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干细胞在脑癌中的命运 |
细胞静止是一种可逆的非循环状态,由表观遗传,转录和与生态位相关的分子因子控制。静止是分子信号传导途径维持平衡的细胞周期状态同时使细胞周期快速重新进入的条件。为了在肿瘤学中实现治疗突破,解读癌症环境所使用的这些分子机制以控制,维持和使干细胞重新激活是至关重要的。癌症干细胞样细胞已在大多数恶性肿瘤中广泛研究,包括神经胶质瘤。在这里,异常生态位活动扭曲了静止平衡,导致手术和化疗后肿瘤快速复发。解开静止机制有望预防复发,这是当前胶质瘤治疗中的一个关键问题。干细胞经典地定义为未分化细胞,其具有产生分化的子细胞的独特能力,同时它们的群体通过自我更新维持其干细胞状态。癌症干细胞样细胞或肿瘤起始细胞被定义为体内肿瘤块内细胞的自我更新亚群,其具有重现整个肿瘤的整个细胞库的能力。细胞静止特征在于可逆的条件,细胞可以在适当的生理信号后从中逃逸。细胞静止不仅是一种休眠状态,而是一种有效维持和定向的状态,而几种分子途径允许快速重新进入细胞周期。细胞静止的概念随着时间的推移而发生了变化。以前,人们普遍认为,在营养物剥夺或接触抑制后,细胞被迫进入休眠的,以避免终末分化或衰老,因为这种情况被认为是不可逆转的。目前,人们普遍认为细胞特别是干细胞进入静止状态以保持其自我更新能力并避免频繁分裂引起的遗传扰动。目前,很多注意力都集中在动态控制正常干细胞的静止状态,这使得它们能够在宏观生物体的一生中保持关键特性和基因组稳定性。组织特异性干细胞的一个子集在长时间内保持休眠状态,在正常和病理条件下确保组织补充和再生。由于特定的代谢和基因表达状态,静息干细胞可以通过其低核糖核酸含量来区分和缺乏增殖标记物,以及标签保留,明确证明它们的低营业额。然而,最近显示单独使用标记保留测定法不足以正确鉴定静息干细胞。
因此,细胞静止受内在和外在机制的调节。这些包括各种转录因子,检查点调节因子和蛋白激酶,以及外在调节因子,如细胞间相互作用,细胞外基质成分等。两种类型的调节因子被认为同样重要。促进休眠干细胞状态并防止其耗尽。参与干细胞静止调节的信号分子包括肿瘤抑制因子和视网膜母细胞瘤蛋白,细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶。正如从非增殖表型所预期的那样,静止干细胞特征被认为是参与脱氧核糖核酸复制和细胞周期进展的基因的显着下调。在静止细胞中经常下调的基因包括编码重要细胞周期检查点调节剂的基因,例如细胞周期蛋白和细胞周期蛋白,以及介导细胞凋亡逃避的存活蛋白。与增殖和线粒体功能相关的基因在静止细胞中也被下调。线粒体产生是干细胞活化的标志,因此细胞色素的低表达是电子传递链的活跃参与者,其特征在于静止干细胞的低代谢活性。相反,在这些细胞中上调的基因包括编码参与转录调控和干细胞命运决定的信号蛋白的那些,敲除损害肌肉干细胞增殖并激活非肌肉谱系基因的表达。相比之下,在造血干细胞中的过度表达可以防止这种细胞耗尽。具有保持胚胎干细胞多能性的主要功能。总之,这些研究提出了表观遗传机制在调节干细胞静止中的关键作用。
成人神经干细胞代表了静止调查的良好模型,因为大脑中的几乎所有神经干细胞都处于静止状态,因此这些细胞正在被广泛研究以破译分子休眠状态机制。维持神经元干细胞的静止状态。有人提出的激活调节负责干细胞特性和锚定到其生态位的特定因子的表达。胶质细胞和神经元谱系来自中间转运扩增神经祖细胞,来自脑室下区的神经干细胞。此外,根据最近的文献,血管细胞粘附分子钙黏着蛋白是维持顶端生态位内静息神经干细胞所必需的,而这些蛋白质的缺乏会破坏静止并导致细胞不受控制的激活,增殖和分化,导致快速衰老。围绕神经干细胞的相邻细胞也很重要。室管膜细胞,星形胶质细胞,活骨形态发生蛋白配体和受体由静息神经干细胞表达,胰岛素样生长因子,血管内皮生长因子信号通路一起调节成人的静止,增殖和分化。神经源性生态位。正常的静息神经干细胞被认为很少进入细胞周期,产生活跃分裂的神经干细胞,其在返回静止之前促成成体神经发生。活跃神经干细胞的命运由共享壁龛中相邻神经干细胞的总数来定义。室管膜细胞可以干扰神经胶质谱系中神经干细胞的分化,因为它们能够产生一种骨形态发生蛋白级联的抑制剂。另外,它们表达其是基质细胞衍生因子的受体,其表达由促炎细胞因子诱导并且在脑发育期间与信号级联相关联。由于壁龛经常布置在血管周围区域,因此血管框架有效地控制神经源性过程。
关于哪种分子机制调节从静止到活跃的增殖状态的转变,还有更多问题可以回答。目标最近被发现是活性和静息神经干细胞的标志。过渡到增殖也可能是由高迁移率族蛋白-非组蛋白染色质蛋白介导的,它通过增加染色质中脱氧核糖核酸对转录因子结合的可及性来影响基因表达。此外,在胚胎阶段,同时抑制神经干细胞的星形胶质细胞分化。迁移率族被列为在成年齿状回中静息神经干细胞活化期间特别过表达。另外,迁移率族表达与神经干细胞的静止状态向增殖状态的转变密切相关。缺失减少了由于抗有丝分裂治疗而激活的静息神经干细胞的数量。重要的是缺失优先减少来自经济特区侧壁的嗅球中新生神经元的特定亚型。因此,静止状态是正常干细胞保持其组织中的库,同时保持遗传稳定性和增殖潜力的实用方法。神经干细胞可以以两种状态存在:活跃分裂的祖细胞和静止细胞。这两种状态之间的转变是通过激活某些分子途径来实现的,而某些机制仍然在科学界躲避。相邻细胞还通过使它们对某些非阈值因子无反应而提供对干细胞调节的控制,但确保在受伤或其他大量细胞损失的情况下干细胞的快速激活。
胶质瘤细胞现在被认为来源于不同承诺状态的神经干细胞,因此“神经胶质瘤干细胞”和神经干细胞具有共同的表型标记,以及活化的分子途径。然而,胶质瘤干细胞可以被区分,因为它们携带特定的遗传改变,有利于它们的连续分裂而不衰老。在这里,研究人员描述了不同神经胶质瘤类型的分子特征,因为在过去十年中,由于高通量技术,例如全基因组和全外显子组测序,它们已被彻底研究过。在星形细胞瘤和少突神经胶质瘤的异柠檬酸脱氢酶基因中存在类似的突变特征突出了这两种类型肿瘤的共同祖细胞的可能性,而异柠檬酸脱氢酶胶质母细胞瘤被认为来自不同的起源细胞。神经干细胞中异柠檬酸脱氢酶突变的诱导导致神经元的主要分化或分化阻滞和细胞凋亡增加。类似地,异柠檬酸脱氢酶敲低的组合的引入通过的转录沉默导致神经干细胞中的分化阻断。因此,异柠檬酸脱氢酶突变的掺入仅导致由于介导的细胞周期停滞而导致的增殖能力降低,其可被丧失所绕过,而突变赋予通过替代延长端粒而具有无限生长能力的细胞。突变可导致活化或核糖体生物发生。这些改变对代码性胶质瘤患者预后的额外影响目前尚不清楚。
与少突神经胶质瘤和星形细胞瘤相反,原代异柠檬酸脱氢酶胶质母细胞瘤更具遗传异质性,并且不具有限定肿瘤内大多数细胞的突变,因此它们被称为异柠檬酸脱氢酶。缺乏标记物改变使得难以建议起源细胞并定义初级异柠檬酸脱氢酶胶质母细胞瘤的起始或驱动突变。大多数原发性胶质母细胞瘤是异柠檬酸脱氢酶神经胶质瘤,异柠檬酸脱氢酶胶质母细胞瘤中最频繁改变的基因包括依赖性蛋白激酶,表皮生长因子受体以及依赖性蛋白激酶和蛋白。几乎一半的胶质母细胞瘤含有表皮生长因子受体的突变,重排或扩增。表皮生长因子受体扩增的肿瘤获得外显子的变体缺失,其导致下游受体酪氨酸激酶信号传导的组成型活化。原代异柠檬酸脱氢酶胶质母细胞瘤携带扩增,突变在胶质母细胞瘤中很少见,但可能与患者的预后更好相关。有趣的是,不会与异柠檬酸脱氢酶突变同时发生,也可能定义一个缓慢进展的胶质瘤亚组,具有更好的治疗反应。很明显,与具有异柠檬酸脱氢酶突变的肿瘤一样,可以改变细胞甲基化谱,但关于这种甲基化变化的程度和机制的报道是有争议的,强调进一步调查的必要性。影响整个染色体的大变化对于原发性胶质母细胞瘤也是典型的,特别是染色体增加和染色体损失,其存在于超过一半的初级胶质母细胞瘤中。染色体含有表皮生长因子受体,这是异柠檬酸脱氢酶胶质母细胞瘤中第二大改变的基因。染色体含有肿瘤抑制基因,例如控制蛋白的依赖性蛋白激酶和依赖性蛋白激酶,染色体包括调节细胞生长和循环进展的。在原发性胶质母细胞瘤中,发现异柠檬酸脱氢酶突变的频率非常低。被诊断为原发性胶质母细胞瘤的异柠檬酸脱氢酶突变胶质瘤很可能是早期诊断的星形细胞瘤,因为它们经常含有星形细胞瘤特征突变-异柠檬酸脱氢酶。间变性星形细胞瘤向继发性胶质母细胞瘤的转变很可能是通过获得染色体缺失来推动的,这是原发性胶质母细胞瘤的特征,但在继发性胶质母细胞瘤中发现。
因此,少突神经胶质瘤和星形细胞瘤可能来自共同的前体细胞,因为它们在异柠檬酸脱氢酶中具有相同的突变,这可能是胶质瘤形成中的起始事件。初级异柠檬酸脱氢酶胶质母细胞瘤具有显着不同的关键遗传改变,并且通常更具异质性。因此,异柠檬酸脱氢酶胶质母细胞瘤可能来自与异柠檬酸脱氢酶突变体神经胶质瘤不同前体细胞。据报道,很少有研究可以解决静止在癌症干细胞样生物学中可能发挥的作用。在癌症生物学中,肿瘤休眠指定了一种频繁的临床现象,其中播散的肿瘤细胞长时间保持在非增殖,静止状态。这种现象可能发生在疾病的早期阶段或治疗干预后。这些休眠细胞的觉醒导致肿瘤进展和复发,这可能在很长时间后发生。缺乏专门研究静息癌症干细胞样的研究很可能是因为难以分离癌症干细胞样群体并证明其干细胞特性。考虑到癌症干细胞样来源于成体干细胞,静息癌症干细胞样的分子特征应包括标记。事实上,静息癌症干细胞样具有与正常休眠干细胞相似的基因表达特征,例如,它们下调与细胞周期相关的基因的表达,例如细胞周期蛋白,泛素化细胞周期蛋白和,同时上调经典细胞周期控制器的表达,诱导静止的另一个重要因素是缺氧及其关键的分子调节因子缺氧诱导因子。阳性静息胶质瘤干细胞定位于胶质母细胞瘤组织内的壁龛。缺氧诱导因子在胶质瘤中的重要性突出表明异柠檬酸脱氢酶突变可导致缺氧诱导因子的积累,但最新的报告另有说明。从异柠檬酸脱氢酶低级别胶质瘤中建立肿瘤细胞系具有挑战性,因为异柠檬酸脱氢酶突变体克隆在常规培养过程中往往被消除,从而得出异柠檬酸脱氢酶突变细胞不具有自我更新特性的结论。然而,异柠檬酸脱氢酶细胞可能含有缺氧诱导因子诱导的静止干细胞,其在常氧条件下由于缺氧诱导因子抑制而丧失其茎电位。另外,显示缺氧诱导因子和负责获得分化的神经胶质瘤细胞中的干细胞特性。长期暴露的含有小干细胞群的胶质瘤细胞系对治疗应激赋予分化的胶质瘤细胞具有干性和多能性标志物,显示具有相反的特性并通过增加活性促进癌细胞增殖。这突出了该领域缺乏全面研究的问题,以及考虑到胶质瘤细胞的标志性突变谱以提供更完整信息的必要性。
还与信号传导一起研究了缺氧诱导因子,其中显示通过稳定的细胞内结构域促进神经胶质瘤癌症干细胞样维持。在大脑中,信号通过促进放射状神经胶质细胞的静止状态和预防祖细胞和神经干细胞的神经元分化来控制正常干细胞的状态。然而,在癌症中,作用于致癌信号因子,促进神经胶质瘤癌症干细胞样向静止状态的转变。表明胶质瘤癌症干细胞样细胞可以响应受体激酶抑制剂暂时转变为休眠状态。用高水平的受体激酶抑制剂培养还导致各种途径基因的上调表达,其显示对于受体激酶抑制条件下的细胞存活是必需的。即使在慢循环状态下延长细胞培养并具有恢复高增殖率和随后基因下调的能力后,该条件显示是可逆的。然而,并非所有报告都将信号传导称为致癌驱动因子,然而,这些途径可能相互作用以不仅促进生长限制而且促进静止状态,抑制导致体外和体内胶质瘤干细胞增殖的减少。提示途径通过调节表皮生长因子受体运输来影响胶质瘤癌症干细胞样的存活,细胞周期状态和分化状态。这些观察结果得出结论,尽管对神经胶质瘤癌症干细胞样的抑制导致增殖活性降低,但组成肿瘤体的分化癌细胞通过阻断分化成终末谱系而维持慢循环神经胶质瘤癌症干细胞样状态。
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胶质瘤是颅内最常见的恶性肿瘤,发病率占颅内原发性肿瘤的50%,居第1位,多见于成人,好发部位以额叶、颞叶、顶叶居多。胶质瘤患者男性发病率高于女性,发病年龄以成人多见,30~40岁为发病高峰年龄。不同病理类型的胶质瘤各有其高发年龄,室管膜瘤的高发年龄在10岁以前,星形细胞瘤多见于中年人,老年人以胶质母细胞瘤多见。 |
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