干细胞参与血脑屏障内皮细胞拟态化和循环肿瘤细胞形成的分子机制研究

Glioma stem cells are multi-potent in differentiation. Our previous study revealed that a few endothelial cells in the blood brain barrier (BBB) harbored the specific morphological and genetic characteristics similar with glioma cells, which implied the origin of such endothelial cells from glioma stem cells. Besides, we successfully detected the existence of circulating tumor cells (CTCs) in glioma patients’ blood, which proved the glioma cells’ capacity to go through the BBB. Our hypothesis is that the CTCs and the vasculogenic mimicry are sequential incidents closely related with glioma stem cells. First, glioma stem cells differentiate into vasculogenic mimicry and such endothelial cells fall off the BBB, resulting in the formation of the CTCs. We believe that genetic consistence can be found in glioma stem cells, vasculogenic mimicry, and the CTCs. This study aimed to prove the hypothesis and to clarify the molecular mechanism of glioma stem cell participating in vasculogenic mimicry in the BBB and the CTC formation in gliomas. The identification of such hypothesis would help elucidate the microvascular invasiveness of glioma cells and new BBB features in gliomas, and further guide the chemotherapeutic and immunotherapeutic researches in the future.

胶质瘤干细胞具有多能分化的特性，我们前期对胶质瘤血脑屏障（blood brain barrier, BBB）的研究发现，血管内皮细胞具有肿瘤细胞特有的形态特征和基因改变（内皮细胞拟态化），提示其干细胞来源；另外我们在胶质瘤患者外周血中检测到循环肿瘤细胞（circulating tumor cell, CTC）的存在，证实肿瘤细胞可以通过BBB。我们认为BBB内皮细胞拟态化和CTC形成并非孤立事件，二者具有密切的相关性。胶质瘤干细胞首先分化成BBB中拟态化的血管内皮，然后拟态化内皮细胞脱落进入血液循环形成CTC；胶质瘤干细胞、BBB拟态化血管内皮和CTC具有一致的基因组学特征。本研究拟通过系列临床和实验研究的方法验证上述假说是否成立，进而明确胶质瘤干细胞参与BBB内皮细胞拟态化和CTC形成的分子机制，揭示胶质瘤对BBB微血管的侵袭性和BBB新特性，指导胶质瘤BBB相关的药物和免疫治疗研究。

本项目在既往多类型脑胶质瘤外周血中检测到循环血肿瘤细胞的基础上，进一步探究了循环血肿瘤细胞生成的机制及临床意义。研究结果发现，在人体原发肿瘤组织中和鼠肿瘤细胞中发现了由肿瘤干细胞分化形成的拟态化血管内皮细胞，该拟态化血管内皮细胞同时表达内皮性标志物CD31和肿瘤性标记，如GFAP等，此外，还携带有肿瘤细胞特征性的异倍体改变。在患者外周血中，我们也检测到了肿瘤源性异倍体细胞 (circulating aneuploid cells, CACs)，其中部分异倍体细胞表达内皮性标志物CD31，可归类为CD31+ circulating tumor-derived endothelial cells (CTECs)，而不表达CD31的异倍体细胞，则可归类于CDC31- circulating tumor cells (CTCs)，而CTC中部分表达肿瘤干细胞标记CD133，这是由肿瘤干细胞形成CTC的直接证据。对原发肿瘤、CTC、CTEC通过单细胞测序发现，CTC/CTEC与原发肿瘤组织既共享有部分基因突变等，又存在较大的差异。CTC/CTEC内部也呈现出较大异质性。在胶质瘤患者治疗后复发与放射性坏死鉴别中，我们发现CTC诊断价值优于传统的灌注增强核磁和11C-MET-PET-CT。此外，大样本高级别胶质瘤患者CTC/CTEC检测发现二者具有不同的生物学行为和临床价值。术前高CTC者患者预后较差，而CTEC数目与血脑屏障破坏密切相关。本研究系统性完成了脑胶质瘤循环血肿瘤细胞形成的机制研究，并阐释出CTC的不同分型和临床价值差异。