据说，每个人都听说过，但是没有人见过的东西只有四样：真爱，鬼魂，UFO和癌症干细胞。不过，现在癌症干细胞真的被看见了。

癌症干细胞假设

       人体是由干细胞分化而来的高度复杂有序的整体。人们在研究癌症的时候就想，癌症会不会也是由少数干细胞分化而来的呢？从而有了癌症干细胞的假设。这个假设的重要性在于，假如真的存在少数驱动癌症的癌症干细胞，那么治疗癌症，就可以针对这些癌症干细胞，做到擒贼擒王，有可能事半功倍。因为这个假设看上去很美，一经提出，就吸引了很多科学家的兴趣,以及随之而来的争议^1-2。

费力不讨好的设计

       然而，如何检验这个假设呢？最简单，最笨，却也最有效的办法就是：把肿瘤样品中的细胞一个个分出来，然后看哪一个能在动物实验中形成新的肿瘤。能形成新的肿瘤的，应该就是癌症干细胞。

       可是很多批评纷至沓来，这个设计最大的缺陷是：被分离并被接种到动物中的细胞，已经不是原来意义上的细胞，生它养它的土壤都没有了，这细胞很可能发生变化，即使能转化成肿瘤，说不定是后天获得的能力。晏子不是说，橘子生在淮南就是橘子，到了淮北就变成枳？环境的作用很大，如何排除这种可能性呢？

有种癌症干细胞叫在线对其隐身

       要想突破这种“种子土壤”困境，就不能分离细胞，那就必须在活体内实时追踪细胞的动向。假如在活体内观察到一种细胞能最终分化出整个肿瘤，那就应该是癌症干细胞。

       可是，细胞就像一个巨大的，复杂的黑箱，里面发生什么很难观察到，要想追踪细胞动向，需要特殊的标记，这一度在技术上这是很难实现的。

有种荧光叫隐身对其可见

       “轻罗小扇扑流萤“的美妙境界，现在很多都市已经不大能看得到了。但是很多山野还有这种奇景。美东南部的Smoky mountain在夏天的傍晚，还是能看到蔚为壮观的萤火虫之海，就像漫天的星星降临山谷，如梦如幻。

       荧光现在有了审美之外的更广泛的用途，尤其是在生物学领域。除了来自于萤火虫的绿色荧光，越来越多的荧光被发展出来，比如黄色，红色等等。通过生物工程的方法，这些荧光能够标记各种细胞，于是这些细胞就变得可见了。通过观察这些细胞的命运，我们就知道哪些是癌症干细胞，哪些是一般的癌细胞。

       要想实现对细胞荧光标记区别不同的细胞发展路径，需要先解决几个问题：

       第一，如何标记细胞。

       这又分为两个问题：在哪标记？用什么标记？不同的癌症起源于不同的组织，所以关键是要让特定的细胞群体得到标记。这就要用到特定组织和细胞中发挥作用的启动子，也就是一种主导细胞特异性表达的DNA序列。至于标记物，主要是各种荧光，比如绿色荧光，黄色荧光，红色荧光等。还有一点就是这种荧光最好可控，在我们需要的时候才表达，这就需要一个可以被调控的一个DNA序列。能实现这些目的DNA，包括组织特异性启动子，荧光基因，以及可控DNA，都被安装到一个载体上，然后用转基因的办法把这个载体送进动物体内。这样，在特定的细胞群体内，合适的时候加以诱导，细胞就变得熠熠生辉了。

       还有更为精巧的标记方式。可以把多种荧光（有四种荧光的例子）放在同一个载体上，通过诱导让荧光适时的开和关，这样就能更好的观察细胞。

       第二个问题是如何让动物发生癌症。这个很简单了，有各种化学致癌物可以被用来达到这个目的。一般采用两种致癌物，一种负责癌症的发生，一种负责癌症的维持。

       剩下的就是对细胞进行监控和分析，看那些细胞有能力变成癌细胞，也就是具有癌症干细胞的潜质。

       用这种技术，人们发现，确实存在少数细胞，能最终分化成肿瘤并维持肿瘤的生长。2012年八月份发表在Nature，Science上的3篇文章，用了不同的标记方法，分别发现了鳞状皮肤癌，胶质母细胞瘤和小肠腺癌中存在癌症干细胞^3-5。

癌症干细胞 vs 癌症起源细胞 =刘邦vs 陈胜吴广

       这种精致的利用荧光在体内观察细胞的命运的技术，被称为谱系追踪技术（lineage tracing）。使用这种技术，不但能够追踪到癌症干细胞，也能追踪到癌症起源细胞。

       癌症干细胞和癌症起源细胞是不一样的，如果说癌症干细胞就是刘邦的话，癌症起源细胞是陈胜吴广。第一个揭竿而起的，不见得最终能夺得天下。

       2011年Cell上的一篇文章⁶，利用了一种叫做Mosaic analysis with doublemarkers (MADM)的新技术来追踪胶质瘤的起源。这种技术能同时标记两种细胞：绿色荧光标记突变细胞，红色荧光标记正常细胞。然后追踪细胞的发展，确定癌细胞起源。

       然而，谱系追踪只是细胞水平的证据，细胞内的分子发生怎样的变化还不得而知。现在，单细胞测序也已经在技术上可行。如果能使用这种谱系追踪，同时对这些细胞在不同的时间进行测序，也许能够彻底发现癌症发展的前生今世。

[1] Cancer stem cell. Wikipedia.

[2] Tumor Growth Need Not Be Drivenby Rare Cancer Stem Cells. Science 2007; 317: 337. 

[3] Defining the mode of tumor growthby clonal analysis. Nature 2012; 488(7412):527-30. 

[4] A restricted cell populationpropagates glioblastoma growth after chemotherapy. Nature 2012;488(7412):522-6.

[5] Lineage Tracing Reveals Lgr5+Stem Cell Activity in Mouse Intestinal Adenomas. Science 2012;337(6095):730-5.