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发表于 2009-3-3 12:18 |只看该作者 |倒序浏览 |打印

作者：黄强作者单位：苏州大学附属第二医院，江苏苏州 215004



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      【摘要】  　　随着高通量分子生物技术的完善，寻找胶质瘤确切的分子病因成为可能。在基因工程鼠模型制作过程中发现了多个癌基因和抑癌基因的敲除、转入或转染后发生了类似人类的恶性浸润性胶质瘤，但所谓的“癌前期变”的责任分子尚未明确。胶质瘤干细胞的研究成功和迅速发展为之开拓了新途径。胶质瘤干细胞、神经干细胞和正常胶质细胞三者间能否转化、转化条件的探索是当今研究的胶质瘤分子病因的新策略。在神经干细胞向胶质瘤干细胞演变过程中寻找上述的责任分子是研究者看好的新途径。 : F! @1 b8 r/ V5 F
      【关键词】胶质瘤　胶质瘤干细胞　神经干细胞　分子病因
   　　 Molecular Etiology of Glioma0 D" F5 _# h1 U5 t' y  D
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HUANG Qiang- v: p- z8 H& K; e# ]* H1 m8 K7 P6 E

(The 2nd Affiliated Hospital of Soochow University, Suzhou 215004, China)) i8 S' `% \- ^( i- Z( i
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Abstract：With progress on techniques of high?鄄throughput molecular biological detection, it is possible now to pursue the precise molecular etiology of glioma. Malignant invasive gliomas like human counterpart have been obtained in genetic engineering mice models when knockout, knock?鄄in or transfected with several oncogenes or tumor suppressor genes. However, definite molecular pathways responsible for “pre?鄄cancer change” remain unclear. Successful studies on glioma stem cells and rapid progress on relevant investigation has provided new approaches on etiological study of glioma. Whether it would be transformable among glioma stem cells, neural stem cells and normal gliacells and on what condition transformation would happen, these questions form new strategies on glioma etiology study, especially for moleculars responsible of transformation from neural stem cells to glioma stem cells.

Key words：glioma; glioma stem cells; neural stem cells; molecular etiology( T' B, A9 G1 F+ Z& c- ^

雄性原核中，然后转入假孕鼠输卵管，试图制作基因工程鼠肿瘤模型，遗憾的是在仔鼠中未发生胶质瘤。直至1995年，Andrew Danks用星形细胞特有的骨架蛋白（GFAP）基因和抑制p53抑癌基因蛋白活性的SV40 Tag基因联合导入受精卵雄性原核制作成功的基因工程鼠，产生了低恶性星形细胞瘤，但SV40是病毒基因，并不是人源基因。进入21世纪，研究者用多种基因修饰的方法制作胶质瘤发生的分子模型获得成功，提示胶质瘤分子病因研究进入了新时代。, S* t* n, Z. j" L1 T0 V

1 基因工程鼠与胶质瘤分子病因' i) b  S$ g5 P/ w* D! t% h! D

近几年，采用基因转染、基因敲除等方法已经建立了一批胶质瘤基因工程鼠。实验发现，①Ras、V?鄄Src、Rb和SV40与星形细胞瘤发生有关：把一个含有GFAP启动子及V12H?鄄Ras的基因转入鼠胚胎细胞后能发展成星形细胞瘤[2]。也有用GFAP调控元件控制下的V?鄄Src激酶制作而成[3]。还有通过Rb家族蛋白质特定性灭活制作的[4]。转染的SV40 T抗原能抑制p53也能产生星形细胞瘤。②PDGFR，RCAS/tv?鄄a，INK4a?鄄Arf与少突胶质细胞瘤发生有关：采用RCAS/tv?鄄a转基因系统，如果转到的是GFAP高表达的成熟细胞中，约40%的鼠产生少突细胞瘤或混合型少突细胞瘤；若把tv?鄄a转基因鼠与缺少INK4a?鄄Arf基因位点的次级鼠杂交繁殖则能增加间变性少突胶质瘤的发生率。也有在超声成像指引下直接把荷有PDGF?鄄B基因的MMLV载体注入胚胎鼠脑内，产生多种类型肿瘤，其中少数的是少突细胞瘤，多数的是胶母细胞瘤[5]。③Ras、Akt、Nf1、Cis与多形性胶质母细胞瘤发生有关：把Ras和Akt联合转入Ntv?鄄a转基因小鼠可诱导产生胶质母细胞瘤，而仅把其中之一注入就没有见到肿瘤形成[6]，若两者同时转入带有失活等位基因INK4a?鄄ARF的Ntv?鄄a小鼠则能加速胶质母细胞瘤的形成。也有用p53敲除鼠和Nf1以及Cis杂合子敲除鼠交配而产生Nf1和p53双沉默鼠模型[7]，可产生星形细胞瘤或胶质母细胞瘤。④Ptch、SHH、p53和Rb与髓母细胞瘤发生有关：用Ptch敲除方法制作的Ptch /?鄄鼠在12个月内形成髓母细胞瘤的发生率为14%~19%[8]，若再与p53缺陷鼠交配，其后代的髓母细胞瘤发生率上升到95%[9]。也有用带有逆转录病毒载体的SHH在超声成像系统指引下直接注入胎鼠小脑制作髓母细胞瘤模型获得高发生率者[10]。联合敲除小脑外颗粒细胞层中的神经祖细胞的p53和Rb也能产生髓母细胞瘤[11]。
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2 从胶质瘤起源细胞中找分子病因
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研究胶质瘤的分子病因，其起源细胞存在争论。回顾历史，早在上个世纪20年代Bailey和Cushing提出瘤的起源细胞来自其同名的正常细胞，理由是在显微镜下观察到星形细胞瘤的形态象星形细胞，少突胶质瘤的细胞形态象少突胶质细胞等。当这些肿瘤变得更加恶性时，细胞形态象其低分化的前体细胞，因此把恶性星形细胞瘤称为星形母细胞瘤。到了上个世纪下半叶，通过电子显微镜观察和免疫组化（GFAP）证实，星形细胞瘤由体现星形细胞分化特征的细胞组成。我们在先前的胶质瘤细胞诱导分化实验中[12]，也见到了瘤细胞由双极（梭形）向多极（星形）方向分化，成熟星形细胞特有的标记蛋白（GFAP）的表达量也随之增加。鉴于此，胶质瘤是由正常的胶质细胞在特定的情况下转化而来的学说，几乎没有人怀疑过。其实Bailey和Cushing关于胶质瘤起源细胞学说，至少对神经节胶质细胞瘤和少突星形胶质瘤的细胞起源问题不能圆满解释。因为前者同时存在瘤性神经元和瘤性星形细胞，后者同时存在少突和星形两种瘤细胞。若用起源于其前体细胞或干细胞来解释，在理论上是成立的[13]，因为神经干细胞可分化成神经元和胶质细胞，胶质祖细胞可分化成少突细胞和星形细胞。神经干细胞具有迁移性和多向分化特征，当受到“致癌”性刺激时，发生的分化既有正常细胞，又有瘤性细胞多向分化特征。这种理论推导，在后来的实验中得到了部分证实，如Holland[6]，转导Ras、Akt、PDGF和Ink4a-等基因于胶质祖细胞的实验中，从获得的基因工程鼠肿瘤标本来看，无论在形态和浸润性等方面都非常象人的胶质瘤，而不象既往移植于裸小鼠，缺乏浸润特征的可移植性胶质瘤。

3 从肿瘤（干）细胞、神经干细胞和正常胶质细胞转化关系中寻找胶质瘤的分子病因

对一个胶质瘤患者来说，机体中存在胶质瘤（干）细胞（glioma sterm cells）、正常胶质细胞（normal gliocyte）和神经干细胞（neural stem cells），它们之间存在何种关系见图1，这是笔者在两年前提出的假设[14]，根据最新进展加以修改成示意图。它们之间在特定条件下是可以转化的，其中实线箭头之间的转化已经得到公认，虚线箭头之间的转化已有实验得到部分证实，空心箭头之间尚未有人提出它们之间的相关性。从未来的分子水平研究前景来看，预计无论是顺时针还是逆时针方向均有可能发生转化，有的仅是其转化的分子条件不具备，所以看不到转化。例如神经干细胞向正常胶质细胞分化，在胚胎发育的研究中早已得到证实。而正常胶质细胞返回到神经干细胞，既往认为是不可能的，而现在已有实验证实，神经干细胞向正常胶质细胞分化的过程中，至少有部分阶段是可逆的[15，16]。又如，肿瘤细胞诱导分化的实验，可以将胶质瘤细胞返回至正常胶质细胞也有部分实验得到证实。我们早先的实验也看到了这种转化现象[17]。再往前追溯，上个世纪60年代，Pierce在鼠畸胎癌的实验中[18]，发现癌细胞可以自发地向良性甚至是正常细胞方向分化。在临床上，偶然也能见到经病理证实的癌肿出现自发消退。神经干细胞向胶质瘤细胞转化的可能性虽然尚无直接证据，但作为一个推理已经受到了神经肿瘤学界的高度关注[6，14]，特别是胶质瘤干细胞的研究迅速进展[19]，已有充分证据证明，胶质瘤组织中存在类似于脑组织存在的具有多向分化潜能干细胞[20]，胶质瘤干细胞是直接生成胶质瘤的细胞，由于它们之间存在许多相似性，已有人推测胶质瘤细胞由神经干细胞转化而来。然而胶质瘤细胞向神经干细胞转化，尚未见报道，但有许多迹象表明，两者之间存在着目前还无法说清楚的渊源关系。例如我们正研究的SHG?鄄44人脑胶质瘤细胞中存在着为数不多的CD133 和为数不少的Nestin 细胞，这与我们先前研究的人胚胎神经干细胞表达的CD133和Nestin蛋白的情况非常相似[21，22]。我们还在神经节细胞胶质瘤恶化和神经干细胞分化过程中用RT?鄄PCR方法检测到了共同调控分化基因CDC2[23]。还有曾一度作为神经干细胞的标志物Nestin在许多胶质瘤细胞系和实体瘤组织中表达[24]，都能说明这一点。不仅如此，令人感兴趣的是脑内神经干细胞还有向胶质瘤迁移的特征，如Aboody等[25]将神经干细胞注入荷瘤鼠肿瘤局部，它最终能遍布整个肿瘤，并随肿瘤细胞一起向其它部位迁移；如果注入脑内远离肿瘤的部位，神经干细胞还会穿过正常脑组织向肿瘤迁移。因此，我们不妨作个推测，临床胶质瘤标本中有可能同时存在神经干细胞和肿瘤干细胞，至少是在肿瘤发生的早期是这样。正如前述，神经干细胞和肿瘤干细胞共同表达CD133和Nestin蛋白，它们之间的鉴别和是否可以转化，有待进一步研究证实。当然这种研究的难度大，风险性也高，但客观条件日趋成熟，如人类基因组草图已经完成，Gene Bank中收录的核酸序列高达1 700多万条，Swiss?鄄pro蛋白质数据库中收录蛋白质序列也有11万多条可供检索[26]。随着高通量基因检测手段不断完善[27]，集分子生物学、数学和计算机科学为一体的生物信息学的产生和应用[28]，即从高科技的发展速度来看，在不久的将来，从分子水平有可能阐明如图1所示的神经干细胞、正常胶质细胞、胶质瘤细胞三者之间的关系，胶质瘤的分子病因也就随之揭晓。
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4 小结
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研究胶质瘤的分子病因较消化系等其它肿瘤要难得多，原因是后者无论在临床上，还是在实验动物的研究上都可明确从正常细胞演变至癌前病变、原位癌、浸润和转移等各个阶段，而胶质细胞的“癌前”病变阶段很难确立，因为它在一般情况下较少增生，虽然在外伤和某些炎症等情况下可以发生反应性增生，但没有流行病学资料支持胶质瘤的发生与胶质细胞反应性增生有关。在已经制作成功的基因工程鼠脑胶质瘤模型中也没有见到胶质瘤的“癌前”变化，而一开始就是WHO分类属于Ⅱ级和Ⅱ级以上的恶性度高的胶质瘤。从目前的胶质瘤分子生物学研究成果来看，受上述条件限制，仅对胶质瘤发生后恶性进展的信号传导通路有所了解，而对胶质瘤发生阶段（无论是正常细胞恶变还是干细胞癌性激活）的分子信息知之甚少。从我们已经建立的胶质瘤细胞诱导分化和恶性进展两个基因谱来看，发育与分化基因的改变所占比例最高[29，30]。另一方面，若胶质瘤起源细胞正如上述的来自神经干细胞或胶质祖细胞[31]，那也应与那些发育、分化基因改变高度相关。故有理由认为，从神经干细胞、突变神经干细胞和胶质瘤干细胞三者之间的分子遗传学差异，结合图1所示的转化是研究胶质瘤分子病因的新途径。
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