[新书连载] 脑胶质瘤干细胞耐药相关信号通路 | 刘福生《脑胶质瘤基础与临床研究》第19期​

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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。

第十章：脑胶质瘤的化疗与耐药

第一节 脑胶质瘤耐药机制研究 

二、 脑胶质瘤干细胞耐药的特点 

（二）脑胶质瘤干细胞耐药相关信号通路 

1 EGFR/PTEN/PI3K/Akt信号通路

表皮生长因子受体 (epidermal growth factor receptor.EGFR) 是最早发现的受体酪氨酸激酶 (recep¯ tor tyrosine kinase.RTK).其蛋白结构分成胞外域、 跨膜区与胞内域 3 部分. 迄今为止.已发现多种 EGFR 突变体. 与 GBM 相关最常见的突变体是 EGFRvIII. 肿瘤细胞中 EGFR 的失调与其生长、 侵袭、 迁移、 血管生长代谢密切相关.易导致肿瘤对放化疗的抵抗. EGFR 在 42% 的胶质母细胞瘤中呈高表 达.并与血小板源性生长因子 (platelet¯derived growth factor.PDGF) 分别作用于细胞膜表面酪氨酸激 酶 (RTK) 受体.通过相关信号通路促进肿瘤细胞增殖. 

PTEN 基因是近年发现的一种抑癌基因.具有膦酸酯酶活性.可作用于脂类底物 PIP3 及蛋白底物 FAK.使其去磷酸化.从而诱导肿瘤细胞凋亡. PTEN 参与了许多信号通路.其中 PI3K / Akt 信号通路研 究得相对较多. 研究报道在胶质母细胞瘤中 PTEN 基因具有 74% 的缺失率和 44% 的突变率.PTEN 基因 是判断GBM患者预后的良好指标. 小鼠模型证实.脑肿瘤干细胞通过激活PI3K/Akt/mTOR信号抵抗辐 射. 在基因工程小鼠中敲除 PTEN.导致脑肿瘤干细胞样细胞数量增加. 此外.用 Akt 的小分子抑制剂 处理胶质瘤样本.能够引发 CD133 + 脑肿瘤细胞凋亡.降低其迁移浸润.减少肿瘤球形成.并且该作用 与小分子抑制剂的浓度呈正比. 鉴于PTEN/PI3K/Akt信号通路对脑胶质瘤干细胞生成和存活的重要作 用.通过抑制 Akt 或激活 PTEN 靶向脑胶质瘤干细胞.可以辅助临床治疗.抑制肿瘤复发. 

磷脂酰肌醇 3 激酶 (phosphatidylinositol 3¯kinase.P13K) 和 PKB 蛋白激酶 B (protein kinase B.Akt) 信号通路在恶性胶质瘤的发生、 发展过程中起着重要的作用. 研究报道.P13K/Akt通路与膀胱 癌、 恶性胶质瘤、 白血病、 肝癌的化疗耐药性有关. 替莫唑胺应用于抗胶质母细胞瘤的研究中.由于其 具有可口服、 可通过血脑屏障 (blood brain barrier.BBB) 的独特优势.是目前治疗恶性胶质瘤较好的 化疗药物之一. 但是替莫唑胺体内半衰期短.且能通过激活 P13K / Akt 信号途径导致胶质瘤细胞对 TMZ 不敏感甚至产生耐药.而采用 P13K 抑制剂与 TMZ 联用能通过抑制 p¯ Akt 和 BCL¯ 2.明显提高胶质瘤细 胞凋亡率并降低侵袭性.从而提高 TMZ 对肿瘤的细胞毒性. 以上研究结果提示.通过抑制 P13K / Akt 信 号途径中关键信号分子 P13K 能有效增强 TMZ 抗肿瘤的细胞毒性并降低耐药性. 

2 Notch 信号通路 

Notch 是一个介导细胞间通讯的单跨膜受体 (图 10¯4). 研究者在髓母细胞瘤中检测到脑肿瘤干细 胞存在更高的 Notch 信号水平. 研究表明.Notch 信号通路的异常表达易导致脑肿瘤的发生.在脑肿瘤 的发生发展中起着非常重要的作用. Notch 信号通路可以调节肿瘤干细胞的分化.Notch 1 信号的抑制可 以导致大脑神经干细胞比例减低.抑制肿瘤细胞克隆的形成. 另外研究发现脑肿瘤干细胞能激活 DNA 损伤修复通路.所以其表现出对放射治疗的抵抗性.Notch 在 DNA 损伤修复通路中起非常重要的作用.使用 γ¯ 分泌酶抑制剂对 Notch 通路进行抑制.可提高 GSC 对放疗的敏感性. 近年来多项研究显示.Notch 信号通路与肿瘤耐药有着密切联系. 并且 Notch 信号转导通路在生物学进程中涉及造血系统、 神 经系统、 肌肉系统和心血管系统的生成.皮肤分化及免疫反应等方面.在细胞调控方面对细胞的增殖、 分化和凋亡等发挥重要作用. 

3 Wnt/β¯catenin信号通路 

Wnt 信号通路通常被认为由一条经典的 Wnt / β ¯ catenin 通路和两条非经典的 Wnt / β ¯ catenin 通路组 成. 非经典通路包括 Wnt / Ca2 + 通路和平面细胞极性 ( PCP) 通路. Wnt 信号转导途径在神经胶质瘤干细 胞中的作用机制还不完全明了.有学者认为颅内肿瘤干细胞来源于神经干细胞.而 Wnt 信号通路则是调 控神经干细胞更新及分化的重要信号通路之一. Wnt 信号通路的调控异常.使神经干细胞的更新及调控 发生变化.从而导致了恶性神经胶质瘤的发生、 发展及增殖. 目前针对 Wnt 信号通路的研究多集中于髓 母细胞瘤. 研究发现Wnt/β¯catenin信号传导对干细胞的增殖、 分化起着重要作用.其传导异常引起干 细胞的萎缩、 缺如.再生、 修复受阻.从而有可能增加胶质细胞瘤的侵袭能力.并增强其药物抵抗力.在研究中还可观察到神经胶质瘤边缘的浸润细胞与肿瘤中心实质细胞中β¯catenin的含量相比较高.且 随着肿瘤级别的增加.β ¯ catenin 的表达水平呈逐渐升高趋势.而 siRNA 可以抑制胶质瘤细胞系 U251 细 胞中β¯catenin的表达.引起细胞凋亡.阻遏细胞周期.抑制细胞的增殖. Dkk (Dickkopf) 是Wnt信号 通路中重要的拮抗分子之一.有学者发现胶质母细胞瘤细胞系 U87 的 Dkkl 表达缺失.稳定转 Dkkl 后.增加了其对顺铂和卡氮芥的敏感性. 目前的研究主要集中在 Wnt 信号通路在胶质瘤细胞的生长和迁 移中的作用等方面.而对 Wnt 信号通路参与胶质瘤干细胞调控的作用机制以及增加胶质瘤耐药问题缺乏 深入的认识.仍需要进一步深入研究. 

4 Shh 信号通路 

Shh (sonic hedgehog.Shh) 信号通路由 Shh 配体和 2 个跨膜蛋白受体 Patched (Ptch)、 Smoothened (Smo) 及下游的锌指转录因子 Gli 蛋白等组成.在胚胎发育过程中对细胞的增殖和分化意义重大 (图 10¯5).通路的功能异常可引发肿瘤. 近年来很多研究表明 Shh 信号通路与胶质瘤及 GSC 的存活与增殖 有关.该信号通路可能参与了胶质瘤的启动.而且通常作用于神经前体细胞或有神经干细胞特性的细 胞.调控胶质瘤 CD133 + 细胞的自我更新及干细胞相关基因的表达.因此 Shh 通路也可以作为 GSC 靶向 治疗的靶点之一. 有学者使用 Shh 信号通路的特异性抑制剂能阻止多种原代胶质瘤、 髓母细胞瘤及胶质 瘤细胞株的生长. 而且.Shh 信号的阻遏增加了胶质瘤干细胞对化疗药物替莫唑胺的敏感性. 

5 Ras 信号转导通路 

Ras 是人类癌症基因中最容易突变的基因之一.在细胞生存、 细胞骨架调节和转录等多层面发挥调 控作用 (图 10¯6).而且在胶质瘤发生发展中也扮演重要角色. 激活的 Ras 基因可以促使永生化细胞或 良性肿瘤转化为恶性肿瘤.或使恶性肿瘤转变为有转移能力的肿瘤.或在其他癌基因的协同下把突变细 胞转化为恶性肿瘤. 对多形性胶质母细胞瘤的转化实验发现.Ras 和 Akt 联合转化神经祖细胞可以使神 经祖细胞发生胶质母细胞瘤细胞样转化.此类肿瘤内的胶质纤维酸性蛋白 (GFAP) 表达呈阳性.且具 有多形性胶质母细胞瘤的所有特征. Sharma (2005) 等认为 K¯ RAS 突变或激活 RAS 下游信号通路可导 致胶质瘤发生.而 Knobbe (2004) 等发现在部分胶质瘤中 N¯ RAS 的活化也可导致 RAS 信号异常改变. 但 Jeuken (2007) 等认为胶质瘤中 RAS 信号通路的异常启动并非通过突变形成活化的 RAS.而是缘于 人 RAS 基因拷贝数的扩增. Lymbouridou (2009) 等随后发现.K¯ RAS 与 H¯ RAS 转录下调与脑胶质瘤的 恶性程度相关.但 N¯ RAS 与胶质瘤的发生无直接关联. 以上实验结果显示.在体内情况下单一信号转 导通路不能使星形细胞或胶质细胞发生恶性转化.而联合信号转导通路的转基因动物则可以在体诱发胶 质瘤的发生或发展.因而可能更加接近胶质瘤发生的本质. 

结语 

GSC 的存在是胶质母细胞瘤对传统治疗抵抗的主要原因.胶质瘤的耐药性和放疗抵抗性实际就是因 为 GSC 对放化疗的不敏感. 从干细胞相关转导通路的分子机制出发.研究与之相关的药物将是胶质瘤 治疗的重要方向. 目前.对 GSC 信号通路的作用及调节机制的认识还不完全.许多问题尚待进一步研 究.如信号转导的具体过程及众多成分的功能.信号通路之间的联系以及相互协同作用机制等.虽然现 在有很多胶质母细胞瘤信号通路抑制剂的临床研究.但是与传统放化疗比较.这些抑制剂并没有表现出 明显的效果. 我们期待有更多针对 GSC 信号通路的药物能够出现.解决高级别胶质瘤细胞放化疗耐药 的问题.改善其预后. 

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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