作者：范存刚，周景儒  综述    张庆俊★  审校

[摘要]  不同组织中分离出的间充质干细胞在体外培养中均具有向胶质瘤细胞趋化性迁移的能力，移植到脑胶质瘤模型后也能向胶质瘤定向迁移并抑制肿瘤生长。这一特异性定向迁移的机制可能与白介素-8、转化生长因子、神经营养因子-3、血小板源性生长因子-BB和基质金属蛋白酶-1等分子的表达有关。此外，经修饰后携带特定治疗基因的间充质干细胞可通过向肿瘤分泌抑瘤因子发挥更强的抗肿瘤作用，在脑胶质瘤的基因治疗中有良好的应用前景。北京大学人民医院神经外科范存刚

[关键词]  间充质干细胞；胶质瘤；基因转染；靶向治疗

脑胶质瘤是成人中枢神经系统最常见的原发性肿瘤。近年来，随着影像诊断技术飞速发展，手术技术、放疗、化疗等传统疗法不断改进，免疫治疗、抗血管新生治疗等新型辅助手段的不断涌现，使脑胶质瘤的综合治疗效果得到一定程度改善[1]。然而，由于胶质瘤常在发病早期向周围正常组织浸润性生长而形成卫星病灶，手术切除后容易复发和恶性程度增高，[p1] 且对放、化疗有一定抵抗性，因此患者的生存期并未获得有效延长。近年研究证实，除神经干细胞（neural stem cells, NSCs）外，间充质干细胞（mesenchymal stem cells, MSCs）也具有向脑胶质瘤趋化性迁移的能力，还能在一定程度上抑制肿瘤生长，有望成为基因治疗的新型载体[2-3]。

1.细胞类型的选择

除NSCs外，向脑胶质瘤趋化性迁移及基因治疗方面研究最为广泛的干细胞类型为人或大鼠骨髓来源的MSCs[4-8]。有报道指出，改良的Transwell体外细胞迁移分析和移植于大鼠脑干胶质瘤模型的体内实验均表明自骨髓、脂肪及脐带血中分离出的人MSCs与人NSCs的迁移能力无明显差别[9]。也有作者发现，具有间充质干细胞样特征的子宫内膜再生细胞（endometrial regenerative cells, ERCs）[10]、脂肪来源干细胞（adipose derived stem cells, ASCs）[11]和皮肤来源干细胞（human cells, skin-derived stem cells, hSDSCs ）[12]均具有向脑胶质瘤定向迁移的能力，有望成为基因治疗脑胶质瘤的备选载体来源。

2.体内、外趋瘤效应

大量的体外趋化性迁移实验以及通过瘤内、同侧或对侧半球、颈内动脉、尾静脉等不同方式移植的体内实验业已证实MSCs具有向脑胶质瘤定向迁移能力。Nakamura 等[13]发现MSCs在体外实验中能抑制大鼠9L胶质瘤细胞增殖，注射至对侧大脑半球的MSCs 可通过胼胝体向肿瘤所在部位定向迁移；注射至瘤内的MSCs除一部分分布于瘤床外，大部分迁移至瘤细胞与正常脑实质之间。MSCs沿肿瘤周边的分布特征可能有助于其屏障作用的发挥，从而阻止胶质瘤细胞向脑实质内的浸润性生长。Nakamizo等[14]发现，移植于[p5] 人 U87胶质母细胞瘤模型小鼠病变同侧颈内动脉、对侧颈内动脉或肿瘤对侧半球的人骨髓来源的MSCs[p6] 均可广泛地分布于脑瘤内，提示经血管途径移植与颅内移植的MSCs具有类似的特异性迁移能力。Pisati等[12]报道经对侧半球或尾静脉注射的hSDSCs具有向人U87胶质母细胞瘤趋化性迁移的特征，注射到瘤内后能广泛分布于瘤床并降低肿瘤血管密度、减少血管芽生。Kim等]15]也报道表达分泌型肿瘤坏死因子相关凋亡诱发配基（secretable tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand, sTRAIL）的人脐带血来源的MSCs在体内、外实验中均具有向人U87胶质母细胞瘤迁移的能力，其抗肿瘤效应优于腺病毒-TRAIL基因治疗。Han等[10]报道经静脉注射或瘤内注射至大鼠胶质瘤模型的ERCs均能定向迁移至胶质瘤并抑制其生长。Lamfers等[11]发现ASCs向人U87胶质母细胞瘤的趋化性迁移情况及分布形式与骨髓MSCs相似，即大部分分布于瘤内及其周边，而分布于正常脑组织中的细胞却很少。

3.趋瘤效应的机制

虽然研究者们所采用MSCs的组织来源和胶质瘤模型不尽相同，进行MSCs移植的方式各异，但体外迁移实验和体内移植研究提示各种MSCs均具有向脑胶质瘤特异性迁移的能力，然而对于这一趋化性迁移的机制尚不十分明了。目前，多认为与胶质瘤细胞与MSCs的相互作用有关，胶质瘤微环境中的某些生长因子、血管生成因子和化学趋化因子及及其受体可能在此方面发挥重要作用。例如，Schichor等[16]的体外实验表明血管内皮生长因子-A（VEGF-A）是增加人骨髓MSCs向人胶质瘤细胞U87、U-373、U-251和MZ-54趋化性迁移的重要因子，提示MSCs能在高表达VEGF的胶质瘤中发挥更重要作用。Birnbaum等[17]发现人胶质瘤细胞U373、U251和MZ54可通过分泌大量的白介素-8、转化生长因子和神经营养因子-3等促血管生成因子而募集MSCs，但VEGF、血小板源性生长因子、胶质细胞源性神经营养因子、脑源性神经营养因子及睫状神经生长因子却不参与这一过程。由此可见，胶质瘤可通过分泌多种促血管生成因子而吸引间充质细胞[17]。然而与Birnbaum等[17]的报道相反，Nakamizo[14]却认为血小板源性生长因子、VEGF和基质细胞源性因子-1α在MSCs向人U87胶质瘤细胞系迁移过程中发挥重要作用，Cheng等[8]也报道血小板源性生长因子-BB能促进骨髓来源的MSCs向大鼠C6胶质瘤细胞迁移，同时伴随细胞间粘附分子-1表达水平的上调。Kim等[18]发现白介素-8和生长因子相关癌基因-α可增强脐带血来源的MSCs向多种类型的人胶质瘤细胞迁移的能力，并认为脐带血MSCs向胶质瘤的迁移能力显著强于骨髓来源的MSCs可能与前者的白介素-8受体（即CXC趋化因子受体1和2）的表达水平较高有关。Ho等[5]则认为不同来源的MSCs向人胶质瘤细胞的迁移能力的差别可能与基质金属蛋白酶-1的表达水平及活性的差异有关。

4. 以MSCs为基础的基因靶向治疗

虽然以病毒为载体的基因治疗在动物实验中取得一定效果，然而在人类恶性胶质瘤的临床试验性治疗中却收效甚微。因此，必须通过构建新型靶向载体和改进基因转移方式来提高基因转移效率。MSCs的趋瘤效应及易于基因修饰的特征使之成为脑胶质瘤基因治疗载体选择中的研究热点。目前研究较多的是携带单纯疱疹病毒-胸苷激酶（herpes simplex virus-thymidine kinase, HSVtk）、肿瘤坏死因子相关诱导凋亡配基（tumor necrosis factor-related, apoptosis-inducing ligand, TRAIL）、白介素和干扰素等治疗基因的MSCs的抗肿瘤效应。

HSV-tk基因是目前研究最为广泛的肿瘤药物敏感基因。HSV-tk/更昔洛韦（ganciclovir, GCV）杀伤肿瘤细胞的机理为：胸苷激酶（thymidine kinase, tk）可催化脱氧胸苷（dThd）磷酸化生成脱氧胸苷酸，HSV-tk除催化上述过程还可以催化核苷类似物磷酸化；作为嘌呤核苷类似物，GCV被HSV-tk阴性的细胞摄取后不能产生毒性或毒性很低，但在HSV-tk阳性表达的细胞中经tk的磷酸化作用可生成对细胞有毒性的磷酸化产物，从而抑制细胞DNA聚合酶的活性，或作为脱氧鸟苷三磷酸的竞争性抑制物，掺入到合成的DNA中，阻断DNA链的延长、抑制细胞DNA的合成，使细胞死亡。Amano等[4]业已证实经腺病毒转染而携带HSV-tk的大鼠骨髓MSCs移植与GVC联合应用能使大鼠C6脑胶质瘤的体积明显缩小并延长荷瘤大鼠的生存期。Kinoshita等[20] 也报道携带HSV-tk的永生化人MSCs（human immortalized MSCs, hiMSCs）在注射到人HTB14胶质母细胞瘤裸鼠模型的肿瘤对侧皮质下区后可通过胼胝体迁移至肿瘤周围，向小鼠投予GCV可使肿瘤的体积明显缩小，提示二者合用能通过旁观者效应发挥抗肿瘤作用。

作为肿瘤坏死因子超家族的成员之一， TRAIL能选择性诱导肿瘤细胞凋亡，但对大多数正常细胞无杀伤作用。Yang等[19]发现表达sTRAIL的人MSCs能高度特异地迁移到脑干胶质瘤周围，并可通过分泌TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡，使荷瘤动物的生存期显著延长，但对正常脑组织则无明显影响。Menon等[6]发现经基因修饰的人骨髓来源的MSCs能在体内、外表达并释放具有生物活性的sTRAIL，移植于人U87胶质瘤的荷瘤小鼠颅内后，肿瘤细胞凋亡数目增加8倍，肿瘤体积缩小81.6%，移植小鼠的生存期显著延长。Kim[15]也报道携带TRAIL的脐带血来源的MSCs能发挥类似的抗肿瘤效应。

在白介素和干扰素研究方面，Nakamura等[13]发现，瘤内注射MSCs可抑制肿瘤生长并并延长荷瘤大鼠的生存期，经基因修饰而表达白介素-2的MSCs抗肿瘤效应进一步增强。Xu等[21]报道表达白介素-18的MSCs能有效抑制大鼠C6胶质瘤的生长并延长荷瘤大鼠生存期，这一效应可能与基因修饰的MSCs增强受者T细胞浸润和抗肿瘤免疫有关。Nakamizo等[14]则发现表达IFN-β的MSCs能发挥类似的肿瘤杀伤效应。

5.应用前景与展望

近年来，随着分子生物学、细胞遗传学、基因工程等学科的飞速发展，人们开始尝试以基因治疗方案来改善脑胶质瘤的疗效及预后。1992年美国NIH批准第一个运用HSV-tK/GCV治疗胶质瘤的临床方案以来，更是掀起了世界范围的研究基因治疗脑胶质瘤的新热潮。然而，常用的病毒载体及体细胞载体不仅表达目的基因的效率有限，且多难以通过血脑屏障和血瘤屏障，难以定向作用于浸润至正常脑组织内的肿瘤细胞和微卫星灶，这使得基因治疗脑胶质瘤的临床应用面临新的瓶颈。随着对干细胞认识的深入，人们开始尝试以干细胞作为基因治疗的载体。虽然曾被寄予厚望的NSCs具有良好的趋瘤效应和易于基因修饰等优点，但其广泛应用却受到了取材困难、细胞数量不足和伦理学等诸多方面限制。然而，进一步的研究表明，各种不同来源的MSCs在体内外实验中均具有向人或鼠胶质瘤趋化性迁移的能力，可广泛分布于肿瘤与正常脑组织的边缘及肿瘤内部，经基因修饰而表达特定治疗因子的MSCs能发挥良好的抗瘤效应并可改善荷瘤动物的生存期。对MSCs趋瘤效应机制的探讨有助于理解胶质瘤细胞与MSCs之间的相互作用，也为增强MSCs的趋瘤效应和选择适合MSCs治疗的胶质瘤类型提供了新思路。因此，有理由相信，以MSCs为载体的基因治疗将在脑胶质瘤这一难治性疾病中有广泛的应用前景。

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