Cathepsin+L活性对胶质瘤干细胞放射增敏的分析

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1、序言脑恶性胶质瘤是最常见的成人颅内原发恶性肿瘤，占颅内肿瘤的45％至50％。脑胶质瘤恶性程度高，侵袭性强，与周围脑组织无明显的界限，呈侵润性生长，而且解剖位置特殊，手术往往无法彻底切除，术后复发几率很高，平均生存期不到一年，需结合放、化疗、生物治疗等辅助治疗手段延长病人生存期。由于脑胶质瘤本身对抗癌药物耐药性很高，目前化疗的临床有效率很低，于是放射治疗成为脑胶质瘤综合治疗最重要的治疗手段之一，放疗可以进一步杀灭手术不能彻底切除而残留的肿瘤，延长病人的生存时间。但是相当一部分患者接受放射治疗中或治疗后肿瘤出现复发，疗效并不理想。[1]2001年Reyal提出了肿瘤干细胞学说，后来的很多研究

2、表明多种类型的胶质瘤组织中存在少数具有自我更新、多向分化、较强增殖潜能的细胞——胶质瘤干细胞(gliomasterncells，GSCs)。目前看来，GSCs主要有5个特征：（1）自我更新；（2）分[2]化潜能；（3）高致瘤性；（4）耐药性；（5）放射抗拒性：Bao的研究发现非GSCs在常规剂量的放疗下易被杀灭，而GSCs因具有高度的辐射抗性得以生存，因此，普遍认为临床上恶性脑胶质瘤放射治疗失败与GSCs的辐射抗性有关。1.GSCs的辐射抗性影响肿瘤放射治疗有诸多因素，其中肿瘤内在的放射敏感性起着决定性作用。放射可以引起细胞凋亡、细胞周期变化、基因突变、DNA损伤和损伤修复等，都与肿瘤的

3、内在放射敏感性密切相关。放射治疗的作用方式主要是通过损伤细胞DNA,影响细胞增殖,以及细胞周期等,最终导致细胞的凋亡或者死亡。研究表明放射对生物大分子的破坏主要是引起细胞凋亡。但是在电离放射通过DNA损伤而引起细胞凋亡的信号传导途径研究中发现，超过一半的恶性胶质瘤中发生p53的突变，以及抗凋亡蛋白如Bcl-2等的过度表达，对以诱导凋亡为手段的疗法产[2]生了抵抗。因此研究辐射抗性的作用机制对临床放射治疗意义重大。[6]目前肿瘤干细胞的抗放射机制有以下几个方面：（1）DNA损伤关卡的激活。[7][2]DNA是放射损伤的重要靶分子，Bao等利用免疫印迹检测X射线放疗1h前后细胞毛细血管扩张性

4、共济失调突变基因(ataxiatelangiectasiamutated，ATM)、Rad17、检测点1激酶1、2(checkpointkinase1、2，CHK1、CHK2)等DNA损伤关卡蛋白的磷酸化反应，结果表明CD133阳性细胞上述蛋白磷酸化水平明显高于CD133阴性细胞．提出CD133阳性细胞能通过比其他肿瘤细胞更有效地激活DNA损伤关卡，诱导细胞周期阻滞，[8][9]让放射损伤的DNA得以修复。（2）细胞增殖传导信号通路的活化。Kang等研究发现CD133阳性GSCs经放射后可以通过活化Erk1／2和Akt增殖信号通路促进细胞增殖而逃避凋亡。（3）低氧环境。射线损伤DNA有两

5、种途径：一种可直接使细胞染色体DNA分子链断裂：另一种是在细胞内和另一个原子或分子相互作用产生氢氧自由基再与DNA分子链作用，这种损伤在电离放射过程中需要有氧的存在，如果没有氧，[10]有机过氧化物自由基就不能产生，从而降低了对DNA的损伤。Horiuchi等研究认为低氧可导致cyclinD1表达减少，引起G0/Gl期阻滞；并且低氧环境可促进干细胞的维[11-12]持，并阻止干细胞的分化。因此低氧可间接促进干细胞的辐射抗性。（4）细胞周期的影响。放疗主要作用于进入增殖期的肿瘤细胞，直接或间接作用引起DNA损伤导致细胞的死亡或凋亡，特别是处于G2/M期的细胞对电离放射最为敏感，而根据干细胞

6、理论．绝大部分干细胞停滞在G0期，放疗无法杀灭。其中细胞的DNA损伤关卡及周期调控在细胞放射敏感性中的决定性作用已得到[3]公认。灭活肿瘤DNA损伤关卡相关激酶活性，去除细胞周期阻滞，增强肿瘤的放射敏感性已成为目前研究的热点之一。2.DNA损伤关卡和细胞周期真核细胞的细胞周期分为4期:G1期(DNA合成前期)、S期(DNA合成期)、G2期(DNA合成后期)和M期(有丝分裂期)。调控真核生物细胞周期的因子有3类：细胞周期素(cyclin)、细胞周期蛋白依赖激酶(cyclindependentkinase,CDK)和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(cyclindependentkinasei

7、nhibitor,CKI)。其中细胞周期蛋白(cyclin)有8类,分别是A、B1、B2、C、D1、D2、D3、E、F、G和H，不同的cyclin含量和活性高低有其相应调节的周期。cyclin依次激活相应CDK，形成复合物,对细胞内底物进行磷酸化,对细胞周期进展起正性调控作用。CKI可划分为两大类:(1)INK4(InhibitorofCDK4),特异性抑制CDK4-cyclinD1、CDK6-cyclinD1的磷酸化激酶活性;（2