胶质瘤化疗耐药细胞与胶质瘤干细胞的关系

向定朝综述 许慧中 王存祖审校

胶质瘤一直是神经外科领域的治疗难题，病理Ⅲ级以上的患者，即使综合治疗，其平均生存期也仅12～18个月［1］。化疗是胶质瘤术后辅助治疗的重要措施之一。目前国际上公认的胶质瘤化疗首选药物是替莫唑胺［2］，但研究显示替膜唑胺也仅能小幅延长患者生存时间，而不能改善其预后，主要是因为胶质瘤化疗耐药的存在，使得替莫唑胺的总体疗效欠佳，且治疗后易复发［3］。近年来，“肿瘤干细胞学说”的提出，以及从胶质瘤中分离出来的胶质瘤干细胞(glioma stem cells，GSC)，其耐药性比普通肿瘤细胞强［4］。我们通过对比胶质瘤化疗耐药细胞和GSC的肿瘤生物学特性，研究发现两者之间有许多相似之处，并具有某种相关性。现总结如下。

1 胶质瘤化疗耐药的特性

1.1 胶质瘤化疗耐药的机理

胶质瘤化疗耐药细胞对化疗药物耐药是其最重要的生物学特性。其概念是指胶质瘤细胞在经过化疗药物作用后，残存下来的一部分对化疗药物不敏感的细胞。Fueyo等［5］研究认为，胶质瘤细胞对烷化剂类药物(如替莫唑胺)耐药，与O6－甲基鸟嘌呤－DNA－甲基转移酶(O6－methylguanine DNA methyltranferase，MGMT)有关，临床上可以根据其MGMT的表达情况，对胶质瘤患者进行个体化化疗。但Frosina［3］指出，胶质瘤细胞耐药的主要原因与肿瘤细胞DNA的多种异常修复机制有关，而对于MGMT相关的DNA修复机制，不能过高的评估。Gottesman等［6］研究认为胶质瘤耐药与药物靶点变异或者异常表达、药物失活、或者化疗药物被泵出细胞外有关。目前多数学者认为胶质瘤化疗耐药是多机制，多因素参与的结果，主要有以下几种:①肿瘤细胞DNA的多种异常修复机制;②化疗药物的作用靶点变异或减少;③化疗药物失活增加;④化疗药物在肿瘤细胞内被泵出或积聚减少;⑤肿瘤细胞凋亡与抗凋亡机制失衡等。

1.2 GSC的耐药现象和机理

以GSC作为靶细胞，研究其耐药现象和发生机理，是目前的热点。尽管目前对于"GSC"这一名称，一直持有很大分歧［4，7］，但这一全新概念正逐渐被众多学者所接受。研究发现GSC具有较强的耐药性。Shervington等［8］研究发现，同正常脑组织相比，CD133高表达的胶质瘤组织有明显的耐药性，研究还发现胶质瘤中CD133阳性细胞的比率大约是正常脑组织的10倍，且CD133阳性细胞比CD133阴性细胞表现出更强的化疗耐药性。GSC的这种强耐药特性与其处于休眠状态、停滞于细胞周期中的G0/G1期有关［9，10］，这种状态可以使其逃避常规的放、化疗。我们认为GSC的内在耐药性(如停滞于G0/G1期、谷胱甘肽－S－转移酶、耐药基因和蛋白等)和获得性耐药(如药物的作用靶点变异)是其耐药的主要原因。

1.3 以GSC为特征的多药耐药现象和机理

多药耐药(multiple drug resistance，MDR)是恶性肿瘤的特殊生物学特征，是指恶性肿瘤细胞接触1种抗癌药后，继而对多种结构不同、作用机制各异的其他抗癌药产生耐药性。胶质瘤化疗耐药细胞和GSC均具有肿瘤特殊的多药耐药现象，而以GSC更为显著。

有研究显示常规化疗剂量的替膜唑胺对GSC的抑制作用较弱，远不如普通胶质瘤细胞明显。这与GSC中高表达ABCG2相关，是GSC耐药的主要原因，而与MGMT无关［11］。GSC对于替膜唑胺耐药，相对于MGMT机理而言，ABC基因家族成员作用更加广泛，其中ABCG2扮演着十分重要的作用［12，13］。在胶质瘤细胞中，ABC家族中的ABCG2可以使化疗药物外流，从而避免药物毒害;在血管内皮细胞中，ABCG2激活，就构成了血脑屏障。ABCG2转运蛋白是1种与肿瘤MDR有关的新的药物排出泵，具有维持干细胞稳定性、维持组织细胞的稳态等生理功能，在低氧环境中ABCG2的上调可增加肿瘤细胞对化疗药物的抗药性。ABCG2通过结合和水解ATP并利用能量，转运多种化疗药物，把具有不同化学结构和作用于细胞内不同位置靶点的化疗药物泵出胞外，从而使肿瘤对多种抗癌药物产生抗药性。ABCG2的表达情况与肿瘤化疗效果有密切关系，高表达者化疗效果不佳，而低表达则疗效较好。Dean［12］认为ABCG2作为1个新的ABC超家族膜转运蛋白，在肿瘤细胞对抗癌药物的耐药性中起了重要的作用，介导非典型MDR途径。胶质瘤中也存在着一小群边缘(side population，SP)细胞，当胶质瘤经过替膜唑胺治疗后，SP细胞数量增加，ABCG2表达增加，细胞的耐药性增强。Bleau等［14］研究认为，SP细胞就是 GSC的1种细胞模型，在化疗耐药中起了重要作用。而ABCG2可能是GSC发生耐药的根本原因，或许可以作为GSC的新标记。

2 GSC的特性

肿瘤化疗耐药细胞所具有的耐药性，是其躲避化疗而得以生存的基础，这也直接导致了以后肿瘤复发。可以认为胶质瘤化疗耐药细胞就是导致肿瘤复发的直接来源。近年来提出的“肿瘤干细胞”假说，认为耐药的主体细胞为GSC。GSC被认为是导致肿瘤复发的主要原因。

2.1 GSC具有不稳定的自我更新、增殖特征

有体外培养GSC研究发现，GSC具有自我增殖、多元分化的潜能［10］。GSC具有以下生物学特性:①具有自我更新和增殖的能力，但GSC无稳定性，且不能正常调控;Kennedy等［15］用GSC与神经干细胞相比，GSC的自我更新能力以及增殖能力都明显强于神经干细胞。②在动物模型上，同位移植最小数量的GSC后，即能形成与原始肿瘤性质相似的肿瘤，且这一特性已作为鉴定肿瘤干细胞的金标准。这些特性有力地佐证了GSC就是导致肿瘤复发的根本原因。目前我们也已有相关实验数据表明，在经过化疗药物处理后的胶质瘤细胞中，所含GSC的比例明显增加，在胶质瘤化疗耐药细胞中占主要成分。因此GSC胶质瘤基因靶向治疗，将可能是克服胶质瘤耐药的新途径［16］。

2.2 GSC高侵袭特性和机理

胶质瘤化疗耐药细胞和GSC均表现出高侵袭和远处转移的特性。Ferguson［17］通过MRI检查来研究复发的胶质瘤患者的病灶特征，发现常常在坏死的病灶周围出现大片环形水肿带，这提示肿瘤细胞对周围的正常组织具有浸润转移。故常常手术难以彻底切除肿瘤病灶。

2.2.1 GSC具有促血管生成特性 通过对GSC的分布特征进行研究，发现GSC常常密集分布于微血管周围。故有学者认为GSC具有通过血管生成因子，参与调控和促进肿瘤血管生成的特性［18］。GSCs具有自发产生高水平促血管生成因子VEGF的能力，并诱导内皮细胞和内皮祖细胞增殖、迁移和管型形成作用。现研究已证明，肿瘤边缘富含GSC，在肿瘤侵袭前沿发挥促血管生成作用，进而为肿瘤侵袭、转移提供物质支撑［19］。

2.2.2 GSC具有高侵袭特性 GSC还呈高侵袭特性，虽然GSC运动能力很弱，却具有极强的浸润转移能力［20］。在动物致瘤实验中，给予极少量的GSC细胞就可以形成移植瘤，且表现为形态幼稚的细胞浸润瘤周组织。故在人体内，GSC易向瘤周脑组织侵袭，这些侵袭入瘤周的GSC不易被手术治疗彻底清除，加之具有对常规放化疗的抵抗性，术后的辅助治疗也难以将其杀灭，GSC成为肿瘤复发的“种子”。

3 胶质瘤化疗耐药细胞和GSC的相关性

目前关于两者相关分析的文献罕见，通过近来以上的部分文献分析，以及结合我们的部分实验研究结果，认为两者密切相关。对比传统观点(胶质瘤化疗耐药细胞就是胶质瘤复发的直接原因)与近年来的“GSC学说(GSC被认为是维持胶质瘤发生、发展以及复发的关键因素［4，13，21～22］)”，我们认为两者都是导致胶质瘤术后复发的根源，只是两者从不同的角度和特性来阐释了胶质瘤耐药以及复发的机制。但是也不能认为两者就是同一类细胞，因为导致胶质瘤耐药的原因很多，胶质瘤化疗耐药是1个十分复杂的生物学过程，具有多机制、多因素的特点，因此也不能认为胶质瘤化疗耐药细胞中全部都是GSC。我们通过已获得的部分实验数据分析，认为导致胶质瘤化疗耐药的并不全是GSC，两者可能呈现为1种交叉存在的关系，即胶质瘤化疗耐药细胞中，大部分细胞是GSC，也存在一小部分非肿瘤干细胞;同时在GSC亚细胞群中，大部分对化疗药物表现为耐药现象，也存在一小部分对化疗药物相对敏感的细胞，即GSC亚群对化疗药物呈现为不同层次的敏感性。

综上所述，有理由认为胶质瘤耐药是1个复杂的多因素、多机制参与的生物学活动的过程。因此在针对胶质瘤耐药的研究中，不仅要从GSC的角度，而且也要从胶质瘤化疗耐药细胞着手，进一步深入研究耐药原因，探索新的GSC筛选培养方法，寻找GSC的特异性标记物，探寻胶质瘤化疗的新靶点和药物，以期从根本上解决胶质瘤化疗耐药的问题，使胶质瘤患者得到更为有效的治疗。

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