顱內惡性腫瘤發病機制研究進展

苗振靜，馬旭輝

顱內原發惡性腫瘤源自腦組織、腦膜、腦神經、腦垂體和腦血管等顱腔內組織。兒童以顱后窩及中線腫瘤較常見，主要為髓母細胞瘤、顱咽管瘤及室管膜瘤；成人以大腦半球膠質瘤最多見，如星形細胞瘤、膠質母細胞瘤、室管膜瘤等，其次為腦膜瘤、垂體瘤、顱咽管瘤、神經纖維瘤、海綿狀血管瘤及膽脂瘤等。顱內腫瘤在成人約占全身惡性腫瘤的1.5%，居惡性腫瘤的第11位，兒童則占全身惡性腫瘤的7%，高居第2位[1]。其病因尚未明確，傳統觀點認為與種族、遺傳、理化因素、血腦屏障功能紊亂等相關。當前許多學者致力于其發生機制的研究，力圖揭示新的治療思路與靶點。

1 遺傳因素

1.1 體細胞突變 顱內腫瘤是多因素、多基因、多階段的發生發展過程，涉及多條染色體的異常、癌基因的激活和抑癌基因的失活。近年來細胞分子遺傳學研究發現，顱內腫瘤細胞染色體可發生斷裂、片段缺失、易位、重排等情況。髓母細胞瘤起源于原始胚胎細胞殘余，研究發現17號等臂染色體是其最常見的細胞遺傳學改變；1號染色體改變為三倍體而無短臂丟失；其它染色體改變有17、10、11號染色體雜合性缺失和7號染色體獲得[2]。

多項研究表明7、10和17號染色體及p53、p16、表皮生長因子受體（EGFR）等基因在膠質細胞瘤的發生發展中起著重要作用[3]。不同類型的膠質瘤及其不同發展階段均有其特異的遺傳學改變。Rb基因功能缺失與間變型星形細胞瘤相關。約30%的星形細胞瘤有22q的雜合性缺失和13號染色體等位基因缺失。繼發型（Ⅰ型）膠質母細胞瘤中最常發生的遺傳學改變是7號染色體的獲得和單個性染色體的缺失；17號染色體短臂的突變和等位基因的缺失也很常見，且這種改變與突變型p53基因所致的p53蛋白異常積聚有關[3，4]。原發型（Ⅱ型）膠質母細胞瘤惡性度高，其最常見的遺傳學改變是定位于7p的EGFR基因擴增；其10號染色體缺失的是整條染色體，而Ⅰ型缺失的是10號染色體的長臂。多型性膠質母細胞瘤最常見的細胞遺傳學的改變是7和20號染色體的獲得； 此外，10、22、9、13、14 號和單個性染色體的缺失也可見到；位于18q21的DCC基因的異常與多型性膠質母細胞瘤的惡性程度和侵襲性有關[5]。

少突神經膠質瘤最常見的遺傳學改變是19號染色體長臂的雜合性缺失，以及1號染色體短臂的雜合性缺失，而且這兩種雜合性缺失常同時出現。17號染色體短臂的缺失頻繁發生于室管膜瘤，亦可見22號染色體長臂的抑瘤基因NF2 的突變[5，6]。

1.2 表觀遺傳學 表觀遺傳學是與遺傳學相對應的概念，是指基因序列不發生變化（基因型未變化）但是基因表達卻發生了可遺傳的改變（表型改變）。表觀遺傳在控制人體多種類型細胞的生長和分化等行為方面扮演著重要的角色。表觀遺傳修飾主要包括DNA以及一些與DNA密切相關的蛋白質的化學修飾，另外某些非編碼的RNA也在表觀遺傳修飾中起著重要的作用。

DNA甲基化是指在DNA甲基轉移酶DNMT1的催化作用下甲基團加于CpG（胞嘧啶/鳥嘌呤）堿基對的胞嘧啶上（富含CpG的序列或區域稱CpG島，CGIs）。腫瘤細胞CGIs的甲基化包括低甲基化（正常甲基化序列的甲基化缺失）和高甲基化（正常非甲基化序列位點的甲基化）。CGIs低甲基化可導致染色體緊縮和抑癌基因沉默；而CGIs高甲基化可激活腫瘤基因，導致染色體不穩定。在膠質母細胞瘤中，抑癌基因RB1啟動子區發生高甲基化，并導致該基因在膠質母細胞表達缺失；抑癌基因p16 INK4啟動子區的CGIs高甲基化是高級別膠質瘤發生的原因之一。由于CGIs甲基化導致抑癌基因轉錄失活是一個可以逆轉的表觀遺傳學基因修飾過程，該逆轉（即CGIs去甲基化）可直接恢復抑癌基因的功能，因此極有可能成為腫瘤基因治療的新靶點[7,8]。

通常DNA、組蛋白、非組蛋白以及少量RNA包裝成染色質存在于細胞核中。組蛋白是染色質的基本結構蛋白，其N-末端可通過共價修飾作用發生乙酰化、甲基化、泛素化以及磷酸化等修飾。組蛋白修飾可引起核小體結構的變化，導致染色質重塑，影響各類轉錄因子與DNA的結合，進而影響基因轉錄，并影響細胞周期、分化和凋亡，導致腫瘤發生[9]。

真核生物mRNA編碼區同源的外源雙鏈RNA能特異地誘導其同源mRNA的降解，導致相應的基因沉默，這一現象被稱為RNA干擾（RNAi）。RNAi常見的功能性非編碼RNA有 siRNA（short interfering RNA）和 miRNA（microRNA），它們能在染色質水平、轉錄水平、轉錄后水平和翻譯水平上對某些基因的表達進行調控，與腫瘤的發生密切相關[10]。

如上所述，表觀遺傳修飾能從DNA、蛋白質、染色質及RNA等諸多水平上調控基因的表達，且不同水平調控之間相互關聯，任何一方面的異常都可能影響到其它水平上的表觀遺傳修飾，構成了一個完整的表觀遺傳調控網絡，影響著腫瘤的發生發展。

2 免疫因素

由于血腦屏障的存在，中樞神經系統（CNS）很大程度上限制了免疫細胞和分子的自由通過而通常認為是免疫 “豁免”器官。免疫功能在一定程度上的“豁免”可以有效地避免異常的免疫活性過程對正常腦組織的損傷，但同時也為腫瘤的發生和發展提供了機遇。免疫逃逸機制在腦瘤的發病中有極為重要的地位。

研究發現在腦膠質瘤中HLA-G有一定程度的表達[11]。HLA-G屬于MHC-Ⅰ類分子，它可直接抑制CD4+和CD8+T細胞的免疫效應，可直接或間接抑制NK細胞表面受體的相互作用而抑制其免疫監視功能。

FasL為Fas的配體，屬于腫瘤壞死因子家族，主要表達于活性的T淋巴細胞，通過Fas-FasL結合導致Fas陽性細胞凋亡。腦膠質瘤細胞表面的FasL將“死亡信號”傳遞給單核細胞、中性粒細胞及T淋巴細胞，使其表達Fas，并與之結合啟動Fas-FasL系統導致上述免疫細胞凋亡，進而導致局部炎性因子減少和相關粘附分子表達下降，削弱機體的非特異性和特異性免疫功能，影響腦膠質瘤細胞的生長。神經膠質瘤細胞中存在FasL的高表達[12]。

腫瘤源性的免疫抑制因子在細胞免疫功能抑制中扮演重要角色。腦瘤細胞能通過自分泌或旁分泌方式產生一些免疫相關因子影響細胞免疫功能而逃避免疫監視和攻擊。膠質瘤細胞自分泌產生的轉化生長因子-β（TGF-β）可通過控制調節某些細胞周期必需基因的表達、介導T細胞系的凋亡、誘導腫瘤浸潤T淋巴細胞和淋巴因子激活的殺傷細胞失能等方式致使細胞免疫功能抑制。腦膠質源性的免疫負性因子白細胞介素-10可廣泛抑制T細胞的免疫效應，還可以誘導基質金屬蛋白酶的產生促使腦膠質瘤的播散和轉移[12]。

但CNS的免疫“豁免”是相對的。無論血腦屏障受損與否，在顱內疾病過程中，外周免疫細胞均可通過血腦屏障進入腦實質并啟動腦內的免疫應答排除致病因子；神經膠質細胞亦可通過合成和分泌多種與免疫相關的、功能復雜的生長因子和細胞因子，參與神經系統的多條信號傳導通路影響神經系統的功能。在CNS免疫中，胸腺依賴的細胞毒性T細胞所介導的細胞免疫對外來的損傷和刺激起主要作用。CD4+T輔助細胞接受抗原遞呈細胞加工處理的抗原后，可以活化CD8+T效應細胞，釋放穿孔素并表達FasL而啟動凋亡途徑，殺傷靶細胞。小膠質細胞（MG）作為CNS的免疫活性細胞在免疫調節中發揮著核心作用。當CNS損傷時，MG接受損傷信號刺激可快速演變為激活的MG和腦巨噬細胞發揮吞噬作用，而且還參與抗原的遞呈，但其抗原遞呈作用遠弱于樹突狀細胞（DC），且受到膠質瘤細胞分泌的免疫抑制因子等的制約[13]。

3 細胞表面物質與粘附分子

腫瘤細胞膜表面物質是當前分子靶向研究的熱點之一。表皮生長因子受體（EGFR）是癌基因c-erbB1編碼的一種具有磷酸化功能的跨膜糖蛋白，具有酪氨酸激酶的活性，基因定位于第7號染色體短臂。EGFR普遍表達于人體的表皮細胞和基質細胞，正常腦組織中不表達。在腦惡性腫瘤中常出現擴增、重排、突變和高表達，借助于信號轉導使細胞生長失控和轉化。有研究顯示EGFR在膠質瘤中總的陽性率為65%，且與病理分級呈正相關；并與趨化因子受體4（CXCR4）有協同刺激作用，在Ⅲ～Ⅳ級膠質瘤中多同時出現CXCR4蛋白和EGFR蛋白表達增強[14]。CXCR4為基質細胞衍生因子1（SDF-1）的專屬受體，屬于細胞因子的一個超家族，與腫瘤的增殖、侵襲相關。Ehtesham等[15]研究發現在侵襲性生長的惡性膠質瘤細胞中CXCR4從分子和蛋白水平都過度表達,是非侵襲性膠質瘤細胞中的25～89倍。

腫瘤的生長和轉移離不開腫瘤新生血管。腫瘤血管形成是一個包括內皮細胞的增殖、遷移、分化等的復雜的多步驟過程，多種細胞因子和生長因子參與這一進程。其中血管內皮細胞生長因子（VEGF）是已知的最強的直接作用于血管內皮細胞的生長因子，與腫瘤生物學特征直接相關。VEGF在腦腫瘤的發生、瘤血管的形成及瘤周組織水腫等方面是重要的始動因子。VEGF的表達受多種細胞因子和生長因子的調控，如bFGF、EGF/EGFR、PDGF等相關受體的過表達均可能導致Ras基因的激活，將細胞增殖信號傳至細胞核，從而加強mRNA的表達。有研究表明在膠質母細胞瘤中VEGF mRNA水平達正常腦組織的50倍[16]。VEGF被視為抑制血管形成的最重要的靶向分子之一。

環氧化酶-2（COX-2）是花生四烯酸合成前列腺素和血栓素過程中的一種限速酶，在多種腫瘤中存在高表達。孔世奇等[17]研究顯示在腦膠質瘤中COX-2與VEGF在腫瘤實質壞死區及血管密集區表達明顯，并與腫瘤組織的微血管密度（MVD）呈正相關，提示COX-2可能通過COX-2-PGE2-VEGF信號傳導通路發揮促血管生成作用。

在腫瘤的侵襲和轉移過程中，細胞粘附分子的作用不容忽視。粘附分子依據其結構特征可分為整合素、免疫球蛋白超家族、鈣粘附素、CD44等。整合素是一類重要的細胞表面受體，通過相應的配體介導細胞、細胞外基質（ECM）相互之間的粘附反應，接受并傳導級聯信號，調節細胞的生物學行為，可使腫瘤細胞同質性粘附下降，異質性粘附增強，有利于腫瘤細胞的侵襲與轉移。多數免疫球蛋白超家族成員能介導鈣非依賴性同種和異種細胞間的粘附反應。鈣粘附素也是一類跨膜糖蛋白，可通過鈣依賴的同種親和性細胞間粘附參與維持細胞間的連接。CD44為細胞表面跨膜糖蛋白，是透明質酸酶及其它一些糖蛋白在細胞膜上的受體，能通過影響G蛋白在細胞間的位置參與信號傳導，參與細胞運動。CD44s在膠質瘤中高表達，并隨惡性度增高而表達增強[18-20]。

4 腦瘤干細胞

腫瘤干細胞學說認為：在腫瘤組織中存在極少量具有自我更新、無限增殖、多潛能分化等能力的腫瘤細胞，即腫瘤干細胞，是腫瘤起源、增殖、侵襲、轉移、耐藥和復發等惡性行為的根源。2003年Singh等[21]和Hemmati等[22]分別成功地從人腦腫瘤組織中分離出可以形成腫瘤球的細胞，這些細胞與正常神經干細胞（NSCs）相似，表達其標記物Nestin、Musashi-1、CD133等，為 CD133+細胞，增殖能力比 NSCs更強，并能分化為與原發腫瘤相同的表型，具備腫瘤干細胞的所有特征，證實了腦腫瘤干細胞（BTSCs）的存在。BTSCs具有特征性的ABC 轉運體（ATP-binding cassette transporter），能將許多藥物轉運出細胞外而對化療耐藥。

BTSCs與 NSCs淵源很深。 Hedgehog（Hh）和 Wnt信號傳導通路是BTSCs與NSCs共有的細胞信號傳導通路。正常情況下，NSCs完成必要的更新后Hh和Wnt通路即關閉；然而在某些因素刺激下通路持續激活，使NSCs處于持續分裂狀態，基因突變機會增加，逐步演化為不需外來刺激也可自身激活Hh或Wnt的腫瘤干細胞。NSCs基因突變使其 “永生化”DNA鏈不斷擴增，形成非整倍體核型，促進NSCs對稱分裂機制紊亂使細胞“永生化”而轉化為BTSCs[23]。腫瘤干細胞學說無疑是近年來最吸引廣大學者眼球的腫瘤發病學說之一。

關于腦腫瘤的發生機制有很多學說，體細胞突變、表觀遺傳修飾、免疫逃逸、信號傳導異常、新血管生成、腫瘤干細胞、對稱分裂機制紊亂等，各有其科學性和片面性、局限性，又有密切相關性。有機地結合這些學說并使之不斷完善對于腦腫瘤的基礎和臨床研究具有重大的指導意義。

[1]湯釗猷.現代腫瘤學[M].第2版.上海：上海醫科大學出版社，2000.1410.

[2]Inda MM,Perot C,Guillaud-Bataille M,et al.Genetic heterogeneity in supratentorial and infratentorial primitive neuroectodermal tumors of the central nervous system[J].Histopathology,2005,7(6):631-637.

[3]Maher EA,Fumari FB,Bachoo RM,et al.Malignant glioma genetics and biology of a grave matter[J].Genes Dev,2001,15(11):1311-1333.

[4]Rossi MR,La Duca J,Matsui S,et al.Novel amplicons on the short arm of chromosome 7 identified using high resolution array CGH contain over expressed genes in addition to EGFR in glioblastoma multiforme[J].Genes Chromosomes Cancer,2005,4(4):392-404.

[5]武明花，王潔如，李桂源.原發性腦瘤的分子遺傳學研究進展[J].國際病理科學與臨床雜志，2007，27（3）：223-226.

[6]Gresner SM,Rieske P,Wozniak K,et al.Molecular analysis of chromosome 1.10 and 19 abnormalities in human oligodendroglial tumors relationship between frequency of LOH grade age and gender[J].Clin Neuropathol,2006,25(1):18-24.

[7]孫樹漢.腫瘤的表觀遺傳學研究[J].中國腫瘤生物治療雜志，2008，15（1）：8-12.

[8]府偉靈，黃 慶.腫瘤表觀遺傳學[J].國外醫學臨床生物化學與檢驗學分冊，2004，25（4）：289-290.

[9]Verdone L,Agricola E,Caserta M,et al.Histone acetylation in gene regulation[J].Brief Funct Genomic Proteomic,2006,5(3):209-221.

[10]Robert VJ,Vastenhouw NL,Plasterk RH.RNA interference,transposon silencing and cosuppression in the caenorhabditis elegans germ line:similarities and differences[J].Cold Spring Harb Symp Quant Biol,2006,5(3):209-221.

[11]Wiendl H,Mitsdoerffer M,Hofmeister V,et al.A functional role of HLA-G expression in human gliomas:an alternative strategy of immune escape[J].J Immunol,2002,168(9):4772-4780.

[12]張秋紅，李桂源.腦膠質瘤發生發展中的免疫逃逸機制[J].國外醫學腫瘤學分冊，2005，32（5）：371-373.

[13]牛洪泉，王 煜，董 震，等.樹突狀細胞和小膠質細胞在腦膠質瘤自體免疫治療中的作用機制[J].華中科技大學學報（醫學版），2005，34（6）：655-658.

[14]王東林，劉 毅，高寶蓮.腦膠質瘤60例CXCR4與EGFR的表達及意義[J]. 陜西醫學雜志，2008，37（9）：1226-1228.

[15]Ehtesham M,Winston JA,Kabos P.CXCR4 expression mediates glioma cell invasiveness[J].Oncogene,2006,25(19):2801-2806.

[16]王維平，裘明德.血管內皮生長因子與腦腫瘤的研究發展[J].醫學臨床研究，2007，24（12）：2136-2138.

[17]孔世奇，于利潔，扈玉華，等.人腦膠質瘤中COX-2表達及其與血管新生關系[J].臨床與實驗病理學雜志，2008，24（3）：341-344.

[18]饒婭敏，陳同鈺.粘附分子在膠質瘤中的表達與意義[J].國外醫學腫瘤學分冊，2005，32（8）：591-593.

[19]Bellail AC,Hunter SB,Brat DJ,etal.Microregional extracellular matrix heterogeneity in brain modulates glioma cell invasion[J].Int J Biochem Cell Biol,2004,36(6):1046-1069.

[20]Ranuncolo SM,Ladeda V,Specterman S,et al.CD44 expression in human gliomas[J].J Surg Oncol,2002,79(1):30-35.

[21]Singh SK,Clarke ID,Terasaki M,et al.Identification of a cancer stem cell in human brain tumors[J].Cancer Res,2003,63(18):5821-5828.

[22]Hemmati HD,Nakano I,Lazareff JA.Cancerous stem cells can arise from pediatric brain tumors[J].Proc Natl Acad Sci USA,2003,100(25):15178-15183.

[23]Clark PA,Treisman DM,Ebben J,et al.Developmental signaling pathways in brain tumor-derived stem-like cells[J].Dev Dyn,2007,236(12):3297-3308.