作者：李明明，王春紅，吉宏明，山西醫科大學附屬人民醫院神經外科
膠質母細胞瘤（GBM）具有廣泛增殖、侵襲和遷移的特點。雖然手術治療、化療和放療已經提高了總體生存率，但是生存期也僅有12個月而已。醫學技術迅速發展，但膠質瘤的治療效果總體上仍不盡人意，始終無法完全有效地抑制膠質瘤的高侵襲性。近年來，逐漸了解到中樞神經系統（CNS）微環境參與的GBM侵襲機制。微環境中許多因素參與了GBM的侵襲。現就近年來微環境與GBM侵襲性的關係做一綜述，旨在為膠質瘤的治療治癒方法提供更多參考價值。
1.蛋白酶與GBM侵襲性的關係
1.1大絲裂原活化蛋白激酶1（big MAP kinase 1，BMK1）
近年來新發現的BMK1屬於絲裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）家族，其在腫瘤細胞之間傳遞增殖、生存、耐藥、侵襲和血管生成等信號。惡性腫瘤發生發展過程中的重要現象即上皮細胞-間質轉化（EMT），是指由於多種原因造成上皮性細胞極性損失，喪失細胞間緊密連接及失去黏附連接功能，轉變為具有間質細胞特性的細胞，而間質細胞最重要的能力是運動和遷移能力。
這種轉變後所具有的能力與惡性腫瘤的侵襲性有著緊密相連的關係，亦可能是患者術後腫瘤復發的原因之一。GBM是顱內惡性腫瘤，也能夠發生類似於上皮細胞-間質轉化的間葉轉化（MT）。體外膠質瘤侵襲實驗表明，激活BMK1通路後，可使間葉細胞標誌物T-cardherin表達降低，而這種標誌物的降低有助於GBM的侵襲，進一步表明膠質瘤細胞的侵襲與EMT聯繫緊密。
相關研究顯示，BMK1與膠質瘤細胞的侵襲性呈負相關，BMK1調節膠質瘤細胞的侵襲是通過調節轉錄因子Twist1，進而影響間質轉化實現的。Twist1基因作為Twist家族成員，在EMT過程中扮演關鍵的調控因子。在腫瘤細胞中，Twist通過上調激活間葉細胞標誌削弱上皮標記介導的細胞間的黏附作用，使鬆散的細胞運動能力增強，促進細胞的侵襲和遷移。
1.2著絲粒蛋白（CENP）W
CENP-W位於細胞核內，可促進細胞增殖及細胞凋亡，控制細胞有絲分裂增加了惡性腫瘤細胞侵襲性的機會。侵襲實驗研究發現，CENP-W通過激活Ras系統中相關蛋白，從而促進膠質瘤的侵襲。CENP-W過度表達時誘導癌細胞過度分裂，促使膠質瘤細胞過度增生，再通過激活Ras信號傳導通路使膠質瘤呈現出高侵襲性。
1.3己糖激酶Ⅱ
沃博格（Warburg）效應是指腫瘤細胞糖的無氧氧化速率約為健康細胞的200倍，這種情況即使是在有氧條件下也可以發生，其為惡性腫瘤細胞的特性之一。同樣，膠質瘤也能發生這樣的反應。膠質瘤細胞生長旺盛，需氧量較正常細胞明顯增加，而在供氧量一定的情況下，糖無氧氧化的關鍵酶己糖激酶Ⅱ在膠質瘤細胞中的含量明顯多於健康組織的含量。己糖激酶Ⅱ可以與電壓依賴性陰離子通道蛋白結合，形成己糖激酶Ⅱ-電壓依賴性陰離子通道蛋白複合體，該複合體的作用不但可以抑制細胞凋亡，而且還可以在氧氣供應充足的情況下，通過無氧氧化增加細胞內的ATP供應，促進細胞生長。但是，目前GBM產生Warburg效應的具體起始機制尚不明確，根據國外研究結果，其中低氧誘導因子（HIF-lα）及抑癌基因p53可能參與並促進了無氧氧化過程。己糖激酶Ⅱ的存在並且其含量的增加減少了膠質瘤細胞的凋亡，同時增加了膠質瘤在有氧環境下無氧氧化的百分比。
1.4巢蛋白（Nestin）
Nestin屬於第Ⅵ類中間絲蛋白，在胚胎發育過程中，可在中樞神經系統的神經幹細胞/祖細胞中發現巢蛋白（Nestin），且隨這些細胞分化成熟而失去表達，也可在胚胎及成熟的多種器官、組織中表達，具有增殖、遷移特性的一系列前體細胞中，而近來更是在惡性腫瘤幹細胞的研究中得到應用。丁鵬等通過實時螢光定量PCR方法，對80例人腦膠質瘤標本和4例正常腦組織中的Nestin基因表達進行檢測，分析其與臨床預後的相關性。研究結果表明，腦膠質瘤組織的Nestin基因表達水平與患者的腫瘤病理級別及生存時間分別呈正相關和負相關。由此證明，Nestin對促進膠質瘤細胞向周圍正常腦組織擴散與侵襲有明顯作用，其對於判斷膠質瘤的侵襲性及侵襲程度是一項有用的診斷指標。
1.5基質金屬蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMPs）
多項研究證實，細胞外基質ECM成分的改變破壞是腫瘤細胞生長、侵襲的必要過程。具體機制為，ECM的降解破壞了阻礙瘤細胞向周圍組織入侵的屏障，有利於腫瘤組織內產生新生血管。MMPs來源於小膠質細胞，包含MMP-2、MMP-3等，主要幫助腫瘤細胞轉移以及ECM的降解重構。金屬蛋白酶組織抑制物-2（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP-2）是MMP-2的天然抑制物，ECM的降解程度取決於TIMP-2與MMP-2表達水平的比例。
研究發現，兩者的蛋白表達比值與神經膠質瘤細胞的惡性程度呈正相關，間接決定腫瘤細胞侵襲程度。人膠質瘤細胞中MMPs含量越多，表明腫瘤惡性程度和小膠質細胞/巨噬細胞浸潤程度越高。而在膠質瘤的影響下，小膠質細胞不但不釋放具有腫瘤壞死因子功能的因子，反而使MMP-2等基質酶明顯增多，從而使膠質瘤的侵襲能力增強。MMP-3也叫間質素，作用於ECM中的層黏蛋白，促進腫瘤的浸潤、遷移。因MMP-3在體外培養人膠質瘤細胞中高表達，所以可作為檢測腫瘤侵襲的依據，但與腫瘤的惡性程度關係尚不明確。
2.免疫因子與GBM侵襲性的關係
2.1轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）
在正常機體內，TGF-β1可來源於多種細胞，是一種具有多種功能的細胞因子;其通過TGF-β1的配體與相應的受體結合而激活。其在惡性膠質瘤組織中呈過表達。多項研究闡明，許多惡性腫瘤表達的TGF-β1抑制T、B淋巴細胞的分化、IL（白介素）-2受體的誘導、抑制宿主免疫細胞和細胞因子對腫瘤細胞的殺傷;通過自分泌或旁分泌刺激抗原的表達，改變如基質細胞等非免疫細胞的細胞因子表達水平，促進ECM腫瘤組織內新生血管的合成，增強腫瘤細胞對蛋白酶的分泌，增強腫瘤細胞的生長增殖及浸潤的能力。TGF-β1在膠質瘤細胞中過表達，增強了黏附蛋白等細胞外間質成分的集聚能力，促進腫瘤細胞的遷移。
2.2GMB細胞分泌的免疫因子
腦GBM不但具有瀰漫浸潤生長的特性，而且還可分泌多種免疫因子，也是其難以治癒的原因之一。研究證實，GBM中過表達的IL-6可增強GBM的侵襲能力。同時GBM也可釋放其他因子以吸引免疫細胞。如GBM釋放的趨化因子EXCL12和單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）可以吸引小膠質細胞和巨噬細胞。研究表明，在膠質瘤大鼠模型中，膠質瘤細胞過量產生的MCP-1能募集更多的小膠質細胞和巨噬細胞，提高腫瘤增長速度，使大鼠的生存期縮短。
之前提到，GBM能影響小膠質細胞，反過來小膠質細胞分泌的生長因子如表皮生長因子也能促進GBM細胞的生長。由此可見，小膠質細胞在整個腫瘤發病過程中起到「助紂為虐」的作用，幫助GBM免疫逃避及增強侵襲性。
2.3整合素
細胞與細胞外基質是通過整合素相聯繫。整合素是一種聯繫細胞內外環境的跨膜受體糖蛋白，整合素在二者之間是雙向傳遞信息的。因此，整合素不但能將ECM的信息傳遞給細胞，也能將細胞自身的信息傳遞給外界，從而可以對環境的變化做出相應的反應。細胞與外界環境溝通的結構基礎為局部黏附斑（FAP），其是由整合素與細胞外基質蛋白和細胞內肌動蛋白微絲相結合構成。之前的研究顯示，FAP存在蛋白激酶C（protein kinases C，PKC）。
PKC是一類結構相似、需要Ca2+和磷脂、甘油二脂共同參與活化的同工酶，在機體健康的組織細胞內廣泛存在。PKC參與細胞活化的全過程，也為腫瘤細胞侵襲及遷移提供了便利。有研究顯示，整合素β存在於健康腦組織中，但是量較少，然而在惡性膠質瘤細胞表達過量。另有研究證實，在膠質瘤侵襲過程中整合素β1參與其中，整合素β1主要是通過PKC的磷酸化實現與惡性腫瘤相關的一些生物學行為。
3.離子通道與GBM侵襲性的關係
在正常人體內，幾乎所有的細胞中均有氯離子通道（ClC），氯離子通道在細胞膜的體積、靜息電位、周期中作用顯著。如ClC-2通道低表達能阻滯細胞周期控制在G0/G1期，使細胞的侵襲及轉移能力降低。早在1995年Ulrich等就發現，存在膠質瘤細胞高表達的氯通道，然而在正常細胞中幾乎不表達。ClC-3在惡性膠質瘤中的表達水平僅僅是正常腦組織的1/10，其表達量水平越高腫瘤的惡化程度也越高。
早期研究表明，抑制ClC-4表達不僅能加速過氧化氫誘導的膠質瘤細胞死亡，還能夠直接促進膠質瘤細胞增殖和侵襲。GBM細胞發生侵襲時，其形態發生相應的改變，使得容積縮小形成細窄的梭形，以利於其在狹窄的細胞外空間中遷移增生。而在這個過程中，由於受到細胞容積變化的刺激，容積激活性氯通道由關閉狀態變為開放狀態。同時ATP敏感鉀通道的激活能誘導細胞表面受體聚合，提高氯離子跨膜信號轉導速率。伴隨大量K+、Cl－及水分子的流出，細胞處於超極化狀態，Ca2+流入細胞膜內進而控制肌動蛋白的形態，改變膠質瘤細胞膜電位，提高膠質瘤細胞ERK活性，促使細胞進行有絲分裂。在有絲分裂過程中，ClC-3主要通過鈣離子依賴蛋白激酶（CaMKⅡ）磷酸化，促進增殖分化。
4.血管形成與GBM侵襲性的關係
約10年前有學者提出了血管生成擬態（vasculogenic mimicry，VM），即不過多甚至是不需要藉助機體內皮細胞的參與就可以產生血管，以提供自身所需的氧。之後的一些相關研究也證實了GBM血管生長符合這一模式。形成VM的可能原因，GBM細胞高增值、高分化需要大量的氧消耗，而為了滿足自身對氧的需求，缺氧誘導因子-1α（（hypoxia inducible factor-1α，HIF-lα）的表達起到了至關重要的作用。
首先HIF-lα過表達誘使GBM細胞產生大量的血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），從而誘導腫瘤供血血管生成。與此同時，腫瘤細胞基因型由於缺氧的影響而產生相應改變，而某些血管內皮細胞相關基因則選擇性的過表達，使其亦可作為血管內皮樣的細胞參與VM形成。此外，過量表達的HIF-lα還能誘導MMP-2和MMP-9蛋白再次過表達，使細胞外基質得到更有效的降解，促進惡性膠質瘤血管的形成。
其次，腫瘤細胞生長旺盛，並且糖無氧氧化產生的大量酸性代謝物，使細胞處在了偏酸性環境中，有助於GBM細胞表面轉運VEGF的小囊泡攝取VEGF。另外，腫瘤微環境中釋放的各種因子，如化學趨化因子等，進一步幫助形成腫瘤血管。在這一過程中，中性粒細胞也可分泌MMPs，以降解重塑基底膜，被視為在誘導腫瘤血管形成過程中起最強作用的免疫炎性細胞。
來源：李明明,王春紅,吉宏明.膠質母細胞瘤侵襲性的相關研究進展[J].臨床神經外科雜誌,2018(03):238-239.
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