神经干细胞在胶质瘤治疗中的作用

【关键词】 干细胞； 神经干细胞； 胶质瘤

脑胶质瘤是医学治疗的难点之一，手术切除肿瘤不仅难度大，而且容易复发［1,2］。放疗和化疗对术后残存的肿瘤细胞虽有一定的清除作用，但疗效均不理想。神经干细胞的出现，为胶质瘤的治疗带来了新的希望。意大利米兰神经科学家Finocchiaro博士的最新研究证实，中枢神经系统的神经干细胞是治疗脑神经胶质瘤的有效手段［3］。

1 干细胞

干细胞的研究始于60年代，由加拿大科学家恩尼斯特•莫科洛克和詹姆士•堤尔提出的［4］。干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称之为“万用细胞”。干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞。

2 干细胞分类

2.1 根据来源不同分类 干细胞根据来源不同分为胚胎干细胞和成体干细胞。

2.2 按能力分类 干细胞按能力可以分为以下四类：全能干细胞、万能干细胞、多能干细胞和专一性干细胞。

2.3 人体干细胞分类 全功能干细胞和多功能干细胞。

2.4 神经干细胞 关于神经干细胞的研究起步较晚，直至90年代初，Reynolds等才从成年小鼠脑纹状体分离出能在体外不断分裂增殖、具有多种分化潜能的细胞群，并正式提出了“神经干细胞(neural stem cells，NSCs)”的概念［5］。神经干细胞是干细胞的一种，是一种具有终身自我更新能力的细胞，其子细胞能分化产生神经系统的各类细胞，干细胞经过不对称分裂产生一个祖细胞和另一个干细胞，祖细胞具有有限的自我更新能力，并自发分化产生成神经元细胞和成胶质细胞等，从而生成神经元及神经胶质细胞。由于分离神经干细胞所需的胎儿脑组织较难取材，加之胚胎细胞研究的争议尚未平息，因此神经干细胞的研究仍处于初级阶段。

2.4.1 神经干细胞的特征

2.4.1.1 有增殖能力 即在一定的条件下能够不断分裂增殖，使得在体外能够大量扩增培养。

2.4.1.2 在整个生命过程中能自我维持或自我更新 所谓自我维持是指将干细胞的属性从亲代细胞传递到子代细胞，即在分裂增殖过程中子代细胞仍然维持干细胞的属性。

2.4.1.3 能通过扩增祖细胞而产生大量的后代

2.4.1.4 具有向神经组织多细胞系分化的能力 即具有分化为神经系统大部分类型细胞的能力。

2.4.1.5 损伤或疾病能刺激神经干细胞的分化 正常情况下，成年哺乳动物脑内的神经干细胞处于静息状态，在一定的信号刺激下，神经干细胞开始分裂增殖并分化为神经元或神经胶质细胞。

2.4.2 神经干细胞的获得

2.4.2.1 用逆转录病毒为载体向神经细胞内导入原癌基因 用逆转录病毒为载体向神经细胞内导入V-myc等原癌基因，使部分细胞获得持续分裂的能力。但这种方法转染率较低且获得的细胞也不稳定。

2.4.2.2 通过诱导胚胎干细胞使其分裂成神经干细胞 目前，定向诱导分化的条件还不确定。

2.4.2.3 从胎脑或成年脑中分离出神经干细胞 用特殊的无血清培养基结合一些细胞因子的作用进行体外培养。这是目前大多数研究所采用的方法。

2.4.2.4 在一定的条件下，使胶质细胞的前体细胞逆分化为神经干细胞。

2.4.2.5 脂肪组织 来自于美国Duke大学的Kristine Safford博士指出，脂肪组织中有一族细胞基质可分化成不同类型的神经细胞，且这些细胞具有中枢神经细胞和胶质神经细胞的特性［6］。该发现将有助于更多的研究人员致力于开发脂肪组织，使之成为基于细胞治疗的可靠来源。

3 胶质瘤

胶质瘤是颅内最为常见的恶性肿瘤，约占颅内肿瘤的45％～50％。但临床治疗效果却不尽人意［7~10］。近来随着对神经干细胞的分离、鉴定及其在体外培养等方面的研究不断取得进展，神经干细胞由于其独特的特性，为中枢神经系统疾病的治疗提供了新的途径。

3.1 概述 胶质瘤是发生于神经外胚层的肿瘤，故亦称神经外胚层肿瘤或神经上皮肿瘤。肿瘤起源于神经间质细胞，即神经胶质、室管膜、脉络丛上皮和神经实质细胞，即神经元。大多数肿瘤起源于不同类型的神经胶质，但由于其组织发生学来源及生物学特征类似，对发生于神经外胚层的各种肿瘤，一般都称为神经胶质瘤。

3.2 分型

3.2.1 星形细胞瘤 是发生于星形细胞的肿瘤，占胶质瘤中的半数以上。星形细胞瘤可分为纤维型和原浆型两类肿瘤，在脑内呈浸润性生长，大小不一，可以侵犯1个或2个以上的脑叶，甚至经胼胝体侵入对侧大脑半球。

3.2.2 多形性胶质母细胞瘤 多发生在大脑半球，很少发生在小脑，是成年人比较多见的恶性胶质瘤，发生率仅次于星形细胞瘤。肿瘤浸润范围比较大，可以侵犯几个脑叶，或经胼胝体侵犯对侧大脑半球。瘤组织周围显著水肿，甚至液化，出现假性分界，其实质瘤细胞浸润范围远较肉眼所见广泛得多。

3.2.3 少突胶质细胞瘤和少突胶质母细胞瘤 发生于少突胶质细胞的肿瘤。患者多是中年人，也可见于儿童，主要发生在大脑半球白质内。

3.2.4 室管膜瘤和室管膜母细胞瘤 常和脑室壁和中央管有联系，多见于第四脑室、侧脑室和脊髓内，患者多为幼儿和青年人。

3.2.5 混合性胶质瘤 肿瘤是由两种或者两种以上的胶质瘤类型所组成，各占相当的分量，这种胶质瘤多见于小儿，可见于小脑及大脑内。

3.2.6 髓母细胞瘤 主要发生在小脑蚓部，可突入第四脑室内，亦可侵入周围组织，是小儿颅内较常见的恶性肿瘤。常沿脑脊液呈种植性播散。

3.2.7 脉络丛状瘤 发生在脑室内脉络丛，好发于第四脑室和侧脑室，可经第四脑室侧孔突入小脑桥脑角内生长。多发生在青年人，比较少见。

3.3 神经干细胞治疗胶质瘤的现状 脑胶质瘤高增殖和侵袭行为是当今的治疗难点，以至于能有效地“逃避”外科手术、放疗、化疗及免疫治疗等方案，导致患者最终的不可治和死亡。目前显微手术只能做到肉眼切除，而不少呈“树根状”生长的脑胶质瘤细胞浸润到正常脑组织内，成为无法全切的根源；放疗副反应大，常引起骨髓抑制［11,12］；化疗的毒性反应大、难以跨越血脑屏障及“多药耐药”尚无法解决［13］。脑胶质瘤的神经干细胞治疗是近年最令人瞩目的研究领域。

体内、外的神经干细胞对胶质瘤细胞均有强烈的追踪能力，同时能够稳定表达外源基因的产物；用神经干细胞作载体基因治疗胶质瘤，有可能成为治疗胶质瘤的一种新的有效方法。

3.3.1 NSC治疗胶质瘤的途径

3.3.1.1 将NSC注射植入荷瘤鼠脑内 植入的神经干细胞向胶质瘤部位迁移，将肿瘤包围起来使其增长、发展局限化，并可能分泌某些因子，致使大块肿瘤缩小。Aboody等［14］研究发现，当神经干细胞植入荷瘤鼠体内肿瘤后，它们会遍布整个肿瘤，并随肿瘤向其他部位迁移。如果植入脑内远离肿瘤的部位，神经干细胞也会穿过正常组织向肿瘤部位迁移。神经干细胞在迁移的过程中一旦发生不对称分裂，会产生一个祖细胞和一个神经干细胞，祖细胞会不断分化成熟，到达目的地后分化为一个功能细胞。目前对神经干细胞具有向肿瘤趋向性迁移的机制还不十分清楚，可能与肿瘤细胞所释放的某些因子或被肿瘤所破坏的脑组织释放的某些因子有关。

3.3.1.2 作为载体运送治疗基因 神经干细胞具有很强的分裂、增殖、自我更新及与正常脑组织整合的能力，可作为运送治疗基因的理想载体，利用神经干细胞具有向胶质瘤迁移的特性对胶质瘤进行基因治疗。应用神经干细胞作为载体介导基因治疗可采用多种目的基因，如肿瘤信号传导因子、细胞周期调节因子、促凋亡基因、血管生成移植因子免疫增强基因及肿瘤坏死因子等。

3.3.2 NSC治疗胶质瘤的优势 理论上讲，任何一种中枢神经系统疾病都可归结为神经干细胞功能的紊乱。脑和脊髓由于血脑屏障的存在，使之在干细胞移植到中枢神经系统后不会产生免疫排斥反应。神经干细胞在神经发育和修复受损神经组织中发挥着重要的作用。

神经干细胞治疗胶质瘤有两大优势：一是直接采用神经干细胞移植可以修复和代替受损的脑组织，能够重建部分环路和功能。二是利用神经干细胞作为基因治疗载体，用于颅内肿瘤和其它神经疾病的基因治疗，可弥补病毒载体的一些不足。

神经干细胞作为胶质瘤基因治疗的载体有以下好处：一是可以稳定表达外源的杀伤基因，对肿瘤细胞起到持续的杀伤作用。二是神经干细胞可以和正常脑组织整合，修复由于肿瘤的侵袭作用所受损的脑组织。这可能与脑内的神经干细胞具有向胶质瘤迁移的特性有关。

3.3.3 神经干细胞应用于基因治疗存在的问题

3.3.3.1 神经干细胞数量少，体外培养时易分化 如何获得大量的保持其分化潜能的神经干细胞，还需要进一步研究。

3.3.3.2 建立永生化的神经干细胞系 虽可提供细胞数量上的保证，但存在潜在的致瘤性问题。

3.3.3.3 加强人神经干细胞的研究迫在眉睫 目前神经干细胞的研究对象绝大多数为大鼠和小鼠，而鼠与人之间的种属差异是显而易见的。

3.3.3.4 转染目的基因的长期稳定表达及调节问题

3.3.3.5 神经干细胞迁移的机制及调控仍不十分清楚

3.4 神经干细胞治疗胶质瘤的前景 脑胶质瘤是医学治疗的难点之一，手术切除肿瘤困难，且术后容易复发。由于神经干细胞具有迁移的特性，利用神经干细胞的这种特性，可以通过神经干细胞携带并向脑部释放药物以达到治疗胶质瘤的目的。但目前对神经干细胞自身所具有的诸如增殖、分化以及对胶质瘤细胞的追踪能力等调控机制仍不清楚，对移植后神经干细胞的迁移速度、分化方向等尚缺乏有效的调控手段，使移植治疗的效果受到一定的限制。此外，神经干细胞的来源、分离、培养及鉴定等还有许多工作要深入开展，如果能从自体中分离诱导出神经干细胞，有可能解决神经干细胞的来源问题。

4 结论

不管怎样，神经干细胞的出现毕竟为胶质瘤的治疗树立了一个新的里程碑，相信随着人们对神经干细胞和胶质瘤了解的不断深入，最终一定会利用神经干细胞达到控制并最终治愈胶质瘤的目的。

参考文献

［1］ Fan S,Sun Z,Jiang D,et al.BmKCT toxin inhibits glioma proliferation and tumor metastasis.Cancer Letters,2010, 291(2):158-166.

［2］ Chen HY,Shao CJ,Chen FR,et al.Role of ERCC1 promoter hypermethylation in drug resistance to cisplatin in human gliomas.Int J Cancer,2010,126 (8):1944-1954.

［3］ Tunici P,Bulte JW,Bruzzone MG,et al.Brain engraftment and therapeutic potential of stem/progenitor cells derived from mouse skin.J Gene Med,2006,8(4):506-513.

［4］ Anastassea-Vlachou C,Cassimos C,Messaritakis J,et al.A case of stem cell leukemia occurring in an infant 38 days old.Ann Paediatr,1961,196:310-315.

［5］ Morshead CM,Reynolds BA,Craig CG,et al.Neural stem cells in themammalian forebrain:a relatively quiescent subpopulation of subependymal cells.Neuron,1994,13(5):1071-1082.

［6］ Safford KM, Rice HE. Stem cell therapy for neurologic disorders: therapeutic potential of adipose-derived stem cells. Curr Drug Targets, 2005, 6(1):57-62.

［7］ Hwang JM, Cheon JE, Wang KC. Visual prognosis of optic glioma. Childs Nerv Syst, 2008, 24(6):693-698.

［8］ Burnet NG, Lynch AG, Jefferies SJ, et al. High grade glioma: imaging combined with pathological grade defines management and predicts prognosis. Radiother Oncol, 2007, 85(3):371-378.

［9］ Donato V, Monaco A, Rollo A, et al. Elderly and poor prognosis patients with high grade glioma: hypofractionated radiotherapy. Clin Ter, 2007, 158(3):227-230.

［10］ Strojnik T, R sland GV, Sakariassen PO, et al. Neural stem cell markers, nestin and musashi proteins, in the progression of human glioma: correlation of nestin with prognosis of patient survival. Surg Neurol, 2007, 68(2):133-143.

［11］ Poleck-Dehlin B, Duell T, Bartl R, et al. Genetic analyses permit the differentiation between reactive malfunctions (‘promyelocyte arrest’) and arising promyelocyte leukemia in a pregnant patient with a history of a medulloblastoma. Leuk Lymphoma, 2004, 45(9):1905-1911.

［12］ Miralbell R, Lomax A, Russo M. Potential role of proton therapy in the treatment of pediatric medulloblastoma/primitive neuro-ectodermal tumors: spinal theca irradiation. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1997, 38(4):805-811.

［13］ Zhang JP, Shi HL, Sai K, et al. Individualized chemotherapy based on drug sensitivity and resistance assay and MGMT protein expression for patients with m alignant glioma――analysis of 42 cases. Ai Zheng, 2006, 25(12):1533-1537.

［14］ Kendall SE, Najbauer J, Johnston HF, et al. Neural Stem Cell Targeting of Glioma is Dependent on PI3K Signaling. Stem Cells, 2008, 26(6):1575 -1586.

（收稿日期：2010-11-09）