干细胞-脑肿瘤干细胞-脑肿瘤干细胞的研究现状.pdf

中国组织工程研究 第 16 卷 第 14 期 2012 04 01 出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research April 1 2012 Vol 16 No 14 ISSN 1673 8225 CN 21 1581 R CODEN ZLKHAH 2637 1Department of Pathology Baotou Medical College of Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou 014010 Inner Mongolia Autonomous Region China 2Department of Neurosurgery Staff Hospital of Inner Mongolia North Heavy Industries Group Co Ltd Baotou 014030 Inner Mongolia Autonomous Region China Wang Xin xin Master Lecturer Department of Pathology Baotou Medical College of Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou 014040 Inner Mongolia Autonomous Region China 57667478 Corresponding author Liu Ji ping Associate chief physician Department of Neurosurgery Staff Hospital of Inner Mongolia North Heavy Industries Group Co Ltd Baotou 014030 Inner Mongolia Autonomous Region China Received 2011 07 25 Accepted 2011 09 06 脑肿瘤干细胞的研究现状 王欣欣1 刘季平2 Research progress in brain tumor stem cells Wang Xin xin1 Liu Ji ping2 Abstract BACKGROUND Research in recent years has discovered some stem cell like cells exist in brain tumors which have the properties of endless cell proliferation uncontrolled self renewal and multi directional differentiation and they are called as brain tumor stem cells Brain tumor stem cells play a key role in the progress of tumorigenesis growth invasion metastasis and recurrence OBJECTIVE To conclude and explore the current studies on brain tumor stem cells METHODS A computer based search of Pubmed Database was performed to retrieve relevant articles about brain tumor and brain tumor stem cells published from January 1977 to July 2011 Books on stem cells and brain tumor stem cells were also retrieved The data were selected primarily and 32 articles related to brain tumor stem cells were selected RESULTS AND CONCLUSION Brain tumor stem cells exist in malignant brain tumor and they are the origin of the occurrence development metastasis and recurrence of malignant brain tumor Brain tumor stem cells express CD133 Nestin protein and ABC transporter in malignant brain tumors Recently a simple method has been obtained to isolate brain tumor stem cells The proportion of CD133 positive tumor stem cells is positively correlated with the severity of malignant brain tumors which can be used as a diagnostic indicator of prognosis Wang XX Liu JP Research progress in brain tumor stem cells Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu 2012 16 14 2637 2640 摘要 背景 在脑肿瘤中存在一种具有自我更新 无限增殖与多向分化能力的细胞 即脑肿瘤干细胞 脑肿瘤干细胞被认为是脑 肿瘤发生 发展 转移与复发的根源 目的 总结和探讨脑肿瘤干细胞的研究现状 方法 以 脑肿瘤 脑肿瘤干细胞 为检索词 应该计算机检索 Pubmed 数据库 1977 01 2011 07 的相关文章 并查阅 与干细胞及脑肿瘤干细胞实验有关的书籍 对资料进行初审 选取符合要求的有关文章共 32 篇 结果与结论 在恶性脑肿瘤中存在脑肿瘤干细胞 脑肿瘤干细胞是恶性脑肿瘤发生 发展 转移及复发的根源 其表达特 异性的 CD133 Nestin 蛋白和 ABC 转运体 目前已经获得了分离脑肿瘤干细胞的简便方法 CD133 阳性的肿瘤干细胞所 占的比例与脑肿瘤的恶性程度呈正相关 可作为预后诊断指标之一 关键词 脑肿瘤 脑肿瘤干细胞 CD133 Nestin 蛋白 综述文献 doi 10 3969 j issn 1673 8225 2012 14 034 王欣欣 刘季平 脑肿瘤干细胞的研究现状 J 中国组织工程研究 2012 16 14 2637 2640 http www crter org 0 引言 近年来 肿瘤的发病率和死亡率均在明显 上升 脑肿瘤在成人恶性肿瘤的发病率中仅排 在第 10 位 但是由于脑肿瘤外科治疗难以彻底 清除 对放化疗的敏感性差 复发率极高 致 使脑肿瘤的预后很差 严重威胁着人类的健康 和生命 是人类死亡率最高的肿瘤之一 1 据 2004 年美国癌症协会报道 美国每年有 18 000 个原发脑肿瘤确诊病例 仅 1 3 病例存活超过 5 年 2 传统治疗方法在脑肿瘤的治疗中效果有 限 迫使人们去寻找新的治疗方案 最近的研 究证明 不论是在成人还是儿童 具有不同表 型的脑肿瘤中都存在有肿瘤干细胞 brain tumor stem cell BTSC 3 脑肿瘤干细胞理论 的核心是 在恶性脑肿瘤中 只有数量极少的 肿瘤干细胞具有无限增殖能力 进一步深入研 究脑肿瘤干细胞的生物学特性 探索脑肿瘤干 细胞在恶性脑肿瘤发生及复发中的具体作用及 机制 将为今后寻找靶向肿瘤干细胞的恶性脑 肿瘤根治产生十分重要的作用 4 1 资料和方法 1 1 资料来源 检索人相关内容 第一作者 检索时间范围 1977 01 2011 07 检索词 英文检索词 brain tumor brain tumor stem cell 中文检索词 脑肿瘤 脑肿 王欣欣 等 脑肿瘤干细胞的研究现状 P O Box 1200 Shenyang 110004 2638 www CRTER org 1 内蒙古科技大学 包头医学院病理 教研室 内蒙古自 治 区 包 头 市 014010 2内蒙古 北方重工集团职 工医院神经外科 内蒙古自治区包 头市 014030 王欣欣 女 1982 年生 内蒙 古自治区通辽市 人 蒙古族 2007 年辽宁医学院毕 业 硕士 讲师 主要从事脑肿瘤 的病理学研究 57667478 qq com 通讯作者 刘季 平 副主任医师 内蒙古北方重工 集团职工医院神 经外科 内蒙古自 治区包头市 014030 中图分类号 R318 文献标识码 A 文章编号 1673 8225 2012 14 02637 04 收稿日期 2011 07 25 修回日期 2011 09 06 20110725009 W W 瘤干细胞 检索数据库 Pubmed 数据库 网址 http www ncbi nlm nih gov PubMed 检索文献量 共检索到 182 篇文献 1 2 检索方法 纳入标准 与脑肿瘤有关的文献 与脑 肿瘤干细胞有关的文献 排除标准 与纳入标准无关及重复的文献 质量评估 计算机初检得到 182 篇文献 阅读标题和摘要进行初筛 排除研究目的与此 无关的 52 篇 内容过于陈旧的 69 篇 内容重 复的研究 29 篇 最后保留其中 32 篇归纳总结 其中综述 讲座类文献 5 篇 实验和临床研究 类文献 27 篇 2 结果 2 1 肿瘤干细胞与脑肿瘤干细胞 2 1 1 肿瘤干细胞 干细胞是一类具有自我更 新和多向分化潜能的原始细胞 按其来源和分 化潜能可分为 3 类 胚胎干细胞 生殖干细胞 和成体干细胞 早在 20 世纪 70 年代 Hamburger 等 5 发现在肺癌 卵巢癌与神经母 细胞瘤中 有 1 1 000 1 5 000 的细胞可以在 体外软琼脂糖培养基上形成克隆 并推测这可 能是一种 癌干细胞 但由于当时的实验技术 条件未能对其进行分离和纯化 随着对肿瘤研究的不断深入 研究者们发 现大多数肿瘤都是由具有不同增殖潜能和移植 成瘤活性不同的细胞群组成 构成肿瘤实体的 异质细胞群中存在着部分具有干细胞自我更新 及分化特性的细胞亚群 即肿瘤干细胞 6 7 1997 年 Bonnet 等 8 首先在急性髓性白血病患 者体内分离出一种 CD34 CD38 的细胞 该细 胞仅占肿瘤细胞的 5 但是却具有自我更新和 增殖分化潜能 为干细胞样肿瘤细胞 将这类 细胞移植到 NOD SCID 非肥胖型糖尿病 严重 联合免疫缺陷 小鼠 可以产生与人类类似的急 性白血病 因此认为 CD34 CD38 的肿瘤细胞 可能是急性髓性白血病的肿瘤干细胞 随后在 实体肿瘤如乳腺癌中也发现了肿瘤干细胞的 存在 9 肿瘤干细胞只占肿瘤细胞的 0 01 在放化疗时 99 99 已经丧失了增殖能力的 肿瘤细胞可被轻而易举的杀死 但肿瘤干细胞 具有顽强的抵抗力和增生力 自我复制出一代 又一代的新生肿瘤细胞 结果导致肿瘤细胞不 断复发 因此研究人员认为这可能就是肿瘤发 生和复发的原因 而脑肿瘤中分离出的具有肿 瘤干细胞特性的细胞 命名为脑肿瘤干细胞 10 2 1 2 脑肿瘤干细胞 对于脑肿瘤干细胞的 提出是以神经干细胞的发现为基础的 1992 年 Reynolds 等 11 分离出神经干细胞 最早证 实了神经干细胞的存在 2000 年 Gage 12 将 神经干细胞的特性概括为 可生成神经组织 或来源于神经系统 具有自我更新能力 可通过不对称细胞分裂产生新细胞 神经干细胞的发现打破了神经元不会再生 的传统观念 脑肿瘤细胞与神经干细胞具有相 似的生物学特性 13 脑肿瘤多由神经元及胶质 细胞等细胞成分构成 并且具有极强的增殖与 自我更新能力 能够通过不断分裂产生子代细 胞 但是在脑肿瘤组织中 并不是所有的肿瘤 细胞都具有增殖分化和维持肿瘤生长的能力 只有其中的一部分细胞具有过度增殖和自我更 新的能力 这些细胞即为脑肿瘤干细胞 对于脑肿瘤干细胞的分离与提纯 学者们 进行了大量的科学研究 目前为止 已经从体 外和体内实验中证实了脑肿瘤干细胞的存在 Singh 等 14 对 14 例儿童原发脑肿瘤进行了研 究 发现有 0 3 25 1 的肿瘤细胞在体外培 养条件下具有增殖与自我更新能力 可以形成 克隆性的神经球样集落 进一步研究发现这些 细胞都表达 CD133 和 Nestin 蛋白这类神经干 细胞的表面标志 在体外促分化条件下培养 这些细胞可以增殖并分化为神经元和 或 神经 胶质细胞 比例 表型与原肿瘤一致 核型分 析证实这些细胞存在染色体异常 核型为 45XY 从而排除了它们是神经干细胞污染的可 能 提示其为神经干细胞突变而来 为了证实 脑肿瘤干细胞在体内亦存在并可以产生与来源 肿瘤相同的肿瘤 Singh 等 15 采用免疫磁珠法 从髓母细胞瘤和胶质母细胞瘤组织中分离出 CD133 和CD133 细胞异体植入NOD SCID小 鼠脑中 比较两种细胞致瘤能力的差别 移植 后 12 24 周 仅 100 个 CD133 细胞就可以在 小鼠体内导致肿瘤产生 而移植 50 000 100 000 个 CD133 细胞仍不能导致肿瘤产生 随后 将子代肿瘤中的 CD133 细胞移植到小 鼠体内 5 周后 5 只被移植的小鼠均可见肿瘤 生长 且与前两代肿瘤表型相同 上述研究证 实脑肿瘤干细胞具有连续传代及致瘤能力 且 CD133 细胞远比 CD133 细胞具有更强的致瘤 能力 Yuan 等 16 对成人胶质母细胞瘤进行研 究 也发现了脑肿瘤干细胞的存在 Hemmati 王欣欣 等 脑肿瘤干细胞的研究现状 ISSN 1673 8225 CN 21 1581 R CODEN ZLKHAH 2639 www CRTER org 等 17 还提出脑肿瘤干细胞能引发儿童脑肿瘤 2 2 肿瘤干细胞的生物学特性 2 2 1 自我更新及多潜能分化能力 脑肿瘤干细胞较 神经干细胞具有更强的更新及分化能力 并且肿瘤干细 胞丧失了细胞增殖的负反馈调节机制 倾向于积累复制 的错误 17 一定数量的脑肿瘤干细胞可以分别在体内及 体外形成与原发肿瘤病理类型相同的肿瘤 Galli 等 18 用消化原代肿瘤球制成细胞悬液 然后通过有限稀释置 于 96 孔板培养 最低密度为每孔 1 个细胞 结果所有原 代肿瘤球细胞悬液都再次形成了肿瘤球 显示出肿瘤干 细胞具有自我更的新能力 细胞增殖实验表明 脑肿瘤 干细胞的增殖能力明显高于神经干细胞 且不同表型干 细胞之间增殖能力也存在明显差异 恶性程度越高的肿 瘤其干细胞增殖能力也越强 Singh 等 15 实验研究发现 在稀释为每孔 10 个肿瘤细胞时 髓母细胞瘤平均形成 20 个肿瘤球 而正常神经干细胞仅形成 2 88 个细胞球 2 2 2 表面标志 脑肿瘤干细胞常表达一些神经干细 胞的表面标志 如特征性的 CD133 和 Nestin 蛋白 CD133 是相对分子质量为 120 000 的跨膜蛋白 最初 作为造血干细胞标志物被人们认识 现在也是公认的神 经干细胞标志物 研究表明 无论是从实体瘤还是从体 外细胞系培养获得的肿瘤球均显示 CD133 阳性染色 故 CD133 被认为是迄今为止最可靠的脑肿瘤干细胞标 志物 19 Nestin 蛋白属中间丝 在未分化的神经多能干 细胞中表达 一度被认为是脑肿瘤干细胞的标志物 然 而研究发现 同样一群瘤细胞 Nestin 蛋白阳性率远远高 于 CD133 这表明 Nestin 蛋白在刚开始分化的祖细胞 中也表达 其表达随着细胞分化而减少 直至消失 20 另外 肿瘤干细胞表达特征性的 ABC 转运体 ATP 结合 盒运载体 该运载体能将多种药物转运出细胞外 从而 逃避化疗药物的杀伤 21 2 2 3 异质性 肿瘤干细胞的异质性表现在不同亚克 隆的肿瘤细胞群在侵袭能力 生长速度 对激素以及药 物的敏感性等方面存在不同 在不同病理类型和不同恶 性程度的脑肿瘤其肿瘤干细胞所占的比例 自我更新和 增殖能力不同 恶性程度越高 肿瘤干细胞所占比例越 大 其自我更新和增殖能力越强 2 3 肿瘤干细胞的鉴定和分离 对于脑肿瘤干细胞的鉴 定主要依赖其表面标志 CD133 Nestin 蛋白和 ABC 转运体 前两者是目前公认的脑肿瘤干细胞的表面标 志 CD133 是一种 5 次跨膜的单肽链糖蛋白 有 CD133 1 和 CD133 2 两个同源抗原 其对应的基因 分别位于人 4 号染色体和 2 号染色体 同属单拷贝基 因型 22 CD133 的功能目前尚不清楚 存在于 C 端的 酪氨酸提示它可能是通过酪氨酸残基磷酸化作用而发 挥级联效应的生长因子受体 23 ABC 转运体家族成员 中的 BCRP1 ABCG2 可以将荧光染料 Hoechst33342 和 Rhodamine123 泵出细胞 使细胞不着色或着色甚浅 利用此特性可以分离出干细胞或小亚群非主流细胞 14 但研究表明 CD133 Nestin 蛋白和 ABC 转运体的表达 并不是重合的 即 CD133 阳性的细胞不一定表达 ABC 蛋白 表达 ABC 蛋白的细胞不一定 CD133 阳性 24 产 生这种实验结果或许与实验的操作过程 药品选择 实 验对象和实验误差有关 25 这给脑肿瘤干细胞的分离鉴 定带来了困难 目前 很多学者都发现了一种简便有效的获取脑肿 瘤干细胞的方法 即利用人新鲜脑肿瘤标本 接种于含 生长因子而无血清的培养基中培养 其中 5 的细胞具 有形成神经球的能力 对这些细胞进行分析鉴定 CD133 Nestin 蛋白表达均为阳性 这种方法简便易行 为脑肿瘤的研究提供了新的方法 26 2 4 脑肿瘤干细胞和脑肿瘤预后诊断 近年来 随着相关 研究的不断深入 越来越多的实验表明脑肿瘤干细胞的 存在对于脑肿瘤的预后诊断有一定意义 CD133 作为迄 今为止最可靠的脑肿瘤干细胞标志物 其表达或许可以 作为肿瘤分级和预后诊断的参考指标之一 Zeppernick 等 27 通过免疫组织化学的方法 分析比 较了 95 例不同病理等级的胶质瘤中 CD133 表达情况 后 提出 CD133 脑肿瘤干细胞在肿瘤细胞中所占的比 例 表征肿瘤再生能力和恶化的时间 Sato 等 28 通过 Western blot 的方法 以 actin 为内 参 统计了 16 例扩散的胶质瘤和 10 例未扩散胶质瘤 细胞内 CD133 actin 的相对含量 发现 CD133 相对含 量的提高与肿瘤的扩散密切相关 因而认为 CD133 表 达量提高预示着肿瘤扩散的可能 许亮等 29 应用实时荧光定量 PCR 的方法 定量检 测 77 例不同恶性程度胶质瘤组织中 CD133 和 Nestin 基因的表达情况 发现在不同恶性程度胶质瘤组织中 CD133 和 Nestin 的基因表达差异有统计学意义 CD133 和 Nestin 基因的高表达预示患者较短的生存时 间 临床上检测胶质瘤组织中 CD133 和 Nestin 的表达 水平有助于评价肿瘤的生物学行为和患者的预后 邓永文 30 等对 46 例脑肿瘤及 5 例正常脑组织 CD133 的表达进行研究发现 肿瘤恶性程度越高 CD133 肿瘤细胞所占的比例越高 CD133 在脑肿瘤 组织中的高表达 通常预示着肿瘤的发展和患者的较 差预后 因此 检测 CD133 的表达水平或许可以作为脑肿瘤 预后诊断的一种辅助手段 与传统病理分级方法相结合 进一步提高脑肿瘤临床诊断与病理评估的准确性 22 3 讨论 目前 对于脑肿瘤的治疗主要是通过外科治疗可能 王欣欣 等 脑肿瘤干细胞的研究现状 P O Box 1200 Shenyang 110004 2640 www CRTER org 的多切除肿瘤组织 减少肿瘤体积 改善颅内压增高等 临床症状 再通过放化疗杀伤残留的肿瘤细胞 以期达 到最好的治疗效果 在传统的脑肿瘤治疗方法中 主要 是以肿瘤体积的减小作为衡量肿瘤治疗效果的指标 依 赖光学显微镜下肿瘤细胞的形态特点 免疫组织化学的 表现及核分裂相的多少来判断肿瘤的预后 但是在一定 程度上这样的方法缺乏可信度 因为有些脑肿瘤经过系 列治疗后虽然体积明显缩小 形态学也提示预后较佳 但是却会在很短的时间内发生肿瘤的复发 尤其是在脑 胶质瘤的治疗过程中这种现象更为明显 脑肿瘤干细胞 的研究无疑为脑肿瘤的治疗开辟了一个新的方向 脑肿 瘤干细胞被认为是脑肿瘤的种子细胞 而且只有肿瘤干 细胞具有无限增殖的能力 脑肿瘤干细胞的存在与脑肿 瘤耐药性密切相关 31 因此 有学者认为脑肿瘤干细胞 的残留是胶质瘤术后复发的根本原因 应将脑肿瘤干细 胞作为治疗靶点 研究其对放化疗的耐受机制 32 CD133 细胞 即目前公认的脑肿瘤干细胞 对肿瘤的 生长 播散 复发等临床行为起决定性作用 并且难以 通过传统放化疗根除 因此 以 CD133 细胞为靶向的 肿瘤治疗方法研究成为现今脑肿瘤研究的热点 4 参考文献 1 毛星刚 章翔 脑肿瘤干细胞研究进展 J 中华神经外科疾病研究杂 志 2009 8 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