[新书连载]不同干细胞载体治疗脑胶质瘤 | 刘福生《脑胶质瘤基础与临床研究》第14期

本文摘自人民卫生出版社出版的《脑胶质瘤基础与临床研究》，作者刘福生、金贵善；《神外前沿》发布此文，已获出版社书面授权及作者本人许可。

第九章：脑胶质瘤的干细胞治疗  第二节 不同类型干细胞载体 

一、 神经干细胞 

神经干细胞 (NSCs) 被认为是神经系统中最原始的细胞. 具有自我更新能力. 可以分化为神经元、 星形胶质细胞和少突胶质细胞三种神经系统的组成细胞. 在成年啮齿动物的大脑内. NSCs 主要位于两 个区域: 侧脑室周边的室管膜下区和海马的齿状回. 在体外培养中 NSCs 聚集成神经球样结构悬浮生长. 

NSCs 作为治疗载体优势有如下几点: 1能够长期稳定地表达外源性基因. 2转 率高. 3容易获 得. 可在体外长期培养、 扩增. 4具有多向分化潜能. 能与正常脑组织整合. 5在脑实质内迁移能力强 并可以弥散到较远的距离. 6免疫排斥反应小无毒副作用. 故 NSCs 可作为运送治疗基因的理想载体. 应用于胶质瘤的基因治疗. 

有学者用荧光基因标记 NSCs. 而后将其植入带有胶质瘤细胞的小鼠对侧大脑半球. 通过连续生物 荧光成像技术. 观察到 NSCs 向肿瘤部位迁移. 从而证实了 NSCs 具有向病变部位迁移的能力. Aboody (2008) 等将一个肿瘤趋向性迁移的永生性鼠 NSC 细胞系 C17 2. 移植入距实验性胶质瘤一定距离的区 域. 随后发现永生性的鼠或人神经干细胞系和原代的 NSCs 具有肿瘤趋向性和向胶质瘤传递抗肿瘤物质 的能力. 目前研究表明. NSCs 能穿过正常脑组织从远距离到达肿瘤病变区. 但具体的迁移机制目前尚 未完全阐明. Aboody 等学者认为可能是肿瘤细胞本身释放的或被肿瘤细胞破坏组织释放的因子有着吸 引 NSCs 的能力. 多种细胞因子可能参与了细胞的迁移过程. 此外. Aboody 等在实验中发现 NSCs 能在 体内稳定表达外源性基因产物. 正是由于 NSCs 这种对胶质瘤细胞趋向性同时能稳定表达外源性基因产 物. 使它成为胶质瘤基因治疗的一种理想的载体. 同时 NSCs 有分化成神经元及神经胶质的潜力. 将携 带有外源性基因的 NSCs 用于治疗目的. 有望获得细胞移植和基因治疗的双重效果. 有着十分喜人的应 用前景. 

一个具有良好特性的 NSC 细胞系可以在体外培养和扩增. 获得大量的细胞用于短期内移植. 相比 之下. 尽管从成年人的大脑组织中可以获得自体性神经前体细胞. 但是这可能需要更长的时间来扩增、 修饰和特性化以适宜移植入胶质瘤患者体内. 此外. 在脑内嫁接永生性 NSCs 细胞系涉及两个主要问题: 免疫原性和致瘤性. 免疫原性意味着机体的免疫系统可能攻击和中和嫁接的非自体细胞. 这可能损害 NSCs 的存活和迁移到浸润性肿瘤区域. 影响 NSCs 的疗效. 永生性 NSCs 携带原癌基因. 如 v¯ myc. 在 移植入肿瘤组织后可能转换和发展为继发性恶性肿瘤. 已有学者报道. 一部分 NSCs 在移植或注射到胶 质瘤中能持续的增殖. 此外. 脑内的神经祖细胞在生长因子和肿瘤微环境的作用下. 可能发生恶性病变 和促进胶质瘤的进展. Kosztowski (2009) 等详细描述了脑肿瘤形成的三种模式 (如图 9¯1). A: 正常 成人 NSCs 被募集到肿瘤组织中. 促进肿瘤基质细胞再生. B: NSCs 发生恶性转变为脑肿瘤干细胞. C: 正常脑细胞发生基因突变. 随时间积累而转变成肿瘤干细胞. 以上三点对于在长期生长的肿瘤体内 移植和扩增 NSCs 是否可能形成肿瘤物质至关重要. 目前有一种方法能够避免这种情况的发生. 通过基 因工程修饰使 NSCs 携带一个 “自杀” 基因. 如单纯疱疹病毒胸苷激酶 (HSV¯tk). 通过此方式. 可以 在任何时候消除肿瘤 44 33890 44 15046 0 0 1468 0 0:00:23 0:00:10 0:00:13 3381织内的 NSCs. Liu (2013) 等利用病毒蛋白 22 (viral structural proteins 22.VP22) 具有在细胞间扩散作用的特性. 以及 VP22 介导的自杀基因产物可明显增强细胞杀伤效应的特 性. 通过基因工程技术将 VP22 基因和具有杀伤效应的胞嘧啶脱氨酶 (cytosine deaminase. CD) 基因融 合. 利用慢病毒载体导入到 NSCs 中. 研究其对胶质瘤的疗效. 发现 CD 基因的导入. 可以导致 NSCs 在 分化增殖过程中的 “自我毁灭”. 一定程度上控制了 NSCs 的增殖. 同时. 由于穿梭蛋白 VP22 的导入. 使这一作用有所加强. 更加提高了 NSCs 应用的安全性. 提高抗肿瘤效应. 

二、 间充质干细胞 

间充质干细胞 (MSCs) 也称为多潜能间充质细胞. 是一种非造血干细胞. MSCs 被认为是骨髓基质 的前体细胞. 它们至少可以分化为成软骨细胞、 脂肪细胞和造骨细胞. MSCs 通常在体外培养中是贴壁 生长. 具有分化能力和表达包括 CD73、 CD90、 CD105、 CD146、 CD271 和 STRO¯1 等表面标记物. 而不 表达造血干细胞标记物如 CD34 和 CD45. 

在实验性胶质瘤动物模型中. 颅内移植或注射大鼠、 小鼠和人源性 MSCs. 已经证实 MSCs 具有 肿瘤趋向性. 并能传递一些治疗性物质从而增加胶质瘤荷瘤动物的生存时间. 然而. 大鼠 MSCs 移植 入正常脑组织中缺乏远处转移的能力. 不能到达荷瘤鼠的胶质瘤组织中. 相比之下. 瘤内移植的大 鼠 MSCs 直接进入荷瘤鼠胶质瘤组织中. 进而迁移到大部分肿瘤浸润性扩展区和小部分远处的肿瘤微 卫星灶. 瘤内移植的 MSCs 在肿瘤中特异性分布将有利于向肿瘤组织运输细胞毒性物质而对正常脑组 织无毒性. 

MSCs 因其易于通过骨髓穿刺获得. 随后在体外培养和扩增. 并能用于自体移植. 使其成为一种有 前景的细胞治疗候选者. 自体 MSCs 移植可以避免移植物排斥反应. 但是与移植一个简单可用的具有良 好特性的细胞系相比. MSCs 的扩增、 修饰和特性化将会延误其治疗. 此外. MSCs 在肿瘤基因治疗的应 用也备受关注. 在其他实体肿瘤的研究中发现 MSCs 可以通过其免疫抑制的特性、 生长因子的产生和促肿瘤生成基质的作用调控肿瘤的生长. 作为肿瘤微环境的一部分. MSCs 能促进实验性卵巢癌的生长和 增加乳腺癌细胞的转移能力. 相比之下. 在恶性黑色素瘤模型中. 未修饰的 MSCs 能减少肿瘤的血管生 成和抑制肿瘤的生长. 尤其重要的是. 已有学者研究报道移植未修饰的人或大鼠源性 MSCs 不产生促胶 质瘤效应. 其他研究表明移植人脂肪组织源性 MSCs 或骨髓源性大鼠 MSCs 入胶质瘤组织中能发挥肿瘤 抑制作用. 这些不同的结果可能取决于不同的 MSCs 亚群 (例如异质性 MSCs 以及在不同实验中通过细 胞培养的具有不同功能的 MSCs) 和 MSCs 物种的差异性 [人类 MSCs 与小鼠和 (或) 大鼠 MSCs 可能不 一定产生相同的结果]. Prockop (2010) 等提出一个有争议的潜在性的风险. 即人源性 MSCs 在体外培 养的条件下可以转变为恶性细胞. 因此. 在 MSCs 与肿瘤细胞之间存在的这些有争议性的结论将有待进 一步的研究. 

三、 胚胎干细胞 

胚胎干细胞 (embryonic stem cells. ESCs) 是精子和卵子结合以后形成的囊胚内的细胞. ESCs 与其 他类型的干细胞比较. 其主要的优势是它们在同源性基因重组修饰下能永久性和可遗传性表达. 目前 ESCs 在采集上受到严格的监督及政治和伦理上的制约. 最近的研究重点在于从患者体内一些易于获得 的外周血中提取特异性细胞以诱导多能干细胞 (induced pluripotent stem cells. iPS). 进而重组成多潜能 干细胞以达到近似于 ESCs 的作用. 从而克服这些限制. 然而. 到目前为止还没有研究将 iPSCs 作为细 胞载体治疗胶质瘤. 实验用的 ESCs 治疗胶质瘤主要着重于细胞因子的传递. 

四、 其他类型细胞载体 

其他类型的干细胞和祖细胞也可以作为向胶质瘤迁徙的载体. 造血祖细胞 (HPC) 是一种易于获取 的具有胶质瘤趋向性的细胞类型. 在实验性胶质瘤组织中. 全身性注射人外周血来源的或者大鼠骨髓来 源的HPCs. 在转化生长因子¯β (TGFβ) 和基质细胞源性因子¯1α (SDF¯1α) /CXC趋化因子配体¯12 的作用下易于迁移和归巢. 肿瘤内皮细胞表达 E¯ 选择素 (CD62E). 在介导循环中的 HPCs 黏附到胶质 瘤内皮而使HPCs趋向于胶质瘤中发挥至关重要的作用. 缺氧、 脑放射和化疗 (TMZ) 进一步增强HPCs 对肿瘤细胞的吸引力. 这表明 HPCs 与放疗和 (或) 化疗的联合治疗可能更有优势. 

移植人皮肤源性干细胞可以迁移到实验性胶质瘤组织中. 表现为一种周细胞表型. 并能减少肿瘤的 血管生成. 这种影响胶质瘤生长和延长荷瘤实验动物生存期的作用表明皮肤来源的细胞可能是一种用于 治疗胶质瘤的可选择性的自体干细胞. 

此外. 全身性注射内皮祖细胞可以归巢到实验性胶质瘤组织并融入到肿瘤的脉管系统. 通过注射 基因修饰的溶瘤性麻疹病毒或者表达细胞毒性抗肿瘤因子的内皮祖细胞已经实现了抗胶质瘤的治疗 作用. 

胚胎干细胞来源的星形细胞已证实具有颅内迁移能力和在移植入皮下胶质瘤动物模型中具有治疗作 用. NSCs 由诱导性多能干细胞 (iPS) 生成. 已经被用于胶质瘤基因治疗的载体. 然而. 与其他细胞载 体相比. iPS 在胶质瘤的基因治疗的优势目前仍尚未被证实. 

不同类型的干细胞和祖细胞已经被用于胶质瘤的基因治疗. 每个细胞类型都有其优点和缺点. 但是. 它们至少要满足以下三个关键的要求: 1在胶质瘤中具有肿瘤特异性并迁移和渗透入 GBM 细胞的特性. 2稳定生成和传递溶瘤性物质. 3移植的细胞载体对周围的脑实质不产生实质性损 害. 然而. 目前关于不同细胞载体在移植入颅内胶质瘤中的迁移潜能、 增殖能力、 细胞存活和传 递效率方面的研究仍存有欠缺. 需要引起高度重视. 目前各种类型干细胞作为载体用于高级别胶 质瘤治疗.

主要作者简介：刘福生，教授，主任医师，研究员，博士研究生导师。首都医科大学附属北京天坛医院神经外科、北京市神经外科研究所脑肿瘤研究中心，北京市卫生技术高层次人才——神经外科学科带头人。

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