《Critical Reviews in Oncology/Hematology》：Neural stem cells and glioblastoma stem cells: redefining concepts
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本综述系统探讨神经干细胞（NSCs）与胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）的生物学特性及其在胶质母细胞瘤（GBM）发生发展中的核心作用。文章深入分析了干细胞（SCs）的分类与功能、NSCs的神经发生微环境、GSCs的起源与鉴定标志物（如CD133、CD44、nestin），并阐述了肿瘤微环境（TME）与GSCs之间复杂的相互作用，特别是代谢重编程（如Warburg效应）和免疫抑制微环境在GBM进展与治疗抵抗中的关键机制。最后，文章强调了靶向GSCs及其微环境作为GBM治疗新策略的潜力与挑战。
1. 干细胞（SCs）：类型和功能特征
“干细胞”一词最早由德国医生和生物学家Ernst Haeckel于1868年提出。现代干细胞生物学在20世纪中期随着小鼠骨髓中造血干细胞（HSCs）的鉴定而兴起。干细胞被定义为具有自我更新和分化成多种不同细胞类型能力的未分化细胞。这些特性很大程度上依赖于干细胞进行不对称细胞分裂的能力，产生一个保留干性的真干细胞和一个具有有限自我更新能力、无法进行不对称分裂的定向祖细胞。
根据其可塑性，干细胞可分为五大类：全能性、多能性、多能性、寡能性或单能性。全能干细胞（TSCs）具有最高的分化潜能，能够产生生物体的所有细胞类型以及所有胚外结构，是受精卵和早期发育（2-4细胞阶段）胚胎细胞的特性。多能干细胞（PSCs）可以分化为生物体的任何细胞以及一些胚外结构（如卵黄囊或羊膜），但不能形成滋养层衍生的结构。多能干细胞包括胚胎干细胞（ESCs）、上胚层干细胞（EpiSCs）和诱导多能干细胞（iPSCs）。iPSCs由山中伸弥于2006年首次成功制备，为克服使用ESCs或EpiSCs相关的伦理和技术问题提供了有前景的选择。
多能干细胞（MpSCs）只能分化成有限数量的细胞类型，存在于胎儿和产后组织中。胎儿组织中存在的多能干细胞称为胎儿干细胞（FSCs），而在出生后大多数（如果不是全部）组织中存在的多能干细胞称为成体干细胞（ASCs），它们在维持组织稳态中起主要作用。根据其分化潜能，多能干细胞有时也被视为寡能干细胞（OSCs）。单能干细胞（USCs）是那些只能分化成单一特定细胞类型的干细胞。
在临床应用中，干细胞，主要是多能干细胞（胎儿、成体或围产期），已被用于细胞治疗。然而，其治疗用途仍面临挑战，包括定向分化困难、免疫排斥风险以及潜在的致瘤性。iPSCs因其可及性和可扩展性，同时避免伦理问题，正成为精准医学的新金标准，但其致瘤风险可能因其巨大的可塑性和无限增殖能力而更高。
2. 神经干细胞（NSCs）
神经干细胞（NSCs）是来自外胚层谱系的多能干细胞，负责胚胎发育过程中中枢神经系统（CNS）和周围神经系统（PNS）的形成。它们具有进行不对称分裂的显著能力，从而能够自我更新并发育成任何类型的分化神经细胞。
在胚胎期之后，NSCs也存在于所有已研究的哺乳动物物种的产后CNS中，但仅限于大脑、脊髓或视网膜的特定区域，称为神经发生微环境。在人类中，两个主要的脑NSCs微环境是侧脑室的脑室下区（SVZ）和海马齿状回的颗粒细胞下区（SGZ）。这些微环境是高度血管化的复杂功能结构，包含NSCs、神经祖细胞（NPCs）、分化中的神经谱系细胞、支持性非神经细胞（如壁细胞、内皮细胞、小胶质细胞）以及细胞外基质（ECM）成分。
神经发生微环境的功能特征受内在和外在信号的调节。内在信号来自微环境内的各种细胞产生的旁分泌因子、外泌体和细胞表面分子。外在调节主要依赖于从血液或脑脊液（CSF）到达微环境的可扩散信号，以及来自远处脑区神经元的神经支配。NSCs在生理、病理和药理学刺激下负责产生新的神经细胞，通过在组织磨损或损伤后替换损失的神经细胞，在维持组织稳态中发挥重要作用。
NSCs已被提议用于治疗与不可逆细胞损伤相关的神经系统疾病，如某些退行性疾病或缺血性中风。然而，其治疗应用面临所有干细胞疗法共同的难题：难以实现定向分化、从活体个体获取足够数量的细胞进行自体移植的困难、使用胚胎干细胞（ESCs）或胎儿NSCs的伦理和技术限制，以及致瘤性风险。将iPSCs在体外分化为NPCs后再移植，可以降低肿瘤发生风险，并在小鼠模型中显示出有希望的结果。
3. 癌症干细胞（CSCs）
恶性肿瘤由不同类型的细胞组成，但只有其中一些细胞 actively 增殖。解释肿瘤生长的复杂机制主要有两种理论：随机（或克隆进化）模型和层级（或癌症干细胞）模型。
癌症干细胞（CSCs）模型提出，大多数（如果不是全部）癌细胞起源于稀有的CSCs。CSCs被定义为显示某些干性特征的癌细胞亚群，包括自我更新能力和分化成多种（肿瘤）细胞类型的能力。根据这个模型，只有CSCs会增殖和分化，产生肿瘤中发现的全部异质性细胞类型。因此，CSCs在维持肿瘤干性、癌症进展、复发和治疗抵抗中起关键作用。CSCs也被称为肿瘤起始细胞（TICs）或癌症起始细胞（CICs）。非干细胞癌细胞（NSCCs）构成肿瘤的主体，但不贡献于肿瘤生长。在肿瘤进展过程中，CSCs不断产生具有不同分化水平的NSCCs，从而形成细胞层级。此外，NSCCs可能由于内在遗传不稳定性或表观遗传改变而重新获得干细胞样特征，这支持了可塑性模型。
CSCs的存在最初在急性髓系白血病（AML）患者中得到证实。目前认为，CSCs可以起源于组织驻留干细胞的转化，也可以起源于去分化并获得干细胞特征的分化细胞。
4. 胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）与胶质母细胞瘤（GBM）的起源
胶质母细胞瘤（GBM）是成人中最常见的胶质瘤类型，也是最恶性的脑肿瘤之一。其特点是生长迅速、侵袭性强、治疗抵抗性高，治疗后易复发，预后极差。
GBM的一个显著特征是其高度的细胞异质性，这至少部分归因于独特的CSCs群体，即胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）的存在。GSCs被认为是GBM核心侵袭性特征（如血管生成和侵袭）的主要贡献者，也是肿瘤复发和治疗抵抗的主要原因。GSCs的主要特征包括：（1）自我更新，（2）连续移植后启动肿瘤的能力，以及（3）重现肿瘤细胞异质性。
然而，GSCs群体内部也存在巨大的异质性，并且缺乏通用的生物标志物使得其鉴定和分离变得困难。提出的GSCs生物标志物包括CD133（prominin-1）、CD44、巢蛋白（nestin）、CD15（SSEA-1）以及多能性因子（如Nanog、OCT-4、SOX-2）等。更新的技术，如单细胞RNA测序（scRNA-seq）和核糖体蛋白标记，正在被探索以更准确地识别GSCs。
关于GBM的细胞起源，越来越多的证据表明神经干细胞（NSCs）和/或神经祖细胞（NPCs）是GBM的主要候选起源细胞。特别是，位于侧脑室脑室下区（SVZ）的NSCs被认为是GBM的主要来源。研究表明，SVZ-NSCs携带GBM驱动基因的低水平突变，这些突变细胞可以从SVZ迁移到远处脑区，导致高级别恶性胶质瘤的发展。虽然不能排除分化后的星形胶质细胞经过重编程转化为GSCs的可能性，但在许多涉及星形胶质细胞转化的研究中，不能完全排除星形胶质细胞前体甚至表达GFAP的NSCs的参与。
根据基因表达谱和生物学特性，GSCs可分为两种亚型：前神经（PN）-GSCs和间充质（MES）-GSCs。MES-GSCs显示出更高的增殖率，并且更具血管生成性、侵袭性和放疗抵抗性。
鉴于GSCs在GBM起始和/或复发中的重要性，靶向GSCs被认为是最有希望的治疗方法之一。然而，GSCs的一些特征，如高度失调的转录景观、表观遗传修饰以及通常较低的增殖率，也增强了它们对常规治疗的抵抗性。
5. GSCs与肿瘤微环境（TME）
肿瘤微环境（TME）现在被认为是主动促进肿瘤进展的主要因素之一。在GBM中，TME的细胞成分包括神经细胞（神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞）、不同类型的基质细胞（如内皮细胞、血管周围基质细胞）以及免疫细胞（包括常驻的小胶质细胞和几种肿瘤浸润免疫细胞）。非细胞成分主要包括改变的ECM以及由肿瘤和非肿瘤细胞释放的信号分子。
TME通过多种机制与GBM细胞进行相互作用，包括各种信号分子和细胞外囊泡（EVs）的分泌，以及细胞间的直接相互作用（如神经元-胶质瘤界面）。这些相互作用导致TME的代谢和免疫状态发生显著改变，以适应和支持肿瘤生长。
在代谢方面，GBM细胞（像许多肿瘤细胞一样）即使在有氧条件下也倾向于将葡萄糖发酵为乳酸（有氧糖酵解或Warburg效应），而不是在线粒体中进行氧化磷酸化（OxPhos）。这种代谢重编程虽然ATP产生效率较低，但有助于GBM的生长，可能通过提供合成代谢的中间体、产生还原型辅酶或降低微环境pH值（可能诱导NSCCs向GSCs的随机转化）来实现。与大多数GBM细胞不同，GSCs通常更依赖于OxPhos来获取能量，并表现出代谢可塑性以适应不利的TME。
在免疫方面，GBM的肿瘤免疫微环境（TIME）具有高度免疫抑制的特性，其特征是大量浸润的免疫抑制细胞（如T调节细胞（Tregs）、髓源性抑制细胞（MDSCs）、肿瘤相关中性粒细胞（TANs）和GBM相关巨噬细胞（GAMs））以及细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的缺失。GAMs是主要的免疫群体，占肿瘤质量的近三分之一。GBM细胞产生的信号因子促进GAMs募集并极化为M2表型，进而通过释放生长因子、促血管生成分子和免疫抑制因子来促进肿瘤发展。GSCs与TIME之间存在密切的相互作用：GSCs通过直接相互作用和释放信号因子来招募和极化免疫抑制细胞（如GAMs、Tregs、MDSCs），并抑制CTL功能；反之，TIME中的免疫细胞，特别是GAMs，通过释放因子直接促进GSCs的增殖和存活，并可能诱导NSCCs获得干细胞表型。破坏GSCs与TME（尤其是GAMs）之间的这种共生关系，已成为GBM治疗的新策略。
6. 结论
干细胞代表了现代生物医学研究中最有前途的领域之一，提供了新的治疗机会，但也可能是一把双刃剑。必须考虑驻留或治疗性植入的干细胞恶性转化的可能性，特别是在像GBM这样有证据表明NSCs参与其起源的肿瘤中。从转化角度来看，靶向干细胞可塑性可能产生创新疗法，但需要进行严格的安全性评估以减轻致癌风险。未来的研究应优先考虑体内模型和临床试验，以利用这些细胞的再生潜力，同时区分安全与风险细胞。
