肿瘤干细胞——脑胶质瘤放疗新靶点

王志震(综述)，王 平(审校)

(天津医科大学附属肿瘤医院放疗科 天津市“肿瘤防治”重点实验室,天津 300060)

神经胶质瘤在成人脑肿瘤中恶性程度最高。目前标准联合治疗方法包括外科手术、放疗和药物治疗，如替莫唑胺辅助放疗可以将患者的生存时间增加2年[1]。胶质瘤细胞的2 Gy存活分数值在体外实验中不是特别高，即使在这种联合治疗的模式下，胶质瘤患者接受相对较高的总放疗剂量，平均生存期仍然只有14.6个月左右[2]。主要原因是放疗后早期脑内复发。

1 放疗疗效提高的关键靶点

胶质瘤患者放疗失败的传统理论解释是放疗后瘤内残存耐放射的肿瘤干细胞(tumor stem cell,TSC)。TSC假说[3-4]认为，肿瘤克隆保持完全依赖于少量具有干细胞特性的CD133+细胞，即TSC，这些细胞具有独特的自我更新能力、增殖能力和多向分化潜能，其子代细胞不具备这些特征，这些TSC相对抗拒放疗和化疗，是肿瘤复发的根源。TSC可能来源于突变的正常神经干细胞或已分化细胞，这些细胞是肿瘤的起源，也是肿瘤生长的源泉[5]。瘤体内TSC散在于分化细胞与血管组成的保护龛内，保持休眠和自我更新的状态，在损伤刺激作用下，开始增殖并向不同方向分化，产生神经元或胶质细胞[6]。大体肿瘤的消灭并不能完成肿瘤治疗的终极目标，如果TSC被遗漏，将是“星星之火，可以燎原”之势。为了治愈肿瘤必须找到并消灭所有肿瘤细胞和TSC[7]。脑组织中潜在TSC的靶向放疗会解决这一问题，改善患者生存率。

2 TSC靶向放疗的可行性

在放疗的探索中面临着一个问题：放疗剂量提高=TSC抗性的改善=放疗疗效提高？传统观念认为胶质瘤疗效差本质在于TSC对射线存在抵抗性。由于DNA修复早期启动、Notch的激活，导致放疗后TSC残留，但是TSC的敏感性不是一成不变的[4,12-13]。TSC的特性及周围环境决定了其存在状态：平时处于休眠期，更加抵抗于射线，损伤困难。TSC在损害刺激下进入增殖期，对射线更加敏感，迁移以补充肿瘤细胞群落的消耗，所以放疗更易于使其早期动员进入增殖期，被杀伤。放疗剂量的提高或者TSC放疗敏感性的改变，理论上能够消灭TSC，至少可以改善或提高控制率。

事实并非如此，以前临床研究显示：脑胶质瘤术后瘤床周围放疗50～60 Gy可以显著改善生存率，但是进一步提高剂量、使用不同的射线源、使用不同的剂量分割模式或者增加其他改善放射敏感性的辅助治疗方法并未产生显著改善[14]。所以，局部控制的进一步改善不依赖于放疗技术本身或者TSC放疗敏感性的改变，可能与TSC空间隐匿、残留有关。

神经胶质瘤放疗失败的可能原因是肿瘤细胞从一个或多个原发灶广泛迁移到健康的双侧脑组织[15-16]。这些孤立的细胞不能被当前的影像技术、甚至生物成像检测到，因此通常不在放疗靶区内，它们扮演了放疗抗拒，从而使局部复发的根本力量。虽然在多种实体瘤中已经分离并确认了干细胞的存在，但是干细胞分散于组织内，无法明确其治疗的解剖位置，对其精确打击造成了困难。胶质瘤的TSC研究逐步明确了其巢灶位置及迁移规律，提示了放疗损伤规避机制，为避免放疗中TSC的遗漏提供了契机[17]。

在胶质瘤的治疗中，TSC越来越多地被人们所重视。除了TSC的分离、培养与免疫鉴定，当前国内外研究主要集中在两方面：①直接靶向于TSC，以直接消融、促进分化、抑制或促进其关键信号通路、抑制其存活血管微环境等方法消灭TSC[8-9]；②作为放化疗敏感性调节新的有效靶点，即弄清瘤体内不同位点之间及TSC本身的放射敏感性[10-11]，力求通过药物调节其敏感性或提高放疗剂量，以提高疗效。细胞分子水平的治疗涉及繁杂的分子网络，难以精确定位。作为有效的局部控制手段，放疗只要弄清楚TSC的宏观位置，疗效将确切而稳定。

文献显示，成人脑组织中正常脑神经干细胞驻留区域为侧脑室侧周3～5 mm厚的区域称为脑室周围区和海马结构的亚层(即颗粒下层)[18-19]，可以明确勾画其影像学范围[20-21]。这些区域即干细胞巢，可产生神经干细胞并保持在未分化状态。动物实验报道[22-23]：正常干细胞而非分化细胞的转化导致了肿瘤形成。干细胞巢是TSC的源头储藏池或者“避风港”。大脑独特的解剖形态可以从已分化组织中明确区分出干细胞巢。在皮质层受损和分化细胞(包括胶质细胞和神经元)接近损伤临界点的情况下，在脑室周围区的正常神经干细胞分裂活跃，沿着固定迁移通路-延髓的迁徙流-迁移细胞至嗅球，在那里分化为成熟的神经元补充给损伤区[5,24-25]。在齿状回，神经发生出现在颗粒下区，局部产生神经细胞，迁入颗粒细胞层[26]。此结论符合神经祖细胞从干细胞巢往外迁移的模式。或许出于修复目的，产生的子代细胞甚至可以沿皮质纤维侵袭到对侧和同侧半球的胼胝体，这就是开颅手术后胶质瘤会双侧复发的原因。

文献报道[27]，干细胞相关肿瘤基因表达与脑室周围区之间没有相关性，但是与生存预后相关，亦即TSC并未在脑室周围区中扩增。当肿瘤受到损伤时，神经干细胞会从储备池沿迁移通路移动，补充肿瘤损耗。而肿瘤组织中已经存在的TSC同样可以逆向沿着上述固定的干细胞迁移通路，进入“避风港”，躲避损伤，这个推测已经在文献报道中得以证实[15-16]。

无论是干细胞巢作为TSC的源头储藏池，还是TSC在放疗过程中从一个或多个原发灶沿迁移通路逆行移动以避免损伤，干细胞巢的位置及迁移通路的明确都会给潜在TSC的靶向放疗提供可行性。数据提示，努力消灭双侧脑室周围区域的这些神经干细胞，可以使胶质瘤患者获得生存质量的改善[28]。只有干细胞巢及迁移通路纳入放疗靶区，才能杀灭潜在TSC[29]。

3 TSC靶向放疗需要解决的问题

在干细胞靶向放疗疗效的研究中，脑组织成为一个理想的模型系统。对成人脑干细胞巢靶向放疗的处方剂量会影响胶质瘤患者的疗效及正常组织修复能力，摸索有效、恰当的放疗剂量分割模式及其损伤机制、正常神经组织的不良反应势在必行。加利福尼亚州立大学洛杉矶分校的一项回顾性研究[28]证实了TSC靶向放疗的效果，明确了TSC损伤所需处方剂量，该项研究对55例成人Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤放疗患者，勾画脑室周围区和海马结构的轮廓作为干细胞巢，回顾了脑室周围干细胞巢非故意接受放疗剂量对患者无进展生存的影响，研究中脑室周围区域多数位于肿瘤临床靶区之外，此区域放疗为低分割模式，结果显示：双侧脑室周围区平均接受照射剂量43 Gy，高于平均剂量组比低于平均剂量组的无进展生存有改善，而单独一侧脑室周围区平均剂量、同侧海马区平均剂量及肿瘤临床靶区的平均剂量都与无进展生存的延长无关。

给予脑室周围区域的特定处方剂量，可能是一种改善高级别胶质瘤患者治疗效果的有效方式。脑室周围区域和海马是成熟神经发生的区域，有助于大脑正常组织的修复。虽然大多数患者当前的生存时间太短，使正常组织的长期不良反应难以观察，但随着治疗的改进，患者生存得到明显改善，此状况需要更加谨慎地评价和对待。

4 小 结

TSC是提高胶质瘤疗效的关键。目前已经明确了脑室周围区和海马颗粒下层为干细胞巢，TSC从这里产生和再群体化肿瘤。在肿瘤受到放射损伤时，TSC逆向进入“避风港”躲避了损伤。干细胞巢及干细胞迁移通路的明确，给潜在TSC的靶向放疗提供了可行性。在找到新的放疗靶点之后，尚需基础实验摸索恰当的放疗剂量分割模式。目前的研究已经为TSC靶向放疗打开了光明的前景，这种治疗可提高放疗疗效，提高治愈率、减少局部复发率。

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