腦腫瘤是神經外科最常見疾病之一， 特別是膠質瘤， 不僅發生率高， 而且惡性度高， 發展迅速， 復發率極高。 雖然圍繞腦腫瘤的治療手段有手術、放療、化療以及免疫治療， 但長期以來腦腫瘤患者生存率沒有明顯改善， 其根本原因是無法完全清除腫瘤細胞。 近年來發現， 腫瘤組織中存在可以自我更新、增殖的細胞， 這類細胞在腫瘤發生、發展、侵襲、轉移及耐藥等生物學特性中起主要作用， 被稱為腫瘤幹細胞（tumor stem cells， TSC）， 正是腫瘤幹細胞的存在使得腫瘤一旦無法全切便極易復發。 腦腫瘤中也存在腫瘤幹細胞［1］，
腦腫瘤幹細胞的發現
最早提出腦腫瘤幹細胞（brain tumor stem cells， BTSCs）的是Singh等［1］， 他們用分離神經幹細胞（neural stem cell， NSC）的技術分離各型膠質瘤細胞， 然後把這些瘤細胞置於無血清神經幹細胞培養液中培養， 結果發現只有表達神經幹細胞標誌物巢蛋白（nestin）和CD13的瘤細胞能生長成腫瘤球， 外形類似神經幹細胞球， 其他細胞則貼壁生長， 不形成腫瘤球。 將這些腫瘤球分離出來， 製成細胞懸液， 再通過有限稀釋置於96孔板培養（最低密度為每孔1個細胞）， 所有由腫瘤球製成的細胞懸液都再次形成了腫瘤球， 而且與原腫瘤球在形態和細胞成分上無差異，
BTSCs起源細胞探討
BTSCs的發現為腦腫瘤的診斷和治療提供了新思路， 對腦腫瘤診斷和治療的核心將會集中到如何查找和殺滅BTSCs中來。 但是， BTSCs的起源細胞尚未確定， BTSCs是腦腫瘤產生的原因還是腦腫瘤發展的結果， 還有待進一步的探究。 因此， BTSCs的起源問題已成為腦腫瘤研究的熱點， 目前提出了幾種假說。
1、BTSCs來源於NSC
1.1 各位學者的觀點：Hanahan等［3］認為， 單一細胞經4～7次突變就有可能發生惡性轉變，
1.2 BTSCs與NSC在生物學性狀方面有極相似之處：具體表現在以下幾個方面：
（1）體外培養。 BTSCs與NSCs一樣， 在無血清的培養基中維持未分化狀態， 添加bFGF、EGF後形成懸浮的球樣結構， 而在加有小牛血清的培養液中都會發生分化。
（2）自我更新增殖能力。 將親本腫瘤球製成單細胞懸液， 然後通過有限稀釋置於96孔板培養， 結果所有懸液都再次形成了腫瘤球， 且與原腫瘤球完全一致， 這表明BTSCs與NSC一樣， 具有強的自我更新能力。
（3）定向分化。 NSC能分化成為神經元和膠質細胞， 這已經被證實， 而實驗也證明接種到嚴重聯合免疫缺陷（SCID）鼠上的BTSCs形成的腫瘤包括親本腫瘤中的各種細胞成分。 Singh等［2］將BTSCs接種於鼠腦獲得的瘤塊與親本腫瘤進行比較，發現髓母細胞瘤幹細胞接種後，瘤細胞小而圓，細胞核深染；多形性膠質母細胞瘤幹細胞接種後，瘤細胞表現出多形性，腫瘤血管很豐富，這些現像與親本腫瘤一致。NSC可以分化出腦組織成分，BTSCs可以分化出腦腫瘤成分，這提示BTSCs與NSC可能同源。
（4）NSC與BTSCs都有很高的端粒酶活性。早有研究表明，在端粒酶催化作用下，DNA端粒不斷延長是細胞得以長期存活並增殖的原因。NSC本身存在高活性的端粒酶活性，很可能在較小的基因改變後就會失去增殖控制而轉變為BTSCs。這些生物學方面的相似性表明，NSC與已分化細胞相比，只需要突變獲得過度增殖能力就可成為BTSCs。
1.3 研究結果：正常情況下，幹細胞更新受到嚴格控制，完成更新後相關的信號傳導通路將關閉，如果持續受到刺激，這些通路將保持啟動狀態，幹細胞就會處於不斷分裂更新狀態，發生基因突變幾率也相應增大。隨著突變積累，幹細胞就會演變成能自我啟動這些信號傳導通路的腫瘤幹細胞［5，6］。在研究NSC與BTSCs時發現，它們共同存在幾條調控細胞增殖的信號傳導通路：
（1）Sonic hedgehog（shh）通路；
（2）Wnt通路；
（3）Bmi-1通路；
（4）在NSC自我更新的分化過程中，一個名為PTEN的抑癌基因發揮著重要作用，新近的研究［7］表明，該基因的改變是BTSCs產生的關鍵事件。這些通路的存在，說明NSC與BTSCs之間有特殊的淵源關係，很可能是一脈相承的，只是從NSC到BTSCs這些通路在調控方面發生的關鍵分子事件尚不為我們所知。
1.4 干擾NSC基因可誘導腦腫瘤形成：Knoepfler等［8］發現，干擾小腦外顆粒層幹細胞內的Sonic hedgehog（shh）通路，可誘導生成髓母細胞瘤；Dai等［9］將Ras、Akt基因導入神經祖細胞和星形膠質細胞，發現只有轉入神經祖細胞才能導致腫瘤產生。有實驗表明，轉染了致癌基因的神經幹細胞在小鼠中長出腦腫瘤，而在腦腫瘤組織中找不到NSC［10］，因此推測，這些被轉染的NSCs轉變成為了BTSCs。
1.5 NSC本身就具有向多種細胞譜系分化能力：在一些腦膠質瘤中，如多形膠質母細胞瘤、神經節膠質細胞瘤、膠質肉瘤，出現多個腫瘤細胞譜系，如神經節細胞瘤中，除了有瘤性神經元外還有許多瘤性星形細胞；膠質肉瘤中，除了有瘤性膠質細胞外還有肉瘤細胞，這用單一細胞起源難以解釋，這些不同譜系的細胞或許各自起源於同名的已分化細胞，但更可能是由NSC發生突變轉變成的BTSCs分化而來，因為NSC本身就具有向多種細胞譜系分化能力。
2、BTSCs起源於突變的已分化腦組織細胞，如神經元或膠質細胞
2.1 形態學依據：早在20世紀20年代，Bailey在顯微鏡下觀察腦腫瘤細胞就發現，星形膠質瘤細胞形態像星形細胞，少突膠質瘤細胞形態像少突膠質細胞，而高度惡性的膠質母細胞瘤細胞則像低分化的前體細胞。現在的顯微電鏡和免疫組化技術也證實這一點。到目前為止，腫瘤的病理診斷仍然是通過觀察腫瘤細胞與正常組織細胞在形態上的相似性來確定其來源。
2.2 基因水準依據：Uhrbom等［11］研究發現：已分化的星形膠質細胞在缺失腫瘤抑制位點INK4a-ARF後，可去分化為神經前體細胞，在致癌因素作用下極易產生惡性轉化引起神經膠質母細胞瘤。另外，Tchougounova等［12］發現小鼠INK4a-ARF基因座的缺失後，發生星形細胞來源的腫瘤的幾率顯著上升。這些實驗表明，已分化腦組織細胞發生了基因改變可以產生腦腫瘤，間接說明它們能轉變為BTSCs。DNA半保留複製理論認為，DNA在複製過程中發生的堿基配對錯誤首先發生在新合成鏈而不是範本鏈［13］，NSC分裂時範本鏈總是留在新產生的NSC中，而有堿基錯配的新鏈則傳至神經元或膠質細胞，直至這兩種細胞分化衰老死亡而清除。NSC的這種分裂特點是為了使基因突變不在NSC中積累，但是這樣卻使突變存在於已分化細胞內的幾率高於NSC，如果一次性發生錯配的堿基較多，這些神經元或膠質細胞就有可能發生去分化而轉化為BTSCs。
3、尋找BTSCs來源的臨床意義
BTSCs發現後，大多數學者支持腦腫瘤的形成、存在、增長由BTSCs決定的觀點，因此，從BTSCs入手研究腦腫瘤的起源細胞、分子病因、侵襲與播散、耐藥性是腦腫瘤研究的關鍵，但是在BTSCs起源問題沒有解決前，研究這些問題受到限制，因此明確BTSCs的來源有重要意義。
3.1 腦腫瘤病因研究的物件轉移：以往對腫瘤的研究以腫瘤細胞為對像，通過觀察腫瘤細胞基因改變的特點及與遺傳、環境等危險因素的相關程度來推測腫瘤發生的病因。BTSCs起源細胞明確後，對腦腫瘤的病因研究將以BTSCs來源細胞為主要物件［14］，這樣就能從起源探討腦腫瘤發生發展的規律，為更好地預防、治療腦腫瘤提供有力的依據。
3.2 研究BTSCs起源細胞在向BTSCs轉化過程中出現的特異性標誌物，為預防和早期發現腦腫瘤提供依據：另外，腦腫瘤的病理類型及惡性級別與BTSCs相關，而BTSCs表型與其來源細胞必定存在關聯，因此腦腫瘤的病理診斷將不能單 Singh等［2］將BTSCs接種於鼠腦獲得的瘤塊與親本腫瘤進行比較，發現髓母細胞瘤幹細胞接種後，瘤細胞小而圓，細胞核深染；多形性膠質母細胞瘤幹細胞接種後，瘤細胞表現出多形性，腫瘤血管很豐富，這些現像與親本腫瘤一致。NSC可以分化出腦組織成分，BTSCs可以分化出腦腫瘤成分，這提示BTSCs與NSC可能同源。（4）NSC與BTSCs都有很高的端粒酶活性。早有研究表明，在端粒酶催化作用下，DNA端粒不斷延長是細胞得以長期存活並增殖的原因。NSC本身存在高活性的端粒酶活性，很可能在較小的基因改變後就會失去增殖控制而轉變為BTSCs。這些生物學方面的相似性表明，NSC與已分化細胞相比，只需要突變獲得過度增殖能力就可成為BTSCs。
1.3 研究結果：正常情況下，幹細胞更新受到嚴格控制，完成更新後相關的信號傳導通路將關閉，如果持續受到刺激，這些通路將保持啟動狀態，幹細胞就會處於不斷分裂更新狀態，發生基因突變幾率也相應增大。隨著突變積累，幹細胞就會演變成能自我啟動這些信號傳導通路的腫瘤幹細胞［5，6］。在研究NSC與BTSCs時發現，它們共同存在幾條調控細胞增殖的信號傳導通路：
（1）Sonic hedgehog（shh）通路；
（2）Wnt通路；
（3）Bmi-1通路；
（4）在NSC自我更新的分化過程中，一個名為PTEN的抑癌基因發揮著重要作用，新近的研究［7］表明，該基因的改變是BTSCs產生的關鍵事件。這些通路的存在，說明NSC與BTSCs之間有特殊的淵源關係，很可能是一脈相承的，只是從NSC到BTSCs這些通路在調控方面發生的關鍵分子事件尚不為我們所知。
1.4 干擾NSC基因可誘導腦腫瘤形成：Knoepfler等［8］發現，干擾小腦外顆粒層幹細胞內的Sonic hedgehog（shh）通路，可誘導生成髓母細胞瘤；Dai等［9］將Ras、Akt基因導入神經祖細胞和星形膠質細胞，發現只有轉入神經祖細胞才能導致腫瘤產生。有實驗表明，轉染了致癌基因的神經幹細胞在小鼠中長出腦腫瘤，而在腦腫瘤組織中找不到NSC［10］，因此推測，這些被轉染的NSCs轉變成為了BTSCs。
1.5 NSC本身就具有向多種細胞譜系分化能力：在一些腦膠質瘤中，如多形膠質母細胞瘤、神經節膠質細胞瘤、膠質肉瘤，出現多個腫瘤細胞譜系，如神經節細胞瘤中，除了有瘤性神經元外還有許多瘤性星形細胞；膠質肉瘤中，除了有瘤性膠質細胞外還有肉瘤細胞，這用單一細胞起源難以解釋，這些不同譜系的細胞或許各自起源於同名的已分化細胞，但更可能是由NSC發生突變轉變成的BTSCs分化而來，因為NSC本身就具有向多種細胞譜系分化能力。
2、BTSCs起源於突變的已分化腦組織細胞，如神經元或膠質細胞
2.1 形態學依據：早在20世紀20年代，Bailey在顯微鏡下觀察腦腫瘤細胞就發現，星形膠質瘤細胞形態像星形細胞，少突膠質瘤細胞形態像少突膠質細胞，而高度惡性的膠質母細胞瘤細胞則像低分化的前體細胞。現在的顯微電鏡和免疫組化技術也證實這一點。到目前為止，腫瘤的病理診斷仍然是通過觀察腫瘤細胞與正常組織細胞在形態上的相似性來確定其來源。
2.2 基因水準依據：Uhrbom等［11］研究發現：已分化的星形膠質細胞在缺失腫瘤抑制位點INK4a-ARF後，可去分化為神經前體細胞，在致癌因素作用下極易產生惡性轉化引起神經膠質母細胞瘤。另外，Tchougounova等［12］發現小鼠INK4a-ARF基因座的缺失後，發生星形細胞來源的腫瘤的幾率顯著上升。這些實驗表明，已分化腦組織細胞發生了基因改變可以產生腦腫瘤，間接說明它們能轉變為BTSCs。DNA半保留複製理論認為，DNA在複製過程中發生的堿基配對錯誤首先發生在新合成鏈而不是範本鏈［13］，NSC分裂時範本鏈總是留在新產生的NSC中，而有堿基錯配的新鏈則傳至神經元或膠質細胞，直至這兩種細胞分化衰老死亡而清除。NSC的這種分裂特點是為了使基因突變不在NSC中積累，但是這樣卻使突變存在於已分化細胞內的幾率高於NSC，如果一次性發生錯配的堿基較多，這些神經元或膠質細胞就有可能發生去分化而轉化為BTSCs。
3、尋找BTSCs來源的臨床意義
BTSCs發現後，大多數學者支持腦腫瘤的形成、存在、增長由BTSCs決定的觀點，因此，從BTSCs入手研究腦腫瘤的起源細胞、分子病因、侵襲與播散、耐藥性是腦腫瘤研究的關鍵，但是在BTSCs起源問題沒有解決前，研究這些問題受到限制，因此明確BTSCs的來源有重要意義。
3.1 腦腫瘤病因研究的物件轉移：以往對腫瘤的研究以腫瘤細胞為對像，通過觀察腫瘤細胞基因改變的特點及與遺傳、環境等危險因素的相關程度來推測腫瘤發生的病因。BTSCs起源細胞明確後，對腦腫瘤的病因研究將以BTSCs來源細胞為主要物件［14］，這樣就能從起源探討腦腫瘤發生發展的規律，為更好地預防、治療腦腫瘤提供有力的依據。
3.2 研究BTSCs起源細胞在向BTSCs轉化過程中出現的特異性標誌物，為預防和早期發現腦腫瘤提供依據：另外，腦腫瘤的病理類型及惡性級別與BTSCs相關，而BTSCs表型與其來源細胞必定存在關聯，因此腦腫瘤的病理診斷將不能單