[新书连载] 干细胞运载抗肿瘤物质 | 刘福生《脑胶质瘤基础与临床研究》第15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   第四节 干细胞运载抗肿瘤物质

一、 促炎症性细胞因子 

NSCs 或 MSCs 能向胶质瘤运送各种细胞因子. 目前研究已经证实其单独或者与其他治疗方式联合的 疗效.早期的研究表明在大鼠胶质瘤中移植 NSCs.产生的 IL¯4 对抑制胶质瘤的生长而发挥治疗作用.Ehtesham (2002) 等将胶质瘤荷瘤小鼠分为实验组及对照组.将实验组的小鼠均接种表达 IL¯12 基因转 后的 NSCs.观察小鼠的生长情况.发现接种基因修饰的 NSCs 小鼠的生存期较对照组明显延长.解剖 实验组小鼠镜下可见肿瘤周围都能够发现 NSCs.对标本进行生化分析发现实验组小鼠产生一种抗肿瘤 免疫功能.此外.将表达 IL¯4 基因的序列片段转 到 NSCs 后并将其移植到含有脑胶质瘤的鼠脑内.也 得出类似的结果.发现 NSCs 能追踪肿瘤细胞.而释放携带的外源性基因表达片段 IL¯4 可有效的杀伤肿 瘤细胞并抑制其生长.这些研究再次证明了 NSCs 对胶质瘤追踪迁移能力.同时能稳定表达目的基因达 到治疗的目的.值得关注的是.NSCs 产生的 IL¯4 比病毒介导的转移性 IL¯4 具有更好的疗效.白介素介 导的效应与促炎症反应相关.包括增加抗肿瘤免疫细胞的肿瘤浸润性 ( 如 CD4 + 和 CD8 + 细胞毒性 T 细 胞和 NK 细胞).抗肿瘤免疫反应可以通过结合瘤内移植 MSCs 产生的细胞因子进一步增强系统性免疫 治疗.

二、 肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体 

肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体 (TRAIL) 属于肿瘤坏死因子 (TNF) 家族.能活化促凋亡性死亡 受体 (DRs) 4 和 5.从而诱导 Caspase¯8 依赖性细胞凋亡.TRAIL 可以选择性地靶向肿瘤细胞.同时保 留大多数非肿瘤细胞.目前 TRAIL 被认为是一种安全且极具潜力的抗肿瘤因子.通过启动细胞的凋亡程 序诱导肿瘤细胞凋亡是近年来提出的胶质瘤基因治疗的一种新方法.NSCs 介导产生的 TRAIL 在裸鼠脑 胶质瘤中能增加肿瘤的凋亡和减少肿瘤的生长.而正常的神经细胞却不会凋亡.一些研究表明在实验性 胶质瘤中.颅内移植或静脉注射产生 TRAIL 的 MSCs、 NPCs 或者 ESCs 来源的星形细胞具有显著的肿瘤 特异性的治疗作用.Gri Hith (2000) 等利用腺病毒携带表达 TRAIL 的基因片段用来治疗活体肿瘤取得 了一定成效.但是由于腺病毒在活体中不能无限增殖.使得 TRAIL 基因不能持续表达.故不能达到长期 的抗肿瘤作用.使研究无法取得预期效果.Ehtesham (2002) 等在前者的研究基础上将表达 TRAIL 的基 因转 进 NSCs.然后将其移植到胶质瘤动物模型中.发现 NSCs 可追踪肿瘤细胞.并诱发胶质瘤细胞凋 亡.有效遏制胶质瘤浸润性生长的现象.取出胶质瘤模型肿瘤组织发现肿瘤体积较对照组明显缩小.Shah (2008) 等将分泌型TRAIL (S¯TRAIL) 导入NSCs以杀伤肿瘤细胞.并进行实时监测.得出与前者 相同的实验结论.研究表明转 TRAIL 的 NSCs 仍可表达 TRAIL 相关产物.促进肿瘤细胞凋亡.且本身 仍能保持 NSCs 基本特性.仍具有分化神经元及神经胶质的潜力.有望做到基因治疗的同时并修复神经 功能的目的.目前成为学者研究热点之一.有望取得突破性的进展.

三、 基质金属蛋白酶 

PEX 是一个人类金属蛋白酶基质¯2 (MMP¯2) 片段.它在高级别胶质瘤样本中表达.能抑制血管 生成、 抑制肿瘤细胞增殖和诱导细胞凋亡.Bello (2001) 等的研究表明.在动物实验中.腹腔内注射 PEX 能达到几乎完全根除肿瘤的效果.这些戏剧性的结果促使研究者尝试经由 NSCs 传递 PEX 的实验.Kim (2005) 等的研究表明在体外胶质瘤细胞培养中.PEX 明显减少胶质瘤细胞的存活率.在荷瘤鼠中 颅内移植基因修饰的能产生 PEX 的人源性永生性 NSCs 能明显减小肿瘤体积.肿瘤组织学分析表明肿瘤 的血管化和增殖指数明显下降.而肿瘤的凋亡指数却没有改变.这可能归因于 NSCs 传递的 PEX 浓度较 低.与先前的研究一致的是只有更高浓度的 PEX 才能诱导凋亡.而较低浓度的 PEX 只能抑制血管的 生成.

四、 前体药物转化酶 

前体药物转化酶 ( “自杀” 基因治疗) 能 44 33583 44 14942 0 0 3696 0 0:00:09 0:00:04 0:00:05 3696将一些不活化的前体药物转化为毒性物质.已经广泛用 于临床胶质瘤的基因治疗.瘤内转移入携带胸腺苷激酶的 I 型单纯疱疹病毒 ( HSV¯ tk) 结合更昔洛韦 (GCV) 的前体药物是目前研究最广泛的领域.HSV¯ tk 磷酸化鸟嘌呤核苷类似物 GCV.然后合并入 DNA 链中.干扰 DNA 合成和细胞死亡.活化的 GCV 对 HSV¯ tk 生成细胞以及临近的细胞具有毒性作用.这是通过在细胞之间的缝隙连接转运磷酸化的前体药物而产生的一个旁观者效应 (图9¯4).Li (2005) 等研究组利用腺病毒转 HSV¯ tk 基因至 NSCs.治疗 C6 胶母细胞瘤细胞.观察到表达 HSV¯ tk 基因的 NSCs.具有明显的体内、 外肿瘤跟踪抑制效果.在临床实验中.HSV¯ tk 已经转移入肿瘤内.主要用作 病毒基因载体.一个包括 248 例 GBM 患者的III期多中心随机临床试验研究显示 HSV¯ tk 基因治疗组和对 照组比较生存时间没有明显差别.Pulkkanen (2005) 等总结 HSV¯ tk 在胶质瘤临床基因治疗研究.指 出由于 HSV¯ tk 在胶质瘤患者体内.肿瘤细胞的低转 效率和肿瘤内无效的载体分布导致疗效很差.而趋向性迁移的干细胞载体在临床前期的研究中.表明能使前体药物转化酶更好地在肿瘤内分布.确实.使用骨髓源性祖细胞、 NSCs 和 MSCs 运载 HSV¯ tk 能通过旁观者效应杀伤胶质瘤细胞而发挥治 疗作用.

图 9¯ 4 自杀基因疗法和旁观者效应示意图非转导性细胞的死亡归因于溶瘤细胞的转移.这种现象被称为 “旁观者效应”.经由转导性细胞相同的协 同GCV¯PPP自杀机制.即自杀基因疗法.(a) 转导性干细胞载体携带单纯疱疹病毒的胸苷激酶 (HSV¯ TK) (绿色) 向邻近的胶质瘤细胞 (GBM) (红色) 迁移.(b) 系统性给予无毒性的抗病毒药物更昔洛韦 (GCV) 后.在干细胞载体中 HSV¯ tk 磷酸化鸟嘌呤核苷类似物 GCV (GCV¯ P).(c) 细胞间的缝隙连接促 进GCV¯P向相邻的非转导性靶向GBM细胞被动转运.(d) GCV¯P也可以通过一个缝隙连接的非依赖性 通路传输到周围的 GBM 细胞.( e) GBM 细胞的哺乳动物内源性激酶进一步磷酸化 GCV¯ P.生成毒性产物 (GCV¯PPP).(f.g) GCV¯PPP作为嘌呤类似物可以合并入新生的DNA.从而终止其进一步复制.导致快 速分裂的细胞凋亡 

另一个良好的前体药物激活酶是胞嘧啶脱氨酶 (CD).它能将 5¯氟胞嘧啶 (5¯FC) 转化为具有毒 性的 5¯ 氟尿嘧啶.从而导致细胞死亡.NSCs 表达 CD 已经用于治疗大鼠脑内胶质瘤或者免疫缺陷的裸 鼠人髓母细胞瘤.2010 年.国外开展了一项关于复发高级别胶质瘤术后使用基因工程化产生 CD 的永生 性 NSCs 结合口服 5¯ FC 治疗的临床实验.这项研究的目的在于检测颅内 NSCs 移植和全身性 5¯ FC 治疗 

胶质瘤的可行性和安全性.显然.实现治疗效果的两个关键问题是前体药物转化酶在侵袭性胶质瘤的分 布情况和体内旁观者效应的大小.

五、 溶 瘤 病 毒 

在溶瘤病毒治疗中.病毒感 肿瘤细胞的能力使其能全身性或局部传递到肿瘤组织.这些病毒在肿 瘤细胞中复制和溶解肿瘤细胞.随后播散并感 邻近的肿瘤细胞.虽然溶瘤病毒治疗已经在临床前期研 究中获得预期的结果.但是要成功地向临床转化仍存在一些困难.首先.病毒颗粒传递到整个肿瘤组织 并侵袭肿瘤细胞是很困难的.其次.宿主免疫系统能在病毒颗粒发挥任何作用前攻击和中和病毒颗粒.使用肿瘤趋化性迁移的细胞作为溶瘤病毒携带者可将病毒颗粒传递到远处的肿瘤组织.病毒颗粒在这些 细胞载体中能够免受免疫系统的攻击.NSCs、 MSCs 和脂肪源性干细胞已经被用于传递溶瘤病毒 (如条 件复制性腺病毒) 到胶质瘤中.这些结果表明.干细胞介导的溶瘤病毒传递优于病毒单独传递到活体的 荷瘤动物.

六、 抗 体 

基因工程化干细胞可能是一种维持局部抗肿瘤抗体传递的有效方式.原因在于由干细胞携带抗体可 减少由静脉注射抗体所产生的毒副作用.胶质瘤细胞表面表达的抗原可能成为抗体介导的基因或药物治 疗潜在靶点.EGFR¯III突变体 EGFRvIII为肿瘤特异性抗原.在 GBM 样本中的表达几率约为 20% ~ 30%.Balyasnikova (2010) 等利用基因工程化手段使 MSCs 表面表达抗 EGFRvIII单链抗体 (scFv).从 而拮抗 EGFRvIII.实验证明.表达 EGFRvIII抗体的 MSCs 比未经过基因修饰的 MSCs 更能富集 EGFRvIII 阳性的胶质瘤细胞.并与更小的肿瘤体积相关.此外.在颅内胶质瘤动物模型中.注射表达 EGFRvIII的 MSCs 能显著延长荷瘤鼠的生存时间.并显著减少磷酸化蛋白激酶的表达.

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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