膠質瘤化療耐藥細胞與膠質瘤干細胞的關系

向定朝綜述 許慧中 王存祖審校

膠質瘤一直是神經外科領域的治療難題，病理Ⅲ級以上的患者，即使綜合治療，其平均生存期也僅12～18個月［1］?；熓悄z質瘤術后輔助治療的重要措施之一。目前國際上公認的膠質瘤化療首選藥物是替莫唑胺［2］，但研究顯示替膜唑胺也僅能小幅延長患者生存時間，而不能改善其預后，主要是因為膠質瘤化療耐藥的存在，使得替莫唑胺的總體療效欠佳，且治療后易復發(fā)［3］。近年來，“腫瘤干細胞學說”的提出，以及從膠質瘤中分離出來的膠質瘤干細胞(glioma stem cells，GSC)，其耐藥性比普通腫瘤細胞強［4］。我們通過對比膠質瘤化療耐藥細胞和GSC的腫瘤生物學特性，研究發(fā)現(xiàn)兩者之間有許多相似之處，并具有某種相關性?，F(xiàn)總結如下。

1 膠質瘤化療耐藥的特性

1.1 膠質瘤化療耐藥的機理

膠質瘤化療耐藥細胞對化療藥物耐藥是其最重要的生物學特性。其概念是指膠質瘤細胞在經過化療藥物作用后，殘存下來的一部分對化療藥物不敏感的細胞。Fueyo等［5］研究認為，膠質瘤細胞對烷化劑類藥物(如替莫唑胺)耐藥，與O6－甲基鳥嘌呤－DNA－甲基轉移酶(O6－methylguanine DNA methyltranferase，MGMT)有關，臨床上可以根據(jù)其MGMT的表達情況，對膠質瘤患者進行個體化化療。但Frosina［3］指出，膠質瘤細胞耐藥的主要原因與腫瘤細胞DNA的多種異常修復機制有關，而對于MGMT相關的DNA修復機制，不能過高的評估。Gottesman等［6］研究認為膠質瘤耐藥與藥物靶點變異或者異常表達、藥物失活、或者化療藥物被泵出細胞外有關。目前多數(shù)學者認為膠質瘤化療耐藥是多機制，多因素參與的結果，主要有以下幾種:①腫瘤細胞DNA的多種異常修復機制;②化療藥物的作用靶點變異或減少;③化療藥物失活增加;④化療藥物在腫瘤細胞內被泵出或積聚減少;⑤腫瘤細胞凋亡與抗凋亡機制失衡等。

1.2 GSC的耐藥現(xiàn)象和機理

以GSC作為靶細胞，研究其耐藥現(xiàn)象和發(fā)生機理，是目前的熱點。盡管目前對于"GSC"這一名稱，一直持有很大分歧［4，7］，但這一全新概念正逐漸被眾多學者所接受。研究發(fā)現(xiàn)GSC具有較強的耐藥性。Shervington等［8］研究發(fā)現(xiàn)，同正常腦組織相比，CD133高表達的膠質瘤組織有明顯的耐藥性，研究還發(fā)現(xiàn)膠質瘤中CD133陽性細胞的比率大約是正常腦組織的10倍，且CD133陽性細胞比CD133陰性細胞表現(xiàn)出更強的化療耐藥性。GSC的這種強耐藥特性與其處于休眠狀態(tài)、停滯于細胞周期中的G0/G1期有關［9，10］，這種狀態(tài)可以使其逃避常規(guī)的放、化療。我們認為GSC的內在耐藥性(如停滯于G0/G1期、谷胱甘肽－S－轉移酶、耐藥基因和蛋白等)和獲得性耐藥(如藥物的作用靶點變異)是其耐藥的主要原因。

1.3 以GSC為特征的多藥耐藥現(xiàn)象和機理

多藥耐藥(multiple drug resistance，MDR)是惡性腫瘤的特殊生物學特征，是指惡性腫瘤細胞接觸1種抗癌藥后，繼而對多種結構不同、作用機制各異的其他抗癌藥產生耐藥性。膠質瘤化療耐藥細胞和GSC均具有腫瘤特殊的多藥耐藥現(xiàn)象，而以GSC更為顯著。

有研究顯示常規(guī)化療劑量的替膜唑胺對GSC的抑制作用較弱，遠不如普通膠質瘤細胞明顯。這與GSC中高表達ABCG2相關，是GSC耐藥的主要原因，而與MGMT無關［11］。GSC對于替膜唑胺耐藥，相對于MGMT機理而言，ABC基因家族成員作用更加廣泛，其中ABCG2扮演著十分重要的作用［12，13］。在膠質瘤細胞中，ABC家族中的ABCG2可以使化療藥物外流，從而避免藥物毒害;在血管內皮細胞中，ABCG2激活，就構成了血腦屏障。ABCG2轉運蛋白是1種與腫瘤MDR有關的新的藥物排出泵，具有維持干細胞穩(wěn)定性、維持組織細胞的穩(wěn)態(tài)等生理功能，在低氧環(huán)境中ABCG2的上調可增加腫瘤細胞對化療藥物的抗藥性。ABCG2通過結合和水解ATP并利用能量，轉運多種化療藥物，把具有不同化學結構和作用于細胞內不同位置靶點的化療藥物泵出胞外，從而使腫瘤對多種抗癌藥物產生抗藥性。ABCG2的表達情況與腫瘤化療效果有密切關系，高表達者化療效果不佳，而低表達則療效較好。Dean［12］認為ABCG2作為1個新的ABC超家族膜轉運蛋白，在腫瘤細胞對抗癌藥物的耐藥性中起了重要的作用，介導非典型MDR途徑。膠質瘤中也存在著一小群邊緣(side population，SP)細胞，當膠質瘤經過替膜唑胺治療后，SP細胞數(shù)量增加，ABCG2表達增加，細胞的耐藥性增強。Bleau等［14］研究認為，SP細胞就是 GSC的1種細胞模型，在化療耐藥中起了重要作用。而ABCG2可能是GSC發(fā)生耐藥的根本原因，或許可以作為GSC的新標記。

2 GSC的特性

腫瘤化療耐藥細胞所具有的耐藥性，是其躲避化療而得以生存的基礎，這也直接導致了以后腫瘤復發(fā)?？梢哉J為膠質瘤化療耐藥細胞就是導致腫瘤復發(fā)的直接來源。近年來提出的“腫瘤干細胞”假說，認為耐藥的主體細胞為GSC。GSC被認為是導致腫瘤復發(fā)的主要原因。

2.1 GSC具有不穩(wěn)定的自我更新、增殖特征

有體外培養(yǎng)GSC研究發(fā)現(xiàn)，GSC具有自我增殖、多元分化的潛能［10］。GSC具有以下生物學特性:①具有自我更新和增殖的能力，但GSC無穩(wěn)定性，且不能正常調控;Kennedy等［15］用GSC與神經干細胞相比，GSC的自我更新能力以及增殖能力都明顯強于神經干細胞。②在動物模型上，同位移植最小數(shù)量的GSC后，即能形成與原始腫瘤性質相似的腫瘤，且這一特性已作為鑒定腫瘤干細胞的金標準。這些特性有力地佐證了GSC就是導致腫瘤復發(fā)的根本原因。目前我們也已有相關實驗數(shù)據(jù)表明，在經過化療藥物處理后的膠質瘤細胞中，所含GSC的比例明顯增加，在膠質瘤化療耐藥細胞中占主要成分。因此GSC膠質瘤基因靶向治療，將可能是克服膠質瘤耐藥的新途徑［16］。

2.2 GSC高侵襲特性和機理

膠質瘤化療耐藥細胞和GSC均表現(xiàn)出高侵襲和遠處轉移的特性。Ferguson［17］通過MRI檢查來研究復發(fā)的膠質瘤患者的病灶特征，發(fā)現(xiàn)常常在壞死的病灶周圍出現(xiàn)大片環(huán)形水腫帶，這提示腫瘤細胞對周圍的正常組織具有浸潤轉移。故常常手術難以徹底切除腫瘤病灶。

2.2.1 GSC具有促血管生成特性 通過對GSC的分布特征進行研究，發(fā)現(xiàn)GSC常常密集分布于微血管周圍。故有學者認為GSC具有通過血管生成因子，參與調控和促進腫瘤血管生成的特性［18］。GSCs具有自發(fā)產生高水平促血管生成因子VEGF的能力，并誘導內皮細胞和內皮祖細胞增殖、遷移和管型形成作用?，F(xiàn)研究已證明，腫瘤邊緣富含GSC，在腫瘤侵襲前沿發(fā)揮促血管生成作用，進而為腫瘤侵襲、轉移提供物質支撐［19］。

2.2.2 GSC具有高侵襲特性 GSC還呈高侵襲特性，雖然GSC運動能力很弱，卻具有極強的浸潤轉移能力［20］。在動物致瘤實驗中，給予極少量的GSC細胞就可以形成移植瘤，且表現(xiàn)為形態(tài)幼稚的細胞浸潤瘤周組織。故在人體內，GSC易向瘤周腦組織侵襲，這些侵襲入瘤周的GSC不易被手術治療徹底清除，加之具有對常規(guī)放化療的抵抗性，術后的輔助治療也難以將其殺滅，GSC成為腫瘤復發(fā)的“種子”。

3 膠質瘤化療耐藥細胞和GSC的相關性

目前關于兩者相關分析的文獻罕見，通過近來以上的部分文獻分析，以及結合我們的部分實驗研究結果，認為兩者密切相關。對比傳統(tǒng)觀點(膠質瘤化療耐藥細胞就是膠質瘤復發(fā)的直接原因)與近年來的“GSC學說(GSC被認為是維持膠質瘤發(fā)生、發(fā)展以及復發(fā)的關鍵因素［4，13，21～22］)”，我們認為兩者都是導致膠質瘤術后復發(fā)的根源，只是兩者從不同的角度和特性來闡釋了膠質瘤耐藥以及復發(fā)的機制。但是也不能認為兩者就是同一類細胞，因為導致膠質瘤耐藥的原因很多，膠質瘤化療耐藥是1個十分復雜的生物學過程，具有多機制、多因素的特點，因此也不能認為膠質瘤化療耐藥細胞中全部都是GSC。我們通過已獲得的部分實驗數(shù)據(jù)分析，認為導致膠質瘤化療耐藥的并不全是GSC，兩者可能呈現(xiàn)為1種交叉存在的關系，即膠質瘤化療耐藥細胞中，大部分細胞是GSC，也存在一小部分非腫瘤干細胞;同時在GSC亞細胞群中，大部分對化療藥物表現(xiàn)為耐藥現(xiàn)象，也存在一小部分對化療藥物相對敏感的細胞，即GSC亞群對化療藥物呈現(xiàn)為不同層次的敏感性。

綜上所述，有理由認為膠質瘤耐藥是1個復雜的多因素、多機制參與的生物學活動的過程。因此在針對膠質瘤耐藥的研究中，不僅要從GSC的角度，而且也要從膠質瘤化療耐藥細胞著手，進一步深入研究耐藥原因，探索新的GSC篩選培養(yǎng)方法，尋找GSC的特異性標記物，探尋膠質瘤化療的新靶點和藥物，以期從根本上解決膠質瘤化療耐藥的問題，使膠質瘤患者得到更為有效的治療。

［1］ Carapella CM，Telera S，Oppido PA.Surgery ofmalignant gliomas:advances and perspectives〔J〕.Curr Opin Oncol，2011，23(6):624.PMID:21857513.

［2］ Villano JL，Seery TE，Bressler LR.Temozolomide in malignant gliomas:current use and future targets〔J〕.Cancer Chemother Pharmacol，2009，64(4):647.PMID:19543728.

［3］ Frosina G.DNA repair and resistance of gliomas to chemotherapy and radiotherapy〔J〕.Mol Cancer Res，2009，7(7):989.PMID:19609002.

［4］ TabatabaiG，Weller M.Glioblastoma stem cells〔J〕.Cell Tissue Res，2011，343(3):459.PMID:21253762.

［5］ Fueyo J，Gomez－Manzano C，Yung WK.Advances in translational research in neuro－oncology〔J〕.Arch Neurol，2011，68(3):303.PMID:21059986.

［6］ Gottesman MM，Ludwig J，Xia D，et al.Defeating drug resistance in cancer〔J〕.Discov Med，2006，6(31):18.PMID:17234123.

［7］ Rich JN，Eyler CE.Cancer stem cells in brain tumor biology〔J〕.Cold Spring Harb Symp Quant Biol，2008，73:411.PMID:19329578.

［8］ Shervington A，Lu C.Expression ofmultidrug resistance genes in normal and cancer stem cells〔J〕.Cancer Invest，2008，26(5):535.PMID:18568776.

［9］ Qiang L，Yang Y，Ma YJ，etal.Isolation and characterization of cancer stem like cells in human gliob lastom a cell lines〔J〕.Cancer Lett，2009，279(1):13.PMID:19232461.

［10］ Yu H，Zhang CM，Wu YS.Research progress in cancer stem cells and their drug resistance〔J〕.Chin JCancer，2010，29(3):261.PMID:20193107.

［11］ Chamberlain MC，Bota DA，Linskey ME，et al.Neural stem/progenitors and glioma stem－like cells have differential sensitivity to chemotherapy〔J〕.Neurology，2011，77(22):e135.PMID:22123788.

［12］ Dean M.ABC transporters，drug resistance，and cancer stem cells〔J〕.JMammary Gland Biol Neoplasia，2009，14(1):3.PMID:19224345.

［13］ Bleau AM，Huse JT，Holland EC.The ABCG2 resistance network of glioblastom〔J〕.Cell Cycle，2009，8(18):2936.PMID:19713741.

［14］ Bleau AM，Hambardzumyan D，Ozawa T，et al.PTEN/PI3K/Akt pathway regulates the side population phenotype and ABCG2 activity in glioma tumor stem－like cells〔J〕.Cell Stem Cell，2009，4(3):226.PMID:19265662.

［15］ Kennedy JA，BarabéF，Poeppl AG，et al.Comment on"Tumor growth need not be driven by rare cancer stem cells"〔J〕.Science，2007，318(5857):1722.PMID:18079385.

［16］ Alama A，Orengo A M，F(xiàn)errini S，et al.Targeting cancer－initiating cell drug－resistance:a roadmap to a new－generation of cancer therapies?〔J〕.Drug Discov Today，2012，17(9－10):435.PMID:21315830.

［17］ Ferguson SD.Malignant gliomas:diagnosis and treatment〔J〕.Dis M－on，2011，57(10):558.PMID:22036112.

［18］ Ezhilarasan R，Mohanam I，Govindarajan K，et al.Glioma cells suppress hypoxia－induced endothelial cell apoptosis and promote the angiogenic process〔J〕.Int J Oncol，2007，30(3):701.PMID:17273772.

［19］ Chiao MT，Yang YC，Cheng WY，et al.CD133+glioblastoma stemlike cells induce vascularmimicry in vivo〔J〕.Curr Neurovasc Res，2011，8(3):210.PMID:21675958.

［20］ Huang Z，Cheng L，Guryanova OA，et al.Cancer stem cells in glioblastoma－－molecular signaling and therapeutic targeting〔J〕.Protein Cell，2010，1(7):638.PMID:21203936.

［21］ McLendon RE，Rich JN.Glioblastoma stem cells:a neuropathologist＇s view〔J〕.JOncol，2011，2011:397195.PMID:21052560.

［22］ 朱言亮，陳龍邦.腫瘤干細胞與腫瘤多藥耐藥的關系〔J〕.實用癌癥雜志，2009，24(2):218.