膠質(zhì)母細(xì)胞瘤MRI影像圖片。圖源：American Brain Tumor Association，abta.org
撰文 | 計(jì)永勝
責(zé)編 | 陳曉雪
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膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（Glioblastoma，GBM），是一種原發(fā)性腦部腫瘤，死亡率極高，治愈率偏低，治療預(yù)后差，易復(fù)發(fā)，是最難治療的腫瘤之一（圖1）。
最近，德國癌癥研究中心的一個(gè)研究，增進(jìn)了我們對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤容易復(fù)發(fā)的機(jī)制的了解。
2019年7月11日，《細(xì)胞·干細(xì)胞》（Cell Stem Cell）雜志在線發(fā)表了德國癌癥研究中心研究員劉海坤團(tuán)隊(duì)的研究。該團(tuán)隊(duì)鑒定出一種對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤復(fù)發(fā)起重要作用的特異分子標(biāo)志3-磷酸甘油脫氫酶1（glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1，GPD1）[1]。
“GPD1傳統(tǒng)上被認(rèn)為是幫助細(xì)胞抵御環(huán)境壓力的蛋白。我們的研究說明休眠的癌癥干細(xì)胞利用了這個(gè)細(xì)胞代謝機(jī)制來保證自己在復(fù)雜的腫瘤環(huán)境中得以生存并抵抗化療。”文章通訊作者劉海坤接受《知識分子》采訪時(shí)表示，“尋找靶向GPD1藥物的工作也在順利進(jìn)行，GPD1靶向藥也可能成為臨床檢驗(yàn)‘癌癥干細(xì)胞’這個(gè)概念的重要工具。”
圖1. 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。（圖源：mayoclinic.org）
發(fā)現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā)的關(guān)鍵
近些年來，基因組技術(shù)的發(fā)展極大提升了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的分子診斷能力，但這并沒有因此改變臨床處理膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的手段，當(dāng)前治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤最好的方法仍然是手術(shù)切除聯(lián)合術(shù)后放化療。
不過，由于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤與正常組織界線不清晰，上述方法容易造成正常腦組織損傷。同時(shí)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的始作俑者腦瘤干細(xì)胞（Brain Tumor Stem Cells，BTSC）對化療藥物（如替莫唑胺）有抗性。
要想對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤“斬草除根”，我們必須將BTSC與正常的細(xì)胞（主要是神經(jīng)干細(xì)胞）區(qū)分開，再設(shè)計(jì)藥物專門清除BTSC。因此，尋找BTSC特異的、對BTSC的生長代謝所必需的的生物標(biāo)記顯得尤為重要。
之前也有研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一些BTSC的分子標(biāo)記，如CD133、OLIG2等。但這些分子缺乏特異性，在正常神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）也有表達(dá)。
在本研究中，科研人員通過核糖體印記測序（Ribosome profiling）等方式檢測了BTSC與NSCs在蛋白水平上的差異后發(fā)現(xiàn)，GPD1 只在 BTSC 特異表達(dá)。
圖2. GPD1主要表達(dá)在腫瘤與正常組織交界處。（圖源：參考文獻(xiàn)1）
分子定位結(jié)果顯示，GPD1主要表達(dá)在腫瘤與正常組織交界處的BTSC（圖2）。這個(gè)部位正是BTSC與正常細(xì)胞“混搭”的區(qū)域：手術(shù)切除不徹底，放化療又易誤傷正常細(xì)胞。
追根溯源，研究人員發(fā)現(xiàn)，GPD1在腫瘤形成起始就開始表達(dá)，在腫瘤完全形成后GPD1陽性細(xì)胞處于休眠狀態(tài)；當(dāng)化療結(jié)束，表達(dá)GPD1的細(xì)胞又一次活化分裂，使腫瘤復(fù)發(fā)。
一個(gè)有吸引力的新治療靶點(diǎn)
既然GPD1表達(dá)如此特異，它的功能如何？劉海坤和同事繼續(xù)追問。
科研人員通過代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，GPD1的特異表達(dá)確實(shí)使BTSC擁有一種與正常神經(jīng)干細(xì)胞迥異的代謝狀態(tài)，BTSC缺失Gpd1基因后其蛋白翻譯、細(xì)胞增殖分化以及細(xì)胞粘附信號也發(fā)生深刻變化。這些通路均與BTSC存活和保持干細(xì)胞特性相關(guān)。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，科研人員人為將罹患腫瘤的小鼠的Gpd1基因表達(dá)水平降低后發(fā)現(xiàn)，腫瘤的生長速度變慢，動(dòng)物的存活時(shí)間延長。
小鼠身上表現(xiàn)不錯(cuò)，GPD1在人的腫瘤組織又是怎樣的表達(dá)情況呢？
圖3. GPD1在人多種癌癥組織表達(dá)。（圖源：參考文獻(xiàn)1）
研究人員通過分析癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫的信息后發(fā)現(xiàn)，GPD1同樣在人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中高表達(dá)，并且其表達(dá)水平與腫瘤治療的不良預(yù)后呈現(xiàn)正相關(guān)性。如果在人的腦瘤干細(xì)胞里特異抑制GPD1，人的腦瘤干細(xì)胞會失去干細(xì)胞特性，說明人的腦瘤干細(xì)胞也需要GPD1來維持。更重要的是，GPD1還在包括腎細(xì)胞癌、肝癌、肺癌、乳腺癌等多種癌癥組織中表達(dá)（圖3）。
圖4. 人GPD1蛋白結(jié)晶圖。（圖源：ebi.ac.uk）
值得一提的是，GPD1是人體脂類代謝過程的一個(gè)酶，在肝臟、腎臟、胰腺、結(jié)腸和肌肉等組織也高表達(dá)，但人體Gpd1基因突變只會引起短暫的嬰兒高甘油三酯血癥，并且癥狀隨年齡增長逐漸消失。
文章最后指出，GPD1在BTSC的特異性表達(dá)可以降低針對該分子的藥物在治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤過程中產(chǎn)生的副作用。而人GPD1的蛋白結(jié)構(gòu)和底物結(jié)合位點(diǎn)已經(jīng)被明確 [3]（圖4），因此，“GPD1是一個(gè)針對膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的有吸引力的新治療靶點(diǎn)”。
當(dāng)然，劉海坤和同事對GPD1的研究并未就此結(jié)束。劉海坤告訴《知識分子》，“我們對GDP1如何在休眠癌癥干細(xì)胞里被誘導(dǎo)表達(dá)機(jī)制很感興趣”，這將是他們未來研究的重點(diǎn)。
“劉海坤研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)GPD1特異表達(dá)于神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞，而不表達(dá)于正常神經(jīng)干細(xì)胞，為開發(fā)特異針對神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的藥物提供了非常有價(jià)值依據(jù)。”美國斯隆凱特琳紀(jì)念醫(yī)院癌癥研究所施裕豐博士（Yufeng Shi）評論說。
他同時(shí)表示，“本研究中的結(jié)果并不排除有不依賴GPD1的神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞存在的可能性，這一點(diǎn)可以從抑制GPD1后有限地提高神經(jīng)膠質(zhì)瘤老鼠生存率看到端倪?！?/span>
參考文獻(xiàn)：
[1] Patricia Rusu, Chunxuan Shao, Anna Neuerburg, et al., GPD1 specificallymarks dormant glioma stem cells with a distinct metabolic profile. Cell StemCell, (2019). https://doi.org/10.1016/j.stem.2019.06.004
[2]https://www.ebi.ac.uk/pdbe/static/entry/1wpq_deposited_chemically_distinct_molecules_side_image-800x800.png
[3] Ou, X., Ji, C., Han, X., et al,. (2006). Crystal structures of humanglycerol 3-phosphate dehydrogenase 1 (GPD1). J Mol Biol 357, 858-869.。
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