件‘ 华神经医学杂志 年 月 第 卷 第 期 , , ,
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综述
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干细胞移植治疗脑胶质瘤的研究进展
陈 中灿 徐如祥 姜晓丹
【关键词 】 干细胞 神经胶质瘤 基因治疗
【中图分类号 文献标识码 【文章编号 一 一 一
初 叨 刀百八 叮一 ,
一 ‘口卫吕 剧 一 、 , “ 君 尸 以 , 心
, 邵 ,
【
尽管脑胶质瘤的治疗取得不 断的进步 , 但其致残率和死
亡率仍很高 , 其难 以根除的主要原因是肿瘤细胞对脑组织的
高度浸润性 。 传统的外科手术辅助放疗 、 化疗
对正常神
经组织 的破坏 及 副作用很 大
,
如放射性坏死
、
认知障碍和脑
白质病等 。 近几年随着干细胞技术的兴起 , 利用 干细胞作为
载体的脑胶质瘤基 因治疗受到广泛关注 , 该治疗方法 的优势
在于既能除去肿瘤细胞又有组织修复功能 。 本文就干细胞治
疗神经胶质瘤的细胞来源
、
肿瘤趋 向性
、
治疗机理 及体内监
测等方面的现状及进展进行简要 回顾和展望 。
基因
达与 相关 , 但这些细胞与正常 相 比在表型
等方面仍具有不同特征 。 另外 , 免疫缺陷鼠移植 后保
持 了无瘤 , 年后 的组织与病理检测均属正常 , 。 这些研究
初步表明利用干细胞治疗胶质瘤未发现致瘤危险性 。
一
、
干细胞来源
干细胞是 一 类具有 自我更新和多种分化潜能的特殊细
胞 。 目前脑胶质瘤治疗研究所用 的干细胞主要是神经干细胞
, 和 骨髓 基 质 干 细 胞
, 。 义 包 括 胚 胎 和 成 体
, 这些 本身具有神经细胞 的特性 , 可 以作为基 因
转运 工 具 的同时还 可 能在组织结构上促进神经系统疾病 的
恢复 。 但是胚源 的应用 障碍主要体现在取材受道德伦
理和免疫排斥等方面的制约 。
能够分化成 多种 中胚层细胞系如成骨细胞
、
软
骨细胞
、 上 皮 细胞 、 脂肪细胞和非中胚层细胞系如神经元 与
星形胶质细胞等。 移植至成年动物脑 中能迁移和生
存 , 体外能表达星形胶质细胞
、 少 突胶质细胞和神经元标志 。
有 文献报道在没有神经发育刺激的情 况 下 , 也 可 表
现出多种神经表型 。 因此 以其来源 丰富
、
取材方便
及无须考虑伦理道德限制等优势成为临床细胞移植治疗 包
括胶质瘤治疗 重要种子细胞来源 。 近几年 , 在动物模型直
接利用 转基 因靶 向治疗脑胶质瘤等方面取得 了明显
效果 。 直接移植 , 减少干细胞体外诱导分化过程的
同时 , 又充分利用宿主神经组织微环境对 作用 的优
势 , 使 的定 向发育分化更具特定性 。 有研究者认为
可能会代替 用于治疗胶质瘤 。
等阎从恶性胶质瘤中分离肿瘤 , 并通过研究其
增生分化
、
基 因表达 和生 物学特性 , 发现虽 然肿瘤干细胞的
二 、 干细胞的肿瘤趋向性
和 具有非常强的归巢能力 , 能够向肿瘤部
位迁移 , 称为“ ” 追逐 现象阴 , 而在正 常脑组织
部位分布很少 。 有研究表明无论肿瘤是否起源于神经组织 ,
也不论肿瘤位于颅内或是颅外 , 小鼠 移植后都显示出
很强 的肿瘤趋 向性 。 动物脑内注射 后向胶质瘤定 向
迁移现象的发现使人们开始认识到十细胞靶 向治疗胶 质瘤
潜在价值 。
认为脑肿瘤治疗不像其它如中风或帕金森疾病
造成 的损伤那样要求形成新的复杂的神经连接 , 关键是要追
踪和杀死瘤细胞且不造成损害 。 干细胞治疗有望发展成为一
种肿瘤尤其是侵袭性脑肿瘤手术 、 化疗和放疗 的辅助手段 。
动物模型研究表明 , 干细胞在颅内的迁移 可能是通过 白
质通路 包括脐脉体和外囊 到达瘤床和远处扩散的微卫星瘤
灶 , 在肿瘤和 正常脑实质的交界区形成囊状包绕瘤体结构并
渗透进肿瘤内部 , 。
引起干细胞向肿瘤迁移的趋化性 因素比较复杂 。
等 体外研究表明鼠 的迁移是 由于 鼠胶质瘤细胞 的
刺激所致 。 来 自肿瘤组织或炎症组织的细胞因子如肝细胞生
长 因子 、 血管 内皮细胞 生 长 因子
、 肿瘤生长 因
子 、 成纤维细胞生长因子 、 血小板源性生长因 子
、
单核细胞趋化蛋 白 一 一 及 白介素 等都
可能是 与干细胞迁移相关 的因素日’。 有体外实验证明 , 低氧
也能诱导 鼠 的定 向迁移 。 参与干细胞迁移 的基质
源 因 子 一 , 一 分 子 和 其 受 体
被研究得相对较多 , 胶质瘤细胞能上调 自身的 一
和 , 阻断 能抑制 向肿瘤部位的迁移 。
等 体外实验发现 缺乏 自动迁移能
力 , 出现 瘤细胞后才发生迁移 , 并且迁移程度依赖于瘤细
胞数量的多少 , 提示干细胞向胶质瘤 的趋 向程度 与瘤细胞的
作者单位 崎 州 , 南方医科大学珠江医院神经外科
中华神经医学杂志 年 月笙鱼鳖 笙 唠〕 血 塑旦旦卫卫旦旦卫些旦旦型 凶 呈 鱼 」
数量相关 。 同时 等 研究结果提示 , 较小 的脑部损伤
本身不能吸引 迁移 而 等阴的研究表明移植
份泌 一 的 数量达到一定时 如
个 才表现 出抑制作用 , 较少 时 如 个 不能延
长荷瘤鼠的生存期 。 因此 , 要达到最佳治疗效果 , 提高干细胞
向胶质瘤特异性迁移能 力 和增加移植细胞数量 可 能是今后
进一步研究的方向之一 。
另外 , 等 研究结果提示 , 刺激干细胞迁移的 因素是
肿瘤细胞浸润的脑组织 和邻近组织 而非肿瘤本身 , 这与其它
研究 相矛盾 。 等 通过静脉途径移植 到正常
照射的拂拂体内 , 心脏
、 肺脏 、 骨髓及肝脏等多个器官都可
检测到移植细胞 , 而且各个系统分布的量也有差别 。 目前干
细胞向肿瘤迁移的机制未完全清楚
, 弄清干细胞移植治疗胶
质瘤的迁移分布规律将有利于提高移植效率 、 减少副作用 。
三 、肿瘤抑制因子
利用 干细胞 向胶质瘤趋化的特性 , 将具有抑制肿瘤生 长
的基因转导进干细胞从而达到治疗 目的是 目前通用 的方法 。
所用 的修饰基 因一般包括前体药物 自杀基因
、 免疫刺激分
子 、 干扰素等有肿瘤抑制作用的基 因 。
单纯疤疹病毒 型胸昔激酶 更昔洛韦 一 玲
和胞嚓陡核昔脱氨酶 氟尿嗜咙 一 系统是利用前体
药物激活和旁观者效应杀死胶质瘤 的方法 。 等 用转导
一 的鼠 细胞系分别以 和 比例与
人胶质瘤细胞 和 一 混合培养 , 加人更昔洛韦
林 后杀死了超过 和 一 的胶质瘤
细胞 , 有望克服传统方法 因转导效率低而导致临床实验的失
败的缺点 。 等 利用 基 因修饰神经祖细胞 系
, 然后移植到带有胶质瘤 的鼠体内 , 一 治疗后肿
瘤体积明显减小 。 但与 一 系统相 比 , 一 系统产
生 的神经毒性副作用较大 。 因此 一 转染于细胞将是一
个新的 、 相对安全的以 为基础的胶质瘤治疗系统 。
动物研究显示抗肿瘤效果 明显 的可作为修饰干细胞 的
免疫刺激分子有 一 、 一
、 一 。 最近 等
用腺病毒介导 一 基 因修饰 治疗接种 胶质瘤的
小 鼠模型 , 设置 不 同的对照组 , 对生存期进行 了 比较 , 结果
一 一 组的效果最佳 。 用 对肿瘤体积大小进行 比
较的结果也与生存期一致 。 干细胞移植 后瘤组织 染
色表明 , 一 一 治疗组有明显 的单核细胞浸润 , 并可 以
检测到大量 和 淋 巴 细胞 , 而未经修饰 的
移植组的胶质瘤中炎性细胞浸润最弱 , 和 细胞很
少 。 等 , 的研究是从 幼 鼠脑分离 , 体
外培养成神经球 , 反转录病毒转导 一 , 表达的 一 能诱导
很强的 辅助细胞 型反应 , 下调 型 辅助细胞反应 , 能
明显延长移植 瘤细胞鼠的生存期 。
国内 等 用来源 于 一 个月胚胎并转导 一 基
因的人 移植到鼠纹状体 内 , 与对照相 比 , 不论是与
肿瘤细胞一起移植
、
还是形成肿瘤后 移植都能明显延长荷瘤
鼠的生存期 , 渗透人肿瘤组织 的大部分是 细胞 。 该结果
同用胎鼠 转导 一 治疗 胶质瘤的结果一致 。
高浓度 的干扰 素 一 能够在体外抑制恶性肿瘤细
胞生长 , 但临床上 一日治疗是全身给药 , 毒副作用限制了
其应用 。 较 早利用干细胞介导干扰素基因治疗肿瘤的研究不
是针对胶质瘤 。 等 用 腺病毒介导 正 一日基 因修饰
治疗 乳腺癌和 黑色素瘤肺转移
瘤 鼠模型
, 发现 一日细胞有明显肿瘤抑制作用 , 生
存中值与对照组 间有统计学差异 。 最近 等 首次
报道 了使用 干扰素基 因修饰 治疗 多形性恶性脑胶
质瘤的研究 , 该研究发现将 】 一日和 胶质瘤细
胞体外共培养能明显抑制瘤细胞生 长 。 同样动物模型 实验也
表明 一 一日经颈动脉或瘤内移植都能显著提高生存
期 , 而 一 一 组 、 正 一 皮下注射组及静脉内
注射 一 日组 作 为对 照 都无 明显 抑瘤作用 , 证 明 了人 源
自体移植治疗胶质瘤的可行性 。
用于修饰干 细胞治疗脑胶质瘤 的小分子还有肿瘤坏死
因子 一 相关调亡配体 和溶酶体酶半乳糖脑昔脂酶
等 , 都显示 出一定 的抑制脑胶质瘤效果 。 预计还会
有更多的利用分子修饰干细胞抑制胶质瘤的研究出现 。
等 观察到仅仅移植 的荷瘤 鼠生存期
较未移植组有明显延 长 , 提示 本身可能具有直接的
抗肿瘤作用 , 分析可 能与 在肿瘤边缘形成的囊样结
构屏 障作用及其本身分泌 的可溶性 因子如抑制肿瘤血管渗
漏和肿瘤生长 的血管生成素 一 相关 。 另一项用
神经祖细胞 系 和 移植治疗 鼠尾状核部
胶质瘤动物模型 的实验也观察到类似的结果 。 这与其
它阵 ’ 大多数研究结果不一致 , 可能是与各个研究所用的细胞
系不 同有关 , 也说明不 同病理分型 的胶质瘤可能需要选择合
适种子细胞来源 的干细胞和治疗基 因进行“ 个体化治疗 ” 。
四 、 干细胞体内监测
千细胞移植后 , 在体内的迁移 、 分布 、 增殖
、
分化 、 基因表
达及肿瘤体积的改变等对 于评估基 因递送 效率和治疗效果
都十分关键 , 因此细胞标记示踪技术是研究干细胞的重要 内
容之一 。 研究方法分为有创监测和无创监测 。 有创监测主要
是 通 过 核 酸 标 记 如 嗅 脱 氧 尿 哦 吮
、
胞 浆标 记 如
及转染外源标识基因如绿色荧光蛋白 四等成份
标记干细 胞 , 再将动物组织处理后进行观察 , 主要不足 是 观
察过程不连续 , 操作过程复杂 ’ 。
体内无创性 监测是用磁共振 创 ’或实时成像仪器追
踪标记的干细胞 。 等 用 亲脂性染料包被的超顺磁
粒标记来 自成年 鼠 , 移植到鼠脑胶质瘤模型 中 ,
在特定 的梯度磁场 中得到 的 图像中 表现 为弱信
号 , 加人礼染料 一 则可 得到增强的 图像 。 荧光
素酶是一类能够催化不 同底物氧化发 光的生物酶 , 灵 敏度
高 。 等 不仅在神经祖细胞 中转导荧火虫荧光素酶
, , 而 且 用 海 肾 荧 光 素 酶
, 标记 △ 胶质瘤细胞 , 分别通过腹
膜 内注射 的底物 荧光素及尾 静脉注 射 的底物
腔肠素 , 再用低温高效 电荷祸合成像 系统记 录发出的光子
数 , 经处理后形成图像 , 结果和组织切片染色相吻合 , 这种方
中华神经医学杂志 年 月 第 卷 第 期 , 娜
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法有利于 同时 解十细胞和胶质瘤细胞 的状态 , 还能对细胞
数进行定量 , 只是分辨率不如 。 有创和无创监测技术的
联合应用将更有助于于细胞治疗胶质瘤的研究 。
五 、 问
和展望
已知的大量研究结果表明 , 干细胞 为载体的细胞移植方
法虽然 目前仍有诸多问题需要解决 , 但也为人们治疗脑胶质
瘤带来了希望 , 主要是 因为干细胞 特别是 可从
患者本身得到 , 低免疫原性 能培养增殖和基 因修饰 移
植后 向肿瘤迁移 动物实验效果明显 。
目前的研究待解决的主要 问题首先是 干 细胞 的肿瘤趋
向性 , 如何让干细胞既能向肿瘤原发灶迁移又能追踪到转移
的瘤细胞 , 最大程度地减少复发 其次是针对不 同的胶质瘤
分型如何选择合适种子细胞来源 的干细胞和治疗基因 再次
是 干细胞移植 的副作用如遗传安全性 及效应分子对正 常组
织细胞的作用等
‘
总之 , 干细胞治疗用于 临床必须建立在可
靠的实验数据之上 , 不可操之过急 。
尽管困难重重 , 但随着对 干细胞研究的深人
、 转基 因载
体系统的改进及脑胶质瘤发病机理的阐明 , 作为“ 特洛伊木
马 ” 的干细胞移植有望成为治疗脑胶质瘤的一
种有效 方法 。
参 考 文 献
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金澎 , 徐如祥 , 姜晓丹 , 等 成人骨髓源性神经干细胞的致瘤性研
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收稿 日期 一 一
本文编辑 刘凯