脑肿瘤干细胞研究进展.pdf

1 引言 近年来，肿瘤干细胞(Cancer Stem Cell, CSC)概念得到极大关注。肿瘤干细胞学说认为肿瘤由不同分 化阶段的肿瘤细胞构成，只有处于最“上层”的一小群细胞(约占肿瘤细胞群体的0.01%-1%)，即肿瘤干细胞 才是造成肿瘤演进、复发和转移的根源。到目前为止，人们已经在急性髓系白血病、脑肿瘤、乳腺癌、前 列腺癌、直结肠癌中鉴定出了这样一小群具有无限增殖、自我更新及多向分化潜能等特性的细胞。 目前常用的脑肿瘤干细胞(BTSC)的分选标记CD133 和nestin 等，同时也是神经干细胞(neural stem cell, NSC)的分选标记。寻找BTSC 特异分子标记，深入探讨BTST 的生物学特性及成瘤机理，开展针对 BTSC 的靶向治疗，都是重要的研究课题。本文就正常神经干细胞与脑肿瘤干细胞的研究现状作一综述。 2 NSC 与BTSC 2.1 NSC 在胚胎发育早期，NSC 在数量上占有绝对优势，它们通过对称分裂的方式产生保持干细胞特性的子代 细胞，同时实现数量上的扩增。在进入neurogenic phase 后，NSC 通过不对称分裂的方式，产生一个与 母细胞相同的子代干细胞和一个神经元前体细胞，后者继续分化为神经元。进入胶质形成期(gliogenic phase)后，继续重演上述不对称分裂方式，产生胶质前体细胞，分化为星形细胞和少突胶质细胞。至此， NSC 的数量已经大大减少。以啮齿类动物为例，从胚胎第8 天(E8)的50%迅速缩减到E12 的10%，直 至出生后一天(P1)，已不到1%。不过这样一小群干细胞在大脑发育成熟之后并未消失，它们主要集中在端 脑侧脑室的脑室下区(subventricular zone, SVZ)和海马的齿状回，即成体干细胞。在猴和人类的成熟脑组 织，仍然存在neurogenesis。此时的干细胞与胚胎早期的干细胞已不可同日而语，它们自身在分化发育的 过程中获得了一些新特性，如能对生长因子发生反应等。 90 年代开始，由Reynolds 和Weiss 等开创了NSC 体外培养的先河。他们从小鼠新纹状体分离出的 单个细胞能在EGF 存在的情况下增殖形成神经球(neurosphere)并能表达神经上皮标记nestin。撤去EGF 之后，神经球则分化为神经元、星形细胞和少突胶质细胞。然而，由于当时缺乏特异的细胞表面标记，如 何筛选获得这样一小群细胞成为制约干细胞研究的瓶颈。直至2000 年，Uchida 等人将CD133 应用于 NSC 的筛选获得成功之后，NSC 的基础研究才获得了长足进步。 2.2 BTSC 2003 年Singh 等人在脑肿瘤中分离到一群增殖活性较强且能在体外形成明显神经球的干细胞样细胞， 连续传代后干细胞特性并未消失，并表达CD133，认为它们就是BTSC。 这群CD133+(1%)细胞较CD133-细胞群，增殖活性较强，在培养条件下可分化为与原发肿瘤表型类 似的细胞，核型分析显示存在异常遗传学改变，如从髓母细胞瘤中分离得到的肿瘤干细胞较常发生10 号染 色体缺失。同年，Hemmati 等人也在儿童脑肿瘤中分离出了BTSC，并采用RT-PCR 的方法证实其表达 多种NSC 特有基因，如Musashi-1、Sox2、Bim1 和CD133 等。 体外分离培养BTSC 获得成功之后，一些实验小组又开始在裸鼠体内对其生物学行为进行进一步探 讨。例如，Yu 等证实只需要5000 个左右的GBM 神经球形成细胞，就足以在裸鼠体内形成肿瘤;而给予 250,000 个非神经球形成细胞也难以在裸鼠体内形成肿瘤。 BTSC 不仅存在于肿瘤组织中，也存在于培养的肿瘤细胞株中。到目前为止，已经在小鼠GL261 胶 质瘤细胞株和人类胶质母细胞株C6、U251 和U87 等细胞株中分选出了BTSC，极大地推动了脑肿瘤干细 胞的基础研究。 3 BTSC 的分子标记 3.1 CD133 CD133(Prominin-1)是具有5 个跨膜结构域的大分子糖蛋白，分子量120kD ，最初从小鼠的原始神经 上皮中分离得到[25]。人类的Prominin-1 通过鼠源AC133 单抗识别并鉴定，2000 年正式命名为CD133 。 它的配体和功能目前尚未完全阐明，CD133 随着细胞的分化而下调，但在多大程度上影响干细胞的自我更 新和多向分化潜能还没有定论，根据其细胞定位推测它可能与细胞的极性和运动，以及细胞和周围环境(干