腦腫瘤干細(xì)胞相關(guān)研究進(jìn)展

劉 昊(綜述)，楊海城(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科，哈爾濱 150086)

顱內(nèi)惡性腫瘤侵襲能力強(qiáng)，對(duì)放、化療缺乏敏感性，盡管治療方法不斷改進(jìn)，但患者的預(yù)后依然很差，長久以來成為神經(jīng)外科疾病中較為棘手的難題。傳統(tǒng)的病變切除術(shù)、放療、化療等手段難以顯著地延長患者生存期，因此對(duì)于惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制、形成過程的研究可能成為治療上新的突破點(diǎn)。近年來,提出的腦腫瘤干細(xì)胞的概念被認(rèn)為有望對(duì)腦腫瘤的基礎(chǔ)和臨床研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

1 神經(jīng)干細(xì)胞

干細(xì)胞是人體內(nèi)一類具有自我更新、可形成至少一種高度分化后代的細(xì)胞，是組織和器官持續(xù)而穩(wěn)定的細(xì)胞提供者。一般認(rèn)為干細(xì)胞分裂有兩種模式。①非對(duì)稱分裂：一個(gè)子細(xì)胞保持干細(xì)胞的特性，另一個(gè)子細(xì)胞為分化細(xì)胞；②對(duì)稱分裂：母細(xì)胞分裂為兩個(gè)保持干細(xì)胞特性的子細(xì)胞[1]。非對(duì)稱分裂可限制細(xì)胞增殖，然而對(duì)稱分裂賦予干細(xì)胞自我更新和再生的能力，但同時(shí)也增加了患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。在兩種分裂方式的調(diào)節(jié)中，Numb蛋白和Notch通路起重要作用，并且兩者間存在相互拮抗的關(guān)系[2]。

神經(jīng)干細(xì)胞是可以在神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生神經(jīng)元、星形角質(zhì)細(xì)胞、少突角質(zhì)細(xì)胞，并可以自我更新的多能性細(xì)胞。Stemple等[3]率先分離并鑒定出能產(chǎn)生神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞，此后科研人員陸續(xù)在人腦的不同部分發(fā)現(xiàn)并分離出神經(jīng)干細(xì)胞。當(dāng)神經(jīng)干細(xì)胞增殖時(shí)會(huì)產(chǎn)生祖細(xì)胞，這些祖細(xì)胞轉(zhuǎn)化為不同的細(xì)胞，如神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞分化的細(xì)胞。神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)推翻了“大腦不可再生”的理論，同時(shí)也催生了腦腫瘤干細(xì)胞概念的提出。

2 腫瘤干細(xì)胞

腫瘤干細(xì)胞是腫瘤組織中可自我更新、增殖以產(chǎn)生腫瘤細(xì)胞群體的細(xì)胞。與非腫瘤干細(xì)胞不同的是，腫瘤干細(xì)胞缺乏增殖和分化的調(diào)節(jié)機(jī)制，導(dǎo)致不受控制的生產(chǎn)和不完全分化。腦腫瘤干細(xì)胞模型認(rèn)為腦腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程受腦腫瘤干細(xì)胞調(diào)控，其不僅增殖、分化為腫瘤細(xì)胞，也主導(dǎo)腫瘤的血管生成、侵襲與轉(zhuǎn)移[4-5]。隨著腦腫瘤干細(xì)胞的分離、鑒定和神經(jīng)干細(xì)胞的深入研究，有學(xué)者認(rèn)為腦腫瘤干細(xì)胞起源于正常神經(jīng)干細(xì)胞或祖細(xì)胞[6]。Holland等[7]成功將小鼠神經(jīng)祖細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槟X腫瘤細(xì)胞。正常干細(xì)胞與腦腫瘤干細(xì)胞對(duì)相同的外界刺激都表現(xiàn)出相同的應(yīng)答和相似的標(biāo)志物、獨(dú)特的自我更新和分化能力、極強(qiáng)的端粒酶活性、細(xì)胞凋亡抗拒性和膜輸送活性的提高。Shh通路在神經(jīng)干細(xì)胞中有保持自我更新能力的作用，但經(jīng)過抑癌基因Rb的失活與原癌基因Bmi-1的激活，神經(jīng)組細(xì)胞會(huì)發(fā)展為髓母細(xì)胞瘤[8]。這說明正常干細(xì)胞與腦腫瘤干細(xì)胞存在著共同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路機(jī)制，類似的通路還包括Wnt、Notch和Hedgehog等。Gao[9]發(fā)現(xiàn)癌前干細(xì)胞的存在，癌前干細(xì)胞同時(shí)具有良性和惡性兩種分化潛能，被認(rèn)為是正常干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞的過度狀態(tài)。但若要證明起源關(guān)系還需要更多的直接證據(jù)。腦腫瘤起源于多能干細(xì)胞(而非成熟的膠質(zhì)細(xì)胞)的學(xué)說與組織學(xué)上存在混合型膠質(zhì)瘤相一致，而且膠質(zhì)瘤可浸潤到對(duì)側(cè)大腦半球也印證了這一點(diǎn)。

3 特異性標(biāo)志物

目前腦腫瘤干細(xì)胞常用的標(biāo)志物包括CD133和神經(jīng)巢蛋白。將CD133陽性神經(jīng)球分離成單個(gè)細(xì)胞后，分別用不同數(shù)量的細(xì)胞接種到小鼠腦內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)僅100個(gè)細(xì)胞就可以導(dǎo)致小鼠腦內(nèi)形成腫瘤組織，并且呈浸潤生長[10]。連續(xù)傳代細(xì)胞的免疫組織化學(xué)提示CD133陽性腫瘤細(xì)胞可表達(dá)神經(jīng)前體標(biāo)志物。腦腫瘤細(xì)胞中存在與正常腦組織類似的等級(jí)現(xiàn)象，具有干細(xì)胞特征的少數(shù)細(xì)胞是膠質(zhì)瘤進(jìn)展的基礎(chǔ)，而CD133是這類細(xì)胞的特異性標(biāo)志物。有實(shí)驗(yàn)表明，CD133表達(dá)量與腫瘤的惡性程度呈正相關(guān)[11]，與組織微血管的分布呈正相關(guān)[12]。CD133陽性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤較CD133陰性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤具有更高的惡性程度[13]，表達(dá)CD133的細(xì)胞與不良的預(yù)后、對(duì)放化療不敏感以及腫瘤的侵襲性相關(guān)[11,14]。CD133陽性細(xì)胞成為腦腫瘤治療的新靶點(diǎn)，然而越來越多的實(shí)驗(yàn)找到CD133陰性的細(xì)胞作為腦腫瘤的起始細(xì)胞的證據(jù)[11,15-16]，并且尚不明確CD133及其糖基化狀態(tài)是否直接參與維持所在細(xì)胞的無限增殖與遷移的特性。目前CD133被公認(rèn)為高概率標(biāo)志物，而非鑒定腦腫瘤干細(xì)胞的金標(biāo)準(zhǔn)。神經(jīng)巢蛋白是神經(jīng)干細(xì)胞的一種重要標(biāo)志物，出現(xiàn)在神經(jīng)干細(xì)胞分化的早期，并且隨著神經(jīng)干細(xì)胞的分化成熟其表達(dá)量明顯下降[17]。神經(jīng)巢蛋白也在各系各級(jí)別腫瘤中表達(dá)，在腦膠質(zhì)瘤中，神經(jīng)巢蛋白的表達(dá)與病理分級(jí)呈正相關(guān)，可作為判斷預(yù)后的標(biāo)志物[18]。腫瘤干細(xì)胞中存在特征性的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體(ATP-結(jié)合盒運(yùn)載體)，其能將多種藥物轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外，腫瘤干細(xì)胞因此可以規(guī)避化療藥物的殺傷，缺乏化療敏感性[19]。此外，Rasper等[20]認(rèn)為醛脫氫酶1也可作為膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的標(biāo)志物。

4 針對(duì)腦腫瘤干細(xì)胞的治療

參與調(diào)控腫瘤干細(xì)胞增殖的信號(hào)通路包括Hedgehog、Wnt、 Notch、骨形成蛋白等，以此作為藥物靶點(diǎn)可干預(yù)或抑制腦腫瘤干細(xì)胞的自我復(fù)制和過度增殖。Cyclopamine是一種與Smo結(jié)合抑制Hedgehog通路的類固醇?jí)A，可使腫瘤細(xì)胞生長停滯[21]。在Wnt通路中β聯(lián)蛋白是重要環(huán)節(jié)，血管內(nèi)皮抑素是其抑制劑[22]，在大腸癌的研究中，非甾體類消炎藥可下調(diào)β聯(lián)蛋白/T細(xì)胞因子信號(hào)[23]。抑制Notch信號(hào)通路致使胚胎腦腫瘤組織中腦腫瘤干細(xì)胞退出細(xì)胞周期并逐漸凋亡[24]。骨形成蛋白信號(hào)通路在抑制腫瘤細(xì)胞的初始啟動(dòng)階段發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[25]。

腦腫瘤干細(xì)胞與血管微環(huán)境密不可分，破壞血管微環(huán)境會(huì)影響腫瘤的生長和侵襲達(dá)到治療的目的。腫瘤血管的新生受眾多因子調(diào)控：血管內(nèi)皮生長因子及其受體、缺氧誘導(dǎo)因子、血管緊張素、成纖維細(xì)胞生長因子、神經(jīng)軸突導(dǎo)向因子1以及人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因/磷脂酰肌醇3-激酶/絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶等。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用抗血管新生藥物可增強(qiáng)細(xì)胞毒性藥物對(duì)腫瘤干細(xì)胞的選擇性殺傷效果[26]。

此外，細(xì)胞自噬以及腫瘤免疫也用于腦腫瘤干細(xì)胞治療的研究中。Jiang等[27]構(gòu)建了改良多肽溶瘤性腺病毒，該病毒可介導(dǎo)自噬從而殺傷腦腫瘤干細(xì)胞。Pellegatta等[28]應(yīng)用樹突細(xì)胞疫苗靶向腫瘤干細(xì)胞，對(duì)GL261膠質(zhì)瘤起到較高級(jí)別的防護(hù)作用。

5 展 望

目前顱內(nèi)惡性腫瘤的外科治療盡可能多地切除腫瘤組織，以減少腫瘤組織體積，延緩復(fù)發(fā)，術(shù)后輔助放、化療。這樣的綜合方案效果并不理想，在光學(xué)顯微鏡下無法發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)腫瘤的血管生成、侵襲與轉(zhuǎn)移的腫瘤干細(xì)胞，并且其對(duì)放、化療不敏感，找到針對(duì)腫瘤干細(xì)胞的治療方法成為傳統(tǒng)的外科手術(shù)的必要補(bǔ)充。研究與治療的方向包括但不限于靶向殺死腦腫瘤干細(xì)胞，抑制腦腫瘤干細(xì)胞無限制的自我復(fù)制，或者應(yīng)用誘導(dǎo)分化劑將惡性腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化為較成熟或較良性的細(xì)胞。由于腫瘤組織在基因水平產(chǎn)生了不同程度的變異，針對(duì)個(gè)體尋找特異性的分子標(biāo)記有望解決異病同治帶來的療效不穩(wěn)定的問題。同時(shí)，由于腦腫瘤干細(xì)胞與正常的神經(jīng)干細(xì)胞存在諸多相似之處，如何安全地應(yīng)用于臨床仍然需要更加深入地研究。雖然腦腫瘤干細(xì)胞的研究道路曲折，但其提供了可能徹底治愈腦腫瘤的新方向。

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