靶向清除胶质瘤干细胞在胶质母细胞瘤治疗方面的应用前景

Chin J Nerv Ment Dis Vol．38，No．2February2012·综述·

doi：10．3969／j．issn．1002－0152．2012．01．016

☆国家自然科学基金面上项目（编号：30772228）

*天津医科大学总医院神经外科（天津300052）

△中国民航大学医院

通

中国神经精神疾病杂志2012年第38卷第2期

HIFs）的产生，从而刺激GBM产生大量的VEGF，进而促进微血管的形成。GSCs和肿瘤细胞对缺氧的反应是不一样的，HIF1a产生于所有的肿瘤细胞，而HIF2a只产生于GSCs，正常的神经祖细胞不表达；更重要的是HIF2a的表达和胶质瘤患者的预后差相一致［13］。提示HIF2a可作为GSCs的特异性作用靶点，下调或抑制HIF2a的表达在减少GSCs数量的同时又能抑制肿瘤血管的形成。Folkins等［14］发现抗血管药物联合细胞毒药物可以减少移植瘤中脑肿瘤干细胞的数量。传统的化学治疗能杀伤血管中的内皮细胞，但化疗间期，血管里的内皮细胞又得到了恢复，而采用节律化疗有效地解决了这一问题，小剂量持续给药，即抑制了肿瘤内皮细胞的分裂和生存，又阻止了内皮祖细胞（endothelial progenitor cells，EPCs）的招募［15］。针对血管或内皮细胞的治疗，均能干扰肿瘤干细胞微环境的功能，在抑制肿瘤生长的同时还消弱了肿瘤的根本，即niche中的肿瘤干细胞；针对GSCs的治疗在杀伤干细胞的同时也能减少肿瘤血管的形成。

3诱导分化治疗

GSCs和神经干细胞具有某些相似的特性，其中之一就是多向分化潜能。胶质母细胞瘤或移植瘤来源的GSCs拥有分化为星形胶质细胞、少突胶质细胞或神经元的能力。这些已分化的细胞就丧失了体外扩增细胞和体内繁殖肿瘤的能力，同时对传统的抗肿瘤治疗变得敏感，提示诱导干细胞分化的治疗不失为一种不错的策略。诱导静止的肿瘤干细胞分化为更成熟的肿瘤细胞的方法包括：激活不同的信号通路、表观遗传学分化治疗、使用micro-RNAs改变基因表达谱等。

一些参与诱导肿瘤干细胞分化的信号通路已经被确认，骨形态发生蛋白（bone morphogen proteins，BMPs）是细胞活素类家族的成员，可以抑制GSCs分裂并能促进其分化为星形及神经类细胞，体内针对GCSc的BMP4可以显著抑制胶质母细胞瘤的生长和减少肿瘤侵袭［16］。BMPs能促进GSCs向胶质细胞分化，但同时也发现来源于某个胶质母细胞瘤的GSC 对于BMP的反应显示出增强的细胞分裂而不是分化，这是因为此份标本的GSCs由于表观遗传沉默而不表达骨形态蛋白受体1B（bone morphogen protein receptor1B，BMPR1B）［17］。利用干扰RNA筛选方法，沉默转化／转录域相关蛋白（trans-formation／transcription domain-associated protein，TRRAP）被发现能增加GSCs的分化，敲低TRRAP表达使GSCs对凋亡刺激物敏感，抑制细胞周期进程，阻碍体内肿瘤形成，显示出TRRAP能保持GSCs的干细胞性质和致瘤性［18］。微小RNA （microRNA）被证实在胶质瘤细胞功能调节中发挥重要作用：相比于正常脑组织和非干细胞性细胞，miR-451在GSCs中表达是减少的，其过表达能抑制干细胞的分裂并诱导其分化，外源性表达miR-451能干扰胶质瘤干细胞球的形成和阻碍其形成的肿瘤的生长［19］。高级别胶质瘤中miR-124和miR-127的表达是偏低的，其过表达也能抑制GSCs的增殖，促进GSCs的分化［20］。

4针对特殊的细胞表面分子的治疗

表达于GSCs的表面分子可能是治疗胶质母细胞瘤理想的目标，这几个分子是：CD133（prominin-1）、CD15、L1CAM、A2B5。尽管CD133已经被广泛的用作GSCs的标志物，但是正常的神经干细胞也表达CD133，限制其应用。这些分子中，以神经细胞黏附分子L1CAM的应用前景最好，它表达于GSCs，对GSCs的保持、生存和功能起关键作用。L1CAM介导细胞外和细胞内信号传导，调节细胞粘附、迁移、生存、生长和肿瘤细胞侵袭。相比于胶质母细胞瘤的肿瘤细胞和正常的神经祖细胞，L1CAM在GSCs中高表达。使用特异性的shRNA敲低L1CAM能干扰体外的干细胞形成细胞球和GSCs生长，针对胶质瘤干细胞中的L1CAM的治疗可以显著抑制颅内荷GBM 移植瘤鼠的肿瘤生长和延长荷瘤鼠的寿命［21］。

5干扰信号通路的治疗

尽管针对肿瘤干细胞的治疗激发了很大的兴趣，但关于肿瘤干细胞的分子信号通路研究才刚刚开始，肿瘤干细胞即享有实体干细胞或祖细胞的某些特性，又在基因和分子信号水平不同于正常的干细胞。寻找GSCs特有的信号通路，利用特异性抗体、小分子抑制剂或分子生物学方法干扰信号通路中的关键分子，从而降低干细胞的增值，阻遏恶性转化。

Notch调节正常神经干细胞的自我更新和分化，GSCs比非干性的细胞拥有更高的Notch活性。γ-secretase抑制剂（GCIs）能阻断Notch通路，阻碍干细胞球的生长和克隆形成，治疗裸鼠皮下的胶质瘤，能抑制肿瘤生长，延长动物生存期，其机制是消弱AKT和STAT3磷酸化作用来减少肿瘤干细胞分裂和增加其凋亡［22］。磷酸磷脂酰肌醇-3羟基激酶（Phos-phatidylinositol3-kinase，PI3K）通路是另一个候选目标，小分子Akt抑制剂能有效地减少GSCs的数量，抑制侵袭和迁移，并在体内抑制肿瘤生长［23］。Hedgehog通路在GSCs中也发现被激活，Hedgehog抑制剂环杷明消除了GSCs的体外克隆性生长和抑制了体内的肿瘤产生［24］。A20是NF-κB通路的调解物，在GSCs 中过表达，携带shRNA的腺病毒转染GSCs能敲低A20，进而减弱GSCs的自我更新，生长和易于凋亡［25］。GSCs高表达c-Myc 基因，shRNA减弱c-Myc的表达，相比于非干细胞GSCs表现出增值减缓、凋亡增加、细胞周期停滞，体外形成细胞球和体内成瘤能力均消失［26］。最近发现，趋化因子受体4（C-X-C chemokine receptor4，CXCR4）高表达于胶质瘤干细胞系，在传统血清培养的细胞系中低表达。AMD3100是CXCR4的拮抗剂，能抑制体外细胞的迁移和减弱体内高侵袭性的胶质瘤干细胞系移植瘤的生长［27］。

6免疫治疗

大脑被认为是一个免疫豁免的区域，对肿瘤的免疫反应受选择性血脑屏障的影响，只有活化的T细胞能到达颅内。最

119

Chin J Nerv Ment Dis Vol．38，No．2February2012

近的一些研究显示GSCs能通过相关肿瘤抗原的缺少逃避机体免疫系统的监视及免疫治疗的杀伤，具有免疫抑制作用。Wei等［28］观察到GSCs能显著的抑制T细胞分裂和活化作用，诱导调节细胞（regulatory T-cell）产生和触发T细胞凋亡。所以GSCs可能促使肿瘤逃避免疫监视，消除GSCs或诱导GSCs分化能增强对肿瘤的免疫反应。白细胞介素6（interleukin6，IL6）信号可能刺激GSCs的生长和生存，其受体alpha（interleukin6 receptor alpha，IL6Ralpha）和糖蛋白130（glycoprotein130，gp130）优先表达于GSCs，阻断其受体或干扰IL6的表达能抑制GSCs 的增殖达到阻碍肿瘤的生长及延长荷GSCs来源的胶质瘤鼠的生存期及明显消弱了GSCs的增殖能力。临床上，IL6的配体和受体增加的患者往往生存期减少，显示出针对IL6信号的治疗有潜在的临床应用价值［29］。通过穿孔素介导的机制，溶细胞的T淋巴细胞（cytolytic T lymphocytes，CTL）能杀死GSCs，Brown等A－［30］证实，一组来源于高级别胶质瘤的刚传代的GSCs，能被CD8（＋）CTL识别并清除，为用免疫方法清除这类细胞打下了基础。

7病毒介导的基因治疗

在现代抗肿瘤治疗领域的基因疗法和病毒治疗两个方面，病毒显示了可喜的效果，以病毒为载体的基因治疗GSCs，即利用条件依赖性复制的带有某种目的基因的病毒，靶向作用于自我更新的GSCs，达到杀伤GSCs的要求。病毒治疗的溶瘤作用是通过肿瘤细胞内病毒的复制导致肿瘤细胞的溶解来实现的，为达到有效的溶瘤活性，载体必须满足：对肿瘤的高选择性，轻微的脑部或全身的毒副作用，穿过脑组织渗透到肿瘤残腔外的肿瘤灶，在激起免疫反应的情况下仍保持病毒活性。目前，载体介导的基因治疗在医治人胶质瘤方面收获甚微，主要的阻碍因素是肿瘤选择性差、转染效率低、由于病毒基因随机插入激活癌基因引起的医源性肿瘤的风险［2］。解决上面问题的一个新的方法是设计载体不仅针对肿瘤细胞而且特异性作用于占很小组成部分的GSCs。

溶瘤腺病毒Delta-24-RGD作用于胶质母细胞瘤来源的肿瘤干细胞，能引起细胞的自噬性死亡，荷脑肿瘤干细胞来源的胶质瘤鼠在接受Delta-24-RGD治疗后，平均能活到66．3d，而对照组是38．5d［31］。溶瘤疱疹病毒oHSV G47delta strain感染GSCs形成的神经球，引起溶瘤细胞死亡，残存的GSCs的下一代细胞不能再形成干细胞球，瘤内注入G47delta，能明显的改善荷GSC来源的原位肿瘤鼠的生存［32］。DCX（doublecortin）是脑特异的基因，主要表达于神经干／祖细胞和新生的神经元但在其它脑细胞如胶质细胞，少突胶质细胞中缺失；U87胶质瘤细胞系中DCX的表达引起恶性型的丧失：停止分裂，失去迁移能力，不能引导免疫缺陷动物颅内肿瘤的发展，U87来源的原位肿瘤中直接注入表达DCX的慢病毒，肿瘤的体积减少了60％，动物的总体生存期显著的提高［33］。在一些肿瘤细胞，胚胎干细胞基因SirT1表达于CD133（＋）GSCs，表达shRNA的慢病毒载体能敲低CD133（＋）GSCs的SirT1表达，沉默SirT1，使CD133（＋）细胞变得对电离辐射（ionizing radiation，IR）敏感，增强了IR诱导的凋亡［5］。

8问题和展望

人脑胶质瘤干细胞和神经干细胞有非常相似的特性，针对脑胶质瘤干细胞的治疗怎样才能在清除肿瘤干细胞的同时而不损伤或少损伤正常的神经干细胞，或者在杀伤肿瘤干细胞的同时给予预防认知紊乱的药物，纠正由于正常神经干细胞受到误伤引起的功能障碍。这需要深入研究两者之间的区别，使治疗更具有针对性和特异性。Wang等［34］证明CD133（－）的肿瘤细胞在裸大鼠上也能形成肿瘤，并在肿瘤中发现了CD133（＋）的细胞，体内传代几次后恶性程度增加，血管形成明显。可见鉴定GSCs的专有标志物目前还没发现，需要努力寻找脑肿瘤干细胞特有的分子标志，进而用于靶向治疗，也显示出只针对肿瘤干细胞或者分化的肿瘤细胞的治疗是不充分的，残存的细胞可能分化为其他基因型的细胞，需要联合几种方案全面的消除肿瘤细胞。GSCs是不是像肿瘤细胞一样也具有高度不均一性？肿瘤生长和维持的干细胞、抵抗性的干细胞、侵袭或迁移的干细胞、促进血管形成的干细胞等是同一种干细胞还是不同亚类的干细胞，针对GSCs的治疗能全歼这些细胞吗？不同的患者肿瘤干细胞的数量和突变的基因是不同的，这就需要在全面了解肿瘤的分子生物学和分子遗传学的基础上，采取个性化的综合治疗［35］。基础研究和临床应用还是存在明显的差异，实验中取得的好的治疗效果，可能应用于临床起效并不是很大。针对GSCs的治疗道路是曲折的，也刚刚起步，却提供了一种新颖的可能彻底治愈胶质瘤的办法。

参考文献

Dey M，Ulasov IV，Lesniak MS．Virotherapy against malignant glioma stem cells［J］．Cancer Lett，2010，289（1）：1－10．

Frosina G．Frontiers in targeting glioma stem cells［J］．Eur J Cancer，2011，47（4）：496－507．

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

Wang J，Wakeman TP，Lathia JD，et al．Notch promotes ra-dioresistance of glioma stem cells［J］．Stem Cells，2010，28（1）：17－28．

Chang CJ，Hsu CC，Yung MC，et al．Enhanced radiosensitiv-ity and radiation-induced apoptosis in glioma CD133-positive cells by knockdown of SirT1expression［J］．Biochem Biophys Res Commun，2009，380（2）：236－242．

Li WQ，Li YM，Tao BB，et al．Downregulation of ABCG2ex-pression in glioblastoma cancer stem cells with miRNA-328 may decrease their chemoresistance［J］．Med Sci Monit，2010，16（10）：27－30．

Martin V，Xu J，Pabbisetty SK，et al．Tie2-mediated mul-［1］

［2］

［3］

［4］

［5］

［6］

［7］

120

中国神经精神疾病杂志2012年第38卷第2期

tidrug resistance in malignant gliomas is associated with upreg-ulation of ABC transporters［J］．Oncogene，2009，28（24）：2358-2363．

Carmeliet P，Jain RK．Angiogenesis in cancer and other diseases ［J］．Nature，2000，407（6801）：249－57．

Wang HM，Yang XJ，Dong XT，et al．［Correlation between the distribution of CD133-positive cells and the proliferation of mi-crovessels in glioblastoma multiforme［J］．Zhonghua Yi Xue Za Zhi，2011，91（11）：781－785．

Calabrese C，Poppleton H，Kocak M，et al．A perivascular niche for brain tumor stem cells［J］．Cancer Cell，2007，11（1）：69－82．

Folkins C，Shaked Y，Man S，et al．Glioma tumor stem-like cells promote tumor angiogenesis and vasculogenesis via vascular endothelial growth factor and stromal-derived factor1［J］．Cancer Res，2009，69（18）：7243－7251．

Wang R，Chadalavada K，Wilshire J，et al．Glioblastoma stem-like cells give rise to tumour endothelium［J］．Nature，2010，468（7325）：829－833．

Li Z，Bao S，Wu Q，et al．Hypoxia-inducible factors regulate tumorigenic capacity of glioma stem cells［J］．Cancer Cell，2009，15（6）：501－513．

Folkins C，Man S，Xu P，et al．Anticancer therapies combining antiangiogenic and tumor cell cytotoxic effects reduce the tumor stem-like cell fraction in glioma xenograft tumors［J］．Cancer Res，2007，67（8）：3560－3564．

Stoelting S，Trefzer T，Kisro J，et al．Low-dose oral metronomic chemotherapy prevents mobilization of endothelial progenitor cells into the blood of cancer patients［J］．In Vivo，2008，22（6）：831－836．

Piccirillo SG，Reynolds BA，Zanetti N，et al．Bone morpho-genetic proteins inhibit the tumorigenic potential of human brain tumour-initiating cells［J］．Nature，2006，444（7120）：761－765．Lee J，Son MJ，Woolard K，et al．Epigenetic-mediated dysfunc-tion of the bone morphogenetic protein pathway inhibits differen-tiation of glioblastoma-initiating cells［J］．Cancer Cell，2008，13（1）：69－80．

Wurdak H，Zhu S，Romero A，et al．An RNAi screen identifies TRRAP as a regulator of brain tumor-initiating cell differentia-tion［J］．Cell Stem Cell，2010，6（1）：37－47．

Gal H，Pandi G，Kanner AA，et al．MIR－451and Imatinib me-sylate inhibit tumor growth of Glioblastoma stem cells［J］．Bioch-em Biophys Res Commun，2008，376（1）：86－90．

Silber J，Lim DA，Petritsch C，et al．miR-124and miR-137in-hibit proliferation of glioblastoma multiforme cells and induce differentiation of brain tumor stem cells［J］．BMC Med，2008，6：14．

Bao S，Wu Q，Li Z，et al．Targeting cancer stem cells through L1CAM suppresses glioma growth［J］．Cancer Res，2008，68（15）：6043－6048．

Fan X，Khaki L，Zhu TS，et al．NOTCH pathway blockade de-pletes CD133-positive glioblastoma cells and inhibits growth of tumor neurospheres and xenografts［J］．Stem Cells，2010，28（1）：5－16．

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

Bar EE，Chaudhry A，Lin A，et al．Cyclopamine-mediated hedgehog pathway inhibition depletes stem-like cancer cells in glioblastoma［J］．Stem Cells，2007，25（10）：2524－2533．Hjelmeland AB，Wu Q，Wickman S，et al．Targeting A20de-creases glioma stem cell survival and tumor growth［J］．PLoS Bi-ol，2010，8（2）：e1000319．

Wang J，Wang H，Li Z，et al．c-Myc is required for mainte-nance of glioma cancer stem cells［J］．PLoS One，2008，3（11）：e3769．

Schulte A，Gunther HS，Phillips HS，et al．A distinct subset of glioma cell lines with stem cell-like properties reflects the tran-scriptional phenotype of glioblastomas and overexpresses CXCR4 as therapeutic target［J］．Glia，2011，59（4）：590－602．

Wei J，Barr J，Kong LY，et al．Glioma-associated cancer-initiat-ing cells induce immunosuppression［J］．Clin Cancer Res，2010，16（2）：461－473．

Wang H，Lathia JD，Wu Q，et al．Targeting interleukin6sig-naling suppresses glioma stem cell survival and tumor growth［J］．Stem Cells，2009，27（10）：2393－2404．

Brown CE，Starr R，Martinez C，et al．Recognition and killing of brain tumor stem-like initiating cells by CD8＋cytolytic T cells ［J］．Cancer Res，2009，69（23）：8886－8893．

Jiang H，Gomez-Manzano C，Aoki H，et al．Examination of the therapeutic potential of Delta-24-RGD in brain tumor stem cells：role of autophagic cell death［J］．J Natl Cancer Inst，2007，99（18）：1410－1414．

Wakimoto H，Kesari S，Farrell CJ，et al．Human glioblastoma-derived cancer stem cells：establishment of invasive glioma mod-els and treatment with oncolytic herpes simplex virus vectors［J］．Cancer Res，2009，69（8）：3472－3481．

Santra M，Zhang X，Santra S，et al．Ectopic doublecortin gene expression suppresses the malignant phenotype in glioblastoma cells［J］．Cancer Res，2006，66（24）：11726－11735．

Wang J，Sakariassen PO，Tsinkalovsky O，et al．CD133nega-tive glioma cells form tumors in nude rats and give rise to CD133 positive cells［J］．Int J Cancer，2008，122（4）：761－768．

杨学军，江涛，陈忠平，等．脑胶质瘤的规范化和个体化治疗与临床实践［J］．中国神经精神疾病杂志，2009，35（6）：321－322．

【中图分类号】R651（收稿日期：2011－08－21）【文献标识码】A（责任编辑：甘章平）

［8］［9］

［10］［11］［12］［13］［14］［15］［16］［17］［18］［19］［20］［21］［22］

［23］

［24］

［25］

［26］

［27］

［28］

［29］

［30］

［31］

［32］

［33］

［34］

［35］

121