膠質(zhì)瘤干細(xì)胞與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的研究進(jìn)展

膠質(zhì)瘤干細(xì)胞與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的研究進(jìn)展

腫瘤干預(yù)作為干預(yù)的基礎(chǔ)，是一種特殊的微環(huán)境。同時(shí)，它也是膠原腫瘤干預(yù)及其微環(huán)境之間的關(guān)系。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(Gliomastemcells,GSCs)不僅同腫瘤一起處于特殊的微環(huán)境niche中,而且能通過(guò)和不同微環(huán)境間復(fù)雜的交聯(lián)對(duì)niche產(chǎn)生影響,并進(jìn)一步塑造niche,從而對(duì)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞產(chǎn)生影響。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞niche作為根除膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的療法的一個(gè)治療的靶標(biāo)得到了一些研究者的肯定,這就更近一步強(qiáng)調(diào)了膠質(zhì)瘤干細(xì)胞微環(huán)境對(duì)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的核心作用?，F(xiàn)在我們對(duì)已發(fā)現(xiàn)的血管性的niche和缺氧性的niche和在其內(nèi)部控制膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的分子途徑的進(jìn)展做一個(gè)回顧。我們提出不同的niche和膠質(zhì)瘤干細(xì)胞是可以相互影響的。1質(zhì)瘤胞菌nige膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(Glioblastoma,GBM)是發(fā)生于成年人最常見(jiàn)的腦腫瘤,進(jìn)展迅速且治療手段局限。因此,最近的很多研究都著眼于對(duì)促進(jìn)GBM進(jìn)展機(jī)制的理解。大量的研究發(fā)現(xiàn),有一部分具有干細(xì)胞特性的腫瘤細(xì)胞被稱為腫瘤干細(xì)胞,腫瘤干細(xì)胞在腫瘤的起源和增殖過(guò)程中扮演著一個(gè)主導(dǎo)角色。從生物屬性上將腫瘤干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞相區(qū)別的是二者的自我更新能力、分化成不同類型的腫瘤細(xì)胞及維持腫瘤在體內(nèi)生長(zhǎng)的能力。最重要的臨床觀點(diǎn)是它們對(duì)放化療的高度抵抗性,這就可以解釋為什么在傳統(tǒng)的治療后,存活的腫瘤干細(xì)胞仍然能使腫瘤再生。因此,當(dāng)前以完整和持久消除腫瘤為目的的抗腫瘤療法想要進(jìn)一步得到可靠療效的中心問(wèn)題是:對(duì)控制腫瘤干細(xì)胞進(jìn)展的分子調(diào)節(jié)機(jī)制的理解。腫瘤干細(xì)胞已經(jīng)在很多血液系統(tǒng)和實(shí)體性的腫瘤組織中被成功分離和鑒定出來(lái)。腫瘤干細(xì)胞模型理論可能適用于不同程度的不同類型的腫瘤。盡管近期的示蹤實(shí)驗(yàn)為干細(xì)胞能分化成膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、腸道和鱗狀皮膚腫瘤提供了確鑿的證據(jù),并且其他類型的腫瘤中仍含有較高比例的致瘤細(xì)胞和極少數(shù)的腫瘤干細(xì)胞依賴細(xì)胞層次。此外,甚至具有突出細(xì)胞層次結(jié)構(gòu)的腫瘤細(xì)胞,也可能具備一定可塑性的能力,特別是在來(lái)源于它們niche的信號(hào)的影響下,如下所述。在實(shí)質(zhì)固態(tài)腫瘤中,膠質(zhì)瘤是腫瘤干細(xì)胞模型被實(shí)驗(yàn)證明和廣泛驗(yàn)證的第一個(gè)腫瘤實(shí)體。這使得膠質(zhì)瘤成為腫瘤干細(xì)胞研究的前沿領(lǐng)域,從而為更進(jìn)一步理解腫瘤干細(xì)胞的機(jī)制開(kāi)拓了一個(gè)新的領(lǐng)域,即實(shí)質(zhì)固態(tài)腫瘤。與其他大量的非干細(xì)胞相比較,膠質(zhì)瘤干細(xì)胞有著獨(dú)特的表面標(biāo)記(如CD133)和分子生物學(xué)的研究資料。自膠質(zhì)瘤干細(xì)胞發(fā)現(xiàn)以來(lái),大部分研究集中于識(shí)別固有的參與調(diào)解膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的干細(xì)胞特性和致瘤性的分子通路。同時(shí),逐漸明確的是膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的內(nèi)在屬性被來(lái)自它們所處的微環(huán)境的特定信號(hào)所嚴(yán)格控制,這些信號(hào)分子被稱之為niche。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞存在于缺氧性和血管性niche中,這兩種niche都能通過(guò)分子信號(hào)暗示和促進(jìn)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的存在和存活,從另一方面講,兩個(gè)niche提供了控制血管生成的因素。此外,膠質(zhì)瘤干細(xì)胞能直接通過(guò)分化轉(zhuǎn)化成類內(nèi)皮樣細(xì)胞從而使腫瘤血管形成。免疫細(xì)胞,特別是腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞,存在于兩種膠質(zhì)瘤干細(xì)胞niche中,并且能與膠質(zhì)瘤干細(xì)胞進(jìn)行交聯(lián)。這些信號(hào)分子在維持未分化狀態(tài)的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞和干細(xì)胞之間的內(nèi)穩(wěn)態(tài)起著至關(guān)重要的作用。特別要指出的是,膠質(zhì)瘤干細(xì)胞不是簡(jiǎn)單的利用已存在的微環(huán)境,而是通過(guò)一個(gè)同周圍環(huán)境和遠(yuǎn)處組織不同部分間的復(fù)雜的交聯(lián)積極參與塑造和生成它們的niche。在本文中,我們討論膠質(zhì)瘤干細(xì)胞和它們微環(huán)境間的相互作用,主要是探討膠質(zhì)瘤干細(xì)胞同缺氧性和血管性的niche間的分子機(jī)制,以及膠質(zhì)瘤干細(xì)胞和免疫細(xì)胞移行間的相互作用。2補(bǔ)氧治療海膽兩的功能缺氧是GBM的一個(gè)診斷標(biāo)志。在不同的健康人的大腦中生理性的氧含量的改變?cè)?.5%~0.75%之間,而大多數(shù)的GBM具有輕度至中度的低氧含量(0.5%~2.5%)甚至缺氧(≤0.1%)。缺氧的分子反應(yīng)主要有缺氧誘導(dǎo)因子(Hypoxiainduciblefactor,HIF)家族介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子,特別是作為缺氧反應(yīng)的主要介質(zhì):HIF-1和HIF-2。HIF由亞型組成,一個(gè)對(duì)氧氣不敏感的HIFβ和一個(gè)受氧氣控制的HIFα。在含氧量正常的條件下,HIFα被氧依賴性的脯氨?；u化酶域蛋白質(zhì)(Prolylhydroxylasedomainproteins,PHDs)迅速降解羥基化,這標(biāo)志著HIFα被泛素化和被蛋白酶體降解。缺氧通過(guò)提供PHD依賴性羥基化和隨后的退化來(lái)穩(wěn)定IFS蛋白質(zhì)。穩(wěn)定的HIFα和HIFβ形成一個(gè)二聚體,從而啟動(dòng)多個(gè)目標(biāo)基因在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的不同方面的轉(zhuǎn)錄,包括細(xì)胞生長(zhǎng)、存活、能量代謝、遷移和血管新生。盡管HIF-1α和HIF-2α分享一些轉(zhuǎn)錄目標(biāo),但是他們發(fā)揮著不重復(fù)和截然不同的功能,這已被一定數(shù)量的同種型的特定靶基因所證明。尤其是,HIF-2α專門參與調(diào)節(jié)干細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)通路的激活。此外,與HIF-1α相比較而言,HIF-2α在一個(gè)廣泛的氧氣濃度,更高的氧水平及一個(gè)更大范圍的細(xì)胞類型上得到了表達(dá)和積累的具體說(shuō)明。更重要的是,當(dāng)在慢性缺氧狀態(tài)HIF-1α只能得到暫時(shí)性的調(diào)節(jié)的時(shí)候,HIF-2α仍然能夠高表達(dá)。這些HIF-2α具有的生理屬性能賦予其具有對(duì)細(xì)胞分化起著主導(dǎo)作用和對(duì)氧氣濃度的改變做出反應(yīng)的功能。一些最近的文獻(xiàn)表明缺氧性niche在維護(hù)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞生存方面的起著關(guān)鍵性的作用。一些研究表明缺氧直接促進(jìn)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞池的擴(kuò)張并且這一功能依賴于HIF-1α和HIF-2α。在人類膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的活檢中,在周圍壞死區(qū)有很大數(shù)量的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞存在,并以減少氧張力和激活HIF-1α和HIF-2α為特點(diǎn)。在細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn),暴露在氧含量1%的濃度中的膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的HIF-1α和HIF-2α的表達(dá)上調(diào)。HIF-1α和HIF-2α很精確的參與到膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的監(jiān)督,并能被拆解成同型的抑制膠質(zhì)瘤干細(xì)胞自我更新的和腫瘤在異種器官移植在免疫缺陷老鼠上的形成。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了微環(huán)境在調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的分化狀態(tài)的和其可能在某種層次上參與腫瘤干細(xì)胞控制的可塑性起到了關(guān)鍵的作用。缺氧上調(diào)了參與調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的體內(nèi)平衡及代謝的多重額外基因的表達(dá)。其中包括CXCR4趨化因子,賴氨酰氧化酶LOX,缺氧誘導(dǎo)基因2,低氧誘導(dǎo)因子2,靶基因葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)1,絲氨酸蛋白酶抑制劑B9綜上所述,缺氧的微環(huán)境在調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞表型上扮演了重要的角色,其通過(guò)直接誘導(dǎo)自我更新基因的表達(dá)、抑制分化、促進(jìn)HIFs和其他維持膠質(zhì)瘤干細(xì)胞所需的信號(hào)通路之間的交聯(lián)來(lái)調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞表型。3血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子與vegf以往的研究表明正常的神經(jīng)干細(xì)胞存在血管微環(huán)境,它們聚集在血管性niche周圍,可以使神經(jīng)干細(xì)胞niche保護(hù)神經(jīng)干細(xì)胞免受凋亡刺激,并使之在自我更新與分化間維持適當(dāng)?shù)钠胶?神經(jīng)干細(xì)胞niche的關(guān)鍵成分是由血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的促進(jìn)干細(xì)胞生存與自我更新的因子。最近研究證明:膠質(zhì)瘤干細(xì)胞類似神經(jīng)干細(xì)胞,亦位于血管性niche周圍,而破壞血管性niche可能可以作為消滅膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的靶標(biāo)。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是血管的生成。微血管會(huì)形成一個(gè)對(duì)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞增殖起到重要作用的微環(huán)境。在此環(huán)境中有相當(dāng)大比例的Nestin腫瘤干細(xì)胞與脈管相伴隨并處于增殖狀態(tài)。微環(huán)境不僅調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的增殖。并且其中的內(nèi)皮細(xì)胞也能調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的自我更新,保護(hù)干細(xì)胞免受外界環(huán)境的損傷,對(duì)放射治療和化學(xué)治療有明顯的耐受性。同時(shí),也有研究表明血管微環(huán)境可以通過(guò)Akt/PKB通道使膠質(zhì)瘤干細(xì)胞對(duì)化學(xué)治療產(chǎn)生耐受性.Akt通道同樣能使膠質(zhì)瘤干細(xì)胞對(duì)放射治療產(chǎn)生耐受性。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞通過(guò)高水平分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascularendothelialgrowthfactor,VEGF),從而促進(jìn)新生血管生成。最近的研究發(fā)現(xiàn)Nestin/CD133膠質(zhì)瘤干細(xì)胞數(shù)量與微血管密度(Microvesseldensity,MVD)有關(guān),其含有的Nestin+/CD133干細(xì)胞數(shù)量越多,MVD越高。血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的可溶性因子能維持神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新和未分化表型。有實(shí)驗(yàn)證明內(nèi)皮衍生因子能同樣維持膠質(zhì)瘤腫瘤干細(xì)胞的自我更新,研究者將膠質(zhì)瘤干細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞置于transwell盒共同培養(yǎng)2周后,內(nèi)皮細(xì)胞分泌的可溶性因子促進(jìn)了腫瘤球(Tumorsphere,TS)的生長(zhǎng),腫瘤球大小是對(duì)照組的5倍,且自我更新能力強(qiáng)于后者;將內(nèi)皮細(xì)胞與腦腫瘤干細(xì)胞混合植入免疫缺陷小鼠體內(nèi),移植瘤的形成和生長(zhǎng)速度明顯加快,所含腦腫瘤干細(xì)胞的數(shù)量亦顯著增加。原癌基因ERBBZ,其編碼的跨膜糖蛋白是具有酪氨酸激酶活性的受體。ERBBZ信號(hào)通路常啟動(dòng)腫瘤的血管生成。同時(shí),內(nèi)皮細(xì)胞分泌的因子也維持著C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞移植瘤中的腫瘤干細(xì)胞的自我更新。上述研究強(qiáng)調(diào)了微血管在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的重要作用,特別是內(nèi)皮細(xì)胞與膠質(zhì)瘤干細(xì)胞共移植加快了腫瘤形成的速度,說(shuō)明微血管有助于腫瘤的形成;而破壞血管生成可導(dǎo)致已形成的腫瘤生長(zhǎng)減慢,提示微血管對(duì)腫瘤的維持起著關(guān)鍵作用。有學(xué)者推測(cè),干細(xì)胞或祖細(xì)胞在血管性niche內(nèi)發(fā)生突變時(shí),較在niche外突變形成腫瘤的可能性更大。通過(guò)體內(nèi)成瘤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),膠質(zhì)瘤干細(xì)胞與普通膠質(zhì)瘤細(xì)胞種植形成的腫瘤在外觀及病理特征上存在顯著差異,前者形成的腫瘤血供更豐富,壞死和出血更多。既往認(rèn)為,在腫瘤血管新生過(guò)程中,VEGF主要由基質(zhì)細(xì)胞(特別是成纖維細(xì)胞)分泌。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),膠質(zhì)瘤干細(xì)胞能持續(xù)表達(dá)高水平的VEGF,特別是在缺氧條件下為甚,VEGF能明顯增加內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和促進(jìn)血管生成。4核心膠質(zhì)瘤干細(xì)胞池血管性和缺氧性的微環(huán)境在很大程度上一直被認(rèn)為是無(wú)關(guān)聯(lián)的存在并且大多數(shù)的研究都集中在影響膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的孤立的niche上。然而,越來(lái)越多的證據(jù)表明,這些niche之間有相互的交聯(lián)。例如,缺氧是參與誘導(dǎo)新血管生長(zhǎng)的主要影響因子,通過(guò)上調(diào)血管新生因子的表達(dá),比如VEGF,SDF1,血管生成素1和2。更進(jìn)一步說(shuō),缺氧增加膠質(zhì)瘤干細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞分化成為內(nèi)皮樣細(xì)胞從而導(dǎo)致血管生長(zhǎng)。新成立的血管通過(guò)改善腫瘤氧合來(lái)抵消低氧微環(huán)境。膠質(zhì)瘤干細(xì)胞顯然在缺氧性及血管性niche中共享一組常見(jiàn)的標(biāo)記和簽名基因,所以能夠推測(cè),它們是屬于同一個(gè)核心膠質(zhì)瘤干細(xì)胞池,從而能適應(yīng)不同的所處環(huán)境的不同條件。雖然缺氧性和血管性的niche通常在解剖學(xué)上被定義成各自單獨(dú)的微環(huán)境,但是微血管增殖,作為一個(gè)診斷膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的參考,經(jīng)常位于缺氧性壞死的周圍。綜上所述,這些研究支持一個(gè)不僅在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞和它的niche間并且在這些最終支持膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的傳播的niche之間的相互間具有復(fù)雜交聯(lián)的模型。5關(guān)于