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作者：范存剛，周景儒 綜述 張慶俊★ 審校
[摘要] 不同組織中分離出的間充質干細胞在體外培養中均具有向膠質瘤細胞趨化性遷移的能力，移植到腦膠質瘤模型后也能向膠質瘤定向遷移并抑制腫瘤生長。這一特異性 定向遷移的機制可能與白介素-8、轉化生長因子、神經營養因子-3、血小板源性生長因子-BB和基質金屬蛋白酶-1等分子的表達有關。此外，經修飾后攜帶 特定治療基因的間充質干細胞可通過向腫瘤分泌抑瘤因子發揮更強的抗腫瘤作用，在腦膠質瘤的基因治療中有良好的應用前景。[關鍵詞] 間充質干細胞；膠質瘤；基因轉染；靶向治療
腦膠質瘤是成人中樞神經系統最常見的原發性腫瘤。近年來，隨著影像診斷技術飛速發展，手術技術、放療、化療等傳統療法不斷改進，免疫治療、抗血管新 生治療等新型輔助手段的不斷涌現，使腦膠質瘤的綜合治療效果得到一定程度改善[1]。然而，由于膠質瘤常在發病早期向周圍正常組織浸潤性生長而形成衛星病 灶，手術切除后容易復發和惡性程度增高，[p1]且對放、化療有一定抵抗性，因此患者的生存期并未獲得有效延長。近年研究證實，除神經干細胞 （neural stem cells, NSCs）外，間充質干細胞（mesenchymal stem cells, MSCs）也具有向腦膠質瘤趨化性遷移的能力，還能在一定程度上抑制腫瘤生長，有望成為基因治療的新型載體[2-3]。
1.細胞類型的選擇
除NSCs外，向腦膠質瘤趨化性遷移及基因治療方面研究最為廣泛的干細胞類型為人或大鼠骨髓來源的MSCs[4-8]。有報道指出，改良的 Transwell體外細胞遷移分析和移植于大鼠腦干膠質瘤模型的體內實驗均表明自骨髓、脂肪及臍帶血中分離出的人MSCs與人NSCs的遷移能力無明顯 差別[9]。也有作者發現，具有間充質干細胞樣特征的子宮內膜再生細胞（endometrial regenerative cells, ERCs）[10]、脂肪來源干細胞（adipose derived stem cells, ASCs）[11]和皮膚來源干細胞（human cells, skin-derived stem cells, hSDSCs ）[12]均具有向腦膠質瘤定向遷移的能力，有望成為基因治療腦膠質瘤的備選載體來源。
2.體內、外趨瘤效應
大量的體外趨化性遷移實驗以及通過瘤內、同側或對側半球、頸內動脈、尾靜脈等不同方式移植的體內實驗業已證實MSCs具有向腦膠質瘤定向遷移能力。 Nakamura 等[13]發現MSCs在體外實驗中能抑制大鼠9L膠質瘤細胞增殖，注射至對側大腦半球的MSCs 可通過胼胝體向腫瘤所在部位定向遷移；注射至瘤內的MSCs除一部分分布于瘤床外，大部分遷移至瘤細胞與正常腦實質之間。MSCs沿腫瘤周邊的分布特征可 能有助于其屏障作用的發揮，從而阻止膠質瘤細胞向腦實質內的浸潤性生長。Nakamizo等[14]發現，移植于[p5]人 U87膠質母細胞瘤模型小鼠病變同側頸內動脈、對側頸內動脈或腫瘤對側半球的人骨髓來源的MSCs[p6]均可廣泛地分布于腦瘤內，提示經血管途徑移植與 顱內移植的MSCs具有類似的特異性遷移能力。Pisati等[12]報道經對側半球或尾靜脈注射的hSDSCs具有向人U87膠質母細胞瘤趨化性遷移的 特征，注射到瘤內后能廣泛分布于瘤床并降低腫瘤血管密度、減少血管芽生。Kim等]15]也報道表達分泌型腫瘤壞死因子相關凋亡誘發配基 （secretable tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand, sTRAIL）的人臍帶血來源的MSCs在體內、外實驗中均具有向人U87膠質母細胞瘤遷移的能力，其抗腫瘤效應優于腺病毒-TRAIL基因治療。Han 等[10]報道經靜脈注射或瘤內注射至大鼠膠質瘤模型的ERCs均能定向遷移至膠質瘤并抑制其生長。Lamfers等[11]發現ASCs向人U87膠質 母細胞瘤的趨化性遷移情況及分布形式與骨髓MSCs相似，即大部分分布于瘤內及其周邊，而分布于正常腦組織中的細胞卻很少。
3.趨瘤效應的機制
雖然研究者們所采用MSCs的組織來源和膠質瘤模型不盡相同，進行MSCs移植的方式各異，但體外遷移實驗和體內移植研究提示各種MSCs均具有向 腦膠質瘤特異性遷移的能力，然而對于這一趨化性遷移的機制尚不十分明了。目前，多認為與膠質瘤細胞與MSCs的相互作用有關，膠質瘤微環境中的某些生長因 子、血管生成因子和化學趨化因子及及其受體可能在此方面發揮重要作用。例如，Schichor等[16]的體外實驗表明血管內皮生長因子-A（VEGF- A）是增加人骨髓MSCs向人膠質瘤細胞U87、U-373、U-251和MZ-54趨化性遷移的重要因子，提示MSCs能在高表達VEGF的膠質瘤中發 揮更重要作用。Birnbaum等[17]發現人膠質瘤細胞U373、U251和MZ54可通過分泌大量的白介素-8、轉化生長因子和神經營養因子-3等 促血管生成因子而募集MSCs，但VEGF、血小板源性生長因子、膠質細胞源性神經營養因子、腦源性神經營養因子及睫狀神經生長因子卻不參與這一過程。由 此可見，膠質瘤可通過分泌多種促血管生成因子而吸引間充質細胞[17]。然而與Birnbaum等[17]的報道相反，Nakamizo[14]卻認為血 小板源性生長因子、VEGF和基質細胞源性因子-1α在MSCs向人U87膠質瘤細胞系遷移過程中發揮重要作用，Cheng等[8]也報道血小板源性生長 因子-BB能促進骨髓來源的MSCs向大鼠C6膠質瘤細胞遷移，同時伴隨細胞間粘附分子-1表達水平的上調。Kim等[18]發現白介素-8和生長因子相 關癌基因-α可增強臍帶血來源的MSCs向多種類型的人膠質瘤細胞遷移的能力，并認為臍帶血MSCs向膠質瘤的遷移能力顯著強于骨髓來源的MSCs可能與 前者的白介素-8受體（即CXC趨化因子受體1和2）的表達水平較高有關。Ho等[5]則認為不同來源的MSCs向人膠質瘤細胞的遷移能力的差別可能與基 質金屬蛋白酶-1的表達水平及活性的差異有關。
4. 以MSCs為基礎的基因靶向治療
雖然以病毒為載體的基因治療在動物實驗中取得一定效果，然而在人類惡性膠質瘤的臨床試驗性治療中卻收效甚微。因此，必須通過構建新型靶向載體和改進 基因轉移方式來提高基因轉移效率。MSCs的趨瘤效應及易于基因修飾的特征使之成為腦膠質瘤基因治療載體選擇中的研究熱點。目前研究較多的是攜帶單純皰疹 病毒-胸苷激酶（herpes simplex virus-thymidine kinase, HSVtk）、腫瘤壞死因子相關誘導凋亡配基（tumor necrosis factor-related, apoptosis-inducing ligand, TRAIL）、白介素和干擾素等治療基因的MSCs的抗腫瘤效應。
HSV-tk基因是目前研究最為廣泛的腫瘤藥物敏感基因。HSV-tk/更昔洛韋（ganciclovir, GCV）殺傷腫瘤細胞的機理為：胸苷激酶（thymidine kinase, tk）可催化脫氧胸苷（dThd）磷酸化生成脫氧胸苷酸，HSV-tk除催化上述過程還可以催化核苷類似物磷酸化；作為嘌呤核苷類似物，GCV被HSV- tk陰性的細胞攝取后不能產生毒性或毒性很低，但在HSV-tk陽性表達的細胞中經tk的磷酸化作用可生成對細胞有毒性的磷酸化產物，從而抑制細胞DNA 聚合酶的活性，或作為脫氧鳥苷三磷酸的競爭性抑制物，摻入到合成的DNA中，阻斷DNA鏈的延長、抑制細胞DNA的合成，使細胞死亡。Amano等[4] 業已證實經腺病毒轉染而攜帶HSV-tk的大鼠骨髓MSCs移植與GVC聯合應用能使大鼠C6腦膠質瘤的體積明顯縮小并延長荷瘤大鼠的生存期。 Kinoshita等[20] 也報道攜帶HSV-tk的永生化人MSCs（human immortalized MSCs, hiMSCs）在注射到人HTB14膠質母細胞瘤裸鼠模型的腫瘤對側皮質下區后可通過胼胝體遷移至腫瘤周圍，向小鼠投予GCV可使腫瘤的體積明顯縮小，提 示二者合用能通過旁觀者效應發揮抗腫瘤作用。
作為腫瘤壞死因子超家族的成員之一， TRAIL能選擇性誘導腫瘤細胞凋亡，但對大多數正常細胞無殺傷作用。Yang等[19]發現表達sTRAIL的人MSCs能高度特異地遷移到腦干膠質瘤 周圍，并可通過分泌TRAIL誘導腫瘤細胞凋亡，使荷瘤動物的生存期顯著延長，但對正常腦組織則無明顯影響。Menon等[6]發現經基因修飾的人骨髓來 源的MSCs能在體內、外表達并釋放具有生物活性的sTRAIL，移植于人U87膠質瘤的荷瘤小鼠顱內后，腫瘤細胞凋亡數目增加8倍，腫瘤體積縮小 81.6%，移植小鼠的生存期顯著延長。Kim[15]也報道攜帶TRAIL的臍帶血來源的MSCs能發揮類似的抗腫瘤效應。
在白介素和干擾素研究方面，Nakamura等[13]發現，瘤內注射MSCs可抑制腫瘤生長并并延長荷瘤大鼠的生存期，經基因修飾而表達白介素 -2的MSCs抗腫瘤效應進一步增強。Xu等[21]報道表達白介素-18的MSCs能有效抑制大鼠C6膠質瘤的生長并延長荷瘤大鼠生存期，這一效應可能 與基因修飾的MSCs增強受者T細胞浸潤和抗腫瘤免疫有關。Nakamizo等[14]則發現表達IFN-β的MSCs能發揮類似的腫瘤殺傷效應。
5.應用前景與展望
近年來，隨著分子生物學、細胞遺傳學、基因工程等學科的飛速發展，人們開始嘗試以基因治療方案來改善腦膠質瘤的療效及預后。1992年美國NIH批 準第一個運用HSV-tK/GCV治療膠質瘤的臨床方案以來，更是掀起了世界范圍的研究基因治療腦膠質瘤的新熱潮。然而，常用的病毒載體及體細胞載體不僅 表達目的基因的效率有限，且多難以通過血腦屏障和血瘤屏障，難以定向作用于浸潤至正常腦組織內的腫瘤細胞和微衛星灶，這使得基因治療腦膠質瘤的臨床應用面 臨新的瓶頸。隨著對干細胞認識的深入，人們開始嘗試以干細胞作為基因治療的載體。雖然曾被寄予厚望的NSCs具有良好的趨瘤效應和易于基因修飾等優點，但 其廣泛應用卻受到了取材困難、細胞數量不足和倫理學等諸多方面限制。然而，進一步的研究表明，各種不同來源的MSCs在體內外實驗中均具有向人或鼠膠質瘤 趨化性遷移的能力，可廣泛分布于腫瘤與正常腦組織的邊緣及腫瘤內部，經基因修飾而表達特定治療因子的MSCs能發揮良好的抗瘤效應并可改善荷瘤動物的生存 期。對MSCs趨瘤效應機制的探討有助于理解膠質瘤細胞與MSCs之間的相互作用，也為增強MSCs的趨瘤效應和選擇適合MSCs治療的膠質瘤類型提供了 新思路。因此，有理由相信，以MSCs為載體的基因治療將在腦膠質瘤這一難治性疾病中有廣泛的應用前景。
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