腦腫瘤干細(xì)胞及其標(biāo)志物的研究進(jìn)展

楊清志 李坤正 肖宗宇

(青海大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，青海 西寧 810000)

·綜述·

腦腫瘤干細(xì)胞及其標(biāo)志物的研究進(jìn)展

楊清志 李坤正*肖宗宇

(青海大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，青海 西寧 810000)

腦腫瘤干細(xì)胞; CD133蛋白; 神經(jīng)巢蛋白; Sox-2蛋白

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，原發(fā)惡性腦腫瘤的發(fā)病率明顯升高，且通過(guò)目前治療來(lái)看，其預(yù)后很差。因此，研究腦腫瘤發(fā)生復(fù)發(fā)機(jī)制、改善患者的預(yù)后及延長(zhǎng)其生存時(shí)間，是目前新的研究方向，也是國(guó)內(nèi)外專家面臨的重大難題：由于對(duì)腦腫瘤細(xì)胞來(lái)源及其發(fā)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)模糊，盡管在惡性腦腫瘤的發(fā)病機(jī)制方面已經(jīng)做了大量的相關(guān)試驗(yàn)研究，但是并沒(méi)有取得理想的成果。

目前，發(fā)現(xiàn)腦腫瘤手術(shù)標(biāo)本組織中僅有一小部分細(xì)胞具無(wú)限增殖、自我更新、多向分化潛能及致瘤性，這部分細(xì)胞被稱為腦腫瘤干細(xì)胞(brain tumor stem cells, BTSCs)，而其它大部分瘤細(xì)胞則無(wú)或僅具備短暫的增殖能力[1]。Igntova等學(xué)者[2]最早研究報(bào)道在腦腫瘤手術(shù)標(biāo)本中存在著腦腫瘤干細(xì)胞(BTSC)，并從膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中分離出可形成神經(jīng)球的前體細(xì)胞,稱之為腦腫瘤中的神經(jīng)干細(xì)胞(tumor stem cell, TSC)。目前已成功從髓母細(xì)胞瘤、不同級(jí)別的星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤、室管膜瘤、神經(jīng)節(jié)膠質(zhì)瘤等手術(shù)標(biāo)本中成功培養(yǎng)分離出了各自的腦腫瘤干細(xì)胞。Singh等[3]首次從惡性腦腫瘤中分離得到CD133陽(yáng)性腫瘤干細(xì)胞以來(lái)，腦腫瘤干細(xì)胞的研究便逐漸成為神經(jīng)科學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。目前初步研究發(fā)現(xiàn)腦腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)可能與腦腫瘤干細(xì)胞存在著密切關(guān)系。由此，進(jìn)一步深入探討腦腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)特性及在惡性腦腫瘤發(fā)生及復(fù)發(fā)中的機(jī)理，必將為以后尋找靶向腫瘤干細(xì)胞的惡性腦腫瘤的根治治療及預(yù)防復(fù)發(fā)等方面產(chǎn)生十分重要的影響。

一、BTSC的來(lái)源及生物學(xué)特性

關(guān)于BTSC的來(lái)源的假說(shuō)有很多，但目前比較傾向來(lái)源于成熟神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell, NSC)，其多次突變的積累導(dǎo)致致瘤能力，成為BTSC。從以下兩個(gè)方面探討其來(lái)源：①腫瘤起源部位與NSC分布區(qū)域的一致性。研究表明,腦腫瘤發(fā)源地可能起源于腦室下的部分區(qū)域，此區(qū)域不斷產(chǎn)生具有高增殖與分化潛能的BTSC，才導(dǎo)致了腫瘤發(fā)生，而這些區(qū)域恰與NSC主要存在部位相吻合。②BTSC與NSC在遺傳學(xué)上具有很多的相似性。最主要的表現(xiàn)是，BTSC不表達(dá)已分化細(xì)胞的標(biāo)記，相反卻有NSC標(biāo)記,如Nestin或CD133等。綜上所述，理論和實(shí)驗(yàn)均支持BTSC很可能來(lái)源于處于不斷分裂增殖狀態(tài)的突變NSC。

雖然BTSC與NSC有著很多的相似點(diǎn)，但兩者之間也具有明顯的差異性：首先，BTSC的自我更新和增殖能力比NSC更強(qiáng)，離體培養(yǎng)的傳代次數(shù)明顯增多，有永生化趨勢(shì)，其自我更新和分化發(fā)生了失衡；其次，BTSC在誘導(dǎo)NSC分化的條件下分化為與親本腫瘤相同的表型而不像NSC一樣按比例分化成神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞。這些差異性為以后在NSC如何轉(zhuǎn)化成BTSC，兩者是否處于同一分化層次等研究方面提供了新的研究方向和思路。

Singh等采用無(wú)血清懸浮培養(yǎng)方法，在14例兒童原發(fā)腦腫瘤的手術(shù)標(biāo)本中獲得了與神經(jīng)干細(xì)胞相似的腫瘤細(xì)胞球，其特征為：①失去了膠質(zhì)瘤細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)的特性，而表現(xiàn)為與神經(jīng)干細(xì)胞類似的呈懸浮生長(zhǎng)的球體；②該球體在神經(jīng)干細(xì)胞特異性培養(yǎng)液中能不斷自我更新和增殖，體積越來(lái)越大，但并不分化，能維持干細(xì)胞的特有特征；③將其培養(yǎng)液改為含10%胎牛血清的膠質(zhì)瘤細(xì)胞培養(yǎng)液后，發(fā)現(xiàn)原來(lái)懸浮生長(zhǎng)的球體呈現(xiàn)貼壁生長(zhǎng)的特性，且其遷移出的細(xì)胞表現(xiàn)為多態(tài)性。此后，Yuan[4]、Kondo[5]、Galli[6]等分別發(fā)現(xiàn)從膠質(zhì)瘤手術(shù)標(biāo)本中通過(guò)有限稀釋級(jí)連續(xù)的亞克隆實(shí)驗(yàn)的方法，發(fā)現(xiàn)分離培養(yǎng)的腫瘤干細(xì)胞也具有懸浮球樣生長(zhǎng)的特性，而且根據(jù)組成腦腫瘤的細(xì)胞類型不同，惡性程度不同，具有懸浮生長(zhǎng)的特點(diǎn)的細(xì)胞比例也不相同，且存在較大差異。

二、腦腫瘤干細(xì)胞標(biāo)記物CD133蛋白；神經(jīng)巢蛋白(nestin)；Sox2蛋白的研究進(jìn)展

近年來(lái)，Rath等[7]通過(guò)無(wú)血清懸浮培養(yǎng)法，成功培養(yǎng)分離出了呈球狀聚焦生長(zhǎng)的腦膜瘤干細(xì)胞球，目前多數(shù)學(xué)者以CD133和Nestin作為腦腫瘤干細(xì)胞的特異性標(biāo)志物。CD133是相對(duì)分子量為120 000的跨膜蛋白，研究表明，無(wú)論實(shí)體瘤，還是從體外細(xì)胞系培養(yǎng)獲得的腦腫瘤細(xì)胞球均顯示CD133陽(yáng)性染色；且從膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中分離獲得的CD133陽(yáng)性細(xì)胞在無(wú)血清培養(yǎng)中均呈球樣生長(zhǎng)、具無(wú)限增殖、自我更新及多向分化的[2,8]。Singh等[3]通過(guò)對(duì)比CD133陽(yáng)性和陰性瘤細(xì)胞的生物學(xué)特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)前者具有很強(qiáng)的自我更新和增殖能力，而后者貼壁生長(zhǎng)、不分裂、不增殖。體內(nèi)致瘤試驗(yàn)表明，100個(gè)CD133陽(yáng)性腫瘤細(xì)胞即具致瘤性，而1×105個(gè)CD133陰性腫瘤細(xì)胞僅在移植部位形成一條膠質(zhì)瘢痕?；谝陨侠碛?，CD133被認(rèn)為是腦腫瘤干細(xì)胞最重要的標(biāo)志物。朱震威[9]等對(duì)不同級(jí)別腦膜瘤組織中CD133進(jìn)行表達(dá)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不同級(jí)別腦膜瘤組織中均有CD133表達(dá)，且CD133的表達(dá)程度與組織病理級(jí)別密切相關(guān)。但近年來(lái)研究表明，部分腦腫瘤中CD133陰性的細(xì)胞亦具備腫瘤干細(xì)胞的特性[10]。因此，CD133不是可靠的腦腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物。

神經(jīng)巢蛋白(nestin)，屬中間微絲，在未分化的神經(jīng)多能干細(xì)胞中表達(dá)，一度被認(rèn)為是腦腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志物。然而研究發(fā)現(xiàn)，同樣一群瘤細(xì)胞，Nestin陽(yáng)性的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CD133陽(yáng)性的比例，這表明Nestin在剛開始分化的祖細(xì)胞中也表達(dá)，不是可靠的腦腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物[11]。

Sox-2屬于Sox(Sry-related HMG Box)基因家族中的一員，定位在染色體的3q26.3-q27位點(diǎn)上。它是一種高度保守的轉(zhuǎn)錄因子，具有調(diào)節(jié)胚胎干細(xì)胞自我更新的作用，是目前研究發(fā)現(xiàn)的唯一對(duì)維持胚胎干細(xì)胞分化潛能起重要作用的Sox基因，也是誘導(dǎo)成體細(xì)胞成為多能干細(xì)胞的一種關(guān)鍵因子。在本課題組前期工作中，我們采用無(wú)血清懸浮培養(yǎng)法，成功培養(yǎng)、分離出了大鼠9L膠質(zhì)瘤細(xì)胞干細(xì)胞樣細(xì)胞，且發(fā)現(xiàn)無(wú)論9L腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞，還是非腫瘤干細(xì)胞，均高表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物CD133和Nestin，因此，我們推測(cè)CD133和Nestin均不能作為9L腦腫瘤干細(xì)胞的特殊性標(biāo)志物[1]。Ghods等[10]對(duì)9L腦腫瘤干細(xì)胞進(jìn)行Sox-2的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)Sox-2只表達(dá)于9L干細(xì)胞樣細(xì)胞。

三、腦腫瘤干細(xì)胞的研究意義

腦腫瘤干細(xì)胞研究現(xiàn)已成為腦腫瘤研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn), 盡管在腦腫瘤干細(xì)胞的成功分離、培養(yǎng)方面取得了巨大成果，但是目前為止，仍沒(méi)有形成完全的理論體系。因此，對(duì)于研究腦腫瘤的發(fā)生機(jī)制、生物學(xué)行為為今后尋找靶向腫瘤干細(xì)胞的惡性腦腫瘤的新的治療方案都具有深刻的意義：可以設(shè)想將來(lái)腫瘤干細(xì)胞的檢測(cè)將成為腦腫瘤新分類和判斷預(yù)后的依據(jù)；且在治療上有可能采用各種針對(duì)腦腫瘤干細(xì)胞的治療方案,有針對(duì)性地殺死腦腫瘤干細(xì)胞,而不是殺死所有腫瘤組織，以此達(dá)到根治及防止腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的治療目標(biāo)[12]。隨著對(duì)腦腫瘤干細(xì)胞的不斷研究,必然會(huì)對(duì)對(duì)腦腫瘤的發(fā)生機(jī)制、病理分級(jí)、預(yù)防復(fù)發(fā)及治療方案等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,使得惡性腦腫瘤的根治成為可能[13]。

1Xiao ZY, Tang H, Xu ZM, et al. An experimental study of dendritic cells transfected with cancer stem-like cells RNA against 9L brain tumors [J]. Cancer Biol Ther, 2011, 11(11): 974-980.

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3Singh SK, Hawkins C, Clarke ID, et al. Identification of human brain tumour initiating cells [J]. Nature, 2004, 432(7015): 396-401.

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11張全斌, 黃強(qiáng), 蘭青. 腦腫瘤干細(xì)胞的熱點(diǎn)問(wèn)題及研究進(jìn)展 [J]. 中華醫(yī)學(xué)雜志, 2005, 85(26): 1868-1870.

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1671-2897(2016)15-466-02

青海大學(xué)中青年科研基金資助項(xiàng)目(2014-QYY-6)

楊清志，碩士研究生，E-mail：524951828@qq.com

*通訊作者：李坤正，教授、主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，E-mail：clneuro@sina.com

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2016-01-10；

2016-03-15)