乳腺癌干细胞通过不对称分裂实现自我更新，维持肿瘤的发生和发展。这个过程受到信号转导通路、抑癌基因、原癌基因等多种因素的调控。多项研究证实，Notch、Wnt、Hedgehog等多种信号转导通路在乳腺干细胞和早期祖细胞的转化过程中起着重要作用。而这些通路的异常激活可能会促进乳腺癌干细胞的形成，导致肿瘤的发生。研究这些通路，对肿瘤干细胞假说的理解和发展具有重要意义。
Notch信号通路
Notch作为一种保守的膜蛋白，通过与邻近细胞上的Notch配体相互作用，调节细胞的生长分化。Notch信号参与乳腺癌干细胞的干细胞样表型的维持和调控。Dontu等发现，乳腺干细胞中有4种Notch受体的表达，均为分化细胞的2～4倍。研究者通过体外培养乳腺球的方法富集正常乳腺组织的原始乳腺细胞，通过Notch通路配体或阻断剂激活或封闭Notch信号通路，以研究Notch信号通路在乳腺癌发生过程中的作用。结果显示，激活Notch信号，乳腺干细胞的自我更新和早期祖细胞的增殖可达到原水平的10倍。Notch信号激活也能作用于多能祖细胞，促进其定向分化为肌上皮细胞。而Notch信号的阻断剂能够完全抑制上述作用。上述效应在已分化的上皮细胞中并未发现。因此，作者认为Notch信号可影响干细胞、祖细胞的自我更新和分化能力，可能是乳腺癌发生的关键因素。Farnie等研究证实，原位导管癌的侵袭增殖能力与Notch信号的活性相关，Notch基因家族可能是其癌前病变转化为恶性肿瘤的靶基因。
Wnt信号通路
Wnt家族约有20个基因，正常的Wnt信号通路在不同组织发育期影响干细胞、祖细胞的增殖和自我更新。异常的Wnt信号通路则能使干细胞的自我更新能力异常，最终导致肿瘤的发生。
Li等研究证实异常表达Wnt-1和β-连环蛋白激活形式的转基因小鼠乳腺的SP细胞是正常小鼠的2～3倍，前者可发生乳腺肿瘤前增生性病变并演变为乳腺癌，形成包括各种分化细胞组成的乳腺肿瘤。所诱发的肿瘤表达原始细胞的标记如Sca-1，而非Wnt-1信号通路蛋白所诱发的肿瘤不表达这些标记。在表达Wnt-1的小鼠中，若同时过度表达Neu瘤基因，则可发生ER阳性和阴性乳腺癌。以上结果提示，经典Wnt信号通路的结构性活化，可导致乳腺干细胞和祖细胞调控机制异常而发生肿瘤。
Hedgehog信号通路
Hedgehog信号通路是在动物胚胎发育过程中调节细胞间相互作用的重要信号通路之一，其成员包括PTCH-1、Gli-1和Gli-2。当细胞分化时，这些基因下调。许多肿瘤的发生与Hedgehog信号通路的异常激活密切相关。
Liu等研究证实，具有CD44+/CD24-表型的乳腺癌干细胞过度表达PTCH-1、Gli-1、Gli-2和Bim-1。Bim-1是一种转录抑制物，是Hedgehog信号通路下游途径的靶基因。在人类乳腺干细胞/祖细胞中，Hedgehog信号能上调Bim-1的表达，后者又反过来介导Hedgehog信号通路在乳腺癌干细胞自我更新过程中发挥效应。Hedgehog信号通路及下游转录因子对干细胞自我更新的调控具有重要作用，当这些调控过程异常导致干细胞无限制的扩增，就会导致肿瘤的发生。
microRNA（miRNA）是一类长度为21～25个核苷酸的非编码单链小分子RNA，属于非编码小RNA（non-coding small RNA）家族中的一员。目前，在人类基因组中已发现了500多种miRNA，计算机预测miRNA数目可能超过1 000多种，约30%的蛋白编码基因受miRNA的调控。miRNA调控细胞周期、分化、凋亡、发育和新陈代谢等多种生命活动过程，尤其在恶性肿瘤的发生发展过程中产生重大影响。因此，miRNA是目前生命科学领域尤其是肿瘤领域的研究热点。
miRNA在肿瘤发生发展过程中，是通过调节癌基因或抑癌基因的表达，调控癌细胞的重要生物程序来发挥其生物学作用的。其对肿瘤细胞的调控体现在调控肿瘤细胞增殖、凋亡，与肿瘤转移相关的细胞黏附分子的表达，以及自身充当癌基因或是抑癌基因。
肿瘤干细胞的自我更新以及向成熟癌细胞分化的不同阶段，都受到多种癌基因或是抑癌基因的调控。肿瘤干细胞分化过程中编码基因表达发生改变的同时，也伴随着调控这些基因表达的miRNA的改变。所以，miRNA的改变也会决定肿瘤干细胞的更新和分化。笔者课题组发现let-7可调节乳腺癌干细胞的“干性”，包括体外自我更新能力、多向分化能力、连续体内成瘤能力和转移能力。let-7在乳腺肿瘤启动细胞中低表达，let-7通过沉默Ras和HMGA-2导致肿瘤干细胞的多向分化。此外，通过芯片分析的结果发现miR-27a在诱导分化的乳腺肿瘤细胞中高表达。miR-27a已被认为是致癌的miRNA。在胃癌中，其表达下降，可抑制胃癌细胞的生长。在乳腺癌中，它可降低SKBR-3细胞的凋亡和促进MDA-MB-231细胞的生长。向乳腺癌细胞转染了miR-27a反义单核苷酸（ASO）后，Myt-1的mRNA升高，cdc-2的磷酸化增强，导致处在G2～M期的细胞数增加。
