膠質瘤發病機制的研究進展

錢王芳，王 臻，肖 紅

（1.南京醫科大學藥學院，南京 210009；2.南京醫科大學附屬腦科醫院神經外科，南京 210009；3.南京醫科大學附屬腦科醫院研究所，南京 210009）

膠質瘤是最常見的原發性腦瘤，約占全部腦瘤的80%，其中膠質母細胞瘤（Glioblastoma，GBM）是最惡性的腦腫瘤。盡管最大程度的手術切除后，并開展包括放療和化療等積極的輔助治療手段，GBM患者的生存期中位仍為14個月[1]。GBM的主要特點是腫瘤細胞彌漫性侵襲周圍大腦，阻礙治療效果。雖然浸潤通常在原腫瘤腫塊的1～2 cm內復發，但在最初或首次診斷幾個月后浸潤性細胞就已擴散到整個腦實質[2]。因此，膠質瘤預后較差，70%的膠質瘤在第一次術后10年內復發，其原因是快速生長，廣泛浸潤鄰近腦組織，假性壞死和誘導血管生成，且無明顯的作用靶點[3]。因此，找到直接且密切相關的靶點，使膠質瘤能夠被早期診斷，探索膠質瘤的潛在機制至關重要。

近年來，在分子水平上對膠質瘤發病機理的研究發現，膠質瘤的發病由異常的病理過程導致，例如細胞周期調控，信號轉導等[4]。因此，迫切需要在遺傳和分子水平上更好地了解膠質瘤的發生和發展，以確定新的治療策略。目前，圍繞膠質瘤發病機制主要存在以下五個研究熱點：1）等位基因雜合性缺失及遺傳性變異；2）細胞信號通路異常與功能紊亂；3）DNA損傷修復；4）腫瘤干細胞；5）其他等。

1 等位基因的雜合性缺失及遺傳性變異

膠質瘤的發生被認為是由關鍵基因的遺傳性變異或基因突變引起的。主要包括癌基因如EGFR的激活和抑癌基因如p53、p16等的失活以及普通基因的異常表達。基因甲基化會抑制抑癌基因，從而進一步抑制積累并誘導突變，故其在腫瘤的發生發展中至關重要。因此，神經膠質瘤的進展是由表觀遺傳和遺傳性改變的積累引起的[5]。全基因組關聯研究已經確定了與膠質瘤風險增加相關的若干個可遺傳風險等位基因，包括端粒酶逆轉錄酶TERT啟動子突變，EGFR基因的擴增/突變，PTEN的突變/缺失，p53的突變以及血管內皮生長因子VEGF的過表達等。而這些基因突變也是膠質瘤發病機制中的研究熱點。

約70%～90%的低級別彌漫性膠質瘤和GBM中存在IDH突變[6]。既往研究[7]發現，IDH突變與膠質瘤中廣泛的全基因組甲基化密切相關，IDH突變誘導許多基因包括癌基因的甲基化增加，因此IDH突變已被提出是神經膠質瘤的啟動因子之一。

TERT啟動子突變在膠質瘤中占很高的比例，約占80%～90%[8]。TERT啟動子突變與端粒酶活性水平升高有關，端粒酶消除了細胞壽命的主要障礙，從而可以通過癌基因驅動使腫瘤細胞無限增殖，因此TERT成為研究膠質瘤發病機制的一個常見靶基因。

基因測序技術分析在57%的膠質瘤患者中觀察到EGFR的遺傳性改變[9]，包括EGFR的擴增和突變，已知EGFR促進腫瘤血管生成、細胞運動和侵襲，EGFR通過受體磷酸化和下游信號通路的激活刺激細胞遷移。GBM中的EGFR，40%擴增，60%過表達，24%～67%基因突變[10]。因此，EGFR改變可能會導致神經膠質瘤的發生。

PTEN是一種常見的突變抑癌基因，是PI3K/Akt信號通路的主要負調控因子，大多數人類膠質母細胞瘤顯示高水平激活的Akt，其中不到一半的人攜帶PTEN突變或純合缺失[11]。有大量證據表明PTEN在調節細胞遷移和侵襲中發揮作用，并且對化療藥物的耐藥性產生負調節。

野生型p53是公認的抑癌基因。p53的突變率約為25%～40%，是人類癌癥中突變最頻繁的基因[12]。證據表明，突變型p53不但無法抑制腫瘤的形成，甚至還促進腫瘤的產生。p53的異常表達促進各種腫瘤的發生和進展，包括膠質母細胞瘤。也有研究[13]表明，無論膠質瘤級別如何，p53都可能存在突變，并且相較于低級別膠質瘤，高級別膠質瘤的突變率明顯更高。

VEGF過表達亦是促進神經膠質瘤形成的一個重要因素。VEGF是GBM中最豐富和重要的血管生成介質。Ryota等[14]研究表明抑制VEGF可以使膠質瘤體積和血管的形成顯著減少，當膠質瘤細胞過度表達VEGF時，腫瘤的生長可以恢復，并且實驗證明源自髓樣細胞的VEGF可能影響膠質瘤生長的早期階段。

2 細胞信號通路紊亂

研究[15]發現，GBM發生發展相關的三大經典信號通路包括RTK/RAS/PI3K通路，CDKN2A-MDM2-TP53通路和P16-CDK4/CDK6-Rb通路。70%～80%患者GBM與其中之一或多種通路相關，故表明這三種途徑的失控是膠質母細胞瘤發病機理的核心要求。除了這三種通路，還有其他通路也與膠質瘤發病機制密切相關。與膠質瘤相關信號通路主要歸納如下。

2.1 RTK/RAS/PI3K通路

約90%的膠質母細胞瘤在RTK/RAS/PI3K通路中包含一個或多個基因畸變，是膠質瘤研究中最深入的通路之一。該通路的失活會對癌癥的進展有多種影響，如產生連續的增殖信號，避開生長抑制因子。RTK可以激活RAS/PI3K基因介導的下游信號途徑，改變相關基因轉錄進而調控腫瘤的發生發展。RAS信號通路在調節細胞增殖、分化、信號轉導中起著至關重要的作用，RAS/MAPK轉導途徑的異常表達會導致細胞異常增殖和分化。大量研究表明，PI3K/AKT信號通路的激活與大多數癌癥的發生和進展密切相關，并且幾乎與癌癥惡性表型的所有方面相關。因此，RTK/RAS/PI3K通路失活是導致膠質瘤產生的重要原因之一。

2.2 CDKN2A-MDM2-TP53通路

大約80%～90%的膠質母細胞瘤在p53途徑中包含一種或多種遺傳異常。p53蛋白可抑制腫瘤形成和生長，p53途徑的失調通常通過擴增MDM2/4或使TP53失活而導致細胞死亡抗性和逃避生長抑制。MDM2抑制p53的轉錄活性，刺激其核輸出和降解。當CDKN2A-MDM2-TP53通路上的相關基因突變時可引起細胞周期調控失常導致膠質瘤產生。

2.3 P16-CDK4/CDK6-Rb通路

Rb在抑制細胞周期進程中起著至關重要的作用。大約80%的膠質母細胞瘤在Rb通路中包含一種或多種基因畸變。細胞周期蛋白依賴性激酶4和6（CDK4/6）催化Rb蛋白的磷酸化和激活，但受p16結合抑制。細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑（CDKN2A，CDKN2C）的缺失或突變，以及CDK4和CDK6的擴增，會導致Rb通路的失調。CDKN2A編碼與CDK4/6結合的腫瘤抑制因子p16。因此，當CDKN2A缺失時，CDK4/6保持激活狀態，細胞生長不受調節。Rb通路上的基因改變可導致細胞生長失去抑制進而形成腫瘤。

2.4 轉化生長因子β（TGF-β）信號通路

有充足的證據表明，TGF-β通路對于促進膠質瘤細胞的侵襲性至關重要。TGF-β在神經膠質瘤的早期階段抑制腫瘤生長，在晚期階段促進腫瘤轉移[16]。

TGF-β可能通過多種途徑參與腫瘤的發病機制：1）直接支持腫瘤生長；2）維持膠質瘤啟動干細胞的自我更新；3）抑制抗腫瘤免疫。在膠質瘤細胞中觀察到的染色體畸變和遺傳突變的增加將TGF-β轉變成癌基因。因此，它通過誘導涉及致癌過程（例如增殖，血管生成和侵襲）的幾種基因，在膠質瘤的發生發展中發揮著關鍵作用。

2.5 Wnt/ β-catenin 信號通路

Wnt/β-catenin通路包含Wnt蛋白、卷曲受體家族等，是腫瘤發生過程中較為成熟的信號通路之一[17]。但有研究發現，Wnt/β-catenin通路中成分的突變與多種癌癥相關，Wnt/β-catenin級聯中某些成分的功能缺失觸發了癌癥的發展。有研究[18]表明，Wnt/β-catenin通路通過調控腫瘤進展控制Wnt/β-catenin通路的分子，從而抑制惡性膠質瘤的生長。此外，有文獻[19]描述了在高級別膠質瘤中，典型的Wnt/β-catenin通路是如何維持GSCs（glioma stem cells）的增殖和自我更新，從而維持其致瘤潛力的。因此，Wnt/β-catenin信號通路是膠質瘤研究新方向。

2.6 Notch信號通路

Notch通路是膠質細胞生成開關，維持著膠質祖細胞群，在膠質瘤中呈高度激活狀態，能夠促進神經干細胞的增殖代謝，維持膠質祖細胞群的數量。Notch信號失調會導致包括膠質瘤在內的多種惡性腫瘤。Notch的致癌性可能與維持腦腫瘤細胞未分化狀態有關，改變Notch信號傳導可能導致癌細胞分化。越來越多的證據表明Notch信號在GSCs中高度活躍，能夠抑制分化并維持干細胞樣特性，有助于膠質母細胞瘤的發生和常規治療的耐藥性[20]。

除了上述與膠質瘤相關的信號通路，cl-通道、MAPK、EMT、RTKs等信號通路的激活也參與了膠質瘤的調控。膠質瘤的發生、發展是一個非常復雜的過程，可能由一個、兩個或是多個信號通路共同參與、調控。相信隨著研究的不斷深入，將會發現更多與神經膠質瘤的發生發展有關的基因和途徑。

3 DNA損傷修復缺陷

面對無數的DNA損傷來源，復雜的DNA修復機制用來保護基因組的完整性。當DNA修復失敗時，會導致癌變和腫瘤基因組不穩定。DNA修復缺陷在許多腫瘤進展中具有關鍵作用，包括膠質瘤。如Ege等[21]根據最新基于全外顯子組測序的分析鑒定DNA損傷修復缺陷是成人彌漫性膠質瘤膠質形成的主要因素，表明DNA損傷修復可能是膠質形成的一個基本機制。以上證據均提示DNA損傷修復缺陷很可能會導致膠質瘤的發生。

4 腫瘤干細胞（GSCs）

GSCs被認為位于腫瘤發生的層次的頂端，具有誘導血管生成、轉移和調節治療反應的潛力。近年來的研究表明，具有高效克隆和腫瘤發生能力的GSCs可以促進和維持GBM的惡性生長。此外，由于較強的DNA修復能力，GSCs能從常規治療應激中迅速恢復，從而導致神經膠質瘤患者產生耐藥性并最終導致疾病復發。微血管增生被認為是膠質瘤發生和發展的關鍵特征，GSCs已被證明能高度促進血管生成和表達血管內皮生長因子（VEGF）等因子，吸引內皮細胞進入腫瘤體積并驅動新生血管生長，也是GSCs導致膠質瘤產生的一個重要原因[22]。此外，GSCs上調維持神經干細胞干性所需的一系列信號通路，增強了其干性和異常細胞存活，從而導致膠質瘤發生。

5 其他

5.1 非編碼RNA

大量研究證實，包括許多亞型在內的非編碼RNA可促進膠質瘤的發生發展，如LncRNA、miRNA和circRNA。

5.1.1 LncRNA 基于基因組測序技術，大部分哺乳動物基因組屬于非蛋白質編碼RNA（ncRNA）。其中長鏈非編碼RNA（lncRNA）的異常調控可以通過影響表觀遺傳信息為癌癥提供細胞生長優勢，從而導致腫瘤生長失控。例如，LncRNA UBE2R2-AS1通過靶向miR-877-3p/TLR4軸促進膠質瘤細胞凋亡[23]。此外，LncRNA SNHG3是最近確定的非編碼蛋白RNA，SNHG3通過招募EZH2到KLF2和p21啟動子，從表觀遺傳學方面抑制KLF2和p21，進而促進了膠質瘤的惡性發展[24]。這些研究表明，LncRNA調控膠質瘤的進展，然而LncRNA在膠質瘤中的作用尚需進一步探討。

5.1.2 miRNA 據最新研究[25]，miRNA參與了膠質瘤發展的調控，特別是一些上調的miRNA，如miR-21。miR-21在人體神經膠質瘤和某些細胞系中過表達，可能導致神經膠質瘤的快速發展和惡性進展。此外，其他一些微RNA異常表達，如miR-708[26]，miR221/222[27]等也被證明對癌基因及抑癌基因具有調控作用。根據An T等[28]最新研究發現在脊髓膠質母細胞瘤和低級別膠質母細胞瘤患者血液中共檢測到74個miRNA表達差異（上調25個，下調49個），組織標本中檢測到207個miRNA（上調20個，下調187個），證明異常表達的miRNA會導致膠質瘤的發生。

5.1.3 circRNA 環狀RNA（circRNA）是一種新發現的RNA，所有circRNA涵蓋以下主要功能：miRNA海綿，蛋白質海綿，蛋白質翻譯和蛋白質復合物的支架。一些circRNA已被發現在膠質瘤中發揮致癌作用，根據報道[29]，敲除這些circRNA可以顯著抑制細胞增殖、遷移或血管生成。circRNA可以用作治療靶標或用作神經膠質瘤治療策略的組成部分，如研究[30]發現，GBM中表達的circCOL1A2、circPTN、circVCAN、circSMO、circPLOD2、circGLIS3、circEPHB4、circCLIP2較正常腦組織高，由此可將上述八種circRNA視為GBM潛在的腫瘤標志物。

5.2 腫瘤微環境（TME）

TME是腫瘤的動態環境，包括影響腫瘤細胞生長和進化的細胞外基質（ECM）、信號分子、基質細胞和免疫細胞，這些不僅參與膠質發育，而且參與膠質瘤的生長和進展[31]。神經膠質瘤微環境不同于其他實體瘤，因為神經膠質瘤位于大腦中，受血腦屏障的保護，在正常情況下會阻止周圍免疫系統細胞進入。然而，炎癥和腫瘤生長會破壞血腦屏障。許多研究[32]表明，細胞因子、趨化因子和調節性免疫抑制細胞，例如TGF-β，IL-10，前列腺素E2，NKT細胞，T/B調節細胞，腫瘤—相關的巨噬細胞/小膠質細胞（TAMs）和髓樣抑制細胞（MDSCs）[33]產生了特異性的免疫抑制微環境，無法進行有效的抗腫瘤反應，是刺激膠質瘤進展的關鍵因素。除了免疫抑制微環境的改變外，膠質瘤也具有細胞代謝發生深刻改變的特征，代謝重編程是膠質瘤發病機制的基礎。如最新研究發現一系列由異檸檬酸脫氫酶（IDH）和受體酪氨酸激酶（RTK）通路基因突變驅動的代謝重編程，它們重新編程表觀基因組、轉錄組和代謝組來驅動腫瘤生長。即這些基因畸變通過代謝重編程轉化為神經膠質瘤侵襲性的機制[34]。

5.3 單基因遺傳綜合征

單基因遺傳綜合征也是膠質瘤確定的遺傳危險因素，在超過12 000名膠質瘤患者的全基因組關聯研究中，驗證了25個單核苷酸多態性SNPs與成人膠質瘤發生風險密切相關[35]。在另一項含有1 600多個膠質瘤患者的研究中，發現這25個SNPs與IDH突變、TERT啟動子突變和1p19q聯合缺失等相關分子亞型相關聯。這25個風險基因與膠質瘤各亞型之間具有單變量和多變量關聯，大多數SNPs位于已知特定信號通路的基因中或在其附近。在這25個SNPs中，有11個與膠質母細胞瘤發生風險相關，有19個與星形細胞瘤和少突膠質細胞瘤發生風險相關，其中5個SNPs與3種膠質瘤類型風險均相關，而研究證明相對風險最強的SNP可致使膠質瘤發生的風險增加6倍以上[36]。25個風險基因參與特定的生物學功能，與EGFR-PI3K-AKT通路、細胞周期調控、端粒維護、p53介導的信號通路有關，這些風險基因的變異可能與膠質瘤發生發展有著密切聯系。

6 小結

膠質瘤是一種高度異質性的疾病，即使在同一個體的不同階段，其在患者中的病理表現也在不斷變化，膠質瘤的發病機制是復雜的，而且很大程度上仍不為人所知。因此，針對膠質瘤的發病機制還需要進行更多的研究，以期能夠為臨床治療膠質瘤帶來更多的幫助。