膠質(zhì)瘤微環(huán)境相關(guān)研究

李洵 艾文兵

[摘要] 膠質(zhì)瘤是最常見的成人原發(fā)性顱內(nèi)惡性腫瘤。當(dāng)前治療手段包括手術(shù)、放療和口服化療藥物替莫唑胺。這些治療手段均有一定的治愈率，但仍有復(fù)發(fā)的可能，主要是由于腫瘤細(xì)胞在腫瘤治療過程中仍能存活并能夠重建腫瘤。因此，明確調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞這一活動的分子機制對于腫瘤的治療至關(guān)重要。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（GSC）對常規(guī)放化療耐受可能是膠質(zhì)瘤易復(fù)發(fā)的原因之一。GSC所處的腫瘤微環(huán)境與GSC的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，這也為膠質(zhì)瘤的治療提供了一個全新思路。本文重點綜述了GSC相關(guān)腫瘤微環(huán)境的研究進(jìn)展及通過靶向微環(huán)境治療膠質(zhì)瘤。

[關(guān)鍵詞] 微環(huán)境；膠質(zhì)瘤；膠質(zhì)瘤干細(xì)胞；靶向治療

[中圖分類號] R739.41 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）10（a）-0033-04

Research on glioma microenvironment

LI Xun1 AI Wenbing2

1.Medical College of China Three Gorges University， Hubei Province， Yichang 443000， China； 2.Yiling Hospital of Yichang City， Hubei Province， Yichang 443000， China

[Abstract] The glioma is the most common primary intracranial malignancy in adults. Current treatments include surgery， radiotherapy， and oral chemotherapy drug temozolomide. These treatments have a certain cure rate， but there is still the possibility of recurrence. The main reason is that tumor cells can survive and rebuild tumors during the treatment. Therefore， it is essential for the treatment of tumors to know the molecular mechanism that regulates the activity of tumor cells. Glioma stem cells （GSC） tolerance to conventional radiotherapy and chemotherapy may be one of the causes of glioma recurrence. The tumor microenvironment in which GSC located is related to the development of GSC， which also provides a new idea for the treatment of gliomas. This article focuses on the research progress of GSC-related tumor microenvironment and the treatment of gliomas through targeted microenvironment.

[Key words] Microenvironment； Glioma； Glioma stem cell； Targeted therapy

腦膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性惡性腫瘤。采用手術(shù)、大劑量化療和放療等綜合措施治療能取得較好的治療效果，但其總體預(yù)后仍較差，尤其是惡性程度較高的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（GSC）在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤對抗常規(guī)治療以及腫瘤復(fù)發(fā)中可能起關(guān)鍵作用。此外，GSC所處的腫瘤微環(huán)境與GSC的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，這為膠質(zhì)瘤的治療提供了一個全新思路。本文重點綜述了GSC相關(guān)腫瘤微環(huán)境的研究進(jìn)展及通過靶向微環(huán)境治療膠質(zhì)瘤。

1 膠質(zhì)瘤臨床治療現(xiàn)狀

膠質(zhì)瘤是最常見的成人原發(fā)性腦腫瘤，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（glioblastoma，GBM）是惡性程度和死亡率最高的膠質(zhì)瘤亞型。目前膠質(zhì)瘤常規(guī)治療手段是手術(shù)大部切除并輔以放療和替莫唑胺化療，但患者的預(yù)后較差。研究發(fā)現(xiàn)[1]，GBM中存在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞亞群（glioma stem cell subpopulation，GSCs），對化療和放療具有較強的抗性，提示GSCs可能是GBM治療失敗和高復(fù)發(fā)率的原因。GSCs被認(rèn)為是膠質(zhì)瘤治療的重要靶標(biāo)，通過靶向與GSCs發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的微環(huán)境是否可以特異性殺傷GSCs有待深入研究。了解GSCs與微環(huán)境相互作用的機制可以為膠質(zhì)瘤的治療提供新的思路。

2 膠質(zhì)瘤干細(xì)胞微環(huán)境研究

GSC的特征維持和功能發(fā)揮與其所處的微環(huán)境密切相關(guān)。目前認(rèn)為膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)主要是由GSC引起，分離的GSCs表現(xiàn)出耐受化療與放療的特性，表達(dá)高水平的干細(xì)胞細(xì)胞標(biāo)志物，且具有高度侵襲性。GSC具有自我更新和不斷增殖的能力，在腫瘤細(xì)胞亞群中占少數(shù)。GSC在血管豐富和缺氧微環(huán)境區(qū)域聚集并高表達(dá)干細(xì)胞表面標(biāo)志物如CD133和CD44。顱內(nèi)注射CD133+ GSC細(xì)胞使腫瘤侵襲性增強[1]。另外，CD133+GSC細(xì)胞經(jīng)放療后增多，并且CD133的高表達(dá)往往預(yù)示著患者較差的預(yù)后[2]。同樣，CD44也具有增強GSCs發(fā)展的作用[2]。現(xiàn)有研究表明[3]，與GSCs發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的微環(huán)境主要有兩種，即缺氧微環(huán)境和血管周圍微環(huán)境。以下本文將進(jìn)一步論述缺氧微環(huán)境和血管微環(huán)境與膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的關(guān)系。

2.1 膠質(zhì)瘤血管微環(huán)境有助于GSC特性維持

GBM能通過增殖內(nèi)皮細(xì)胞（EC）促進(jìn)微血管增生。血管的生成對于腫瘤的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。GSC通常在富集腫瘤血管的微環(huán)境中聚集；GBM腫瘤的免疫組織化學(xué)染色顯示，CD31+ EC周邊有CD133+ GSCs的聚集[4]。GSC通過分泌血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）誘導(dǎo)EC遷移和血管生成，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤發(fā)生[4]。血管生成對于GSCs功能維持的重要性在抑制VEGF生成的臨床前期研究中得到證實[4]，血管內(nèi)皮因子抗體貝伐單抗能消耗腫瘤脈管系統(tǒng)和特異性地抑制由GSC衍生的異種移植物在小鼠體內(nèi)的生長。GSC通過CXCL12/CXCR4配體/受體結(jié)合誘導(dǎo)分泌VEGF[5]。CD133+ GSCs通過CXCL12相關(guān)的PI3K/Akt途徑促進(jìn)VEGF的生成[5]。CXCR4拮抗劑與PI3K抑制劑LY294002可以減少腫瘤VEGF的產(chǎn)生和抑制由GSC誘導(dǎo)形成的腫瘤異種移植物的生長和血管生成[5]。此外，抑制CXCR4信號傳導(dǎo)能夠抑制GSCs的侵襲性和使腫瘤細(xì)胞對放射治療敏感[6]。內(nèi)皮細(xì)胞能夠分泌幾種促進(jìn)GSCs存活和侵襲性的因子[4]。例如，血管生成素（Ang1）-Tie2受體相互作用在維持GSCs侵襲性中起關(guān)鍵作用[5]。由EC衍生Ang1與酪氨酸激酶Tie2受體作用能促進(jìn)GSC上黏附蛋白的表達(dá)，包括N-鈣粘蛋白和整合素β1，從而促進(jìn)GSC侵襲[7]。整合素β1對GBM彌漫浸潤至關(guān)重要。此外在血管微環(huán)境中，由CD31+ ECs分泌的Shh分子通過激活Patched1和GLI信號通路以促進(jìn)體內(nèi)GBM腫瘤生長和GSC的自我更新[7]。抑制Shh-GLI信號能減少GSC自我更新和體內(nèi)腫瘤發(fā)生，提示Shh對GSC的生存很重要[4]。GSCs可以與微環(huán)境中的血管細(xì)胞相互作用，這種相互作用能夠維持和促進(jìn)腫瘤生長并促進(jìn)血管生成[4]。L1CAM是一種神經(jīng)黏附分子，能夠調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長和遷移，在GBM中過表達(dá)，并且是GSC存活和增殖必需的[6]。GSC直接與ECs相互作用誘導(dǎo)EC遷移，并促進(jìn)血管生成通過L1CAM-整合素αvβ3通路[8]。敲除L1CAM會導(dǎo)致Olig2表達(dá)下調(diào)，使GSCs的擴散和功能維持被抑制。此外，激活的Notch信號能增強GSC的自我更新和侵襲性[9]。GBM免疫熒光染色證明GSCs表達(dá)高水平的Notch1和Notch2受體與鄰近的ECs密切相關(guān)[9]。EC表達(dá)Notch受體的配體DLL4和JAGGED1GSCs，通過與Notch受體作用而促進(jìn)GSC的自我更新[9]。EC分泌的一氧化氮也能活化Notch信號，導(dǎo)致GSC自我更新增強和誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤發(fā)生；用γ-分泌酶抑制Notch信號傳導(dǎo)可導(dǎo)致GSC自我更新減少[9]。在血管微環(huán)境中消除ECs能減弱GSC對輻射治療的抗性。

2.2 缺氧因子誘導(dǎo)GSC的生存

缺氧在腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移、侵襲和治療耐受中起關(guān)鍵作用。健康腦組織中氧氣濃度范圍為12.5%～2.5%（PO2=200～100 mmHg，1 mmHg=0.133 kPa），絕大多數(shù)GBM存在不同程度缺氧，其氧氣濃度介于2.5%～0.5%[10]。從缺氧區(qū)遷移出來的GBM檢測出高水平的GSC標(biāo)志物。GSC通常位于腫瘤壞死區(qū)周圍，缺氧的環(huán)境可以促進(jìn)和維持其干細(xì)胞特征及其耐藥性[11]。細(xì)胞對缺氧微環(huán)境的反應(yīng)很大程度上受到缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor，HIF）的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)。HIF-2α的表達(dá)隨著缺氧程度增加而增強，CD133表達(dá)與其相關(guān)，并且HIF-2α能夠提高GSCs的自我更新能力。HIF-2α在GSCs中誘導(dǎo)干細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)，包括Sox2、Oct4和c-Myc[12]。缺氧還可誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)，HIF-1α的高表達(dá)能增強膠質(zhì)瘤細(xì)胞的侵襲能力[13]。由缺氧介導(dǎo)的HIF-1α激活Notch途徑是維持GSCs特性所必需的。抑制HIF-1α或Notch通路能抑制缺氧介導(dǎo)的維持GSCs特性能力[14]。此外，HIF-1α還可以穩(wěn)定Notch蛋白的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，從而激活Notch信號通路[14]。與之類似，Wnt通路的相關(guān)蛋白也出現(xiàn)高表達(dá)，其與腫瘤的侵襲及增殖等密切相關(guān)。研究表明[15]，低氧促進(jìn)Wnt通路表達(dá)，從而促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖。事實上，由缺氧介導(dǎo)的Notch通路激活能導(dǎo)致E-鈣粘蛋白表達(dá)所引起的腫瘤細(xì)胞入侵能力減弱。因此，抑制Notch表達(dá)能阻斷由低氧所誘導(dǎo)的腫瘤侵襲，從而促進(jìn)GSC凋亡[14]。

3 以微環(huán)境為靶點治療膠質(zhì)瘤

3.1 以血管微環(huán)境為靶點治療膠質(zhì)瘤

據(jù)報道[16]，GSCs能釋放高水平的VEGF，促使新生成EC遷移到腫瘤并促進(jìn)血管生成。成纖維細(xì)胞生長因子-2（fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF-2）有助于保持GSCs的干性，從GSCs細(xì)胞系中敲除FGF-2，導(dǎo)致GSCs分化[1]。內(nèi)皮介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)途徑的研究揭示了雷帕霉素（mTOR抑制劑）可能是重要的靶點治療組成[16]。抑制mTOR（藥理學(xué)上用雷帕霉素，PP242和PI103，或用siRNA）能終止內(nèi)皮細(xì)胞介導(dǎo)的GSC發(fā)生和發(fā)展[16]。通過GSC與內(nèi)皮細(xì)胞的顱內(nèi)共植體觀察到腫瘤生長顯著加速，并且CD133+ GSC的數(shù)量顯著增加[4]。貝伐單抗是一種抗血管生成劑，通過抑制VEGF起作用，消耗腫瘤脈管系統(tǒng)，從而顯著減少腫瘤CD133+ GSC的數(shù)量；同時也能顯著減小腫瘤大小[4]。初步觀察指出，源自CD133+ GSC植入的腫瘤伴有顯著增多的血管，并且通過檢測VEGF，發(fā)現(xiàn)GSC主要通過VEGF促進(jìn)血管生成[17]?？筕EGF抗體貝伐單抗抑制GSC對內(nèi)皮細(xì)胞的影響并抑制腫瘤生長[18]。VEGF特異性單克隆抗體貝伐單抗能阻斷VEGF與VEGFR2的結(jié)合，從而抑制血管生成[19]。然而，有學(xué)者指出VEGF拮抗不足以抑制新的GSCs血管微環(huán)境形成，因為它能增加FGF1、FGF2和CXCL12等促血管生長因子的表達(dá)和補充骨髓衍生細(xì)胞促進(jìn)血管生成[20-21]。研究也顯示了通過ATRA抑制VEGF，隨后的研究發(fā)現(xiàn)GSC培養(yǎng)物表達(dá)高水平的基質(zhì)衍生因子-1（SDF-1）；用小分子SDF-1拮抗劑處理的膠質(zhì)瘤小鼠（AMD3100）體內(nèi)血管生成被顯著抑制[22]?？寡苌珊图?xì)胞毒素治療的組合能夠抑制GSC生長，這在進(jìn)行的臨床試驗以測試單獨使用抗VEGF藥物和聯(lián)合細(xì)胞毒藥物治療的實驗中得到證實。目前，通過抑制血管生成、靶向血管微環(huán)境的療法被認(rèn)為是一種比較有應(yīng)用前景的治療方法，其主要是通過減少血管生成直接阻斷血液營養(yǎng)物質(zhì)向腫瘤組織的輸送。

3.2 以缺氧微環(huán)境為靶點治療膠質(zhì)瘤

在GBM中，缺氧與患者預(yù)后不良相關(guān)，這亦是干細(xì)胞所處微環(huán)境的重要性之一[23]。缺氧促進(jìn)GSCs自我更新、增殖以及致瘤性，并誘導(dǎo)非GSC獲取干細(xì)胞特性。缺氧刺激HIF家族的表達(dá)，導(dǎo)致促血管生長因子的產(chǎn)生。因此，缺氧微環(huán)境在GSCs的維持和擴增中具有關(guān)鍵作用[1]。在缺氧環(huán)境中，神經(jīng)干細(xì)胞促進(jìn)HIF-1a表達(dá)，其反過來上調(diào)VEGF的表達(dá)以刺激血管生成并使微環(huán)境重新正常化[24]。VEGF的阻斷劑可部分逆轉(zhuǎn)由HIF-1α表達(dá)增加所引起的作用[24]。缺氧可以增加GSC干性并且使GSC干細(xì)胞表面標(biāo)志物（如CD133、A2B5、Nestin、Oct4和Sox2）上調(diào)，并使分化標(biāo)志物（例如神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白）的表達(dá)下調(diào)[25]，使GSC增殖速率和自我更新的能力也顯著增加[26]。在嚴(yán)重缺氧情況下，HIF-1α和HIF-2α在GSC中的表達(dá)上調(diào)[25]。缺氧程度影響缺氧誘導(dǎo)因子的表達(dá)，在較溫和的缺氧（即7%的氧氣）與最低限度缺氧微環(huán)境中的HIF-1α和HIF-2a表達(dá)上調(diào)[26]。在缺氧環(huán)境中，HIF-1a在GSC與非GSC和神經(jīng)干細(xì)胞的上調(diào)的機制相同。然而，HIF-2a在GSC中的表達(dá)具有特殊性[25]。HIF-2a的表達(dá)與HGG患者的生存相關(guān)。值得注意的是，HIF-2a在常氧條件下由GSC表達(dá)，通過對臨床HGG標(biāo)本的組織病理學(xué)評估HIF-2a，揭示了GSC在血管和缺氧或壞死區(qū)域分布[25]。通過共定位CD133和HIF-2a陽性染色，發(fā)現(xiàn)在常氧條件下，HIF-2a在GSC表達(dá)[25]。在GSC中抑制HIF-1a不影響干細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)，但顯著降低了神經(jīng)球形成和VEGF表達(dá)[25]，對內(nèi)皮細(xì)胞增殖具有下調(diào)作用。降低GSC中HIF-2a表達(dá)能顯著減少干細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)，相較于HIF-1a，除了能在更大程度上減少神經(jīng)球形成和減少VEGF，而且其在下游對內(nèi)皮細(xì)胞具有調(diào)節(jié)作用[25]。在非GSC中，敲低HIF-2a對VEGF的生成沒有影響[25]。有趣的是，HIF-2a在非GSC中的過表達(dá)將非GSC重編碼為GSC，強調(diào)了低氧微環(huán)境的重要性。在體內(nèi)，敲低HIF能減弱腫瘤形成?？傊?，缺氧微環(huán)境是一種獨特的微環(huán)境，通過靶向GSC能下調(diào)HIF-2a，干細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)和VEGF信號傳導(dǎo)所產(chǎn)生的下游效應(yīng)。在缺氧微環(huán)境中，封鎖VEGF可以下調(diào)其中一種效應(yīng)機制。因此，缺氧微環(huán)境可能被認(rèn)為是一個間接靶標(biāo)。因此，針對缺氧微環(huán)境的治療主要靶點是HIF家族，主要是HIF-1a和HIF-2a分子。通過干涉HIF分子對缺氧微環(huán)境的作用，從而抑制缺氧對膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展的促進(jìn)作用[15]。

4 展望

GSCs亞群細(xì)胞自我更新，并對放療和化療具有抵抗性，使得其能持續(xù)存活，引起治療后復(fù)發(fā)。GSCs與周圍增生血管、缺氧周圍壞死微環(huán)境相互作用，是其維持干細(xì)胞特性、抑制分化、增強自我更新以及放化療抵抗性和致瘤性的機制?；诖耍饔糜贕SCs的生存微環(huán)境聯(lián)合常規(guī)手術(shù)、化療和放射治療可能為減少膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)和改善患者生存提供了一種新的有前景的治療方法。

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（收稿日期：2018-05-07 本文編輯：任 念）