楊露 孫宏偉 柳星 秦寶麗

膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的研究進(jìn)展

楊露 孫宏偉 柳星 秦寶麗

神經(jīng)膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中最常見的、發(fā)病率最高的原發(fā)性惡性腫瘤, 嚴(yán)重威脅人類健康。隨著研究的不斷深入, 人們對膠質(zhì)瘤也有了更深刻的認(rèn)識。本文對膠質(zhì)瘤干細(xì)胞理論的研究進(jìn)展及其對臨床實際工作的重要指導(dǎo)意義進(jìn)行綜述。

神經(jīng)膠質(zhì)瘤;膠質(zhì)瘤干細(xì)胞;神經(jīng)干細(xì)胞

膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(glioma stem cell, GSCs)具有自我更新、無限增殖和多向分化潛能等特性。近年來GSCs的發(fā)現(xiàn)、成功分離并證實其存在是對膠質(zhì)瘤研究的重大突破, 其對膠質(zhì)瘤的形成、生長、浸潤、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)及治療敏感性起決定性作用［1］, 同時也為提出更有針對性的治療措施提供了新的思路。

1 膠質(zhì)瘤干細(xì)胞概念的提出

Reya等［2］研究發(fā)現(xiàn), 在多種實體瘤中均有極少數(shù)干細(xì)胞樣細(xì)胞, 具有無限增殖、自我更新、多向分化的潛能及高致瘤性, 這種干細(xì)胞樣細(xì)胞被稱為腫瘤干細(xì)胞(cancer stem cell, CSC)。腫瘤細(xì)胞中大多數(shù)失去自我更新和增殖能力之后會凋亡, 極少部分細(xì)胞為腫瘤干細(xì)胞, 能夠?qū)е履[瘤及引起腫瘤治療后復(fù)發(fā), 被稱為腫瘤干細(xì)胞。隨著研究的不斷深入,越來越多的學(xué)者成功地從腦膠瘤組織中分離出了極少量的,但具有干細(xì)胞特性的腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞, 它們在腦膠質(zhì)瘤的生長、浸潤、轉(zhuǎn)移與復(fù)發(fā)過程中起著關(guān)鍵的作用。

2 膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的生物學(xué)特性

2.1 培養(yǎng)條件下的生長特性 在神經(jīng)干細(xì)胞的培養(yǎng)條件下, Singh等［3］研究報道, 以CD133為標(biāo)志物, 在不同類型的腦膠質(zhì)瘤組織中分離出膠質(zhì)瘤干細(xì)胞, 并進(jìn)行體外培養(yǎng)。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞在含有生長因子的無血清條件下, 呈懸浮樣生長。研究發(fā)現(xiàn), 在無血清條件下, 膠質(zhì)瘤干細(xì)胞可以維持自我更新和增殖而不分化, 隨著培養(yǎng)時間的延長可見分化程度不同的細(xì)胞形態(tài), 另外經(jīng)過一定時間分化后, 總有一部分細(xì)胞返回到聚集成團(tuán)、呈懸浮生長的干細(xì)胞狀態(tài)。

2.2 膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的分化 許多學(xué)者從腦膠質(zhì)瘤組織中成功分離出膠質(zhì)瘤干細(xì)胞, 并將其種在有免疫缺陷的動物體內(nèi),形成腫瘤, 并且形成的腫瘤和腦腫瘤干細(xì)胞來源腫瘤的表型是一致。Singh等研究發(fā)現(xiàn), 應(yīng)用CD133免疫磁珠法分離得到的CD133-和CD133+細(xì)胞, 接種在免疫缺陷的小鼠腦中,比較發(fā)現(xiàn), CD133+瘤細(xì)胞具有很強(qiáng)的致瘤能力, 在小鼠體內(nèi)僅移植100個就可以導(dǎo)致腫瘤產(chǎn)生;而CD133-細(xì)胞卻無致瘤能力, 移植105個仍不能導(dǎo)致腫瘤產(chǎn)生。因此認(rèn)為, 只有未分化的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(CD133+細(xì)胞)才具有致瘤性。然而Inagaki等［4］學(xué)者在研中發(fā)現(xiàn), CD133-細(xì)胞也具有致瘤性,只是其致瘤率低而已。當(dāng)在無血清培養(yǎng)基中培養(yǎng)的情況下, CD133-細(xì)胞也可以像CD133+細(xì)胞呈球狀生長, 但是球的數(shù)量少, 說明膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中的CD133-細(xì)胞仍保留腫瘤細(xì)胞分化抑制的特性［5］, 能逆分化到干細(xì)胞階段。

2.3 耐藥性 Shervingtom等［6］研究發(fā)現(xiàn), 在人腦膠質(zhì)瘤與正常腦組織中均發(fā)現(xiàn)CD133和耐藥基因(MDR1和BCL-2)的表達(dá)。膠質(zhì)瘤耐藥機(jī)制是復(fù)雜的, 包括多藥耐藥、膠質(zhì)瘤干細(xì)胞、抗凋亡基因等, 從而使膠質(zhì)瘤在經(jīng)過放化療后仍高復(fù)發(fā), 了解其耐藥機(jī)制為制定針對性治療提供了新思路。Liu等［7］發(fā)現(xiàn), CD133+細(xì)胞的MGMT表達(dá)水平顯著高于CD133-細(xì)胞;膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的耐藥性還可能與其高度表達(dá)、Bcl-2基因家族的抗凋亡基因有關(guān)。因此, 針對參與膠質(zhì)瘤干細(xì)胞耐藥性的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行干預(yù), 可以減少甚至恢復(fù)腫瘤細(xì)胞對化療的敏感性, 逆轉(zhuǎn)其耐藥性。

2.4 放射抗拒性 Bao等［8］研究發(fā)現(xiàn), 膠質(zhì)瘤干細(xì)胞與膠質(zhì)瘤的放射抗拒性有關(guān)。膠質(zhì)瘤放射抗拒性最主要的機(jī)制與損傷DNA的修復(fù)有關(guān), 膠質(zhì)瘤干細(xì)胞能夠預(yù)先激活損傷修復(fù)機(jī)制, 從而使其免受放射的影響。細(xì)胞中DNA損傷調(diào)定點(diǎn)［9］,其應(yīng)答能激活膠質(zhì)瘤干細(xì)胞啟動自發(fā)修復(fù)損傷DNA的ATM信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路, 誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯, 使損傷的DNA得到及時修復(fù), 保持基因完整性。GSC放射抗拒性不僅與DNA的修復(fù)能力相關(guān), 而且與細(xì)胞周期調(diào)控、凋亡和增殖的信號傳導(dǎo)通路改變等相關(guān)。

3 膠質(zhì)瘤干細(xì)胞學(xué)說的臨床意義

GSC概念的提出使人們重新認(rèn)識了膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制, CSC雖然只占全部腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的極少數(shù), 但它卻是腦膠質(zhì)瘤形成和復(fù)發(fā)的最根本原因。CSCs通過維持自我更新、增殖和分化間的平衡維持腫瘤生長, 表現(xiàn)為膠質(zhì)瘤的生長、轉(zhuǎn)移速度和侵襲能力。所以, CSCs的性質(zhì)對于腫瘤惡性程度的高低起決定性作用［10］。

臨床上治療腦膠質(zhì)瘤的主要措施包括手術(shù)、放療、化療及生物治療等, 但療效欠佳［11］。目前, 正在嘗試將傳統(tǒng)的針對全部膠質(zhì)瘤細(xì)胞的治療策略轉(zhuǎn)移到以GSCs為靶點(diǎn)的治療, 針對GSCs的靶向治療已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。Eyler等［12］發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞對Akt抑制劑極其敏感, Akt抑制劑可以降低所有膠質(zhì)瘤細(xì)胞的生物學(xué)活性, 降低膠質(zhì)瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力。因此, Akt抑制劑可作為治療膠質(zhì)瘤的新方法。所以只有爭取盡早發(fā)現(xiàn)體內(nèi)的GSCs, 做到早期診斷, 并在發(fā)現(xiàn)后采取針對GSCs的特異性靶向治療, 才能徹底征服人腦膠質(zhì)瘤。

4 問題與展望

對膠質(zhì)瘤干細(xì)胞理論的研究為膠質(zhì)瘤的治療帶來突破性進(jìn)展。然而就目前研究成果而言, 對GSCs的理解尚不成熟。目前膠質(zhì)瘤干細(xì)胞自我更新、無限增殖、多向分化及其致瘤能力的分子機(jī)制尚未明確, 對于放化療抗拒性及復(fù)發(fā)的內(nèi)在調(diào)控過程機(jī)制也不甚明了。但隨著研究的逐步加深, 對膠質(zhì)瘤干細(xì)胞理論體系的認(rèn)識必將逐步完善, 尋找出新型、高效、特異性的針對GCSs的靶向治療方法, 將為根治腦膠質(zhì)瘤帶來希望。

［1］ Binello E, Germano IM. Targeting glioma stem cells: a novel framework for brain tumors.Cancer Sci, 2011:102(11):1958-1966.

［2］ Reya T, Morrison SJ, Clarke MF, et al. Stem cells, cancer, and cancer stem cells.Nature, 2001, 414(6859): 105-111.

［3］ Singh SK, Clarke ID, Terasaki M, et al. Identification of a cance stem cell in human brain tumors.Cancer Res, 2003, 63(18): 582l-5828．

［4］ Inagaki A, Soeda A, Oka N, et al. Long-term maintenance of brain tumor stem cell properties under at non-adherent and adherent culture Conditions. Biochem Biophys Res Commun, 2007 , 361(3):586-592.

［5］ Zhang QB, Ji XY, Huang Q, et al. Differentiation profile of brain tumor stem cells: a comparative study with neural stem cells.Cell Research, 2006, l6(12): 909-9l5.

［6］ Shervington A, Lu C. Expression of multidrug resistance genes in normal and cancer stem cells.Cancer Invest, 2008, 26(5): 535-542.［7］ Liu G, Yuan X, Zeng Z, et al. Analysis of gene expression and chemoresistance of CD133+ cancer stem cells in glioblastoma. Mol Cancer, 2006, 5(1):67.

［8］ Bao S, Wu Q, McLendon RE, et al. Glioma stem cells promote radioresistance by preferential activation of the DNA damage response. Nature, 2006, 444(7120): 756-760.

［9］ Niida H. Nakanishi M. DNA damage checkpoints in mammals. Mutagenesis, 2006, 21(l):3-9.

［10］ Bovenberg MS, Degeling MH, Tannous BA. Advances in stem cell therapy against gliomas. Trends Mol Med., 2013, 19(5):281-291.

［11］ Martin-Villalba A, Okuducu AF, von Deimling A.The evolution of our understanding on glioma. Brain Pathology, 2008, 18(3):455-463.

［12］ Eyler CE, Foo WC, LaFiura KM, et al. Brain cancer stem cells display preferential sensitivity to Akt inhibition. Stem Cells, 2008 , 26(12):3027-3036.

Research progress of glioma stem cell.

YANG Lu, SUN Hong-wei, LIU Xing, et al.
Dalian Medical University, Dalian 116044, China

Gliomas are the most common tumors of the central nervous system tumors. As the serious threat to human health, it is also the highest incidence of primary malignant tumor. With the numbers of the study, people have a deeper understanding of gliomas, and propose the concept of glioma stem cell(glioma stem cell, GSC). In this paper, the research progress of glioma stem cell theory and the important guiding significance for clinical practice are reviewed.

Gliomas; Glioma stell cell; Neural stem cell