膠質(zhì)母細胞瘤MRI影像圖片。圖源：American Brain Tumor Association，abta.org

撰文 | 計永勝

責(zé)編 | 陳曉雪

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膠質(zhì)母細胞瘤（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研究，增進了我們對膠質(zhì)母細胞瘤容易復(fù)發(fā)的機制的了解。

2019年7月11日，《細胞·干細胞》（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隊的研究。該團隊鑒定出一種對膠質(zhì)母細胞瘤復(fù)發(fā)起重要作用的特異分子標志3-磷酸甘油脫氫酶1（glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1，GPD1）[1]。

“GPD1傳統(tǒng)上被認為是幫助細胞抵御環(huán)境壓力的蛋白。我們的研究說明休眠的癌癥干細胞利用了這個細胞代謝機制來保證自己在復(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》采訪時表示，“尋找靶向GPD1藥物的工作也在順利進行，GPD1靶向藥也可能成為臨床檢驗‘癌癥干細胞’這個概念的重要工具。”

圖1. 膠質(zhì)母細胞瘤。（圖源：mayoclinic.org）

近些年來，基因組技術(shù)的發(fā)展極大提升了膠質(zhì)母細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)母細胞瘤的手段，當前治療膠質(zhì)母細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，膠質(zhì)母細胞瘤的始作俑者腦瘤干細胞（Brain Tumor Stem Cells，BTSC）對化療藥物（如替莫唑胺）有抗性。

要想對膠質(zhì)母細胞瘤“斬草除根”，我們必須將BTSC與正常的細胞（主要是神經(jīng)干細胞）區(qū)分開，再設(shè)計藥物專門清除BTSC。因此，尋找BTSC特異的、對BTSC的生長代謝所必需的的生物標記顯得尤為重要。

之前也有研究團隊發(fā)現(xiàn)了一些BTSC的分子標記，如CD133、OLIG2等。但這些分子缺乏特異性，在正常神經(jīng)干細胞（NSCs）也有表達。

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。

圖2. GPD1主要表達在腫瘤與正常組織交界處。（圖源：參考文獻1）

分子定位結(jié)果顯示，GPD1主要表達在腫瘤與正常組織交界處的BTSC（圖2）。這個部位正是BTSC與正常細胞“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，在腫瘤完全形成后GPD1陽性細胞處于休眠狀態(tài)；當化療結(jié)束，表達GPD1的細胞又一次活化分裂，使腫瘤復(fù)發(fā)。

既然GPD1表達如此特異，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的特異表達確實使BTSC擁有一種與正常神經(jīng)干細胞迥異的代謝狀態(tài)，BTSC缺失Gpd1基因后其蛋白翻譯、細胞增殖分化以及細胞粘附信號也發(fā)生深刻變化。這些通路均與BTSC存活和保持干細胞特性相關(guān)。在動物實驗中，科研人員人為將罹患腫瘤的小鼠的Gpd1基因表達水平降低后發(fā)現(xiàn)，腫瘤的生長速度變慢，動物的存活時間延長。

小鼠身上表現(xiàn)不錯，GPD1在人的腫瘤組織又是怎樣的表達情況呢？

圖3. GPD1在人多種癌癥組織表達。（圖源：參考文獻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)母細胞瘤中高表達，并且其表達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胞里特異抑制GPD1，人的腦瘤干細胞會失去干細胞特性，說明人的腦瘤干細胞也需要GPD1來維持。更重要的是，GPD1還在包括腎細胞癌、肝癌、肺癌、乳腺癌等多種癌癥組織中表達（圖3）。

圖4. 人GPD1蛋白結(jié)晶圖。（圖源：）

值得一提的是，GPD1是人體脂類代謝過程的一個酶，在肝臟、腎臟、胰腺、結(jié)腸和肌肉等組織也高表達，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的特異性表達可以降低針對該分子的藥物在治療膠質(zhì)母細胞瘤過程中產(chǎn)生的副作用。而人GPD1的蛋白結(jié)構(gòu)和底物結(jié)合位點已經(jīng)被明確 [3]（圖4），因此，“GPD1是一個針對膠質(zhì)母細胞瘤的有吸引力的新治療靶點”。

當然，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胞里被誘導(dǎo)表達機制很感興趣”，這將是他們未來研究的重點。

“劉海坤研究團隊發(fā)現(xiàn)GPD1特異表達于神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細胞，而不表達于正常神經(jīng)干細胞，為開發(fā)特異針對神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細胞的藥物提供了非常有價值依據(jù)。”美國斯隆凱特琳紀念醫(yī)院癌癥研究所施裕豐博士（Yufeng Shi）評論說。

他同時表示，“本研究中的結(jié)果并不排除有不依賴GPD1的神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細胞存在的可能性，這一點可以從抑制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：

[1] Patricia Rusu, Chunxuan Shao, Anna Neuerburg, et al., GPD1 specificallymarks dormant glioma stem cells with a distinct metabolic profile. Cell StemCell, (2019). https:///10.1016/j.stem.2019.06.004

[2]https://www./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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