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胶质瘤干细胞微环境研究

编辑:INC|发布时间:2021-11-05 14:21
GSC的特征维持和功能发挥与其所处的微环境密切相关。目前认为胶质瘤复发主要是由GSC引起,分离的GSCs表现出耐受化疗与放疗的特性,表达高水平的干细胞细胞标志物,且具有高度侵袭...

  GSC的特征维持和功能发挥与其所处的微环境密切相关。目前认为胶质瘤复发主要是由GSC引起,分离的GSCs表现出耐受化疗与放疗的特性,表达高水平的干细胞细胞标志物,且具有高度侵袭性。GSC具有自我更新和不断增殖的能力,在肿瘤细胞亚群中占少数。GSC在血管丰富和缺氧微环境区域聚集并高表达干细胞表面标志物如CD133和CD44。颅内注射CD133+GSC细胞使肿瘤侵袭性增强。

胶质瘤干细胞微环境研究

  另外,CD133+GSC细胞经放疗后增多,并且CD133的高表达往往预示着患者较差的预后。同样,CD44也具有增强GSCs发展的作用。现有研究表明,与GSCs发生发展密切相关的微环境主要有两种,即缺氧微环境和血管周围微环境。以下本文将进一步论述缺氧微环境和血管微环境与胶质瘤干细胞的关系。

  1胶质瘤血管微环境有助于GSC特性维持

  GBM能通过增殖内皮细胞(EC)促进微血管增生。血管的生成对于肿瘤的发生发展至关重要。GSC通常在富集肿瘤血管的微环境中聚集;GBM肿瘤的免疫组织化学染色显示,CD31+EC周边有CD133+GSCs的聚集。GSC通过分泌血管内皮生长因子(VEGF)诱导EC迁移和血管生成,进而促进肿瘤发生。

  血管生成对于GSCs功能维持的重要性在抑制VEGF生成的临床前期研究中得到证实,血管内皮因子抗体贝伐单抗能消耗肿瘤脉管系统和特异性地抑制由GSC衍生的异种移植物在小鼠体内的生长。GSC通过CXCL12/CXCR4配体/受体结合诱导分泌VEGF。CD133+GSCs通过CXCL12相关的PI3K/Akt途径促进VEGF的生成。CXCR4拮抗剂与PI3K抑制剂LY294002可以减少肿瘤VEGF的产生和抑制由GSC诱导形成的肿瘤异种移植物的生长和血管生成。此外,抑制CXCR4信号传导能够抑制GSCs的侵袭性和使肿瘤细胞对放射治疗敏感。

  内皮细胞能够分泌几种促进GSCs存活和侵袭性的因子。例如,血管生成素(Ang1)-Tie2受体相互作用在维持GSCs侵袭性中起关键作用。由EC衍生Ang1与酪氨酸激酶Tie2受体作用能促进GSC上黏附蛋白的表达,包括N-钙粘蛋白和整合素β1,从而促进GSC侵袭。整合素β1对GBM弥漫浸润至关重要。此外在血管微环境中,由CD31+ECs分泌的Shh分子通过激活Patched1和GLI信号通路以促进体内GBM肿瘤生长和GSC的自我更新。抑制Shh-GLI信号能减少GSC自我更新和体内肿瘤发生,提示Shh对GSC的生存很重要。

  GSCs可以与微环境中的血管细胞相互作用,这种相互作用能够维持和促进肿瘤生长并促进血管生成。L1CAM是一种神经黏附分子,能够调节肿瘤细胞的生长和迁移,在GBM中过表达,并且是GSC存活和增殖必需的。GSC直接与ECs相互作用诱导EC迁移,并促进血管生成通过L1CAM-整合素αvβ3通路。敲除L1CAM会导致Olig2表达下调,使GSCs的扩散和功能维持被抑制。此外,激活的Notch信号能增强GSC的自我更新和侵袭性。

  GBM免疫荧光染色证明GSCs表达高水平的Notch1和Notch2受体与邻近的ECs密切相关。EC表达Notch受体的配体DLL4和JAGGED1GSCs,通过与Notch受体作用而促进GSC的自我更新。EC分泌的一氧化氮也能活化Notch信号,导致GSC自我更新增强和诱导胶质瘤发生;用γ-分泌酶抑制Notch信号传导可导致GSC自我更新减少。在血管微环境中消除ECs能减弱GSC对辐射治疗的抗性。

  2缺氧因子诱导GSC的生存

  缺氧在肿瘤的发生、转移、侵袭和治疗耐受中起关键作用。健康脑组织中氧气浓度范围为12.5%~2.5%(PO2=200~100mmHg,1mmHg=0.133kPa),绝大多数GBM存在不同程度缺氧,其氧气浓度介于2.5%~0.5%。从缺氧区迁移出来的GBM检测出高水平的GSC标志物。GSC通常位于肿瘤坏死区周围,缺氧的环境可以促进和维持其干细胞特征及其耐药性。细胞对缺氧微环境的反应很大程度上受到缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIF)的转录因子调节。HIF-2α的表达随着缺氧程度增加而增强,CD133表达与其相关,并且HIF-2α能够提高GSCs的自我更新能力。

  HIF-2α在GSCs中诱导干细胞标志物表达,包括Sox2、Oct4和c-Myc。缺氧还可诱导HIF-1α的表达,HIF-1α的高表达能增强胶质瘤细胞的侵袭能力。由缺氧介导的HIF-1α激活Notch途径是维持GSCs特性所必需的。抑制HIF-1α或Notch通路能抑制缺氧介导的维持GSCs特性能力。此外,HIF-1α还可以稳定Notch蛋白的胞内结构域,从而激活Notch信号通路。

  与之类似,Wnt通路的相关蛋白也出现高表达,其与肿瘤的侵袭及增殖等密切相关。研究表明,低氧促进Wnt通路表达,从而促进胶质瘤细胞的增殖。事实上,由缺氧介导的Notch通路激活能导致E-钙粘蛋白表达所引起的肿瘤细胞入侵能力减弱。因此,抑制Notch表达能阻断由低氧所诱导的肿瘤侵袭,从而促进GSC凋亡。

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