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黎阳

主任医师 教授
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话题:神经母细胞瘤的自然消退机制研究进展

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黎阳大夫

中山大学孙逸仙纪念医院

小儿血液、肿瘤科

发表于:2019-04-09

1楼

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神经母细胞瘤的自然消退机制研究进展中山大学孙逸仙纪念医院小儿血液、肿瘤科黎阳

孙钰浚1 李钊琪1 石荣辉1  黎阳2*

1、中山大学中山医学院2015级临床医学(八年制),广州,510080

2、中山大学孙逸仙纪念医院儿科肿瘤专科,广州,510120

*通讯作者:黎阳,doctorliyang@126.com

 

神经母细胞瘤(neuroblastoma,NB)是儿童最常见的颅外实体肿瘤[1],它起源于交感神经系统的神经组织且多发生于肾上腺的髓质、腹腔神经节和交感干神经节。在欧美国家,大约8% - 10%的儿童肿瘤为NB[1],其中在年龄≥18个月的患儿中,NB通常具有转移性且预后不良,其生存率约为40 - 50%[1];年龄<18个月的患儿,大多数通过中等强度的化疗后可治愈,少数在不接受化疗的情况下出现自然消退[1]。属于国际NB分期系统(INSS)的4S期患儿(即原位肿瘤灶较小,转移灶局限于皮肤、肝和/或少量骨髓)通常预后良好,有些甚至能发生自然消退[2]。这种NB自然消退的现象,在日本、加拿大、欧洲及中国进行的大规模筛查中得到了证实[1]NB自然消退的确切机制目前仍不清楚,本文综述目前已提出的可能机制。

1、胚胎发育学因素

NB可能是由于神经嵴干细胞的异常分化导致[3],神经嵴干细胞的迁移路径均与4SNB的肿瘤位置相同,包括肾上腺、肝、皮肤及少量骨髓[4]

在胚胎神经系统的发育过程中,躯干部神经嵴干细胞从神经管背侧迁移至腹侧,在靠近神经管处受局部微环境中不同因子的调节向不同方向分化,其中一部分神经嵴干细胞发育成交感神经节的神经元或肾上腺髓质交感神经元样嗜铬细胞,分化形成的神经元会促使毗邻的神经嵴源发细胞分化为施万细胞和卫星细胞[3]。神经嵴干细胞具有自我更新和多向分化的能力,这种干细胞特性在神经嵴源发细胞中得到保留。MYCN基因在神经嵴发育中起重要作用,包括维持神经母细胞的多能性与增殖能力、抑制细胞分化、在特定的微环境中促进神经母细胞凋亡等[5]

目前发现恶性肿瘤中都含有具备干细胞特性的干细胞或前体样细胞(precursor-like cell),其形成与发育中/成熟细胞在基因改变、表观遗传改变等的影响有关[3]NBNB

胞系中含有施万样细胞、神经元样细胞以及干细胞样细胞[3]NB肿瘤具有胚胎时期神经嵴的蛋白表达和转录后修饰特征,在维甲酸(RA)作用下上调交感/肾上腺标记物(如酪氨酸羟化酶、多巴胺-β-羟化酶)的表达,可使NB中的干细胞样细胞向幼稚神经元分化[3]

NB肿瘤组织中神经元样细胞和施万细胞样细胞来源于相同的祖细胞[6],约22%NB中可见MYCN基因扩增[1],其中绝大多数是幼稚神经元样NB,极少数为施万细胞样NB[3],而染色体核型异常也仅见于幼稚神经元样NB[6]。研究显示,NB肿瘤组织中施万细胞占比较高的患者往往预后较好,提示施万细胞样NB的恶性度较低[6]。以上的研究结论提示NB自然消退或分化可能与缺陷神经嵴干细胞在神经嵴参与形成的不同器官处形成肿瘤小结有关,这种尚未明确的遗传或表观遗传缺陷导致轻度、可逆的病变表型,初始时肿瘤细胞增殖,随即凋亡或分化[4]

2HER2

HER2(人表皮生长因子受体-2)是一种185kd长的糖蛋白,具有酪氨酸激酶活性[7],介导机体发育、组织增生及肿瘤发生的有关信号通路,影响细胞迁移、分化及细胞间相互作用[8],在胚胎发育过程中通过间充质-上皮-神经外胚层诱导某些细胞系形成[9]

研究表明,HER2过表达会促使肿瘤形成,在乳腺癌中也发现了HER2基因扩增以及过表达现象[8]

然而在NB中,HER2的表达却使NB的预后良好,并且已被证实可作为NB的独立预后因素[9]。在自主神经系统的发育过程中,HER2作用于迁移中的前体细胞,使其滞留于特定位置,促使细胞相互竞争分化相关的信号分子,对前体施万细胞的发育起着不可或缺的作用。研究发现,HER2NB中的生物学作用可能与分化相关[9],在未分化的细胞中,HER2表达呈阴性;在成熟神经节细胞和低分化的NB细胞中,HER2只在细胞膜上表达;分化程度较高的NB细胞中,HER2在细胞膜上和细胞质内均有表达。此外,缺乏HER2表达的NB失去促施万细胞发育的能力,这往往与肿瘤转移、低分化状态、高PI、高MKIMYCN基因扩增等预后不良因素相关[9]

3、同源异型框基因

Hox 是一类在进化上高度保守的发育基因,对下游靶基因具有调节作用。HOX 基因在中枢神经系统、中轴骨、胃肠道、泌尿生殖管道、外生殖器和肢体的发育中发挥重要作用。人类 Hox 基因分为 4 个基因集群,位于7 号、17 号、12 号和 2 号染色体上,分别称为HoxAHoxBHoxCHoxD。每个基因集群包含9-11 个基因,沿3’-5’方向依次排列。

近年属于同源异型框(HomeoboxHox)基因家族的 HoxC9 在促进NB 细胞分化、肿瘤自然消退以及作为预后判断标志的临床应用逐步引起关注,目前认为,HoxC9蛋白是 NB 细胞分化和肿瘤自然消退的关键调控因子。

实验表明,HoxC9基因能抑制NB的生长,利用HoxC9基因表达水平可独立、准确预测NB的发展状况,HoxC9表达水平提高,病人预后情况可改善,并可能诱导发生NB自然消退。有证据表明HoxC9基因位点突变或表观遗传因素不是NBHoxC9表达水平下降的主要原因,而HoxC9表达水平的提高常与12号染色体的获得(numerical gain)相关。

NB细胞系中,HoxC9基因重表达能有效抑制NB,一是能诱导NB正常分化——实验表明该过程伴随REST表达水平降低,REST是神经元发生过程的负调节因子,而参与神经元分化的基因(DNERNTSPTNNNATTRKANEFL)表达水平上调[10];二是阻滞NB细胞周期——这一过程可通过使CCNB1的启动子转录失活实现,此外,在 HoxC9 诱导的 NB 向成熟神经元分化的过程中,总共 98 个与 DNA 破坏修复相关的基因被显著下调,而其中 32 个是 HoxC9 的直接靶基因,因此 HoxC9的活化能最大限度地促进 NB 细胞向成熟神经元的分化及抑制此过程中的 DNA 修复基因[10];三是促进NB细胞凋亡,研究显示HoxC9激活了细胞凋亡的内源性通路,能通过增加 Bax/Bcl-2的比例导致细胞色素 C 由线粒体释放到胞质,最终激活了胱门蛋白酶的层链反应,在外周神经系统发育过程的延迟激活的自发细胞程序化死亡被认为代表了NB 自然消退的分子机制[10]

4、神经生长因子

在神经系统的发育和维持中,神经生长因子都有着不可或缺的重要作用.其中神经营养受体Trk家族包括TrkA / NTRK1,TrkB / NTRK2TrkC / NTRK3, 这些受体对应的同源配体分别是神经生长因子(NGF)、脑源性神经因子(BDNF)和神经营养因子3(NT3)生长因子。临床数据显示,这些受体在NB的发病机制中有着重要的作用[1]

TrkA表达高水平患者常见于低龄患儿,且缺乏MYCN扩增,表现出良好的预后[1]。相比之下,TrkB和其配体BDNF在预后情况差的肿瘤中高水平表达,且伴随MYCN扩增。激活TrkB - BDNF自分泌途径会导致NB的侵袭、转移,促使NB生成血管并产生耐药性[1]

值得注意的是,TrkATrkC受体也被称为依赖性受体,在没有配体激活时会产生凋亡信号[1]。也就是说,细胞的凋亡受NGF调控。在体外培养中,将对照组肿瘤提取细胞置于含NGF的初级培养基中,细胞发生分化并存活数月;实验组细胞在失去NGF后一周内发生细胞凋亡——也就是说,自然消退的NB具有高表达的TrkA,且其是否凋亡取决于它的同源配体NGF的含量[1]

在预后良好的肿瘤中,UNC5D同样具有较高的表达水平,能间接调节NGFNB的影响。目前实验探究了NB细胞在失去NGF前后UNC5D 含量改变与细胞凋亡之间的关系,结果表明:NGF的缺乏诱导了UNC5D p53 E2F1BAX基因的表达,caspases 2/ 3裂解UNC5D表达产物,产生的核内片段与E2F1相互作用,选择性激活原凋亡靶基因[11]

5、端粒假说

端粒是染色体末端的特殊结构,与染色体本身的复制和稳定性有关。它们在保证基因组稳定性方面起着重要作用,其长度由端粒酶调控。在正常细胞与肿瘤细胞中,端粒酶的表达存在显著的差异,端粒酶的高水平表达与肿瘤的不良预后相关。然而,NB的发生却与此不同。在NB样本中,大部分来自4SNB的样本具有较低的端粒酶活性,端粒长度短[12]

Mona Samy等人的实验将MYCN扩增的NB细胞系设计为两组。对照组的端粒酶基因hTERT基因稳定表达,实验组hTERT基因突变(DN-hTERT)。实验结果显示,对照组的细胞大部分发育成为肿瘤,DN-hTERT蛋白的表达使细胞易于凋亡,从而导致肿瘤细胞发生消退。这表明,NB的自然消退与端粒酶的失活存在一定的联系[12]

然而,4SNB的自然消退与端粒酶之间的确切机制依旧是未知的;此外,4SNB与自然消退之间的关联还可能取决于与4SNB有关的其他有利特征,如低龄、超二倍体和缺乏MYCN扩增[1]

6、表观遗传以及蛋白组学

与启动子甲基化、组蛋白修饰或染色质重塑有关的基因表达的改变,可能会影响NB的分化[13]。实验表明基因甲基化和组蛋白修饰的改变与NB病人的预后相关[14-18]。作为组蛋白伴侣和表观遗传因子的CHAF1Achromatin assembly factor 1,subunit A)具有调控细胞增殖、DNA修复的作用,通常认为其可能驱动多种肿瘤发生[19, 20]Eveline Barbieri 等人的实验表明[21]CHAF1A能够维持恶性神经母细胞瘤的高去分化状态,这与患者的不利预后密切相关;而在体外和体内条件下,CHAF1A失活均可以阻断致癌信号通路,促进糖酵解代谢的正常化,并促使神经元正常分化。

TMS1基因编码衔接蛋白促进caspase依赖性细胞凋亡,TMS1基因甲基化导致该基因表达缺失,可能促使肿瘤细胞逃避凋亡[22];人体MGMT基因为保守基因,在28%NB中可见其启动子甲基化[23]RARβ2基因编码视黄酸核受体β,在胚胎发育和细胞生长分化过程中起信号传导作用,该基因还能限制许多细胞种类的生长,诱导细胞正常分化,抑制4NB的自发性扩散,但高度甲基化后该功能丧失[24, 25]。这三种基因的高甲基化均可导致NB治疗后的高复发率[26]。在原发NB,CASP8,DCR2HIN-1基因的甲基化是NB的独立高危因素[27]

目前对4SNB自然消退机制的研究大多从基因水平着手,并且已经发现自然消退受一个由许多基因构成的动力学网络所调控。尽管基因组学研究为肿瘤研究做出较大贡献,但其局限性在于,基因只是遗传信息的携带者,而蛋白质才是生命活动的执行者[28]。因此,从蛋白质水平研究NB对于阐明NB的自然消退机制具有重大意义。

部分研究通过分析4SNB凋亡的形态学特征提出“凋亡说”以阐释NB的自然消退[28]。电镜分析发现NB具有明显的退行性变化特征,这说明NB的自然消退可能是通过自噬性退化实现的[28]。这些研究结果表明,NB的自然消退可能是由caspase依赖型(即凋亡)或caspase非依赖型(即自噬性退化)这两种细胞编程性死亡的形式介导而产生[29, 30],大量蛋白质参与其中。

通过蛋白组学方法进行研究,发现了多种在4SNB中异常表达的蛋白质[28]RhoGD(RhoGDP分离抑制因子1)RhoGTP酶参与调节细胞骨架形成、细胞增殖、分化和凋亡等过程,在许多恶性肿瘤中都表现出表达上调的特性,并且已被证实与肿瘤细胞的侵袭和转移直接相关,甚至能抑制某些人肿瘤细胞的凋亡[31, 32]。而RhoGDⅠ可通过抑制GDP的释放从而抑制RhoGTP酶的活性,在4SNB表达显著上调,可能是通过抑制RhoGTP酶的活性来激活NB的凋亡[28]VIMvimentin):VIM调节细胞分化和迁移,在4SNB中表达上调,可能通过细胞骨架重排干扰肿瘤细胞信号转导系统从而导致细胞生物学特性改变,引起肿瘤细胞死亡[28]GRB2(生长因子受体结合蛋白2):GRB2主要通过传递表皮生长因子受体信号,激活Ras和下游的MAPK 级联,参与调节细胞生长分化,但GRB24SNB中表达上调的原因尚不明确[28]PEBP(磷脂酰乙醇胺结合蛋白):PEBP是结构高度保守、功能多样的细胞溶质蛋白家族成员之一,在4SNB中表达上调,主要通过Raf/MEK/ERK通路干扰信号转导从而抑制癌细胞转移[28]PHB(阻抑素):PHB参与调节代谢、生长、分化、衰老,在4SNB中表达上调,主要通过对转录进行负调节实现肿瘤抑制[28]Krt6f(角蛋白6):Krt6f广泛存在于上皮细胞胞质中,参与细胞构建和运动,在上皮源发肿瘤中稳定表达,但很少在间充质组织中表达,在4SNB中表达上调,具体原因未明[28]CAPZA1F-肌动蛋白帽蛋白α1亚单位):CAPZA1是一种广泛分布在生物体中的肌动蛋白结合蛋白,在4SNB中表达下调,可能通过影响F-肌动蛋白的正常形成从而影响NB的疾病进程[28]

7、免疫及肿瘤微环境

Salcedo R等人的实验表明,免疫调节细胞因子IL-27IL-2结合疗法能引起小鼠体内原位NB肿瘤迁移的消退[33]。此外,NB患者体内存在肿瘤特异性T细胞和抗神经抗体[34],也有研究发现NB中存在肿瘤浸润T细胞[1],且 T细胞浸润程度高的NB预后更良好[35]。对NB患儿的血清检测表明,在患有NB的同时并发伴有神经系统发育障碍的自身免疫性疾病——斜视眼阵挛-肌阵挛综合征(OMS)的患者,体内更可能产生抗神经抗体,且该种情况下神经母细胞瘤预后良好[1]。由此可推断宿主免疫反应可能也是自然消退的原因之一。

几乎所有NB中的人类白细胞I类抗原(HLA class I molecule)都为阴性,NB通过下调HLA I类抗原的表达来逃避免疫反应[36]。体外实验下,γ干扰素(IFN-γ)可诱导NB细胞表达HLA I类抗原,从而提高细胞毒性T细胞对NB的识别能力[36]。研究发现,4SNB能表达正常水平的HLA I类抗原[1]。综合以上情况,或许可通过在体内上调HLA I类抗原来增强免疫监视,进而诱发肿瘤的消退,但该过程会同时降低NK细胞对NB的杀伤作[36]

与原位NB相比,迁移性NB具有更高的肿瘤相关巨噬细胞(TAM)浸润率[Clinical significance of tumor-associated inflammatory cells in metastatic neuroblastoma.]。临床上,年龄≥18月的迁移性非MYCN扩增型NB患者,其肿瘤复发率高;与此相对应,与年龄<18月的迁移性NB患者相比,年龄≥18月的迁移性NB患者的炎症相关基因表达水平更高[37]。这表明炎症反应与肿瘤微环境对神经母细胞瘤的预后具有重要影响[37]

NB间存在广泛的肿瘤异质性,部分4SNB可发生自然消退,但目前对NB自然消退的机制尚无定论。研究NB自然消退的分子生物学机制对于今后的精准治疗的研究具有积极意义,本文从不同角度及机制综述了NB的发生机制、转移机制以及自然消退的可能具有关键作用的调控分子,具有一定的临床科研研究的借鉴价值。

 

 

参考文献(略)

 

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