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恶性肿瘤的致死率仅次于心脑血管疾病，严重威胁人类生命健康。肿瘤细胞具有独特的能量代谢特征，即高糖吸收、有氧糖酵解和高乳酸生成，因此肿瘤也被认为是一种“代谢疾病”。研究证实，肿瘤组织具有异质性。在肿瘤组织中存在一小群具有干细胞特性的细胞，被称为肿瘤干细胞（tumor stem cells,TSCs）或癌干细胞（cancer stem cells,CSCs）。与普通肿瘤细胞相比，CSCs具有高度自我更新与分化潜能，且具有放化疗抵抗性，是肿瘤复发、转移及预后不良的根源。因此，CSCs的靶向干预是肿瘤治疗的新策略。
能量代谢与干细胞分化的调控密切相关。有研究发现，成体干细胞通过糖酵解进行葡萄糖代谢维持其干性，而干细胞分化以后则主要依靠氧化磷酸化进行糖代谢。反过来，调控干细胞的能量代谢也可诱导其发生分化。可见，干细胞的命运与能量代谢之间相互影响。然而，肿瘤组织中的CSCs与普通肿瘤细胞的能量代谢差异及其与细胞表型之间的关系，目前还缺乏系统认识。
原发性肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是人类最常见的恶性肿瘤之一，在全球恶性肿瘤死亡率中居第三位，在中国恶性肿瘤死亡率中居第二位。肝癌具有疗效差、复发转移率高、生存率极低等特点，严重危害患者生命，给家庭和社会造成沉重负担，其预防与治疗一直是临床科学家面临的巨大挑战。因此，本文以人肝癌细胞HCCLM3和富集得到的肝癌干细胞（liver cancer stem cells,LCSCs）为研究对象，系统比较了两种细胞在糖代谢方面的差异，探究了能量代谢与LCSCs干性之间的关系。本文主要研究内容和结果如下：
①肝癌细胞的培养及肝癌干细胞的富集与鉴定
利用含10%胎牛血清的DMEM/H培养基对HCCLM3肝癌细胞进行常规培养、传代，通过体外肿瘤球培养法用DMEM/F12无血清干细胞培养基从HCCLM3富集LCSCs并进行鉴定。结果发现：与HCCLM3比较，富集得到的细胞具有良好的成球能力、克隆形成能力、迁移能力及抗癌药物耐受能力；球体细胞表面标志物CD133、CD44的表达显著高于HCCLM3，干性相关基因Sox2、Oct4、Nanog、c-Myc的表达也显著增加。结果表明，富集得到的细胞具有肿瘤干细胞特性。
②肝癌细胞与肝癌干细胞糖代谢的比较
通过检测糖酵解相关酶的表达及葡萄糖摄取能力对HCCLM3与LCSCs的糖酵解代谢进行比较。结果发现，LCSCs中葡萄糖转运蛋白1（glucose transporter1,GLUT1）、己糖激酶2（hexokinase2,HK2）、磷酸果糖激酶1（phosphofructokinase1,PFK1）和丙酮酸激酶（pyruvate kinase,PKM）等糖酵解相关酶的表达均显著高于HCCLM3，但乳酸脱氢酶A（lactate dehydrogenase A,LDHA）的表达显著下调；LCSCs的葡萄糖摄取能力也显著高于HCCLM3。
进一步对HCCLM3与LCSCs两种细胞的氧化磷酸化进行了比较。结果发现：LCSCs中丙酮酸脱氢酶复合物（pyruvate dehydrogenase complex,PDHC）、线粒体生物发生相关基因过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator1α,PGC1α）、线粒体转录因子A（mitochondrial transcription factor A,TFAM）和核呼吸因子1（nuclear respiratory factor1,NRF1）的表达均明显上调，活性氧（reactive oxygen species,ROS）的水平也显著高于HCCLM3。以上结果表明，LCSCs具有更旺盛的葡萄糖代谢，其糖酵解产生的丙酮酸更多进入线粒体中进行氧化磷酸化。
③肝癌干细胞糖代谢与其干性的关系
针对LCSCs与肝癌细胞糖代谢的差异，继续考察了LCSCs的糖代谢与其干性的关系。采用糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖（2-deoxy-D-glucose,2-DG）抑制LCSCs的糖酵解后，发现LCSCs干性相关基因及CSCs表面标志物CD133、CD44的表达上调，PDHC及线粒体生物发生相关基因的表达也上调；线粒体水平、ROS水平增加。利用线粒体分裂抑制剂Mdivi-1处理LCSCs后，LCSCs中线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）拷贝数及线粒体水平受到显著抑制，ROS水平显著下调；干性相关基因及CSCs表面标志物CD133、CD44的表达均显著降低。以上结果表明，线粒体氧化磷酸化在LCSCs干性维持中起着决定作用，Mdivi-1可以通过抑制LCSCs的氧化磷酸化水平降低其干性。
综上，HCCLM3与LCSCs具有不同的表型和代谢特征，线粒体氧化磷酸化在LCSCs干性维持中发挥决定性作用，可通过抑制LCSCs的氧化磷酸化下调其干性特征。本研究结果为深入认识能量代谢与LCSCs干性的关系提供了实验依据，为临床上从代谢的角度诱导肝癌干细胞分化的肝癌治疗提供了新思路与理论指导。
能量代谢与干细胞分化的调控密切相关。有研究发现，成体干细胞通过糖酵解进行葡萄糖代谢维持其干性，而干细胞分化以后则主要依靠氧化磷酸化进行糖代谢。反过来，调控干细胞的能量代谢也可诱导其发生分化。可见，干细胞的命运与能量代谢之间相互影响。然而，肿瘤组织中的CSCs与普通肿瘤细胞的能量代谢差异及其与细胞表型之间的关系，目前还缺乏系统认识。
原发性肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是人类最常见的恶性肿瘤之一，在全球恶性肿瘤死亡率中居第三位，在中国恶性肿瘤死亡率中居第二位。肝癌具有疗效差、复发转移率高、生存率极低等特点，严重危害患者生命，给家庭和社会造成沉重负担，其预防与治疗一直是临床科学家面临的巨大挑战。因此，本文以人肝癌细胞HCCLM3和富集得到的肝癌干细胞（liver cancer stem cells,LCSCs）为研究对象，系统比较了两种细胞在糖代谢方面的差异，探究了能量代谢与LCSCs干性之间的关系。本文主要研究内容和结果如下：
①肝癌细胞的培养及肝癌干细胞的富集与鉴定
利用含10%胎牛血清的DMEM/H培养基对HCCLM3肝癌细胞进行常规培养、传代，通过体外肿瘤球培养法用DMEM/F12无血清干细胞培养基从HCCLM3富集LCSCs并进行鉴定。结果发现：与HCCLM3比较，富集得到的细胞具有良好的成球能力、克隆形成能力、迁移能力及抗癌药物耐受能力；球体细胞表面标志物CD133、CD44的表达显著高于HCCLM3，干性相关基因Sox2、Oct4、Nanog、c-Myc的表达也显著增加。结果表明，富集得到的细胞具有肿瘤干细胞特性。
②肝癌细胞与肝癌干细胞糖代谢的比较
通过检测糖酵解相关酶的表达及葡萄糖摄取能力对HCCLM3与LCSCs的糖酵解代谢进行比较。结果发现，LCSCs中葡萄糖转运蛋白1（glucose transporter1,GLUT1）、己糖激酶2（hexokinase2,HK2）、磷酸果糖激酶1（phosphofructokinase1,PFK1）和丙酮酸激酶（pyruvate kinase,PKM）等糖酵解相关酶的表达均显著高于HCCLM3，但乳酸脱氢酶A（lactate dehydrogenase A,LDHA）的表达显著下调；LCSCs的葡萄糖摄取能力也显著高于HCCLM3。
进一步对HCCLM3与LCSCs两种细胞的氧化磷酸化进行了比较。结果发现：LCSCs中丙酮酸脱氢酶复合物（pyruvate dehydrogenase complex,PDHC）、线粒体生物发生相关基因过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator1α,PGC1α）、线粒体转录因子A（mitochondrial transcription factor A,TFAM）和核呼吸因子1（nuclear respiratory factor1,NRF1）的表达均明显上调，活性氧（reactive oxygen species,ROS）的水平也显著高于HCCLM3。以上结果表明，LCSCs具有更旺盛的葡萄糖代谢，其糖酵解产生的丙酮酸更多进入线粒体中进行氧化磷酸化。
③肝癌干细胞糖代谢与其干性的关系
针对LCSCs与肝癌细胞糖代谢的差异，继续考察了LCSCs的糖代谢与其干性的关系。采用糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖（2-deoxy-D-glucose,2-DG）抑制LCSCs的糖酵解后，发现LCSCs干性相关基因及CSCs表面标志物CD133、CD44的表达上调，PDHC及线粒体生物发生相关基因的表达也上调；线粒体水平、ROS水平增加。利用线粒体分裂抑制剂Mdivi-1处理LCSCs后，LCSCs中线粒体DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）拷贝数及线粒体水平受到显著抑制，ROS水平显著下调；干性相关基因及CSCs表面标志物CD133、CD44的表达均显著降低。以上结果表明，线粒体氧化磷酸化在LCSCs干性维持中起着决定作用，Mdivi-1可以通过抑制LCSCs的氧化磷酸化水平降低其干性。
综上，HCCLM3与LCSCs具有不同的表型和代谢特征，线粒体氧化磷酸化在LCSCs干性维持中发挥决定性作用，可通过抑制LCSCs的氧化磷酸化下调其干性特征。本研究结果为深入认识能量代谢与LCSCs干性的关系提供了实验依据，为临床上从代谢的角度诱导肝癌干细胞分化的肝癌治疗提供了新思路与理论指导。