神经干细胞在基因治疗胶质瘤中的研究进展.pdf

《神经干细胞在基因治疗胶质瘤中的研究进展.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《神经干细胞在基因治疗胶质瘤中的研究进展.pdf（3页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、中华临床医师杂志( 电子版)2013 年 12 月第 7 卷第 24 期 Chin J Clinicians(Electronic Edition),December 15,2013,Vol.7,No.24 11688 综述 神经干细胞在基因治疗胶质瘤中的研究进展 宋旭东 蒋正方 【摘要】 神经干细胞是近几年的研究热点之一，其作为基因治疗的载体更是引起了广泛的关注和深刻研究。本文就神经干细胞在基因治疗胶质瘤方面的优点、缺点，研究现状和发展方向做一综述。 【关键词】 神经胶质瘤； 神经干细胞； 基因治疗 Neural stem cells in gene therapy for glioma p

2、rogress SONG Xu-dong*, JIANG Zheng-fang.*Luzhou Medcial College, Luzhou 646000, China Corresponding author: SONG Xu-dong, Email: 【 Abstract】 Neural stem cells is one of the hot research topic in recent years, and as the carrier of gene therapy it has caused wide attention and deep research. In this

3、 paper, the neural stem cells in gene therapy for gliomas, the advantages and disadvantages of the research status and development direction were reviewed. 【 Key words】 Glioma; Neural stem cells; Gene therapy 病毒或非病毒作为载体治疗胶质瘤的研究，虽然取得一定的进展，但是由于载体的转染效率、安全性、免疫原性、外源基因的表达时间等诸多之处不尽如人意，同时基因治疗的发展受到了极大的限制。神经干

4、细胞 （neural stem cells ， NSC） 对胶质瘤细胞有强大迁移能力、稳定表达外源基因的能力等特点，故 NSC引入胶质瘤肿瘤的基因治疗将具有更广阔的发展和应用空间。一、NSC 作为基因载体的优点 1. 低免疫原性及与宿主细胞的整合能力： NSC 是来源于神经组织并且可以向神经元分化的前体细胞（neural precursor cell， NPC），它可分化成为神经元和胶质细胞1。由于 NSC 的这种不成熟分化，细胞表面成熟的免疫抗原所以低表达甚至不表达，故免疫原性极低。此外， NSC 在迁移到神经系统后，与周围组织整合性较好，甚至可部分分化为局部的功能细胞，所以对正常组织不会有

5、损伤。 NSC 的这种特性便是这种移植后可以整合到受体脑组织，同时分化成多种表型的成熟神经细胞。Armstrong 等2把猪神经前体细胞植入有健康免疫功能的小鼠体内，发现其比未在体外扩增而直接作类似移植的免疫排斥反应低；同时经过流式细胞术分析证实： NSC 表面无组织相容性复合体 类抗原表达。另外，Mckay 等3证实在实验性诱导惊厥后，移植到海马齿状回颗粒层的 NSC 的 C-fos 表达明显上调，与受体神经元的反应所一致，表明这些细胞可功能性地整合到宿主神经元环路。目前， NSC 的这种低免疫原性及与宿主细胞的整合能力得到明确的证实，得到学者的广泛认同。 2. 自我更新能力：体外培养过程中

6、， NSC 具有很强的增殖和分化能力从而不断的自我更新。 （1） 通过对称分裂来增加细DOI:10.3877/cma.j.issn.1674-0785.2013.24.141 作者单位：646000 四川省 ，泸州医学院（ 宋旭东） ； 绵阳市第三人民医院神经外科（蒋正方） 通讯作者：宋旭东，Email : 胞数目，其子代均为干细胞；（2）通过不对称分裂则产生 NSC及祖细胞。祖细胞仅有有限的自我更新能力，并逐步分化成熟，成为神经元或神经胶质细胞。这种特性使 NSC 在表达外源基因的同时，还可以分化成正常细胞修复被肿瘤组织侵害的正常脑组织，并不断产生新的 NSC4。 3. 主动的迁移能力：

7、NSC 不对称性分裂增殖成为神经前体细胞，神经前体细胞需要长距离的迁移才能到达定居部位分化为成熟神经元。也就是说 NSC 在迁移的过程中发生不对称分裂产生祖细胞，并且不断分化成熟，在迁徙到目的地时会静止或分化成功能细胞5。 Sidman 等6用同位素示踪法观察到 NPC 在脑皮层中的迁移方向与被动假说的迁移方向完全相反，证实了迁移为主动运动。随着深入研究，通过组织学、同位素示踪、反转录病毒追踪、荧光染色标记及现代成像技术的应用，进一步证明：发育中的神经元都要经过迁移过程，只有迁移到特殊部位才能分化为特殊功能的神经元。 Fei 等7证实脑室内移植的NSC 能迁徙到嗅球、海马旁回、小脑、纹状体、大

8、脑皮质等多种脑组织中。 4. 稳定表达外源基因的能力：研究发现接种 NSC 在小鼠实验性胶质瘤内， NSC 能迁移至整个肿瘤组织，同时稳定地表达外源基因。 Jin 等8将胞嘧啶脱氨酶 VP22 自杀基因经 NSC 转染，增加转导效率 VP22 慢病毒进入由和提高疗效的胞嘧啶脱氨酶基因系统工程鼠由能治疗大鼠的 C6 胶质瘤，同时提示外源基因能稳定地表达及迁移的神经前体细胞能够扩大在脑内肿瘤的投送范围。此外， NSC 另一特点是其在移植后不会产生肿瘤，这通过移植后对缺血性中风的实验模型所证实，尤其是隔离和净化后均匀的人神经干细胞（hNSC ）是非常重要的，以避免在宿主大脑形成肿瘤9。 二、研究现状

9、 目前常用的基因治疗脑肿瘤，包括胶质瘤， 主要涉及三个方面：自杀基因为主治疗；免疫基因为主的治疗；抑癌基因为主的治疗。而经反转录病毒介导的基因治疗，其包装细胞多为中华临床医师杂志( 电子版)2013 年 12 月第 7 卷第 24 期 Chin J Clinicians(Electronic Edition),December 15,2013,Vol.7,No.24 11689 成纤维细胞，在临床上采取多点注入瘤床周围的方法，但由于其扩散能力差、存活时间短，感染病毒的肿瘤细胞数量有限，所以疗效并不理想。而 NSC 能够弥补其他载体的不足，故 NSC是基因治疗的理想载体，可用于颅内肿瘤的基因治疗

10、。 NSC 为载体的基因治疗则开辟了一条全新的治疗道路。 1. 以 NSC 介导的自杀基因治疗：研究得最深开展得最广泛的还属胶质瘤的自杀基因治疗。自杀基因治疗是指一些来自病毒或细菌的基因的表达产物可将对哺乳动物细胞无毒的药物转换成为毒性产物，从而达到治疗胶质瘤的目的。目前发现的自杀基因除了最早发现的 ICE 基因外，还包括 HSV-tk、 EC-CD、VZV-tk、EC -gpt 和细胞色素 P450。单纯疱疹病毒-型胸苷激酶 /更昔洛韦以及胞嘧啶脱氨酶疗效自杀基因系统是一种较为有效和具有临床应用潜力的基因治疗策略，是利用前体药物激活和旁观者效应杀死胶质瘤的方法。Kim 等10通过基因转染技术

11、利用 NSC 为载体，将胞嘧啶脱氨酶疗效自杀基因转入哺乳动物细胞内，则该细胞可将原来无毒的原药（抗真菌药）5- 氟胞嘧 啶（ 5-FC）转化为有细胞毒性的代谢产物 5-氟尿嘧啶（5-FU ），因为 5-FC 在高度抗微生物活性的浓度下对哺乳动物无毒性作用，经胞嘧啶脱氨酶脱氨为 5-FU，后者具有高度细胞毒性，从而选择性杀伤肿瘤细胞。随后证实经转基因编码自杀基因的胞嘧啶脱氨酶可以提供临床应用自杀基因治疗神经胶质瘤患者。Uh1 等11将 HSV-TK 的鼠 NSC 的 C17.2 细胞系分别以 110和 11 比例与人胶质瘤细胞 U87MG 和 LN-18 混合培养，加入更昔洛韦（25 mol/L

12、）后杀死了超过 50%（U87MG）和 90%（LN -18）的胶质瘤细胞，有望克服传统方法因转导效率低而导致临床实验的失败的缺点。 2. 以 NSC 介导的免疫基因治疗：免疫基因治疗利用各种细胞因子转染肿瘤细胞或免疫效应细胞，通过这种方式来提高肿瘤的免疫原性或增强免疫效应细胞免疫活性，进而达到治疗肿瘤的目的。研究最多的是 IL-12（interleukin-12），IL -12 是一种由二硫键连接的异二聚体细胞因子，含有 35 kD 和 40 kD亚基，通常是由专职抗原递呈细胞产生。故对 T 细胞及 NK 细胞产生多种生物学效应，例如诱导 INF-的产生，提高 T 细胞及 NK 细胞增殖及溶

13、细胞功能，促进 Thl 型免疫反应。这种方式特别适合于对抗免疫抑制因子的作用，如胶质瘤产生的转化胰岛素样生长因子（IGF -）、生长因子 （TGF -） 、前列腺素 E2、 IL-10 等。 此外， IL-12 有抗血管增殖的特性，主要涉及抗肿瘤作用中的一种机制12， Yang 等13利用大鼠证实， NSC可以发生迁移： BrdU 标记的细胞向外弥散，并且是沿着白质纤维发生迁移，在肿瘤的四周可见 BrdU 标记的细胞，所以 NSC可在组织中更广泛地分泌 IL-12。另外 IL-12 迁移路径与肿瘤细胞的位置的方向如果一致，就可以将 IL-12 运送到有效的部位，利用这种机制达到治疗的目的。此外

14、整合后的 NSC 可以对受损脑组织产生修复作用。高浓度的干扰素- （IFN -）能够在体外抑制恶性肿瘤细胞生长，但临床上 IFN- 治疗是全身给药，毒副作用限制了其应用。 Nakamizo 等14首次报道了使用干扰素基因修饰 hBMSCS 治疗多形性恶性脑胶质瘤的研究，该研究发现将 hBMSC-IFN- 和 U87 胶质瘤细胞体外共培养能明显抑制瘤细胞生长。同样动物模型实验也表明 hBMSC-IFN-经颈动脉或瘤内移植都能显著延长生存期，而 hBMSC-gal 组、hBMSC-IFN-皮下注射组及静脉内注射 IFN-组作为对照都无明显抑瘤作用，证明了人源 BMSCs 自体移植治疗胶质瘤的可行性

15、。 3. 以 NSC 介导抑癌基因治疗：抑癌基因治疗包括转染抑癌基因治疗和肿瘤基因反义基因治疗。目前最常应用于胶质瘤基因治疗的靶基因是 p53、 p16、 p21、 nm23 基因， 转入外源性抑癌基因的瘤细胞恶性型降低，或诱导凋亡，或对放疗敏感，或对化疗敏感，或对高温敏感，均取得一定疗效。大量动物实验表明， NSC 可经诱导产生胶质瘤15；由于 NSC 的自身特性，在导入外源性抑癌基因治疗胶质瘤有着广阔的前景。抑癌基因p53 失活，通过有丝分裂原 B（PDGF -B）调节 GFAP 启动16，从而导致 NSC 可经诱导产生胶质瘤。利用 NSC 众多优越生物学特性，结合抑癌基因治疗胶质瘤成为新

16、视野17，但目前利用NSC 结合抑癌基因治疗胶质瘤的研究尚少。 4. NSC 多模式治疗策略： NSC 是一种高效靶向的基因转运载体，实现安全可控的基因表达以及多基因联合应用，故这种巨大治疗能力为多模式策略提供了基础。神经胶质瘤治疗中，利用 NSC 介导 IFN-和胞嘧啶脱氨酶基因能强化旁观者效应，从而增强抗肿瘤效应。Ito 等18将胞嘧啶脱氨酶基因系统联合IFN- 应用到胶质瘤的治疗中。体外实验证实，胞嘧啶脱氨酶基因系统及 IFN- 单独应用时，即能产生明显的杀伤作用，而联合 IFN- 后杀伤效果更为显著。胞嘧啶脱氨酶基因系统联合IFN- 治疗大鼠胶质瘤的实验中，联合应用组的胶质瘤体积比各自

17、单独使用的肿瘤体积缩小数倍及生存期显著延长，从而证实联合治疗有明显协同作用。通过 NSC 介导，安全可控的基因表达以及多基因联合应用将有着广阔的前景。 三、展望 尽管近年来在 NSC 治疗胶质瘤实验方面取得了一些成绩，但是目前仍然存在一些问题，如：（ 1） NSC 的获得仍以原代培养为主，虽建立了永生化的 NSC 系，潜在的致癌性问题仍没有解决，应用受到限制；（2）目前 NSC 的研究对象绝大多数为鼠类，人的 NSC 研究仍比较滞后；（3）NSC 迁移及趋向肿瘤组织内分布的机制仍不十分清楚等；（4）虽然 NSC 作为载体用于基因治疗有很大优势，并且对于胶质瘤基因治疗的研究已经起步，但是与以往基

18、因治疗一样，只有阐明胶质瘤分子病因，才能有的放矢地针对其分子病因治疗， 才有可能达到治愈胶质瘤。 参 考 文 献 1 Mira H, Andreu Z, Suh H, et al. Signaling through BMPR-IA regulates quiescence and long-term activity of neural stem cells in the adult hippocampus. Cell Stem Cell, 2010, 7: 78-89. 2 Armstrong RJ, Harrower TP, Hurelbrink CB, et al. Porcine n

19、eural xenografts in the immunocompetent rat immune response following grafting of expanded neural precursorcells. Neuroscience, 2001, 106: 201-216. 3 Mckay R. Stem cells in central nervous system. Science, 1997, 276: 66-71. 4 Rietze RL, Reynolds BA. Neura1 stem cel1 isolation and characterzation. 中华

20、临床医师杂志( 电子版)2013 年 12 月第 7 卷第 24 期 Chin J Clinicians(Electronic Edition),December 15,2013,Vol.7,No.24 11690 Methods Enzymol, 2006, 419: 3-23. 5 Uccelli A Prockop DJ. Why should mesenchymal stem cells(MSCs) cure autoimmune diseases? Curr Opin immunol, 2010, 22: 768-774. 6 Sidman RL, Angevinejr JB, Pi

21、erce ET. Atlas of the Mouse Brain and Spinal Cord (Commonwealth Fund Publications), Harvard University Press,1961. 7 Fei L, Jiang CC, Feng LY, et al. Transplantation of primary cultured embryonic mesencephalic neural precursor cells for treating Parkinsonian rats. Neural Regen Res, 2006, 1: 6-9. 8 J

22、in G, Zhou Y, Chai Q, et al. VP22 and cytosine deaminase fusion gene modified tissue-engineered neural stem cells for glioma therapy. J Cancer Res Clin Oncol, 2013, 139: 475-483. 9 Azevedo-Pereira RL, Daadi MM. Isolation and purification of self-renewable human neural stem cells for cell therapy in

23、experimental model of ischemic stroke. Methods Mol Biol, 2013, 1059: 157-167. 10 Kim JH, Kim JY, Kim SU,et al. Therapeutic effect of genetically modified human neural stem cells encoding cytosine deaminase on experimental glioma. Biochem Biophys Res Commun, 2012, 417: 534-540. 11 Uhl M, Weiler M, Wi

24、ck W, et a1. Migratory neural stem cells for improved thymidine kinasc-bascd gene therapy of malignant gliomas. Biochem Biophys Res Commun, 2005, 328: l25-129. 12 Chiu TL, Wang MJ, Su CC. The treatment of glioblastoma multiforme through activation of microglia and TRAIL induced by rAAV2-mediated IL-

25、12 in a syngeneic rat model. J Biomed Sci, 2012, 19: 45. 13 Yang SY, Liu H, Zhang JN. Gene therapy of rat malignant gliomas using neural stem cells expressing IL-12. DNA Cell Biol, 2004, 23: 381-389. 14 Nakamizo A, Marini F, Amlnano T, et al. Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells in the t

26、reatment of gliomas. Cancer Res, 2005, 65: 3307-3318. 15 Alcantara Llaguno S, Chen J, Kwon CH, et al. Malignant astrocytomas originate from neural stem/progenitor cells in a somatic tumor suppressor mouse model. Cancer Cell, 2009, 15: 45-56. 16 Hede SM, Hansson I, Afink GB, et al. GFAP promoter driv

27、en transgenic expression of PDGFB in the mouse brain leads to glioblastoma in a Trp53 null background. Glia, 2009, 57: 1143-1153. 17 Hede SM, Nazarenko I, Nistr M, et al. Novel Perspectives on p53 Function in Neural Stem Cells and Brain Tumors. J Oncol, 2011, 2011: 852-970. 18 Ito S, Natsume A, Shimato S, et al. Human neural stem cells transduced with IFN-beta and cytosine deaminase genes intensify bystander effect in experimental glioma. Cancer Gene Ther, 2010, 17: 299-306. （收稿日期：2013 -10-21） （本文编辑：郝锐） 宋旭东，蒋正方 . 神经干细胞在基因治疗胶质瘤中的研究进展 J/CD . 中华临床医师杂志：电子版，2013 ，7 （ 24）： 11688-11690.