腦腫瘤干細胞相關研究進展

劉 昊(綜述)，楊海城(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院神經外科，哈爾濱 150086)

顱內惡性腫瘤侵襲能力強，對放、化療缺乏敏感性，盡管治療方法不斷改進，但患者的預后依然很差，長久以來成為神經外科疾病中較為棘手的難題。傳統的病變切除術、放療、化療等手段難以顯著地延長患者生存期，因此對于惡性腫瘤發病機制、形成過程的研究可能成為治療上新的突破點。近年來,提出的腦腫瘤干細胞的概念被認為有望對腦腫瘤的基礎和臨床研究產生深遠影響。

1 神經干細胞

干細胞是人體內一類具有自我更新、可形成至少一種高度分化后代的細胞，是組織和器官持續而穩定的細胞提供者。一般認為干細胞分裂有兩種模式。①非對稱分裂：一個子細胞保持干細胞的特性，另一個子細胞為分化細胞；②對稱分裂：母細胞分裂為兩個保持干細胞特性的子細胞[1]。非對稱分裂可限制細胞增殖，然而對稱分裂賦予干細胞自我更新和再生的能力，但同時也增加了患癌癥的風險。在兩種分裂方式的調節中，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系[2]。

神經干細胞是可以在神經系統產生神經元、星形角質細胞、少突角質細胞，并可以自我更新的多能性細胞。Stemple等[3]率先分離并鑒定出能產生神經元和膠質細胞的神經干細胞，此后科研人員陸續在人腦的不同部分發現并分離出神經干細胞。當神經干細胞增殖時會產生祖細胞，這些祖細胞轉化為不同的細胞，如神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞分化的細胞。神經干細胞的發現推翻了“大腦不可再生”的理論，同時也催生了腦腫瘤干細胞概念的提出。

2 腫瘤干細胞

腫瘤干細胞是腫瘤組織中可自我更新、增殖以產生腫瘤細胞群體的細胞。與非腫瘤干細胞不同的是，腫瘤干細胞缺乏增殖和分化的調節機制，導致不受控制的生產和不完全分化。腦腫瘤干細胞模型認為腦腫瘤的發生、發展過程受腦腫瘤干細胞調控，其不僅增殖、分化為腫瘤細胞，也主導腫瘤的血管生成、侵襲與轉移[4-5]。隨著腦腫瘤干細胞的分離、鑒定和神經干細胞的深入研究，有學者認為腦腫瘤干細胞起源于正常神經干細胞或祖細胞[6]。Holland等[7]成功將小鼠神經祖細胞轉變為腦腫瘤細胞。正常干細胞與腦腫瘤干細胞對相同的外界刺激都表現出相同的應答和相似的標志物、獨特的自我更新和分化能力、極強的端粒酶活性、細胞凋亡抗拒性和膜輸送活性的提高。Shh通路在神經干細胞中有保持自我更新能力的作用，但經過抑癌基因Rb的失活與原癌基因Bmi-1的激活，神經組細胞會發展為髓母細胞瘤[8]。這說明正常干細胞與腦腫瘤干細胞存在著共同的信號轉導通路機制，類似的通路還包括Wnt、Notch和Hedgehog等。Gao[9]發現癌前干細胞的存在，癌前干細胞同時具有良性和惡性兩種分化潛能，被認為是正常干細胞與腫瘤干細胞的過度狀態。但若要證明起源關系還需要更多的直接證據。腦腫瘤起源于多能干細胞(而非成熟的膠質細胞)的學說與組織學上存在混合型膠質瘤相一致，而且膠質瘤可浸潤到對側大腦半球也印證了這一點。

3 特異性標志物

目前腦腫瘤干細胞常用的標志物包括CD133和神經巢蛋白。將CD133陽性神經球分離成單個細胞后，分別用不同數量的細胞接種到小鼠腦內，研究發現僅100個細胞就可以導致小鼠腦內形成腫瘤組織，并且呈浸潤生長[10]。連續傳代細胞的免疫組織化學提示CD133陽性腫瘤細胞可表達神經前體標志物。腦腫瘤細胞中存在與正常腦組織類似的等級現象，具有干細胞特征的少數細胞是膠質瘤進展的基礎，而CD133是這類細胞的特異性標志物。有實驗表明，CD133表達量與腫瘤的惡性程度呈正相關[11]，與組織微血管的分布呈正相關[12]。CD133陽性膠質母細胞瘤較CD133陰性膠質母細胞瘤具有更高的惡性程度[13]，表達CD133的細胞與不良的預后、對放化療不敏感以及腫瘤的侵襲性相關[11,14]。CD133陽性細胞成為腦腫瘤治療的新靶點，然而越來越多的實驗找到CD133陰性的細胞作為腦腫瘤的起始細胞的證據[11,15-16]，并且尚不明確CD133及其糖基化狀態是否直接參與維持所在細胞的無限增殖與遷移的特性。目前CD133被公認為高概率標志物，而非鑒定腦腫瘤干細胞的金標準。神經巢蛋白是神經干細胞的一種重要標志物，出現在神經干細胞分化的早期，并且隨著神經干細胞的分化成熟其表達量明顯下降[17]。神經巢蛋白也在各系各級別腫瘤中表達，在腦膠質瘤中，神經巢蛋白的表達與病理分級呈正相關，可作為判斷預后的標志物[18]。腫瘤干細胞中存在特征性的ABC轉運體(ATP-結合盒運載體)，其能將多種藥物轉運至細胞外，腫瘤干細胞因此可以規避化療藥物的殺傷，缺乏化療敏感性[19]。此外，Rasper等[20]認為醛脫氫酶1也可作為膠質瘤干細胞的標志物。

4 針對腦腫瘤干細胞的治療

參與調控腫瘤干細胞增殖的信號通路包括Hedgehog、Wnt、 Notch、骨形成蛋白等，以此作為藥物靶點可干預或抑制腦腫瘤干細胞的自我復制和過度增殖。Cyclopamine是一種與Smo結合抑制Hedgehog通路的類固醇堿，可使腫瘤細胞生長停滯[21]。在Wnt通路中β聯蛋白是重要環節，血管內皮抑素是其抑制劑[22]，在大腸癌的研究中，非甾體類消炎藥可下調β聯蛋白/T細胞因子信號[23]。抑制Notch信號通路致使胚胎腦腫瘤組織中腦腫瘤干細胞退出細胞周期并逐漸凋亡[24]。骨形成蛋白信號通路在抑制腫瘤細胞的初始啟動階段發揮關鍵的調節作用[25]。

腦腫瘤干細胞與血管微環境密不可分，破壞血管微環境會影響腫瘤的生長和侵襲達到治療的目的。腫瘤血管的新生受眾多因子調控：血管內皮生長因子及其受體、缺氧誘導因子、血管緊張素、成纖維細胞生長因子、神經軸突導向因子1以及人第10號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。在動物實驗中，應用抗血管新生藥物可增強細胞毒性藥物對腫瘤干細胞的選擇性殺傷效果[26]。

此外，細胞自噬以及腫瘤免疫也用于腦腫瘤干細胞治療的研究中。Jiang等[27]構建了改良多肽溶瘤性腺病毒，該病毒可介導自噬從而殺傷腦腫瘤干細胞。Pellegatta等[28]應用樹突細胞疫苗靶向腫瘤干細胞，對GL261膠質瘤起到較高級別的防護作用。

5 展 望

目前顱內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，延緩復發，術后輔助放、化療。這樣的綜合方案效果并不理想，在光學顯微鏡下無法發現主導腫瘤的血管生成、侵襲與轉移的腫瘤干細胞，并且其對放、化療不敏感，找到針對腫瘤干細胞的治療方法成為傳統的外科手術的必要補充。研究與治療的方向包括但不限于靶向殺死腦腫瘤干細胞，抑制腦腫瘤干細胞無限制的自我復制，或者應用誘導分化劑將惡性腫瘤細胞轉化為較成熟或較良性的細胞。由于腫瘤組織在基因水平產生了不同程度的變異，針對個體尋找特異性的分子標記有望解決異病同治帶來的療效不穩定的問題。同時，由于腦腫瘤干細胞與正常的神經干細胞存在諸多相似之處，如何安全地應用于臨床仍然需要更加深入地研究。雖然腦腫瘤干細胞的研究道路曲折，但其提供了可能徹底治愈腦腫瘤的新方向。

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