神經干細胞作為藥物載體應用于惡性膠質瘤治療的研究進展

鐘南哲(綜述)，李維卿(審校)

(1.第二軍醫大學第二附屬醫院實習生隊，上海200433;2.上海長征醫院病理科，上海200003)

惡性神經膠質瘤(間變型星形細胞瘤和膠質母細胞瘤)有浸潤性高、生長位置特殊、對放化療不敏感等特點，患者的預后較差，復發率較高。膠質母細胞瘤患者在接受現行的標準治療(包括積極的手術和放化療)之后，其診斷后平均生存預期仍只有14個月［1］，而其接受標準化治療后的5年存活率僅為10%［2］。神經干細胞(neural stem cell，NSC)對膠質瘤的親向性遷移這一現象為膠質瘤治療提供了新思路，對其相關機制和應用的探索已成為當今膠質瘤治療研究的熱點領域。現對NSC作為藥物載體在惡性膠質瘤的治療研究進展綜述如下。

1 NSC在膠質瘤治療中的應用

某些種類的干細胞對膠質瘤的親向性使其可作為膠質瘤治療藥物的載體。其中，只有NSC和腦組織有同源性。同時，NSC的多向分化潛能使其可修復、替代因腫瘤而損傷或死亡的神經組織，如釋放多種因子對周圍微環境產生影響，促進受體神經通路的保護和再生［3］。此外，Ahmed等［4］報道，盡管NSC和間質干細胞有相近的膠質瘤親向遷移能力，但NSC較后者對顱內膠質瘤特異性高，并使其運載的溶瘤腺病毒療效更佳，提示NSC在治療膠質瘤中優于其他類型干細胞。

2 NSC的膠質瘤親向性及其相關機制

相關研究已證實，NSC對膠質瘤有強大親向性和定向遷移能力，其對瘤體遷移步驟分為:包裹瘤體，浸入腫瘤核心，與腫瘤細胞混合。因此，NSC對膠質瘤細胞有較強親向性的特性是其作為藥物載體應用于膠質瘤治療中的重要理論依據之一。

NSC對膠質瘤的親向性的機制現尚未完全闡明。相關研究已揭示其可能涉及多個細胞因子配體/受體對的趨化性遷移。如近期有研究發現單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractantprotein 1，MCP-1/CCL2)高表達于動物和離體的F98膠質瘤細胞膜上，而該蛋白的受體CC趨化因子受體2則表達于C17.2 NSC上。且在動物實驗中，C17.2 NSC表現出很強的向注射MCP-1后的腦區遷移的能力［5］。同時，腫瘤微環境也被認為可能與NSC的膠質瘤親向性相關。缺氧環境通過使缺氧誘導因子1α(hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α)蛋白在膠質瘤細胞的積蓄上調表達基質細胞衍生因子1、μ型纖溶酶原激活物受體(μPA)，血管內皮生長因子受體2等一系列細胞因子的表達，激活NSC上的相應受體使NSC向膠質瘤定向遷移。在缺氧環境下，這些受體在NSC中的表達也有相應的升高［6］。

此外，NSC對非神經源性腫瘤，如乳腺腫瘤的親向能力［7］，及其所具有的一些腫瘤類似的自我更新能力和多分化潛能等特性，提示NSC的膠質瘤親向性所涉及的機制可能并非膠質瘤特異。

上述研究結果顯示，NSC的膠質瘤親向性可能是一個復雜的趨化相關的信號轉導網絡，包括腫瘤細胞的生物學特性和所處的獨特的微環境-相應細胞因子的高表達-激活NSC上的相應受體-引起細胞內的一系列改變而導致趨化性遷移。因此，對相關影響因素仍亟待探究，以通過干預這些因素促進NSC向腫瘤遷移，幫助增強其作為藥物載體的應用價值。

3 NSC自身對膠質瘤抑制作用及其相關機制

NSC作為治療膠質瘤藥物載體的另一優勢在于其自身對于膠質瘤增殖有一定的抑制作用。研究證實，NSC在體內和體外環境中均可抑制膠質瘤細胞的增殖生長［8］，這一結果很可能是通過NSC所分泌的某些體液因子實現的，而非NSC和膠質瘤接觸等一系列物理影響所造成。在體外環境中，NSC遷移至膠質瘤細胞附近后表達骨形成蛋白7，并通過激活膠質瘤細胞的骨形成蛋白受體產生其下游的p-Smad1/5/8，從而抑制膠質母細胞瘤干細胞的功能和其相關的細胞標志物(如惡性膠質瘤增殖中廣泛表達的轉錄因子Olig2)的表達。在動物實驗中NSC亦通過類似的途徑抑制膠質母細胞瘤干細胞成瘤［9］。同時，NSC產生的一些其他體液因子(如卵泡抑素)，也被證實可抑制膠質瘤的增殖［10］。

值得注意的是，NSC在遷移至膠質瘤細胞附近后通過產生多種體液因子抑制膠質瘤生長的行為僅說明其有一定的抑瘤能力，而尚無研究證實這種自身抑瘤能力可達到治療所需。對參與這種行為的多種因子仍需進一步探索，以對其進行干預，提升NSC的抑瘤能力，降低可能的不良反應，從而能更精確地控制NSC在體內的行為。

4 使用NSC為載體的基因治療藥物

近年針對NSC作為藥物載體的研究所涵蓋的治療藥物主要包括細胞因子，酶/前藥對，病毒顆粒，基質金屬蛋白酶和抗體等。其中，研究較為深入的治療藥物是細胞因子。

近期對能誘導包括膠質瘤在內的多種腫瘤細胞凋亡的腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)的研究證實，不僅在單獨使用由NSC介導的TRAIL治療能起到抑制膠質瘤的作用，且在和其他化療藥物合用的情況下可降低膠質瘤的耐藥性，提高其療效，如同時給替莫唑胺能夠增強由NSC表達的經亮氨酸拉鏈融合Flt3L(Fms-like tyrosine kinase 3 ligand)細胞外域修飾的TRAIL(S-TRAIL)對膠質瘤的抗瘤作用［11］。此外，Balyasnikova等［12］發現，在體外實驗中，利用NSC表達TRAIL抑制膠質瘤細胞增殖時加入蛋白酶體抑制劑硼替佐米(bortezomib)，能夠通過上調膠質瘤細胞的TRAIL受體——死亡受體(DR5)達到協同治療的作用。除TRAIL外，一些白細胞介素(interleukin，IL)，如通過間充質干細胞表達的IL-18、IL-12［13-14］，以及由NSC表達的IL-23［15］均能起到有效抑制膠質瘤生長的作用，提示多種細胞因子可以以NSC為載體治療膠質瘤。

NSC也可被應用于表達相應的酶催化體內已存在的前藥(prodrug)，即通過酶/前藥配對的方式進行膠質瘤治療，或稱為“自殺基因治療”。其具體機制為:當給予前藥之后，由NSC所表達的酶就會將前藥轉化為其有活性的形式(如磷酸化的甘昔洛韋或氟胞嘧啶)以干擾DNA合成，誘導增殖中的腫瘤細胞發生凋亡。而保證該給藥方式精確性的重要原因在于NSC的“旁觀者效應”，即當NSC遷移至膠質瘤細胞附近后通過縫隙連接和凋亡囊泡向鄰近的膠質瘤細胞釋放有毒性的代謝產物。因此，這種給藥方式可能較普通化療效果更好，不良反應更低。現已初步證實有效酶/前藥對包括環磷酰胺激活酶細胞色素P4502B6(CYP2B6)/環磷酰胺，細胞因子脫氨酶/氟胞嘧啶和單純皰疹病毒胸腺嘧啶脫氧核苷激酶/甘昔洛韋等［16-18］。

同時，通過NSC釋放病毒顆粒也可能是一種有效手段，即使有殺傷腫瘤功能的病毒在NSC中復制后，在NSC遷移至膠質瘤細胞附近后釋放出來，感染腫瘤細胞并產生殺傷作用。Ahmed等［19］在對條件復制腺病毒(CRAd)進行基因修改后得到CRAd-S-pk7，使其能更有選擇性地在膠質瘤細胞中復制，減輕其對正常腦組織的損害。該研究小組證實通過NSC運載CRAd-S-pk7進行膠質瘤治療不僅能抑制膠質瘤的增殖，還較直接單獨使用CRAd-S-pk7進行治療使實驗動物的中位生存時間增加了50%，且以NSC為載體釋放CRAd-S-pk7后僅在注射NSC的半腦能探測到該病毒。該方法治療膠質瘤仍存在的問題包括更為安全的病毒種類、病毒對NSC運載體本身的影響等。

此外，基質金屬蛋白酶也被認為有應用于NSC介導的膠質瘤治療的潛力，如在動物實驗中使NSC遷移至膠質瘤并表達人基質金屬蛋白酶2的一個自然產生的片段——PEX后，可使膠質瘤體積縮小90%［20］。

5 問題與展望

近年的相關實驗從一定程度上揭示NSC作為藥物載體應用于惡性膠質瘤治療的良好應用前景，但上述所涉及的藥物中究竟哪種是最佳選項，現在仍缺乏有關的橫向比較，而各個藥物潛在的不良反應仍缺乏相應探究。距離將該手段真正造福于患者尚需更為全面的研究和了解。其他主要擔憂包括:NSC的成瘤性，可用于人體治療的NSC系的確認及NSC在人體內遷移能力和行為的調控等。

5.1 NSC的成瘤性 近期的多項報道揭示NSC在不同環境下有分化為腫瘤細胞的能力。Wu等［21］報道人胚紋狀體來源NSC注入裸鼠體內后，可能分化為低分化的神經內分泌瘤。而近期關于腦腫瘤細胞起源和NSC與腦腫瘤細胞間關系的分子水平的研究從更深層次揭示兩者之間的聯系［22］。同時，NSC和膠質瘤細胞各自的信號轉導通路間存在許多相通之處［23-24］。此外，特殊的腫瘤微環境也被認為可能影響NSC向腫瘤細胞方向分化［25］。因此，NSC與腫瘤間的關系仍需進一步研究，以明確其向腫瘤方向分化的潛能、所需條件及相關機制，以減少移植NSC后的成瘤性風險。

5.2 可用于治療惡性膠質瘤的NSC系的確定 現在對于可用于臨床治療的NSC系的確定仍處于起步階段，對于NSC作為藥物載體進行膠質瘤治療的現有研究所用的細胞系也并不統一。理論上最為理想的NSC來源為受者自身。但利用該來源的NSC須經過培育增殖、基因修飾等一系列過程，耗時長，花費高。因此，對于有較高臨床應用價值的治療惡性膠質瘤的NSC系尚需進一步實驗比較和驗證。

5.3 NSC藥物載體在治療人體內惡性膠質瘤的可行性與效果 現有的關于NSC藥物載體治療惡性膠質瘤的實驗絕大部分是以裸鼠為實驗對象，因此亟待證實在動物水平中的相應療效能否在患者身上復制，且該治療手段是否會引起人特異性的不良反應。可喜的是，一項旨在探究NSC作為藥物載體治療復發惡性膠質瘤的臨床實驗(NCT01172964)已通過美國食品藥品管理局批準，并由2010年起開始實施。

此外，在該方面還需深入探究的方向包括:移植NSC的具體途徑;移植NSC可能引起的免疫反應;以NSC為載體的各種藥物的療效比較和不良反應的確定;相關倫理問題等。因此，在該方面開展積極研究有重要的實際價值，以助于在不遠的未來能夠有根治惡性膠質瘤切實有效的治療手段。

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