2015年12月3日,中科院生物物理所劉光慧實驗室同北京大學湯富酬實驗室及中科院動物研究所曲靜實驗室合作,在《Naturecommunications》雜志發(fā)表了題為"PTENdeficiencyreprogrammeshumanneuralstemcellstowardsaglioblastomastemcell-likephenotype"的研究論文。該研究揭示了人神經干細胞中的基因突變是形成神經膠質母細胞瘤(GBM)的源驅動力,為實現(xiàn)針對攜帶特定基因突變的神經膠質母細胞瘤的精準治療提供了新型研究平臺和藥物評價體系。
神經膠質母細胞瘤是原發(fā)性腦腫瘤中最常見且致死率最高的惡性腫瘤,該類腫瘤在術后及放化療后極易復發(fā),這導致患者的中位生存期通常不超過16個月。
膠質瘤干細胞(GSC)是存在于神經膠質母細胞瘤中的一種具有強致瘤性的細胞類群,通常認為膠質瘤干細胞介導了神經膠質母細胞瘤的細胞異質性、耐藥性和預后不良。以往基于小鼠的研究提示了神經干細胞或神經前體細胞可能是膠質瘤干細胞的源頭細胞類型,但由于缺乏合適的人類研究體系,該假說在人類轉化醫(yī)學中一直無法得到直接驗證。因此,目前針對于神經膠質母細胞瘤的精準治療尚缺乏明確有效的細胞和分子靶標。
考慮到衰老是神經膠質母細胞瘤患病的重要風險因素,因此研究團隊假設衰老所伴隨的基因組不穩(wěn)定性(基因突變率的增加)可能是人類神經干細胞發(fā)生惡性轉化的分子誘因。抑癌基因PTEN的功能失活是神經膠質母細胞瘤中最常見的遺傳改變之一,該遺傳突變通常伴隨神經膠質母細胞瘤侵襲性增強和對藥物抵抗的增加,因此該研究直接聚焦于PTEN缺失是否會驅動人神經干細胞發(fā)生惡性轉化。
研究人員首先利用TALEN介導的基因編輯技術實現(xiàn)了人胚胎干細胞中PTEN基因的純合性敲除。這些經過基因編輯的人胚胎干細胞進一步被定向誘導分化為神經干細胞和間充質干細胞。
研究結果顯示,靶向敲除PTEN基因選擇性誘發(fā)人神經干細胞發(fā)生致瘤性轉化,而間充質干細胞則表現(xiàn)為加速衰老。
PTEN缺失的神經干細胞表現(xiàn)出腫瘤相關的代謝和基因表達譜改變,且獲得了在免疫缺陷小鼠顱內形成腫瘤的能力。另一個抑癌基因p53的缺乏可明顯增強PTEN缺失的神經干細胞的致瘤性。PTEN在神經干細胞中定位于細胞核中,并且結合在PAX7基因的啟動子區(qū)與CREB/CBP相互作用,抑制PAX7的轉錄。PAX7在PTEN缺失后的上調,介導了神經干細胞的致瘤性轉化,也增加了膠質瘤干細胞的侵襲性。
研究也發(fā)現(xiàn),PAX7與PTEN的表達水平在膠質瘤臨床大數(shù)據庫中呈現(xiàn)負相關性,進一步確證了PTEN-PAX7通路在神經膠質母細胞瘤發(fā)病過程中的關鍵作用。
最后,研究者通過對臨床上已使用的抗腫瘤藥物庫進行評價時發(fā)現(xiàn),絲裂霉素C能夠選擇性誘導PTEN缺失的神經干細胞發(fā)生凋亡,提示了未來用于針對PTEN突變型神經膠質母細胞瘤精準治療的一種可能方案。
至此,研究人員發(fā)現(xiàn)了PTEN保護人神經干細胞的一種新機制,并建立了新型的人類神經干細胞研究平臺,以便系統(tǒng)精確地分析各類促使人神經干細胞發(fā)生惡性轉化的因素。該項研究有望為神經膠質母細胞瘤的精準治療提供新的靶點和思路。
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