脑肿瘤干细胞及其标志物的研究进展

杨清志 李坤正 肖宗宇

(青海大学附属医院神经外科，青海 西宁 810000)

·综述·

脑肿瘤干细胞及其标志物的研究进展

杨清志 李坤正*肖宗宇

(青海大学附属医院神经外科，青海 西宁 810000)

脑肿瘤干细胞; CD133蛋白; 神经巢蛋白; Sox-2蛋白

近年来研究发现，原发恶性脑肿瘤的发病率明显升高，且通过目前治疗来看，其预后很差。因此，研究脑肿瘤发生复发机制、改善患者的预后及延长其生存时间，是目前新的研究方向，也是国内外专家面临的重大难题：由于对脑肿瘤细胞来源及其发生机制的认识模糊，尽管在恶性脑肿瘤的发病机制方面已经做了大量的相关试验研究，但是并没有取得理想的成果。

目前，发现脑肿瘤手术标本组织中仅有一小部分细胞具无限增殖、自我更新、多向分化潜能及致瘤性，这部分细胞被称为脑肿瘤干细胞(brain tumor stem cells, BTSCs)，而其它大部分瘤细胞则无或仅具备短暂的增殖能力[1]。Igntova等学者[2]最早研究报道在脑肿瘤手术标本中存在着脑肿瘤干细胞(BTSC)，并从胶质母细胞瘤中分离出可形成神经球的前体细胞,称之为脑肿瘤中的神经干细胞(tumor stem cell, TSC)。目前已成功从髓母细胞瘤、不同级别的星形胶质细胞瘤、室管膜瘤、神经节胶质瘤等手术标本中成功培养分离出了各自的脑肿瘤干细胞。Singh等[3]首次从恶性脑肿瘤中分离得到CD133阳性肿瘤干细胞以来，脑肿瘤干细胞的研究便逐渐成为神经科学及其相关领域的热点话题。目前初步研究发现脑肿瘤的发生、发展、转移、复发可能与脑肿瘤干细胞存在着密切关系。由此，进一步深入探讨脑肿瘤干细胞的生物学特性及在恶性脑肿瘤发生及复发中的机理，必将为以后寻找靶向肿瘤干细胞的恶性脑肿瘤的根治治疗及预防复发等方面产生十分重要的影响。

一、BTSC的来源及生物学特性

关于BTSC的来源的假说有很多，但目前比较倾向来源于成熟神经干细胞(neural stem cell, NSC)，其多次突变的积累导致致瘤能力，成为BTSC。从以下两个方面探讨其来源：①肿瘤起源部位与NSC分布区域的一致性。研究表明,脑肿瘤发源地可能起源于脑室下的部分区域，此区域不断产生具有高增殖与分化潜能的BTSC，才导致了肿瘤发生，而这些区域恰与NSC主要存在部位相吻合。②BTSC与NSC在遗传学上具有很多的相似性。最主要的表现是，BTSC不表达已分化细胞的标记，相反却有NSC标记,如Nestin或CD133等。综上所述，理论和实验均支持BTSC很可能来源于处于不断分裂增殖状态的突变NSC。

虽然BTSC与NSC有着很多的相似点，但两者之间也具有明显的差异性：首先，BTSC的自我更新和增殖能力比NSC更强，离体培养的传代次数明显增多，有永生化趋势，其自我更新和分化发生了失衡；其次，BTSC在诱导NSC分化的条件下分化为与亲本肿瘤相同的表型而不像NSC一样按比例分化成神经元和胶质细胞。这些差异性为以后在NSC如何转化成BTSC，两者是否处于同一分化层次等研究方面提供了新的研究方向和思路。

Singh等采用无血清悬浮培养方法，在14例儿童原发脑肿瘤的手术标本中获得了与神经干细胞相似的肿瘤细胞球，其特征为：①失去了胶质瘤细胞贴壁生长的特性，而表现为与神经干细胞类似的呈悬浮生长的球体；②该球体在神经干细胞特异性培养液中能不断自我更新和增殖，体积越来越大，但并不分化，能维持干细胞的特有特征；③将其培养液改为含10%胎牛血清的胶质瘤细胞培养液后，发现原来悬浮生长的球体呈现贴壁生长的特性，且其迁移出的细胞表现为多态性。此后，Yuan[4]、Kondo[5]、Galli[6]等分别发现从胶质瘤手术标本中通过有限稀释级连续的亚克隆实验的方法，发现分离培养的肿瘤干细胞也具有悬浮球样生长的特性，而且根据组成脑肿瘤的细胞类型不同，恶性程度不同，具有悬浮生长的特点的细胞比例也不相同，且存在较大差异。

二、脑肿瘤干细胞标记物CD133蛋白；神经巢蛋白(nestin)；Sox2蛋白的研究进展

近年来，Rath等[7]通过无血清悬浮培养法，成功培养分离出了呈球状聚焦生长的脑膜瘤干细胞球，目前多数学者以CD133和Nestin作为脑肿瘤干细胞的特异性标志物。CD133是相对分子量为120 000的跨膜蛋白，研究表明，无论实体瘤，还是从体外细胞系培养获得的脑肿瘤细胞球均显示CD133阳性染色；且从胶质瘤细胞系中分离获得的CD133阳性细胞在无血清培养中均呈球样生长、具无限增殖、自我更新及多向分化的[2,8]。Singh等[3]通过对比CD133阳性和阴性瘤细胞的生物学特性时，发现前者具有很强的自我更新和增殖能力，而后者贴壁生长、不分裂、不增殖。体内致瘤试验表明，100个CD133阳性肿瘤细胞即具致瘤性，而1×105个CD133阴性肿瘤细胞仅在移植部位形成一条胶质瘢痕。基于以上理由，CD133被认为是脑肿瘤干细胞最重要的标志物。朱震威[9]等对不同级别脑膜瘤组织中CD133进行表达检测，发现不同级别脑膜瘤组织中均有CD133表达，且CD133的表达程度与组织病理级别密切相关。但近年来研究表明，部分脑肿瘤中CD133阴性的细胞亦具备肿瘤干细胞的特性[10]。因此，CD133不是可靠的脑肿瘤干细胞标志物。

神经巢蛋白(nestin)，属中间微丝，在未分化的神经多能干细胞中表达，一度被认为是脑肿瘤干细胞的标志物。然而研究发现，同样一群瘤细胞，Nestin阳性的比例远远高于CD133阳性的比例，这表明Nestin在刚开始分化的祖细胞中也表达，不是可靠的脑肿瘤干细胞标志物[11]。

Sox-2属于Sox(Sry-related HMG Box)基因家族中的一员，定位在染色体的3q26.3-q27位点上。它是一种高度保守的转录因子，具有调节胚胎干细胞自我更新的作用，是目前研究发现的唯一对维持胚胎干细胞分化潜能起重要作用的Sox基因，也是诱导成体细胞成为多能干细胞的一种关键因子。在本课题组前期工作中，我们采用无血清悬浮培养法，成功培养、分离出了大鼠9L胶质瘤细胞干细胞样细胞，且发现无论9L肿瘤干细胞样细胞，还是非肿瘤干细胞，均高表达干细胞标志物CD133和Nestin，因此，我们推测CD133和Nestin均不能作为9L脑肿瘤干细胞的特殊性标志物[1]。Ghods等[10]对9L脑肿瘤干细胞进行Sox-2的检测，发现Sox-2只表达于9L干细胞样细胞。

三、脑肿瘤干细胞的研究意义

脑肿瘤干细胞研究现已成为脑肿瘤研究领域的新热点, 尽管在脑肿瘤干细胞的成功分离、培养方面取得了巨大成果，但是目前为止，仍没有形成完全的理论体系。因此，对于研究脑肿瘤的发生机制、生物学行为为今后寻找靶向肿瘤干细胞的恶性脑肿瘤的新的治疗方案都具有深刻的意义：可以设想将来肿瘤干细胞的检测将成为脑肿瘤新分类和判断预后的依据；且在治疗上有可能采用各种针对脑肿瘤干细胞的治疗方案,有针对性地杀死脑肿瘤干细胞,而不是杀死所有肿瘤组织，以此达到根治及防止肿瘤复发和转移的治疗目标[12]。随着对脑肿瘤干细胞的不断研究,必然会对对脑肿瘤的发生机制、病理分级、预防复发及治疗方案等产生深远的影响,使得恶性脑肿瘤的根治成为可能[13]。

1Xiao ZY, Tang H, Xu ZM, et al. An experimental study of dendritic cells transfected with cancer stem-like cells RNA against 9L brain tumors [J]. Cancer Biol Ther, 2011, 11(11): 974-980.

2Ignatova TN, Kukekov VG, Laywell ED, et al. Human cortical glial tumors contain neural stem-like cells expressing astroglial and neuronal markers in vitro [J]. Glia, 2002, 39(3): 193-206.

3Singh SK, Hawkins C, Clarke ID, et al. Identification of human brain tumour initiating cells [J]. Nature, 2004, 432(7015): 396-401.

4Yuan X, Curtin J, Xiong Y, et al. Isolation of cancer stem cells from adult glioblastoma multiforme [J]. Oncogene, 2004, 23(58): 9392-9400.

5Kondo T, Setoguchi T, Taga T. Persistence of a small subpopulation of cancer stem-like cells in the C6 glioma cell line [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101(3): 781-786.

6Galli R, Binda E, Orfanelli U, et al. Isolation and characterization of tumorigenic, stem-like neural precursors from human glioblastoma [J]. Cancer Res, 2004, 64(19): 7011-7021.

7Rath P, Miller DC, Litofsky NS, et al. Isolation and characterization of a population of stem-like progenitor cells from an atypical meningioma [J]. Exp Mol Pathol, 2011, 90(2): 179-188.

8Hemmati HD, Nakano I, Lazareff JA, et al. Cancerous stem cells can arise from pediatric brain tumors [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2003, 100(25): 15178-15183.

9朱震威, 罗皓, 石丰榕, 等. CD133及CD166在脑膜瘤中的表达及临床意义 [J]. 实用医学杂志, 2013, 29(3): 413-415.

10Wang J, Sakariassen PO, Tsinkalovsky O, et al. CD133 negative glioma cells form tumors in nude rats and give rise to CD133 positive cells [J]. Int J Cancer, 2008, 122(4): 761-768.

11张全斌, 黄强, 兰青. 脑肿瘤干细胞的热点问题及研究进展 [J]. 中华医学杂志, 2005, 85(26): 1868-1870.

12Lasky JL, Liau LM. Targeting stem cells in brain tumors [J]. Technol Cancer Res Treat, 2006, 5(3): 251-260.

13Behbod F, Rosen J M. Will cancer stem cells provide new therapeutic targets ? [J]. Carcinogenesis, 2005, 26(4): 703-711.

1671-2897(2016)15-466-02

青海大学中青年科研基金资助项目(2014-QYY-6)

杨清志，硕士研究生，E-mail：524951828@qq.com

*通讯作者：李坤正，教授、主任医师，硕士生导师，E-mail：clneuro@sina.com

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2016-01-10；

2016-03-15)