颅内恶性肿瘤发病机制研究进展

苗振静，马旭辉

颅内原发恶性肿瘤源自脑组织、脑膜、脑神经、脑垂体和脑血管等颅腔内组织。儿童以颅后窝及中线肿瘤较常见，主要为髓母细胞瘤、颅咽管瘤及室管膜瘤；成人以大脑半球胶质瘤最多见，如星形细胞瘤、胶质母细胞瘤、室管膜瘤等，其次为脑膜瘤、垂体瘤、颅咽管瘤、神经纤维瘤、海绵状血管瘤及胆脂瘤等。颅内肿瘤在成人约占全身恶性肿瘤的1.5%，居恶性肿瘤的第11位，儿童则占全身恶性肿瘤的7%，高居第2位[1]。其病因尚未明确，传统观点认为与种族、遗传、理化因素、血脑屏障功能紊乱等相关。当前许多学者致力于其发生机制的研究，力图揭示新的治疗思路与靶点。

1 遗传因素

1.1 体细胞突变 颅内肿瘤是多因素、多基因、多阶段的发生发展过程，涉及多条染色体的异常、癌基因的激活和抑癌基因的失活。近年来细胞分子遗传学研究发现，颅内肿瘤细胞染色体可发生断裂、片段缺失、易位、重排等情况。髓母细胞瘤起源于原始胚胎细胞残余，研究发现17号等臂染色体是其最常见的细胞遗传学改变；1号染色体改变为三倍体而无短臂丢失；其它染色体改变有17、10、11号染色体杂合性缺失和7号染色体获得[2]。

多项研究表明7、10和17号染色体及p53、p16、表皮生长因子受体（EGFR）等基因在胶质细胞瘤的发生发展中起着重要作用[3]。不同类型的胶质瘤及其不同发展阶段均有其特异的遗传学改变。Rb基因功能缺失与间变型星形细胞瘤相关。约30%的星形细胞瘤有22q的杂合性缺失和13号染色体等位基因缺失。继发型（Ⅰ型）胶质母细胞瘤中最常发生的遗传学改变是7号染色体的获得和单个性染色体的缺失；17号染色体短臂的突变和等位基因的缺失也很常见，且这种改变与突变型p53基因所致的p53蛋白异常积聚有关[3，4]。原发型（Ⅱ型）胶质母细胞瘤恶性度高，其最常见的遗传学改变是定位于7p的EGFR基因扩增；其10号染色体缺失的是整条染色体，而Ⅰ型缺失的是10号染色体的长臂。多型性胶质母细胞瘤最常见的细胞遗传学的改变是7和20号染色体的获得； 此外，10、22、9、13、14 号和单个性染色体的缺失也可见到；位于18q21的DCC基因的异常与多型性胶质母细胞瘤的恶性程度和侵袭性有关[5]。

少突神经胶质瘤最常见的遗传学改变是19号染色体长臂的杂合性缺失，以及1号染色体短臂的杂合性缺失，而且这两种杂合性缺失常同时出现。17号染色体短臂的缺失频繁发生于室管膜瘤，亦可见22号染色体长臂的抑瘤基因NF2 的突变[5，6]。

1.2 表观遗传学 表观遗传学是与遗传学相对应的概念，是指基因序列不发生变化（基因型未变化）但是基因表达却发生了可遗传的改变（表型改变）。表观遗传在控制人体多种类型细胞的生长和分化等行为方面扮演着重要的角色。表观遗传修饰主要包括DNA以及一些与DNA密切相关的蛋白质的化学修饰，另外某些非编码的RNA也在表观遗传修饰中起着重要的作用。

DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶DNMT1的催化作用下甲基团加于CpG（胞嘧啶/鸟嘌呤）碱基对的胞嘧啶上（富含CpG的序列或区域称CpG岛，CGIs）。肿瘤细胞CGIs的甲基化包括低甲基化（正常甲基化序列的甲基化缺失）和高甲基化（正常非甲基化序列位点的甲基化）。CGIs低甲基化可导致染色体紧缩和抑癌基因沉默；而CGIs高甲基化可激活肿瘤基因，导致染色体不稳定。在胶质母细胞瘤中，抑癌基因RB1启动子区发生高甲基化，并导致该基因在胶质母细胞表达缺失；抑癌基因p16 INK4启动子区的CGIs高甲基化是高级别胶质瘤发生的原因之一。由于CGIs甲基化导致抑癌基因转录失活是一个可以逆转的表观遗传学基因修饰过程，该逆转（即CGIs去甲基化）可直接恢复抑癌基因的功能，因此极有可能成为肿瘤基因治疗的新靶点[7,8]。

通常DNA、组蛋白、非组蛋白以及少量RNA包装成染色质存在于细胞核中。组蛋白是染色质的基本结构蛋白，其N-末端可通过共价修饰作用发生乙酰化、甲基化、泛素化以及磷酸化等修饰。组蛋白修饰可引起核小体结构的变化，导致染色质重塑，影响各类转录因子与DNA的结合，进而影响基因转录，并影响细胞周期、分化和凋亡，导致肿瘤发生[9]。

真核生物mRNA编码区同源的外源双链RNA能特异地诱导其同源mRNA的降解，导致相应的基因沉默，这一现象被称为RNA干扰（RNAi）。RNAi常见的功能性非编码RNA有 siRNA（short interfering RNA）和 miRNA（microRNA），它们能在染色质水平、转录水平、转录后水平和翻译水平上对某些基因的表达进行调控，与肿瘤的发生密切相关[10]。

如上所述，表观遗传修饰能从DNA、蛋白质、染色质及RNA等诸多水平上调控基因的表达，且不同水平调控之间相互关联，任何一方面的异常都可能影响到其它水平上的表观遗传修饰，构成了一个完整的表观遗传调控网络，影响着肿瘤的发生发展。

2 免疫因素

由于血脑屏障的存在，中枢神经系统（CNS）很大程度上限制了免疫细胞和分子的自由通过而通常认为是免疫 “豁免”器官。免疫功能在一定程度上的“豁免”可以有效地避免异常的免疫活性过程对正常脑组织的损伤，但同时也为肿瘤的发生和发展提供了机遇。免疫逃逸机制在脑瘤的发病中有极为重要的地位。

研究发现在脑胶质瘤中HLA-G有一定程度的表达[11]。HLA-G属于MHC-Ⅰ类分子，它可直接抑制CD4+和CD8+T细胞的免疫效应，可直接或间接抑制NK细胞表面受体的相互作用而抑制其免疫监视功能。

FasL为Fas的配体，属于肿瘤坏死因子家族，主要表达于活性的T淋巴细胞，通过Fas-FasL结合导致Fas阳性细胞凋亡。脑胶质瘤细胞表面的FasL将“死亡信号”传递给单核细胞、中性粒细胞及T淋巴细胞，使其表达Fas，并与之结合启动Fas-FasL系统导致上述免疫细胞凋亡，进而导致局部炎性因子减少和相关粘附分子表达下降，削弱机体的非特异性和特异性免疫功能，影响脑胶质瘤细胞的生长。神经胶质瘤细胞中存在FasL的高表达[12]。

肿瘤源性的免疫抑制因子在细胞免疫功能抑制中扮演重要角色。脑瘤细胞能通过自分泌或旁分泌方式产生一些免疫相关因子影响细胞免疫功能而逃避免疫监视和攻击。胶质瘤细胞自分泌产生的转化生长因子-β（TGF-β）可通过控制调节某些细胞周期必需基因的表达、介导T细胞系的凋亡、诱导肿瘤浸润T淋巴细胞和淋巴因子激活的杀伤细胞失能等方式致使细胞免疫功能抑制。脑胶质源性的免疫负性因子白细胞介素-10可广泛抑制T细胞的免疫效应，还可以诱导基质金属蛋白酶的产生促使脑胶质瘤的播散和转移[12]。

但CNS的免疫“豁免”是相对的。无论血脑屏障受损与否，在颅内疾病过程中，外周免疫细胞均可通过血脑屏障进入脑实质并启动脑内的免疫应答排除致病因子；神经胶质细胞亦可通过合成和分泌多种与免疫相关的、功能复杂的生长因子和细胞因子，参与神经系统的多条信号传导通路影响神经系统的功能。在CNS免疫中，胸腺依赖的细胞毒性T细胞所介导的细胞免疫对外来的损伤和刺激起主要作用。CD4+T辅助细胞接受抗原递呈细胞加工处理的抗原后，可以活化CD8+T效应细胞，释放穿孔素并表达FasL而启动凋亡途径，杀伤靶细胞。小胶质细胞（MG）作为CNS的免疫活性细胞在免疫调节中发挥着核心作用。当CNS损伤时，MG接受损伤信号刺激可快速演变为激活的MG和脑巨噬细胞发挥吞噬作用，而且还参与抗原的递呈，但其抗原递呈作用远弱于树突状细胞（DC），且受到胶质瘤细胞分泌的免疫抑制因子等的制约[13]。

3 细胞表面物质与粘附分子

肿瘤细胞膜表面物质是当前分子靶向研究的热点之一。表皮生长因子受体（EGFR）是癌基因c-erbB1编码的一种具有磷酸化功能的跨膜糖蛋白，具有酪氨酸激酶的活性，基因定位于第7号染色体短臂。EGFR普遍表达于人体的表皮细胞和基质细胞，正常脑组织中不表达。在脑恶性肿瘤中常出现扩增、重排、突变和高表达，借助于信号转导使细胞生长失控和转化。有研究显示EGFR在胶质瘤中总的阳性率为65%，且与病理分级呈正相关；并与趋化因子受体4（CXCR4）有协同刺激作用，在Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤中多同时出现CXCR4蛋白和EGFR蛋白表达增强[14]。CXCR4为基质细胞衍生因子1（SDF-1）的专属受体，属于细胞因子的一个超家族，与肿瘤的增殖、侵袭相关。Ehtesham等[15]研究发现在侵袭性生长的恶性胶质瘤细胞中CXCR4从分子和蛋白水平都过度表达,是非侵袭性胶质瘤细胞中的25～89倍。

肿瘤的生长和转移离不开肿瘤新生血管。肿瘤血管形成是一个包括内皮细胞的增殖、迁移、分化等的复杂的多步骤过程，多种细胞因子和生长因子参与这一进程。其中血管内皮细胞生长因子（VEGF）是已知的最强的直接作用于血管内皮细胞的生长因子，与肿瘤生物学特征直接相关。VEGF在脑肿瘤的发生、瘤血管的形成及瘤周组织水肿等方面是重要的始动因子。VEGF的表达受多种细胞因子和生长因子的调控，如bFGF、EGF/EGFR、PDGF等相关受体的过表达均可能导致Ras基因的激活，将细胞增殖信号传至细胞核，从而加强mRNA的表达。有研究表明在胶质母细胞瘤中VEGF mRNA水平达正常脑组织的50倍[16]。VEGF被视为抑制血管形成的最重要的靶向分子之一。

环氧化酶-2（COX-2）是花生四烯酸合成前列腺素和血栓素过程中的一种限速酶，在多种肿瘤中存在高表达。孔世奇等[17]研究显示在脑胶质瘤中COX-2与VEGF在肿瘤实质坏死区及血管密集区表达明显，并与肿瘤组织的微血管密度（MVD）呈正相关，提示COX-2可能通过COX-2-PGE2-VEGF信号传导通路发挥促血管生成作用。

在肿瘤的侵袭和转移过程中，细胞粘附分子的作用不容忽视。粘附分子依据其结构特征可分为整合素、免疫球蛋白超家族、钙粘附素、CD44等。整合素是一类重要的细胞表面受体，通过相应的配体介导细胞、细胞外基质（ECM）相互之间的粘附反应，接受并传导级联信号，调节细胞的生物学行为，可使肿瘤细胞同质性粘附下降，异质性粘附增强，有利于肿瘤细胞的侵袭与转移。多数免疫球蛋白超家族成员能介导钙非依赖性同种和异种细胞间的粘附反应。钙粘附素也是一类跨膜糖蛋白，可通过钙依赖的同种亲和性细胞间粘附参与维持细胞间的连接。CD44为细胞表面跨膜糖蛋白，是透明质酸酶及其它一些糖蛋白在细胞膜上的受体，能通过影响G蛋白在细胞间的位置参与信号传导，参与细胞运动。CD44s在胶质瘤中高表达，并随恶性度增高而表达增强[18-20]。

4 脑瘤干细胞

肿瘤干细胞学说认为：在肿瘤组织中存在极少量具有自我更新、无限增殖、多潜能分化等能力的肿瘤细胞，即肿瘤干细胞，是肿瘤起源、增殖、侵袭、转移、耐药和复发等恶性行为的根源。2003年Singh等[21]和Hemmati等[22]分别成功地从人脑肿瘤组织中分离出可以形成肿瘤球的细胞，这些细胞与正常神经干细胞（NSCs）相似，表达其标记物Nestin、Musashi-1、CD133等，为 CD133+细胞，增殖能力比 NSCs更强，并能分化为与原发肿瘤相同的表型，具备肿瘤干细胞的所有特征，证实了脑肿瘤干细胞（BTSCs）的存在。BTSCs具有特征性的ABC 转运体（ATP-binding cassette transporter），能将许多药物转运出细胞外而对化疗耐药。

BTSCs与 NSCs渊源很深。 Hedgehog（Hh）和 Wnt信号传导通路是BTSCs与NSCs共有的细胞信号传导通路。正常情况下，NSCs完成必要的更新后Hh和Wnt通路即关闭；然而在某些因素刺激下通路持续激活，使NSCs处于持续分裂状态，基因突变机会增加，逐步演化为不需外来刺激也可自身激活Hh或Wnt的肿瘤干细胞。NSCs基因突变使其 “永生化”DNA链不断扩增，形成非整倍体核型，促进NSCs对称分裂机制紊乱使细胞“永生化”而转化为BTSCs[23]。肿瘤干细胞学说无疑是近年来最吸引广大学者眼球的肿瘤发病学说之一。

关于脑肿瘤的发生机制有很多学说，体细胞突变、表观遗传修饰、免疫逃逸、信号传导异常、新血管生成、肿瘤干细胞、对称分裂机制紊乱等，各有其科学性和片面性、局限性，又有密切相关性。有机地结合这些学说并使之不断完善对于脑肿瘤的基础和临床研究具有重大的指导意义。

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