腫瘤微環(huán)境對膠質(zhì)瘤干細(xì)胞影響機(jī)制的研究進(jìn)展

1、腫瘤微環(huán)境對膠質(zhì)瘤干細(xì)胞影響機(jī)制的研究進(jìn)展膠質(zhì)瘤源自神經(jīng)上皮，是大腦和脊髓最常見的原發(fā)腫瘤，其惡性程度高、預(yù)后差，很難根治，往往會復(fù)發(fā)。2004年，Singh等通過對膠質(zhì)瘤細(xì)胞膜表面干性標(biāo)志物CD133陽性的細(xì)胞進(jìn)行分選，成功地從人類手術(shù)標(biāo)本中直接識別并分離出膠質(zhì)瘤干細(xì)胞（glioblastomastemcells，GSCs）。GSCs具有促進(jìn)細(xì)胞過度增殖，侵襲性生長，增加血管生成，抵抗細(xì)胞凋亡等特點。因此，GSCs的研究對于臨床膠質(zhì)瘤的防治十分重要。近年來，隨著對GSCs研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境（tumormicroenvironment，TME）對GSCs的生存和發(fā)展具有重要作用。現(xiàn)

2、就TME對GSCs影響和機(jī)制的最新研究進(jìn)展作一綜述。1.膠質(zhì)瘤干細(xì)胞2007年WHO根據(jù)膠質(zhì)瘤組織病理學(xué)及預(yù)后情況將膠質(zhì)瘤細(xì)胞分成4個不同的等級（IIV級）。IV級星型細(xì)胞瘤膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（Glioblastoma，GBM）是一種具有高度侵襲性和致命性的腫瘤，通常被認(rèn)為無法治愈。GBM中有一群罕見的亞群細(xì)胞，能夠自我更新、分化，具有可塑性，研究者們將其命名為GSCs。目前，多項研究已經(jīng)確定并分離出具有腫瘤啟動特性的GSCs。一般認(rèn)為GSCs具有3個特征：自我更新能力。GSCs能通過不對稱分裂產(chǎn)生一個與之性質(zhì)相同的GSC和一個普通的膠質(zhì)瘤細(xì)胞，維持GSC數(shù)目的穩(wěn)定。自我更新能力需要通過體外重復(fù)形成

3、克隆球和體內(nèi)重復(fù)成瘤等功能實驗確定。增殖和分化能力。GSCs可分化產(chǎn)生快速增殖的祖細(xì)胞，再分化和產(chǎn)生“成熟”的、帶有神經(jīng)元和/或膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志的膠質(zhì)瘤細(xì)胞。GSCs的快速增殖通常表現(xiàn)為以克隆球的形式生長，而分化成熟能力則依靠特定的分化成熟標(biāo)志進(jìn)行判斷。表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志分子。GSCs可以表達(dá)與正常干細(xì)胞類似的“干性”標(biāo)志分子。這些分子一類是維持干性所需要的分子，如干性相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Oct4、c-Myc以及Sox2、端粒酶等；另一類只是干細(xì)胞的標(biāo)志分子，如CD133。在膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展的過程中，GSCs處于異質(zhì)性的腫瘤細(xì)胞層級的頂端，能夠誘導(dǎo)血管生成、促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。此外，GSCs擁有強(qiáng)大的DNA修復(fù)能力

4、，能夠從傳統(tǒng)的治療手段中迅速恢復(fù)，從而導(dǎo)致膠質(zhì)瘤患者產(chǎn)生耐藥性，疾病易復(fù)發(fā)。GSCs特異性表達(dá)的細(xì)胞表面分子不僅能夠維持細(xì)胞干性，而且是篩選和靶向GSCs群體的理想標(biāo)記。其中，CD133是用來標(biāo)記GSCs的經(jīng)典生物標(biāo)志物。膠質(zhì)瘤的CD133+亞群細(xì)胞能夠在體外表現(xiàn)出強(qiáng)大的自我更新和增殖能力。同時在體內(nèi)試驗中，這些細(xì)胞能夠在大腦內(nèi)形成腫瘤，并保持原始的組織學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn)，通過過表達(dá)4種關(guān)鍵基因（Pou3f2、Sox2、Olig2、Sall2），膠質(zhì)瘤細(xì)胞會發(fā)生去分化生成GSCs。這表明關(guān)鍵的促腫瘤基因能夠促進(jìn)GSCs的形成并且能夠調(diào)控膠質(zhì)瘤的發(fā)生與發(fā)展。2.腫瘤微環(huán)境TME在腫瘤的自我更新、分

5、化、轉(zhuǎn)移過程中都發(fā)揮著重要的作用。TME包括免疫細(xì)胞、血管周細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞等各類細(xì)胞，它還包括細(xì)胞分泌的外泌體、細(xì)胞因子以及多糖、激素、一氧化氮等各類非生物分子。此外，TME具有低氧、低pH、高壓等特點。腫瘤與微環(huán)境之間有著重要的交互作用，微環(huán)境的改變甚至可以決定腫瘤未來的命運。TME使得腫瘤細(xì)胞具有明顯的遺傳和表觀遺傳特征。研究發(fā)現(xiàn)，侵襲性間充質(zhì)型腫瘤干細(xì)胞存在于細(xì)胞密度高的區(qū)域，即腫瘤邊緣靠近其他TME細(xì)胞的位置。這說明了TME在腫瘤干細(xì)胞形態(tài)和功能特征形成中發(fā)揮重要作用，并且當(dāng)腫瘤細(xì)胞脫離TME時，腫瘤的生存能力、侵襲能力將大幅下降。TME具有多種負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，一旦某種不利

6、因素出現(xiàn)，TME會反饋性地形成多種互補(bǔ)或可替代的代謝途徑，當(dāng)某條通路受到阻斷時，與其功能相似的通路會迅速啟動并發(fā)揮作用。3.膠質(zhì)瘤干細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境GSCs的起源存在爭議，很可能在不同情況下有不同的發(fā)生機(jī)制，但無論是來自于正常神經(jīng)干細(xì)胞的突變，或是來自于體細(xì)胞GBM細(xì)胞的去分化，GSCs的形成都高度依賴于TME及其旁分泌信號網(wǎng)絡(luò)。這些信號分子和腫瘤細(xì)胞自身內(nèi)在通路相互作用，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞基因組或表觀組的不穩(wěn)定，促使GSCs的形成和維持。臨床膠質(zhì)瘤標(biāo)本的免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示，GSCs僅在膠質(zhì)瘤內(nèi)特定的壁龕中普遍存在，而不是在整個腫瘤中均勻分布。這提示我們，實體腫瘤中微環(huán)境條件對GSCs的分子和生物

7、學(xué)特性的調(diào)控至關(guān)重要。因此，研究GSCs及其與微環(huán)境中之間的交互作用不僅對理解GSCs的生物學(xué)特性有重要意義，而且還可以預(yù)測GSCs對治療的反應(yīng)，并基于耐藥腫瘤細(xì)胞確定新的治療靶點。3.1GSCs與缺氧微環(huán)境缺氧是腫瘤微環(huán)境的重要特征。GBM的快速生長使得細(xì)胞處于一個相對缺氧的環(huán)境，同時，低氧水平可以通過激活血管內(nèi)皮生長因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長。在膠質(zhì)瘤中，VEGF能夠誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞侵襲，并維持GSCs的未分化狀態(tài)。研究表明，缺氧可以促進(jìn)已分化的單個膠質(zhì)瘤細(xì)胞形成克隆球，誘導(dǎo)干細(xì)胞標(biāo)志物Sox2、Oct4、Nano

8、g、CD133等表達(dá)升高。低氧狀態(tài)下，細(xì)胞會穩(wěn)定表達(dá)低氧誘導(dǎo)因子1（hypoxia-induciblefactor1，HIF1）。研究發(fā)現(xiàn)，HIF1能夠促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞在低氧條件下發(fā)生去分化。Notch、STAT3等信號通路在GSCs的“干性”維持方面發(fā)揮重要作用。HIF1可以通過與NICD相互作用并使其穩(wěn)定，從而激活Notch信號；缺氧可以激活STAT3信號通路，STAT3還是HIF1的啟動分子，誘導(dǎo)其RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)。近期還有研究表明，缺氧可以誘導(dǎo)FAT1基因的表達(dá)，F(xiàn)AT1可以上調(diào)HIF1、VEGF的表達(dá)，促進(jìn)Sox2、Oct4、Nestin等干性標(biāo)志物表達(dá)升高，還可以調(diào)控上皮細(xì)胞間充

9、質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymaltransition，EMT）。3.2GSCs與酸性微環(huán)境在絕大多數(shù)腫瘤當(dāng)中，實體瘤的微環(huán)境pH值低于正常組織，并可能隨著實體瘤體積的增大而降低。酸性微環(huán)境以往常被認(rèn)為與缺氧有一定聯(lián)系，但Fukumura等在體內(nèi)膠質(zhì)瘤異種移植的研究中發(fā)現(xiàn)，大腦腫瘤中確實存在著pH降低但氧含量正常的微環(huán)境，提示低pH可能是微環(huán)境中獨立存在的特性。酸性微環(huán)境能夠上調(diào)GSCs的Oct4、Nanog、Olig2基因表達(dá)，還可以促進(jìn)VEGF、IL-8等細(xì)胞因子的生成，進(jìn)而通過旁分泌作用促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞生長。Hu等發(fā)現(xiàn)，酸性微環(huán)境下，GSCs的自我更新能力、線粒體活性以及

10、ATP的產(chǎn)生均有所提升，從而促進(jìn)和維持了GSCs的干性。研究還發(fā)現(xiàn)，活化的1.25二羥基維生素D3（1，25（OH）2D3）能夠抑制Sox2、Oct4、Nestin等干性標(biāo)志物的表達(dá)。酸性微環(huán)境下，25羥基維生素D3-24-羥化酶（25-hydroxyvitaminD3-24-hydroxylase，CYP24A1）高表達(dá)，并且能夠催化1，25（OH）2D3的快速降解。3.3GSCs與HMGB1死亡的腫瘤細(xì)胞或應(yīng)激的腫瘤細(xì)胞會釋放損傷相關(guān)分子模式分子（damage-associatedmolecularpatternmolecules，DAMPs）到TME。如高遷移率族蛋白B1（highmob

11、ilitygroupbox1，HMGB1）、熱休克蛋白70（heatshockprotein70，Hsp70）、三磷酸腺苷（ATP）以及鈣網(wǎng)蛋白（calreticulin，CRT）等。在這些DAMPs中，HMGB1在生理條件下通常定位于細(xì)胞核內(nèi)。當(dāng)腫瘤細(xì)胞受到刺激時或者受到化療、放療的影響時，HMGB1會移位并釋放到細(xì)胞外基質(zhì)。細(xì)胞外釋放的HMGB1可以與GBM表面高親和力受體結(jié)合，包括晚期糖基化終產(chǎn)物受體（receptorforadvancedglycationend-products，RAGE）、toll樣受體（Toll-likereceptor，TLR）-2、TLR-4以及TLR-9。當(dāng)

12、HMGB1與受體結(jié)合時，激活關(guān)鍵信號通路和免疫反應(yīng)，參與GBM生長、分化、運動和凋亡的調(diào)控。Cheng等發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)HMGB1的高表達(dá)能夠促進(jìn)GBM細(xì)胞的增殖和侵襲；HMGB1高表達(dá)的患者與低生存曲線相關(guān)；GBM釋放的HMGB1可以通過自分泌途徑激活A(yù)KT和ERK信號通路從而提高GBM的侵襲能力。這些信息提示抗HMGB1治療可能是GBM的一種新興的治療方法。有趣的是，Zhao等在CD133陽性的人膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中，使用慢病毒轉(zhuǎn)染過表達(dá)HMGB1，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的增殖受到抑制，細(xì)胞凋亡增多。此外，Chen等在膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U87中加入人重組HMGB1蛋白，Oct4、Nanog干性標(biāo)志物表達(dá)上調(diào)。3.4

13、GSCs與細(xì)胞外囊泡外泌體是直徑為50-110納米的脂質(zhì)雙分子層細(xì)胞外囊泡（extracellularvesicles，EVs）。幾乎所有與膠質(zhì)瘤相關(guān)的細(xì)胞都會釋放外泌體，存在于TME中。以外泌體作為載體，GSCs能夠與TME中其他的細(xì)胞進(jìn)行通訊和物質(zhì)交換。外泌體可以攜帶腫瘤相關(guān)的mRNA、miRNA以及蛋白分子，從而對GSCs的生長、侵襲、耐藥等過程發(fā)揮調(diào)控作用。Skog等研究發(fā)現(xiàn)GBM外泌體中攜帶的RNA和蛋白質(zhì)能夠促進(jìn)腫瘤生長；并且可以通過血液檢測GBM來源的外泌體為膠質(zhì)瘤患者提供診斷信息和輔助治療決策。Figueroa等研究發(fā)現(xiàn)，來自與GBM相關(guān)間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體通過轉(zhuǎn)移miR-15

14、87增加了GSCs的致瘤性。Bronisz等研究發(fā)現(xiàn)，GBM分泌的外泌體可以將miRNA-1傳遞給其他的GBM細(xì)胞，從而改變GBM的侵襲和增殖能力；此外，來源于GBM的外泌體還可以傳遞給基質(zhì)細(xì)胞促進(jìn)血管內(nèi)皮的形成。vanderVos等使用活體熒光顯微鏡技術(shù)直接觀察到GBM分泌的外泌體將RNA轉(zhuǎn)移到附近的小膠質(zhì)細(xì)胞。這提示我們，外泌體可能是GBM控制其周圍環(huán)境的一種手段。Setti等研究發(fā)現(xiàn)，與正常組織相比，氯離子細(xì)胞內(nèi)通道1（chlorideintracellularchannel-1，CLIC1）在GBM中過表達(dá)，并且在預(yù)后差的患者中表達(dá)最高；CLIC1能夠促進(jìn)GBM的增殖和自我更新能力。此外，CLIC1可以由GBM以外泌體為載體分泌出細(xì)胞。從CLIC1過表達(dá)的GBM細(xì)胞中提取的外泌體是GBM體外增殖和體內(nèi)腫瘤移植的強(qiáng)誘導(dǎo)劑。綜上所述，對TME的研究讓我們更加深刻地了解到TME對GSCs增殖、侵襲、自我更新等方面具有重