腫瘤干細(xì)胞
——腦膠質(zhì)瘤放療新靶點(diǎn)

王志震(綜述)，王 平(審校)

(天津醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科 天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300060)

神經(jīng)膠質(zhì)瘤在成人腦腫瘤中惡性程度最高。目前標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合治療方法包括外科手術(shù)、放療和藥物治療，如替莫唑胺輔助放療可以將患者的生存時(shí)間增加2年[1]。膠質(zhì)瘤細(xì)胞的2 Gy存活分?jǐn)?shù)值在體外實(shí)驗(yàn)中不是特別高，即使在這種聯(lián)合治療的模式下，膠質(zhì)瘤患者接受相對(duì)較高的總放療劑量，平均生存期仍然只有14.6個(gè)月左右[2]。主要原因是放療后早期腦內(nèi)復(fù)發(fā)。

1 放療療效提高的關(guān)鍵靶點(diǎn)

膠質(zhì)瘤患者放療失敗的傳統(tǒng)理論解釋是放療后瘤內(nèi)殘存耐放射的腫瘤干細(xì)胞(tumor stem cell,TSC)。TSC假說(shuō)[3-4]認(rèn)為，腫瘤克隆保持完全依賴(lài)于少量具有干細(xì)胞特性的CD133+細(xì)胞，即TSC，這些細(xì)胞具有獨(dú)特的自我更新能力、增殖能力和多向分化潛能，其子代細(xì)胞不具備這些特征，這些TSC相對(duì)抗拒放療和化療，是腫瘤復(fù)發(fā)的根源。TSC可能來(lái)源于突變的正常神經(jīng)干細(xì)胞或已分化細(xì)胞，這些細(xì)胞是腫瘤的起源，也是腫瘤生長(zhǎng)的源泉[5]。瘤體內(nèi)TSC散在于分化細(xì)胞與血管組成的保護(hù)龕內(nèi)，保持休眠和自我更新的狀態(tài)，在損傷刺激作用下，開(kāi)始增殖并向不同方向分化，產(chǎn)生神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞[6]。大體腫瘤的消滅并不能完成腫瘤治療的終極目標(biāo)，如果TSC被遺漏，將是“星星之火，可以燎原”之勢(shì)。為了治愈腫瘤必須找到并消滅所有腫瘤細(xì)胞和TSC[7]。腦組織中潛在TSC的靶向放療會(huì)解決這一問(wèn)題，改善患者生存率。

2 TSC靶向放療的可行性

在放療的探索中面臨著一個(gè)問(wèn)題：放療劑量提高=TSC抗性的改善=放療療效提高？傳統(tǒng)觀念認(rèn)為膠質(zhì)瘤療效差本質(zhì)在于TSC對(duì)射線存在抵抗性。由于DNA修復(fù)早期啟動(dòng)、Notch的激活，導(dǎo)致放療后TSC殘留，但是TSC的敏感性不是一成不變的[4,12-13]。TSC的特性及周?chē)h(huán)境決定了其存在狀態(tài)：平時(shí)處于休眠期，更加抵抗于射線，損傷困難。TSC在損害刺激下進(jìn)入增殖期，對(duì)射線更加敏感，遷移以補(bǔ)充腫瘤細(xì)胞群落的消耗，所以放療更易于使其早期動(dòng)員進(jìn)入增殖期，被殺傷。放療劑量的提高或者TSC放療敏感性的改變，理論上能夠消滅TSC，至少可以改善或提高控制率。

事實(shí)并非如此，以前臨床研究顯示：腦膠質(zhì)瘤術(shù)后瘤床周?chē)暖?0～60 Gy可以顯著改善生存率，但是進(jìn)一步提高劑量、使用不同的射線源、使用不同的劑量分割模式或者增加其他改善放射敏感性的輔助治療方法并未產(chǎn)生顯著改善[14]。所以，局部控制的進(jìn)一步改善不依賴(lài)于放療技術(shù)本身或者TSC放療敏感性的改變，可能與TSC空間隱匿、殘留有關(guān)。

神經(jīng)膠質(zhì)瘤放療失敗的可能原因是腫瘤細(xì)胞從一個(gè)或多個(gè)原發(fā)灶廣泛遷移到健康的雙側(cè)腦組織[15-16]。這些孤立的細(xì)胞不能被當(dāng)前的影像技術(shù)、甚至生物成像檢測(cè)到，因此通常不在放療靶區(qū)內(nèi)，它們扮演了放療抗拒，從而使局部復(fù)發(fā)的根本力量。雖然在多種實(shí)體瘤中已經(jīng)分離并確認(rèn)了干細(xì)胞的存在，但是干細(xì)胞分散于組織內(nèi)，無(wú)法明確其治療的解剖位置，對(duì)其精確打擊造成了困難。膠質(zhì)瘤的TSC研究逐步明確了其巢灶位置及遷移規(guī)律，提示了放療損傷規(guī)避機(jī)制，為避免放療中TSC的遺漏提供了契機(jī)[17]。

在膠質(zhì)瘤的治療中，TSC越來(lái)越多地被人們所重視。除了TSC的分離、培養(yǎng)與免疫鑒定，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究主要集中在兩方面：①直接靶向于TSC，以直接消融、促進(jìn)分化、抑制或促進(jìn)其關(guān)鍵信號(hào)通路、抑制其存活血管微環(huán)境等方法消滅TSC[8-9]；②作為放化療敏感性調(diào)節(jié)新的有效靶點(diǎn)，即弄清瘤體內(nèi)不同位點(diǎn)之間及TSC本身的放射敏感性[10-11]，力求通過(guò)藥物調(diào)節(jié)其敏感性或提高放療劑量，以提高療效。細(xì)胞分子水平的治療涉及繁雜的分子網(wǎng)絡(luò)，難以精確定位。作為有效的局部控制手段，放療只要弄清楚TSC的宏觀位置，療效將確切而穩(wěn)定。

文獻(xiàn)顯示，成人腦組織中正常腦神經(jīng)干細(xì)胞駐留區(qū)域?yàn)閭?cè)腦室側(cè)周3～5 mm厚的區(qū)域稱(chēng)為腦室周?chē)鷧^(qū)和海馬結(jié)構(gòu)的亞層(即顆粒下層)[18-19]，可以明確勾畫(huà)其影像學(xué)范圍[20-21]。這些區(qū)域即干細(xì)胞巢，可產(chǎn)生神經(jīng)干細(xì)胞并保持在未分化狀態(tài)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)報(bào)道[22-23]：正常干細(xì)胞而非分化細(xì)胞的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致了腫瘤形成。干細(xì)胞巢是TSC的源頭儲(chǔ)藏池或者“避風(fēng)港”。大腦獨(dú)特的解剖形態(tài)可以從已分化組織中明確區(qū)分出干細(xì)胞巢。在皮質(zhì)層受損和分化細(xì)胞(包括膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元)接近損傷臨界點(diǎn)的情況下，在腦室周?chē)鷧^(qū)的正常神經(jīng)干細(xì)胞分裂活躍，沿著固定遷移通路-延髓的遷徙流-遷移細(xì)胞至嗅球，在那里分化為成熟的神經(jīng)元補(bǔ)充給損傷區(qū)[5,24-25]。在齒狀回，神經(jīng)發(fā)生出現(xiàn)在顆粒下區(qū)，局部產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞，遷入顆粒細(xì)胞層[26]。此結(jié)論符合神經(jīng)祖細(xì)胞從干細(xì)胞巢往外遷移的模式?；蛟S出于修復(fù)目的，產(chǎn)生的子代細(xì)胞甚至可以沿皮質(zhì)纖維侵襲到對(duì)側(cè)和同側(cè)半球的胼胝體，這就是開(kāi)顱手術(shù)后膠質(zhì)瘤會(huì)雙側(cè)復(fù)發(fā)的原因。

文獻(xiàn)報(bào)道[27]，干細(xì)胞相關(guān)腫瘤基因表達(dá)與腦室周?chē)鷧^(qū)之間沒(méi)有相關(guān)性，但是與生存預(yù)后相關(guān)，亦即TSC并未在腦室周?chē)鷧^(qū)中擴(kuò)增。當(dāng)腫瘤受到損傷時(shí)，神經(jīng)干細(xì)胞會(huì)從儲(chǔ)備池沿遷移通路移動(dòng)，補(bǔ)充腫瘤損耗。而腫瘤組織中已經(jīng)存在的TSC同樣可以逆向沿著上述固定的干細(xì)胞遷移通路，進(jìn)入“避風(fēng)港”，躲避損傷，這個(gè)推測(cè)已經(jīng)在文獻(xiàn)報(bào)道中得以證實(shí)[15-16]。

無(wú)論是干細(xì)胞巢作為T(mén)SC的源頭儲(chǔ)藏池，還是TSC在放療過(guò)程中從一個(gè)或多個(gè)原發(fā)灶沿遷移通路逆行移動(dòng)以避免損傷，干細(xì)胞巢的位置及遷移通路的明確都會(huì)給潛在TSC的靶向放療提供可行性。數(shù)據(jù)提示，努力消滅雙側(cè)腦室周?chē)鷧^(qū)域的這些神經(jīng)干細(xì)胞，可以使膠質(zhì)瘤患者獲得生存質(zhì)量的改善[28]。只有干細(xì)胞巢及遷移通路納入放療靶區(qū)，才能殺滅潛在TSC[29]。

3 TSC靶向放療需要解決的問(wèn)題

在干細(xì)胞靶向放療療效的研究中，腦組織成為一個(gè)理想的模型系統(tǒng)。對(duì)成人腦干細(xì)胞巢靶向放療的處方劑量會(huì)影響膠質(zhì)瘤患者的療效及正常組織修復(fù)能力，摸索有效、恰當(dāng)?shù)姆暖焺┝糠指钅Ｊ郊捌鋼p傷機(jī)制、正常神經(jīng)組織的不良反應(yīng)勢(shì)在必行。加利福尼亞州立大學(xué)洛杉磯分校的一項(xiàng)回顧性研究[28]證實(shí)了TSC靶向放療的效果，明確了TSC損傷所需處方劑量，該項(xiàng)研究對(duì)55例成人Ⅲ～Ⅳ級(jí)膠質(zhì)瘤放療患者，勾畫(huà)腦室周?chē)鷧^(qū)和海馬結(jié)構(gòu)的輪廓作為干細(xì)胞巢，回顧了腦室周?chē)杉?xì)胞巢非故意接受放療劑量對(duì)患者無(wú)進(jìn)展生存的影響，研究中腦室周?chē)鷧^(qū)域多數(shù)位于腫瘤臨床靶區(qū)之外，此區(qū)域放療為低分割模式，結(jié)果顯示：雙側(cè)腦室周?chē)鷧^(qū)平均接受照射劑量43 Gy，高于平均劑量組比低于平均劑量組的無(wú)進(jìn)展生存有改善，而單獨(dú)一側(cè)腦室周?chē)鷧^(qū)平均劑量、同側(cè)海馬區(qū)平均劑量及腫瘤臨床靶區(qū)的平均劑量都與無(wú)進(jìn)展生存的延長(zhǎng)無(wú)關(guān)。

給予腦室周?chē)鷧^(qū)域的特定處方劑量，可能是一種改善高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者治療效果的有效方式。腦室周?chē)鷧^(qū)域和海馬是成熟神經(jīng)發(fā)生的區(qū)域，有助于大腦正常組織的修復(fù)。雖然大多數(shù)患者當(dāng)前的生存時(shí)間太短，使正常組織的長(zhǎng)期不良反應(yīng)難以觀察，但隨著治療的改進(jìn)，患者生存得到明顯改善，此狀況需要更加謹(jǐn)慎地評(píng)價(jià)和對(duì)待。

4 小 結(jié)

TSC是提高膠質(zhì)瘤療效的關(guān)鍵。目前已經(jīng)明確了腦室周?chē)鷧^(qū)和海馬顆粒下層為干細(xì)胞巢，TSC從這里產(chǎn)生和再群體化腫瘤。在腫瘤受到放射損傷時(shí)，TSC逆向進(jìn)入“避風(fēng)港”躲避了損傷。干細(xì)胞巢及干細(xì)胞遷移通路的明確，給潛在TSC的靶向放療提供了可行性。在找到新的放療靶點(diǎn)之后，尚需基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)摸索恰當(dāng)?shù)姆暖焺┝糠指钅Ｊ?。目前的研究已?jīng)為T(mén)SC靶向放療打開(kāi)了光明的前景，這種治療可提高放療療效，提高治愈率、減少局部復(fù)發(fā)率。

[1] Stupp R,Hegi ME,Mason WP,etal.Effects of radiotherapy with concomitant and adjuvant temozolomide versus radiotherapy alone on survival in glioblastoma in a randomised phase Ⅲ study:5-year analysis of the EORTC-NCIC trial[J].Lancet Oncol,2009,10(5):459-466.

[2] DeAngelis LM.Brain tumors[J].N Engl J Med,2001,344(2):114-123.

[3] Hemmati HD,Nakano I,Lazareff JA,etal.Cancerous stem cells can arise from pediatric brain tumors[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2003,100(25):15178-15183.

[4] Bao S,Wu Q,McLendon RE,etal.Glioma stem cells promote radioresistance by preferential activation of the DNA damage response[J].Nature,2006,444(7120):756-760.

[5] Llaguno SA,Chen J,Kwon CH,etal.Neural and cancer stem cells in tumor suppressor mouse models of malignant astrocytoma[J].Cold Spring Harb Symp Quant Biol,2008,73:421-426.

[6] Moore KA,Lemischka IR.Stem cells and their niches[J].Science,2006,311(5769):1880-1885.

[7] Park CY,Tseng D,Weissman IL.Cancer stem cell-directed therapies:recent data from the laboratory and clinic[J].Mol Ther,2009,17(2):219-230.

[8] Zaidi HA,Kosztowski T,DiMeco F,etal.Origins and clinical implications of the brain tumor stem cell hypothesis[J].J Neurooncol，2009,93(1):49-60.

[9] Cheng L,Bao S,Rich JN.Potential therapeutic implications of cancer stem cells in glioblastoma[J].Biochem Pharmacol,2010,80(5):654-665.

[10] 章翔,毛星剛.靶向消除腦腫瘤干細(xì)胞的潛在治療策略[J].中華神經(jīng)外科疾病研究雜志,2008,7(6):481-484.

[11] 趙中甫,楊波,關(guān)方霞，等.腦膠質(zhì)瘤不同位點(diǎn)腫瘤干細(xì)胞的特性分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版,2007,42(2):365-366.

[12] Wang J,Wakeman TP,Lathia JD,etal.Notch promotes radioresistance of glioma stem cells[J].Stem Cells,2010,28(1):17-28.

[13] Hittelman WN,Liao Y,Wang L,etal.Are cancer stem cells radioresistant[J].Future Oncol,2010,6(10):1563-1576.

[14] Laperriere N,Zuraw L,Cairncross G,etal.Radiotherapy for newly diagnosed malignant glioma in adults:a systematic review[J].Radiother Oncol,2002,64(3):259-273.

[15] Brandes AA,Tosoni A,Franceschi E,etal.Recurrence pattern after temozolomide concomitant with and adjuvant to radiotherapy in newly diagnosed patients with glioblastoma:correlation With MGMT promoter methylation status[J].J Clin Oncol,2009,27(8):1275-1279.

[16] Tuettenberg J,Grobholz R,Seiz M,etal.Recurrence pattern in glioblastoma multiforme patients treated with anti-angiogenic chemotherapy[J].J Cancer Res Clin Oncol,2009,135(9):1239-1244.

[17] Hoelzinger DB,Demuth T,Berens ME.Autocrine factors that sustain glioma invasion and paracrine biology in the brain microenvironment[J].J Natl Cancer Inst,2007,99(21):1583-1593.

[18] Gage FH,Coates PW,Palmer TD,etal.Survival and differentiation of adult neuronal progenitor cells transplanted to the adult brain[J].Proc Natl Acad Sci U S A,1995,92(25):11879-11883.

[19] Goldman SA,Sim F.Neural progenitor cells of the adult brain[J].Novartis Found Symp,2005,265:66-80.

[20] Chera BS,Amdur RJ,Patel P,etal.A radiation oncologist′s guide to contouring the hippocampus[J].Am J Clin Oncol,2009,32(1):20-22.

[21] Barani IJ,Cuttino LW,Benedict SH,etal.Neural stem cell-preserving external-beam radiotherapy of central nervous system malignancies[J].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2007,68(4):978-985.

[22] Alcantara Llaguno S,Chen J,Kwon CH,etal.Malignant astrocytomas originate from neural stem/progenitor cells in a somatic tumor suppressor mouse model[J].Cancer Cell,2009,15(1):45-56.

[23] Zhu Y,Guignard F,Zhao D,etal.Early inactivation of p53 tumor suppressor gene cooperating with NF1 loss induces malignant astrocytoma[J].Cancer Cell,2005,8(2):119-130.

[24] Goings GE,Sahni V,Szele FG.Migration patterns of subventricular zone cells in adult mice change after cerebral cortex injury[J].Brain Res,2004,996(2):213-226.

[25] Kakita A,Zerlin M,Takahashi H,etal.Some glial progenitors in the neonatal subventricular zone migrate through the corpus callosum to the contralateral cerebral hemisphere[J].J Comp Neurol,2003,458(4):381-388.

[26] Zhao C,Deng W,Gage FH.Mechanisms and functional implications of adult neurogenesis[J].Cell,2008,132(4):645-660.

[27] Kappadakunnel M,Eskin A,Dong J,etal.Stem cell associated gene expression in glioblastoma multiforme:relationship to survival and the subventricular zone[J].J Neurooncol,2010,96(3):359-367.

[28] Evers P,Lee PP,DeMarco J,etal.Irradiation of the potential cancer stem cell niches in the adult brain improves progression-free survival of patients with malignant glioma[J].BMC Cancer,2010,10:384.

[29] Laks DR,Visnyei K,Kornblum HI.Brain tumor stem cells as therapeutic targets in models of glioma[J].Yonsei Med J,2010,51(5):633-640.