與腫瘤微環境相互作用的研究進展. 華西醫學, 2015, 30(9): 1784-1788. doi: 10.7507/1002-0179.20150511 復制
腫瘤是一種世界范圍內常見的致死性疾病，腫瘤細胞具有持續增殖信號、生長抑制缺失、抗細胞凋亡、無限自我復制、促新生血管形成、侵襲轉移以及通過腫瘤微環境招募、誘變眾多非腫瘤細胞成為促進腫瘤生長的因素的能力[1]。這些能力涉及許多機制或理論，其中腫瘤干細胞理論逐漸受到重視。隨著對干細胞研究的不斷深入，人們慢慢發現在腫瘤發展過程中，腫瘤干細胞與腫瘤微環境相互作用，彼此依賴，共同促進腫瘤發展。現就腫瘤干細胞與腫瘤微環境相互作用研究進展作一文獻綜述。
1 腫瘤干細胞理論
腫瘤干細胞理論認為，腫瘤組織中存在一類或幾類具有干細胞特性的細胞亞群，即腫瘤干細胞。腫瘤組織存在著分級，而腫瘤干細胞在腫瘤分級中位于最高級，并在腫瘤的發生、發展、復發、耐藥中起著關鍵作用。腫瘤干細胞具有自我更新和多向分化潛能。其可以根據腫瘤微環境的不同分裂產生新的腫瘤干細胞，也可以分化成具有不同生物學特點、不同分化程度的腫瘤細胞，甚至可以分化成為腫瘤組織中的其他非腫瘤細胞。腫瘤干細胞最早是在急性髓源性白血病中被發現[2]，隨后在多種實體瘤有發現存在腫瘤干細胞亞群，如：腦癌、胃癌、結腸癌、肝癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌。近年有文獻顯示腫瘤干細胞可以轉化為非腫瘤細胞[3]，而非腫瘤干細胞也可以轉化為腫瘤干細胞，這讓許多學者逐漸意識到腫瘤干細胞是一種動態變化的“狀態”，而不是固定不變的，而腫瘤干細胞與非干細胞之間的動態變化，受腫瘤微環境的調節[4]。
2 腫瘤微環境
腫瘤微環境是指腫瘤細胞與鄰近正常組織之間的部分，主要包括間質干細胞、細胞外基質、腫瘤相關成纖維細胞、脂肪細胞、內皮細胞、免疫細胞[5]。在腫瘤微環境中腫瘤細胞與微環境中的細胞通過相互接觸或分泌細胞因子的方式相互作用，二者之間發生了極其精細而復雜的對話[6]。并且，腫瘤微環境中的細胞在維持腫瘤干細胞的干性、腫瘤生長、轉移等過程中起著重要的作用[1, 7-8]。腫瘤干細胞的生存需要稱為干細胞龕的特定的腫瘤微環境。腫瘤干細胞與腫瘤微環境關系緊密，腫瘤不僅可以適應腫瘤微環境的變化，還可以改變、影響腫瘤微環境；而腫瘤微環境不僅可以影響腫瘤干細胞的自我更新能力，還可以誘導正常小細胞和非腫瘤干細胞向腫瘤干細胞轉變[4]。近年來關于腫瘤干細胞與腫瘤微環境的相互作用已成為研究熱點。
3 腫瘤微環境中的主要細胞與腫瘤干細胞的相互作用
3.1 間質干細胞與腫瘤干細胞的相互作用
從理論上說，間質干細胞可抑制腫瘤生長，但在腫瘤微環境中的間質干細胞的抗腫瘤生長能力卻存在爭議[9]。作為腫瘤微環境的重要組成部分，間質干細胞在腫瘤發展的過程中起著重要作用[10]。在腫瘤生長過程中，間質干細胞被招募到腫瘤微環境中，它可以改變腫瘤微環境原來的平衡，建立新的平衡，并促進腫瘤生長；通過分化為血管內皮細胞和周細胞和（或）分泌促血管生長因子如：血管內皮生長因子（VEGF）、血小板源性生長因子（PDGF）、成纖維細胞生長因子（FGF）和基質細胞衍生因子-1（SDF-1），從而促進腫瘤血管生成[11]；通過分泌大量細胞因子發揮免疫抑制功能，如：表皮生長因子（EGF）、FGF、PDGF、SDF-1、胰島素樣生長因子（IGF）-1、IGF-2、轉化生長因子-β（TGF-β）、胰島素樣生長因子結合蛋白-2，抑制腫瘤細胞凋亡；促進腫瘤發生上皮間質轉化，促進腫瘤轉移；可以分化為腫瘤相關成纖維細胞和脂肪細胞[11-12]；越來越多的證據顯示間質干細胞也可以調整腫瘤干細胞的增殖。
Shinojima等[13]報道，神經膠質瘤腫瘤微環境中TGF-β能夠介導間質干細胞向腫瘤干細胞遷移。到達腫瘤干細胞周圍的間質干細胞可以調節腫瘤干細胞的增殖。腫瘤細胞可以分泌白細胞介素（IL）-6，促進間質干細胞分泌大量的CXC類趨化因子配體（CXCL）7，而CXCL7又可以促進腫瘤細胞分泌IL-6，如此形成循環，并且在這個過程中間質干細胞和腫瘤細胞產生大量細胞因子包括：CXCL1、CXCL5、CXCL6、IL-8、IL-6，促進腫瘤干細胞自我更新[14]。Li等[15]的研究發現，在腫瘤微環境中，腫瘤細胞分泌IL-1可促進間質干細胞分泌列腺素E2（PGE2），而旁分泌的間質干細胞以及自分泌的PGE2可以促進間質干細胞分泌大量細胞因子。間質干細胞大量分泌的細胞因子和PGE2共同作用可以激活β-catenin信號通路，從而促進腫瘤干細胞形成。Mclean等[16]研究顯示，腫瘤相關的間質干細胞可以通過改變骨成型蛋白質（BMP）的表達影響卵巢癌干細胞的增殖，影響腫瘤干細胞的致瘤性。
3.2 腫瘤相關成纖維細胞與腫瘤干細胞
成纖維細胞有靜息狀態和激活狀態，激活狀態的成纖維細胞最早是在傷口愈合中被發現，有研究顯示在傷口愈合的過程中，靜止狀態的纖維細胞會發生形態上的改變從而轉變為激活狀態的纖維細胞[17]。腫瘤細胞可以旁分泌一些信號分子，改變腫瘤微環境中的纖維細胞的表型，但具體機制仍不清楚[16]。腫瘤相關成纖維細胞和傷口相關的激活的成纖維細胞基因表達上很類似，而這些基因通常與預后不佳有關[18-19]。Vermeulen等[20]發現，在結腸癌中，Wnt信號通路被高度激活的腫瘤細胞在組織結構分布上常常靠近成纖維細胞，深入研究表明，成纖維細胞可以分泌肝細胞生長因子（HGF）激活腫瘤細胞的Wnt信號通路，調節腫瘤干細胞干性。成纖維細胞可以產生FGF，Fillmore等[21]的研究顯示，用雌激素或FGF9可以誘導乳腺癌細胞系中的腫瘤干細胞增加，而加入雌激素抑制劑他莫昔芬或FGF受體（FGFR）的小分子抑制劑后乳腺癌細胞系中的腫瘤干細胞減少，進一步研究表明雌激素或FGF9可以通過FGF/FGFR/Tbx3信號通路誘導乳腺癌干細胞增加。腫瘤相關成纖維細胞可以產生SDF-1可以促進表達CXC類趨化因子受體4 （CXCR4）的腫瘤細胞增殖[22]，而Jung等[23]的研究顯示，CXCR4可能作為腫瘤干細胞的表面標志之一。
3.3 免疫抑制細胞與腫瘤干細胞
免疫系統可以抑制腫瘤生長，但腫瘤內部的免疫抑制細胞如腫瘤相關巨噬細胞（TAM）和調節T細胞（Treg細胞）卻抑制了免疫系統的功能。
3.3.1 TAM細胞
腫瘤相關巨噬細胞在許多實體瘤中都有發現，并且與腫瘤預后較差有關[24]。腫瘤相關巨噬細胞主要包含抑制腫瘤生長的M1和促進腫瘤生長的M2兩種亞型。在腫瘤微環境中M2型更為多見，它可以分泌大量免疫抑制細胞因子，如：IL-10、CC類趨化因子配體（CCL）17和CCL22；還分泌促腫瘤血管生長因子和腫瘤組織重塑因子，如：VEGF、胎盤生長因子（PIGF）和[25]。目前也有數據顯示腫瘤相關巨噬細胞也可以與腫瘤干細胞相互作用，如在胰腺癌腫瘤中，降低腫瘤相關巨噬細胞的表達可以明顯降低腫瘤中腫瘤干細胞的比例[26]；腫瘤相關巨噬細胞通過分泌TGF-β促進肝癌干細胞發生上皮間質轉化，從而增強腫瘤的侵襲能力[27]；TAM可以通過旁分泌EGF通過表皮生長因子受體（EGFR）/信號轉導和轉錄激活因子（STAT）3/Sox-2信號通路促進表達小鼠乙醛脫氫酶的腫瘤干細胞增殖[28]；將腫瘤相關巨噬細胞與乳腺癌細胞融合雜交后的細胞獲得乳腺癌干細胞表型（CD44+ CD24－/low）并且上皮間質轉化相關基因表達亦明顯增加[29]；腫瘤相關巨噬細胞可以分泌乳脂肪球表面生長因子8、IL-6激活STAT3信號通路和刺猬信號通路，從而影響干細胞的自我更新和化療耐藥[30]。
3.3.2 Treg細胞
腫瘤微環境招募Treg細胞，被招募的Treg細胞可以通過促進VEGFA，從而促進腫瘤血管形成，而減少Treg，VEGFA也隨之降低[31]。Treg還可以產生TGF-β通過協同白細胞抑制因子激活Janus激酶（JAK）-STAT信號通路促進膠質瘤干細胞自我更新[32]；腫瘤干細胞可影響Treg細胞的招募和功能，Wei等[33]研究發現惡性膠質瘤干細胞通過B7-H1信號通路直接與Treg細胞細胞相互作用。
4 腫瘤血管和腫瘤干細胞
腫瘤血管生成在腫瘤整個生長和轉移過程中起著重要作用[34]。首先，其在腫瘤生長過程中為腫瘤提供營養；其次，內皮細胞與腫瘤細胞相互作用，調節腫瘤生長；最后，腫瘤組織中分散的血管也為腫瘤轉移提供途徑。在腫瘤生長初期腫瘤組織無血管生成能力，主要通過炎癥激活核因子-κB信號通路促進腫瘤血管生成，同時腫瘤細胞也可以通過分化為血管內皮細胞類似細胞來模擬腫瘤血管（稱為“血管擬態”），也有研究報道腫瘤干細胞可以分化為腫瘤內皮細胞[35]。腫瘤血管與正常血管組織存在差異，有文獻報道，腫瘤組織血管與正常組織血管有1 000余個基因表達不一樣，其中包括：FGFR、基質金屬蛋白酶（MMP）、JAK3[36]。隨著對腫瘤血管研究的不斷深入，腫瘤干細胞與腫瘤血管相互之間的聯系也慢慢被認識。
首先，腫瘤干細胞可以作用于內皮細胞，促進腫瘤血管生成。Bao等[37]的研究表明與普通腫瘤細胞相比，干細胞樣膠質瘤細胞分泌VEGF增加，增加的VEGF可以促進腫瘤新生血管形成，從而促進腫瘤細胞生長。Grange等[38]研究發現人CD105+腎癌干細胞在體外實驗和小鼠體內實驗中都可以通過分泌微囊泡促進人臍靜脈內皮細胞增殖并形成管樣結構、促進肺部轉移灶的形成；進一步研究發現CD105+微囊泡中含有較多的EGF、FGF、MMP2、MMP9、血管生成素1等，而這些因子在CD105－微囊泡中沒有。Folkins等[39]在研究中將含腫瘤干細胞高的膠質瘤細胞系C6與含腫瘤干細胞低的C6分別接種于實驗動物，發現腫瘤干細胞含量高的C6所形成的腫瘤微血管密度、血液灌注均較腫瘤干細胞含量低的C6增加，并且腫瘤組織中招募的髓源性內皮祖細胞增加，內皮細胞增殖活躍，并形成管型；體外實驗顯示腫瘤干細胞含量高的C6高表達VEGF和SDF-1，阻斷兩者中任意一者，都會使微血管密度、血液灌注、髓源性內皮祖細胞的招募、內皮細胞增殖活性下降。Wang等[3]研究發現，CD133+干細胞樣細胞惡性膠質瘤細胞中含有CD133+/CD144－細胞亞群，其可分化為腫瘤細胞；也可分化為內皮祖細胞，再分化為成熟內皮細胞。其中使用c-secretase抑制劑或沉默NOTCH1，可以抑制CD133+干細胞樣細胞轉化為內皮祖細胞；用貝伐珠單抗或c-secretase抑制劑阻斷VEGF或短發卡RNA沉默VEGFR2均可以抑制內皮祖細胞轉變為成熟內皮細胞。其次，內皮細胞會對腫瘤干細胞產生影響，Calabrese等[40]的研究發現Nestin+/CD33+腫瘤干細胞與內皮細胞關系密切。內皮細胞可以維持腫瘤干細胞的自我更新，維持腫瘤干細胞的干性、促進腫瘤生長，使用貝伐珠單抗不能直接殺傷腫瘤細胞，但可以使Nestin+/CD33+干細胞表型比例下降。最后，內皮細胞可以通過分泌細胞因子VEGF、HGF作用于干細胞[36, 41-42]。
5 細胞外基質和腫瘤干細胞
細胞外基質作為實體瘤的一個重要組成部分，主要由成纖維細胞產生[17]。細胞外基質不僅可以維持腫瘤的組織結構，還可以調整腫瘤細胞的功能，如細胞增殖、遷移、分化、血管生成和淋巴管的生成[43]。目前越來越多的證據顯示細胞外基質是干細胞龕的一個組成部分，并且干細胞龕中細胞外基質的改變可以調節干細胞在靜止、自我更新、分化這3個不同生物狀態之間的平衡[44-45]。體外和體內實驗都顯示細胞外基質受體可用來富集干細胞[46]，從而表明干細胞與細胞外基質相互作用可以維持干細胞干性，無論是通過酶消化掉細胞外基質還是減少細胞外基質受體整合素或者減少細胞外基質的組成（糖蛋白、黏蛋白C或二聚糖）都可以減少干細胞的數量[43]。腫瘤干細胞可以通過細胞外基質受體錨定在某一個特定的微環境中，這樣不僅可以使干細胞龕中的細胞通過分泌細胞因子直接作用于干細胞維持干細胞的干性[47]，還可以維持干細胞的極性，促使不定向分化。細胞外基質可以作為一道機械屏障，阻擋藥物作用，促使腫瘤干細胞耐藥[48]。細胞外基質中的纖維連接蛋白、波形蛋白、膠原蛋白、蛋白多糖等可和腫瘤微環境中的細胞因子如FGF、HGF、VEGF、BMP、TGF-β等結合，使其失活，而MMP可以將細胞外基質酶解消化，從而釋放以上因子，從而發揮對干細胞的調節作用[46]。
6 低氧和腫瘤干細胞
氧分子作為一個重要的信號分子，在多個生物學過程中發揮著重要作用，如紅細胞的生成、血管生成、細胞分化等方面。在實體瘤中雖然有豐富的血管生成，但這類血管與正常血管存在著差異，其排列紊亂，功能不足，使腫瘤組織中氧灌注不足，從而使得局部組織缺氧。缺氧是實體瘤發展過程中常見的一種生物學現象，并且低氧常常為提示腫瘤預后的一個重要指標，越來越多的證據顯示經過低氧選擇后的細胞較正常腫瘤細胞更具侵襲力且對治療耐藥[48]。低氧可以使膠質瘤細胞表達干細胞相關基因OCT4、Nang、C-myc增加，不僅可以維持腫瘤干細胞的干性，還可使已分化的細胞去分化，并增加腫瘤細胞的克隆形成能力和遷移能力[49]。近些年，許多研究慢慢轉向低氧誘導的基因表達和低氧相關信號通路上。現在關于低氧誘導干細胞形成已成為抗腫瘤治療耐藥、促進腫瘤進展、復發的一個新機制[50]。在缺氧微環境中細胞可以通過IGF2/IGF1R、TGF-α/EGFR和PI3K/Akt等信號通路增加缺氧誘導因子（HIF）表達，進而激活了一系列的基因、信號通路，在腫瘤適應缺氧微環境中發揮了重要作用。首先，HIF-α可以通過上調VEGF、葡萄糖轉運蛋白1、腎上腺髓質素1、磷酸甘油酸激酶、TGF-α和細胞周期蛋白D1[51]的表達。其次，HIF-α可以促進成體細胞轉變為干細胞，有數據顯示，在轉基因小鼠模型中敲除了HIF-1α基因，轉入HIF-2α基因后，胚胎組織中干細胞相關基因POU5F1（Oct3/4）表達增加。這說明HIF-2α可以直接促進POU5F1表達[52]，而POU5F1可以使成體細胞去分化轉變為多能干細胞[53]。最后HIF-α可以激活干細胞相關信號通路，促進干細胞自我更新[54]。低氧可以激活HIF-1α，從而激活Wnt-β-cantenin信號通路，促進腫瘤干細胞增加。低氧可以促進HIF-1α的表達，從而激活Notch信號通路，而Notch信號通路在低氧維持干細胞干性方面起到了重要作用[55]。HIF-2α也與腫瘤干細胞息息相關，有研究報道，HIF-1α在非干細胞甚至正常的神經細胞中都有表達，而HIF-2α只在干細胞中表達[56]。HIF與BMP和Shh信號通路相關的直接證據目前尚未見報道。
7 結語
腫瘤干細胞作為腫瘤發生、發展、復發、耐藥的根源，近些年在腫瘤界廣受關注。隨著腫瘤干細胞研究的不斷深入，研究者們慢慢發現，不僅僅是腫瘤干細胞可以分化產生不同的子細胞，非腫瘤干細胞在一定的條件下也可以轉變為腫瘤干細胞。這就提示我們腫瘤的發展不僅僅是單純突變腫瘤細胞的累積，還受到腫瘤微環境的調節。正如前面所提到的，腫瘤干細胞和非腫瘤干細胞不是絕對的，他們是動態變化的，單純針對腫瘤細胞的治療或單純針對腫瘤干細胞的治療都存在局限性。只有綜合考慮腫瘤組織中所有細胞亞群的特性，充分了解腫瘤中不同細胞亞群的相互作用機制，才可能根治腫瘤。因此，腫瘤干細胞與腫瘤微環境的相互機制的作用的研究勢必會成為腫瘤研究中的熱點，并在此過程中尋找腫瘤治療的潛在靶點，為臨床抗腫瘤治療提供新思維。
腫瘤是一種世界范圍內常見的致死性疾病，腫瘤細胞具有持續增殖信號、生長抑制缺失、抗細胞凋亡、無限自我復制、促新生血管形成、侵襲轉移以及通過腫瘤微環境招募、誘變眾多非腫瘤細胞成為促進腫瘤生長的因素的能力[1]。這些能力涉及許多機制或理論，其中腫瘤干細胞理論逐漸受到重視。隨著對干細胞研究的不斷深入，人們慢慢發現在腫瘤發展過程中，腫瘤干細胞與腫瘤微環境相互作用，彼此依賴，共同促進腫瘤發展。現就腫瘤干細胞與腫瘤微環境相互作用研究進展作一文獻綜述。
1 腫瘤干細胞理論
腫瘤干細胞理論認為，腫瘤組織中存在一類或幾類具有干細胞特性的細胞亞群，即腫瘤干細胞。腫瘤組織存在著分級，而腫瘤干細胞在腫瘤分級中位于最高級，并在腫瘤的發生、發展、復發、耐藥中起著關鍵作用。腫瘤干細胞具有自我更新和多向分化潛能。其可以根據腫瘤微環境的不同分裂產生新的腫瘤干細胞，也可以分化成具有不同生物學特點、不同分化程度的腫瘤細胞，甚至可以分化成為腫瘤組織中的其他非腫瘤細胞。腫瘤干細胞最早是在急性髓源性白血病中被發現[2]，隨后在多種實體瘤有發現存在腫瘤干細胞亞群，如：腦癌、胃癌、結腸癌、肝癌、胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌。近年有文獻顯示腫瘤干細胞可以轉化為非腫瘤細胞[3]，而非腫瘤干細胞也可以轉化為腫瘤干細胞，這讓許多學者逐漸意識到腫瘤干細胞是一種動態變化的“狀態”，而不是固定不變的，而腫瘤干細胞與非干細胞之間的動態變化，受腫瘤微環境的調節[4]。
2 腫瘤微環境
腫瘤微環境是指腫瘤細胞與鄰近正常組織之間的部分，主要包括間質干細胞、細胞外基質、腫瘤相關成纖維細胞、脂肪細胞、內皮細胞、免疫細胞[5]。在腫瘤微環境中腫瘤細胞與微環境中的細胞通過相互接觸或分泌細胞因子的方式相互作用，二者之間發生了極其精細而復雜的對話[6]。并且，腫瘤微環境中的細胞在維持腫瘤干細胞的干性、腫瘤生長、轉移等過程中起著重要的作用[1, 7-8]。腫瘤干細胞的生存需要稱為干細胞龕的特定的腫瘤微環境。腫瘤干細胞與腫瘤微環境關系緊密，腫瘤不僅可以適應腫瘤微環境的變化，還可以改變、影響腫瘤微環境；而腫瘤微環境不僅可以影響腫瘤干細胞的自我更新能力，還可以誘導正常小細胞和非腫瘤干細胞向腫瘤干細胞轉變[4]。近年來關于腫瘤干細胞與腫瘤微環境的相互作用已成為研究熱點。
3 腫瘤微環境中的主要細胞與腫瘤干細胞的相互作用
3.1 間質干細胞與腫瘤干細胞的相互作用
從理論上說，間質干細胞可抑制腫瘤生長，但在腫瘤微環境中的間質干細胞的抗腫瘤生長能力卻存在爭議[9]。作為腫瘤微環境的重要組成部分，間質干細胞在腫瘤發展的過程中起著重要作用[10]。在腫瘤生長過程中，間質干細胞被招募到腫瘤微環境中，它可以改變腫瘤微環境原來的平衡，建立新的平衡，并促進腫瘤生長；通過分化為血管內皮細胞和周細胞和（或）分泌促血管生長因子如：血管內皮生長因子（VEGF）、血小板源性生長因子（PDGF）、成纖維細胞生長因子（FGF）和基質細胞衍生因子-1（SDF-1），從而促進腫瘤血管生成[11]；通過分泌大量細胞因子發揮免疫抑制功能，如：表皮生長因子（EGF）、FGF、PDGF、SDF-1、胰島素樣生長因子（IGF）-1、IGF-2、轉化生長因子-β（TGF-β）、胰島素樣生長因子結合蛋白-2，抑制腫瘤細胞凋亡；促進腫瘤發生上皮間質轉化，促進腫瘤轉移；可以分化為腫瘤相關成纖維細胞和脂肪細胞[11-12]；越來越多的證據顯示間質干細胞也可以調整腫瘤干細胞的增殖。
Shinojima等[13]報道，神經膠質瘤腫瘤微環境中TGF-β能夠介導間質干細胞向腫瘤干細胞遷移。到達腫瘤干細胞周圍的間質干細胞可以調節腫瘤干細胞的增殖。腫瘤細胞可以分泌白細胞介素（IL）-6，促進間質干細胞分泌大量的CXC類趨化因子配體（CXCL）7，而CXCL7又可以促進腫瘤細胞分泌IL-6，如此形成循環，并且在這個過程中間質干細胞和腫瘤細胞產生大量細胞因子包括：CXCL1、CXCL5、CXCL6、IL-8、IL-6，促進腫瘤干細胞自我更新[14]。Li等[15]的研究發現，在腫瘤微環境中，腫瘤細胞分泌IL-1可促進間質干細胞分泌列腺素E2（PGE2），而旁分泌的間質干細胞以及自分泌的PGE2可以促進間質干細胞分泌大量細胞因子。間質干細胞大量分泌的細胞因子和PGE2共同作用可以激活β-catenin信號通路，從而促進腫瘤干細胞形成。Mclean等[16]研究顯示，腫瘤相關的間質干細胞可以通過改變骨成型蛋白質（BMP）的表達影響卵巢癌干細胞的增殖，影響腫瘤干細胞的致瘤性。
3.2 腫瘤相關成纖維細胞與腫瘤干細胞
成纖維細胞有靜息狀態和激活狀態，激活狀態的成纖維細胞最早是在傷口愈合中被發現，有研究顯示在傷口愈合的過程中，靜止狀態的纖維細胞會發生形態上的改變從而轉變為激活狀態的纖維細胞[17]。腫瘤細胞可以旁分泌一些信號分子，改變腫瘤微環境中的纖維細胞的表型，但具體機制仍不清楚[16]。腫瘤相關成纖維細胞和傷口相關的激活的成纖維細胞基因表達上很類似，而這些基因通常與預后不佳有關[18-19]。Vermeulen等[20]發現，在結腸癌中，Wnt信號通路被高度激活的腫瘤細胞在組織結構分布上常常靠近成纖維細胞，深入研究表明，成纖維細胞可以分泌肝細胞生長因子（HGF）激活腫瘤細胞的Wnt信號通路，調節腫瘤干細胞干性。成纖維細胞可以產生FGF，Fillmore等[21]的研究顯示，用雌激素或FGF9可以誘導乳腺癌細胞系中的腫瘤干細胞增加，而加入雌激素抑制劑他莫昔芬或FGF受體（FGFR）的小分子抑制劑后乳腺癌細胞系中的腫瘤干細胞減少，進一步研究表明雌激素或FGF9可以通過FGF/FGFR/Tbx3信號通路誘導乳腺癌干細胞增加。腫瘤相關成纖維細胞可以產生SDF-1可以促進表達CXC類趨化因子受體4 （CXCR4）的腫瘤細胞增殖[22]，而Jung等[23]的研究顯示，CXCR4可能作為腫瘤干細胞的表面標志之一。
3.3 免疫抑制細胞與腫瘤干細胞
免疫系統可以抑制腫瘤生長，但腫瘤內部的免疫抑制細胞如腫瘤相關巨噬細胞（TAM）和調節T細胞（Treg細胞）卻抑制了免疫系統的功能。
3.3.1 TAM細胞
腫瘤相關巨噬細胞在許多實體瘤中都有發現，并且與腫瘤預后較差有關[24]。腫瘤相關巨噬細胞主要包含抑制腫瘤生長的M1和促進腫瘤生長的M2兩種亞型。在腫瘤微環境中M2型更為多見，它可以分泌大量免疫抑制細胞因子，如：IL-10、CC類趨化因子配體（CCL）17和CCL22；還分泌促腫瘤血管生長因子和腫瘤組織重塑因子，如：VEGF、胎盤生長因子（PIGF）和[25]。目前也有數據顯示腫瘤相關巨噬細胞也可以與腫瘤干細胞相互作用，如在胰腺癌腫瘤中，降低腫瘤相關巨噬細胞的表達可以明顯降低腫瘤中腫瘤干細胞的比例[26]；腫瘤相關巨噬細胞通過分泌TGF-β促進肝癌干細胞發生上皮間質轉化，從而增強腫瘤的侵襲能力[27]；TAM可以通過旁分泌EGF通過表皮生長因子受體（EGFR）/信號轉導和轉錄激活因子（STAT）3/Sox-2信號通路促進表達小鼠乙醛脫氫酶的腫瘤干細胞增殖[28]；將腫瘤相關巨噬細胞與乳腺癌細胞融合雜交后的細胞獲得乳腺癌干細胞表型（CD44+ CD24－/low）并且上皮間質轉化相關基因表達亦明顯增加[29]；腫瘤相關巨噬細胞可以分泌乳脂肪球表面生長因子8、IL-6激活STAT3信號通路和刺猬信號通路，從而影響干細胞的自我更新和化療耐藥[30]。
3.3.2 Treg細胞
腫瘤微環境招募Treg細胞，被招募的Treg細胞可以通過促進VEGFA，從而促進腫瘤血管形成，而減少Treg，VEGFA也隨之降低[31]。Treg還可以產生TGF-β通過協同白細胞抑制因子激活Janus激酶（JAK）-STAT信號通路促進膠質瘤干細胞自我更新[32]；腫瘤干細胞可影響Treg細胞的招募和功能，Wei等[33]研究發現惡性膠質瘤干細胞通過B7-H1信號通路直接與Treg細胞細胞相互作用。
4 腫瘤血管和腫瘤干細胞
腫瘤血管生成在腫瘤整個生長和轉移過程中起著重要作用[34]。首先，其在腫瘤生長過程中為腫瘤提供營養；其次，內皮細胞與腫瘤細胞相互作用，調節腫瘤生長；最后，腫瘤組織中分散的血管也為腫瘤轉移提供途徑。在腫瘤生長初期腫瘤組織無血管生成能力，主要通過炎癥激活核因子-κB信號通路促進腫瘤血管生成，同時腫瘤細胞也可以通過分化為血管內皮細胞類似細胞來模擬腫瘤血管（稱為“血管擬態”），也有研究報道腫瘤干細胞可以分化為腫瘤內皮細胞[35]。腫瘤血管與正常血管組織存在差異，有文獻報道，腫瘤組織血管與正常組織血管有1 000余個基因表達不一樣，其中包括：FGFR、基質金屬蛋白酶（MMP）、JAK3[36]。隨著對腫瘤血管研究的不斷深入，腫瘤干細胞與腫瘤血管相互之間的聯系也慢慢被認識。
首先，腫瘤干細胞可以作用于內皮細胞，促進腫瘤血管生成。Bao等[37]的研究表明與普通腫瘤細胞相比，干細胞樣膠質瘤細胞分泌VEGF增加，增加的VEGF可以促進腫瘤新生血管形成，從而促進腫瘤細胞生長。Grange等[38]研究發現人CD105+腎癌干細胞在體外實驗和小鼠體內實驗中都可以通過分泌微囊泡促進人臍靜脈內皮細胞增殖并形成管樣結構、促進肺部轉移灶的形成；進一步研究發現CD105+微囊泡中含有較多的EGF、FGF、MMP2、MMP9、血管生成素1等，而這些因子在CD105－微囊泡中沒有。Folkins等[39]在研究中將含腫瘤干細胞高的膠質瘤細胞系C6與含腫瘤干細胞低的C6分別接種于實驗動物，發現腫瘤干細胞含量高的C6所形成的腫瘤微血管密度、血液灌注均較腫瘤干細胞含量低的C6增加，并且腫瘤組織中招募的髓源性內皮祖細胞增加，內皮細胞增殖活躍，并形成管型；體外實驗顯示腫瘤干細胞含量高的C6高表達VEGF和SDF-1，阻斷兩者中任意一者，都會使微血管密度、血液灌注、髓源性內皮祖細胞的招募、內皮細胞增殖活性下降。Wang等[3]研究發現，CD133+干細胞樣細胞惡性膠質瘤細胞中含有CD133+/CD144－細胞亞群，其可分化為腫瘤細胞；也可分化為內皮祖細胞，再分化為成熟內皮細胞。其中使用c-secretase抑制劑或沉默NOTCH1，可以抑制CD133+干細胞樣細胞轉化為內皮祖細胞；用貝伐珠單抗或c-secretase抑制劑阻斷VEGF或短發卡RNA沉默VEGFR2均可以抑制內皮祖細胞轉變為成熟內皮細胞。其次，內皮細胞會對腫瘤干細胞產生影響，Calabrese等[40]的研究發現Nestin+/CD33+腫瘤干細胞與內皮細胞關系密切。內皮細胞可以維持腫瘤干細胞的自我更新，維持腫瘤干細胞的干性、促進腫瘤生長，使用貝伐珠單抗不能直接殺傷腫瘤細胞，但可以使Nestin+/CD33+干細胞表型比例下降。最后，內皮細胞可以通過分泌細胞因子VEGF、HGF作用于干細胞[36, 41-42]。
5 細胞外基質和腫瘤干細胞
細胞外基質作為實體瘤的一個重要組成部分，主要由成纖維細胞產生[17]。細胞外基質不僅可以維持腫瘤的組織結構，還可以調整腫瘤細胞的功能，如細胞增殖、遷移、分化、血管生成和淋巴管的生成[43]。目前越來越多的證據顯示細胞外基質是干細胞龕的一個組成部分，并且干細胞龕中細胞外基質的改變可以調節干細胞在靜止、自我更新、分化這3個不同生物狀態之間的平衡[44-45]。體外和體內實驗都顯示細胞外基質受體可用來富集干細胞[46]，從而表明干細胞與細胞外基質相互作用可以維持干細胞干性，無論是通過酶消化掉細胞外基質還是減少細胞外基質受體整合素或者減少細胞外基質的組成（糖蛋白、黏蛋白C或二聚糖）都可以減少干細胞的數量[43]。腫瘤干細胞可以通過細胞外基質受體錨定在某一個特定的微環境中，這樣不僅可以使干細胞龕中的細胞通過分泌細胞因子直接作用于干細胞維持干細胞的干性[47]，還可以維持干細胞的極性，促使不定向分化。細胞外基質可以作為一道機械屏障，阻擋藥物作用，促使腫瘤干細胞耐藥[48]。細胞外基質中的纖維連接蛋白、波形蛋白、膠原蛋白、蛋白多糖等可和腫瘤微環境中的細胞因子如FGF、HGF、VEGF、BMP、TGF-β等結合，使其失活，而MMP可以將細胞外基質酶解消化，從而釋放以上因子，從而發揮對干細胞的調節作用[46]。
6 低氧和腫瘤干細胞
氧分子作為一個重要的信號分子，在多個生物學過程中發揮著重要作用，如紅細胞的生成、血管生成、細胞分化等方面。在實體瘤中雖然有豐富的血管生成，但這類血管與正常血管存在著差異，其排列紊亂，功能不足，使腫瘤組織中氧灌注不足，從而使得局部組織缺氧。缺氧是實體瘤發展過程中常見的一種生物學現象，并且低氧常常為提示腫瘤預后的一個重要指標，越來越多的證據顯示經過低氧選擇后的細胞較正常腫瘤細胞更具侵襲力且對治療耐藥[48]。低氧可以使膠質瘤細胞表達干細胞相關基因OCT4、Nang、C-myc增加，不僅可以維持腫瘤干細胞的干性，還可使已分化的細胞去分化，并增加腫瘤細胞的克隆形成能力和遷移能力[49]。近些年，許多研究慢慢轉向低氧誘導的基因表達和低氧相關信號通路上。現在關于低氧誘導干細胞形成已成為抗腫瘤治療耐藥、促進腫瘤進展、復發的一個新機制[50]。在缺氧微環境中細胞可以通過IGF2/IGF1R、TGF-α/EGFR和PI3K/Akt等信號通路增加缺氧誘導因子（HIF）表達，進而激活了一系列的基因、信號通路，在腫瘤適應缺氧微環境中發揮了重要作用。首先，HIF-α可以通過上調VEGF、葡萄糖轉運蛋白1、腎上腺髓質素1、磷酸甘油酸激酶、TGF-α和細胞周期蛋白D1[51]的表達。其次，HIF-α可以促進成體細胞轉變為干細胞，有數據顯示，在轉基因小鼠模型中敲除了HIF-1α基因，轉入HIF-2α基因后，胚胎組織中干細胞相關基因POU5F1（Oct3/4）表達增加。這說明HIF-2α可以直接促進POU5F1表達[52]，而POU5F1可以使成體細胞去分化轉變為多能干細胞[53]。最后HIF-α可以激活干細胞相關信號通路，促進干細胞自我更新[54]。低氧可以激活HIF-1α，從而激活Wnt-β-cantenin信號通路，促進腫瘤干細胞增加。低氧可以促進HIF-1α的表達，從而激活Notch信號通路，而Notch信號通路在低氧維持干細胞干性方面起到了重要作用[55]。HIF-2α也與腫瘤干細胞息息相關，有研究報道，HIF-1α在非干細胞甚至正常的神經細胞中都有表達，而HIF-2α只在干細胞中表達[56]。HIF與BMP和Shh信號通路相關的直接證據目前尚未見報道。
7 結語
腫瘤干細胞作為腫瘤發生、發展、復發、耐藥的根源，近些年在腫瘤界廣受關注。隨著腫瘤干細胞研究的不斷深入，研究者們慢慢發現，不僅僅是腫瘤干細胞可以分化產生不同的子細胞，非腫瘤干細胞在一定的條件下也可以轉變為腫瘤干細胞。這就提示我們腫瘤的發展不僅僅是單純突變腫瘤細胞的累積，還受到腫瘤微環境的調節。正如前面所提到的，腫瘤干細胞和非腫瘤干細胞不是絕對的，他們是動態變化的，單純針對腫瘤細胞的治療或單純針對腫瘤干細胞的治療都存在局限性。只有綜合考慮腫瘤組織中所有細胞亞群的特性，充分了解腫瘤中不同細胞亞群的相互作用機制，才可能根治腫瘤。因此，腫瘤干細胞與腫瘤微環境的相互機制的作用的研究勢必會成為腫瘤研究中的熱點，并在此過程中尋找腫瘤治療的潛在靶點，為臨床抗腫瘤治療提供新思維。