闫 慧 综述, 张 磊 审校

(同济大学附属杨浦医院眼科,上海 200090)



·综 述·

视网膜母细胞瘤转移机制及基因治疗的研究进展

闫 慧 综述, 张 磊 审校

(同济大学附属杨浦医院眼科,上海 200090)

肿瘤扩散转移是视网膜母细胞瘤(retinoblastoma, RB)患儿死亡的主要原因。近年来兴起的个体化综合治疗对尚未发生转移的RB有较好的疗效,但对于转移病例疗效仍欠佳。探索RB转移的机制及抑制肿瘤转移的方法对提高RB患儿生存率有重要意义。本文综述RB转移机制及基因治疗的研究进展。

视网膜母细胞瘤； 转移； 基因治疗

视网膜母细胞瘤(retinoblastoma, RB)是婴幼儿最常见的原发性眼内恶性肿瘤,占儿童恶性肿瘤的4%[1]。临床上对眼内原位RB有较高的治愈率。近年来,由于化学治疗及局部治疗等方案的综合运用,发达国家RB患儿5年存活率已达95%以上[2],我国约为63%[3],但对于已发生转移的RB,发达国家的患儿存活率也仅约30%[4]。

1 RB转移途径及机制

1.1 转移途径

RB细胞黏附性差,分裂指数高,有侵入各种可能到达的空间的生物学特性,可通过以下途径发生转移: (1) RB细胞通过玻璃体向眼前节转移,侵犯睫状体和前房[5]。(2) RB细胞可沿视神经向后蔓延,形成颅内转移,这是最常见的转移途径。(3) RB细胞还可沿视网膜下间隙转移至脉络膜[6]。(4) RB通过淋巴和血液途径形成全身的转移播散[7],如侵犯骨髓,肝脏,骨骼等,此种方式较少见。

1.2 RB转移的遗传机制

Rb基因经过2次突变而失活是公认的RB发生的分子机制。陈大年[3]认为Rb基因失活发生的时间点、点突变、基因缺失、启动子甲基化等是决定RB细胞转移能力的重要因素。正常细胞限制增殖和避免转移主要通过细胞分裂中端粒不断变短来实现。当端粒变短到一定程度,细胞即会凋亡。肿瘤常通过增加端粒长度来实现增殖与转移。半数以上RB患者的端粒变长与RB发生转移有关。此外,RB发病早期,超过50%的患者出现染色体6p额外等位基因或染色体1q额外等位基因,这几种变异不是发生RB所必需,但可以为肿瘤生长提供有利条件,可能会促进肿瘤浸润或转移的发生[8]。研究[9]发现,RB患者染色体1q32、2p24、6p22、13q、16q22-24位点发生基因丢失或置换可能与肿瘤转移有关。

1.3 RB转移的分子机制

肿瘤生长受到氧气和营养的限制,从而引起新生血管形成。肿瘤中血管形成使得瘤细胞可以进入血液,这是发生转移的必需条件。肿瘤新生血管主要由缺氧诱导因子1(HIF-1)信号通路调控。HIF-1是一种转录因子,通过调节VEGF等下游靶基因的表达促使新生血管形成。研究[10]认为,HIF-1及VEGF高表达在RB的浸润、转移中起着重要作用。

肿瘤转移是一个多步骤的复杂过程,包括瘤细胞从原发部位脱落,结合并降解基底膜,瘤细胞侵入血管、淋巴管,瘤细胞在循环中运行和滞留,最后穿出血管、淋巴管并增殖形成转移灶。所有步骤都会涉及不同细胞之间的复杂联系,细胞黏附分子在这些复杂联系中起了关键作用[11]。细胞间黏附分子,如cadherin,是一种细胞表面蛋白,调节细胞与细胞间、细胞与细胞外基质间的黏附和相互作用。钙粘蛋白11(Cdh-11)是视网膜中重要的黏附分子,50%以上的RB存在Cdh-11表达下调[12]。在免疫缺陷小鼠模型上,Cdh-11表达正常的RB细胞株WERI可形成RB但不能浸润视神经；Cdh-11表达下降的细胞株Y79可以形成RB并侵犯视神经；如果Y79异位表达Cdh-11,则不能浸润视神经[13]。由此可见,黏附分子表达下调可以导致RB转移的发生。细胞间的联系还受细胞表面整合素调节。肿瘤细胞通过β-catenin改变细胞表面整合素的α和β亚单位位置,实现瘤细胞的转移。研究[8]显示,在RB中能观察到整合素亚单位的改变,但对于这些分子促进转移的具体过程的认知还十分有限。此外,肿瘤细胞可以激活细胞外间质的蛋白酶,如基质金属蛋白酶(MMP),半胱氨酸蛋白酶等,分解细胞外基质,破坏细胞间黏附分子,为瘤细胞浸润转移创造条件。Long等[14]的研究显示,MMP在RB中表达增高可能与转移相关。

2 RB转移的基因治疗

控制在肿瘤生物学行为中发挥作用的因子或将正常的抑癌基因导入肿瘤细胞去补偿和代替突变或缺失的抑癌基因,达到抑制肿瘤的生长或逆转其表型的恶性肿瘤的基因治疗,将成为恶性肿瘤的重要治疗方法。

2.1 自杀基因治疗

自杀基因治疗的原理是将前体药物酶转化基因导入肿瘤细胞,编码产物可将本身对哺乳动物细胞无毒或低毒的前体药物在肿瘤细胞内代谢为细胞毒性药物,引起肿瘤细胞的自杀效应[15]。同时这类基因还有旁观者效应,即转染自杀基因肿瘤细胞周围的未转染基因的肿瘤细胞也会死亡。这种现象的机制尚未完全阐明,可能是毒性药物扩散至周围所致,也可能是转染肿瘤细胞的死亡提高了机体对存活肿瘤细胞的免疫反应。单纯疱疹病毒胸苷激酶/丙氧鸟苷系统(herpes simplex virus thymidine kinase/ganciclovir, HSV-TK/GCV)是目前研究最深入的自杀基因系统,已广泛用于多种恶性肿瘤的治疗[15]。自杀基因治疗在RB中的应用主要针对玻璃体腔内种植的RB。Hurwitz等[16]发现,对裸鼠玻璃体腔内RB种植灶采用腺病毒为载体的HSV-TK/GCV系统治疗后,70%肿瘤消失,治疗组的生存期较对照组显著延长。自杀基因系统对玻璃体腔播散的RB有较好的疗效,但限制其应用的主要是对眼内正常组织的毒副作用[17]。

2.2 导入抑癌基因

Rb基因控制细胞的增生和分化。研究显示,用正常的Rb基因替代肿瘤细胞中缺陷的Rb基因可以抑制肿瘤生长,同时还可抑制肿瘤细胞的端粒酶活性,从而导致肿瘤细胞的死亡。张晓玮等用脂质体将Rb基因导入裸鼠眼玻璃体腔RB移植瘤内,导入的Rb基因可诱导RB细胞凋亡[18]。导入抑癌基因的一个显著缺点是外源基因的作用仅限于被转染细胞,无自杀基因的旁观者效应,所以提高肿瘤细胞转染效率是增强疗效的关键。

2.3 抗肿瘤血管生成基因治疗

血管形成是RB发生局部和全身转移的必要条件,因此抗新生血管是治疗RB转移的一个重要靶点。抗肿瘤血管生成基因治疗就是向肿瘤或靶细胞周围组织导入抑制血管生成的基因,通过减少肿瘤血液供应来治疗肿瘤[19]。VEGF是最重要的促血管生成因子,可以促进内皮细胞增生,增加内皮细胞通透性,对肿瘤血管基质的形成及肿瘤细胞生物学行为均有重要影响,因而是抗血管生成基因治疗中的理想靶分子。Jia等[20]将针对VEGF的siRNA注射到裸鼠皮下RB移植瘤模型内,观察发现肿瘤生长速度明显减慢,肿瘤组织血管密度显著降低。但肿瘤血管生成过程是多因素调控的复杂过程,针对一两种调控因素的基因治疗难以完全抑制肿瘤血管形成。因此,抗血管生成治疗联合化疗同时作用于血管内皮细胞和肿瘤细胞,可能会更好的改善预后。

2.4 溶瘤病毒治疗

溶瘤性单纯疱疹病毒(herpes simplex virus, HSV)是应用基因工程技术将HSV基因组中有神经毒性的γ34.5基因或核糖核苷酸还原酶基因删除后而形成的突变株,可在快速分裂的肿瘤细胞中复制导致细胞裂解死亡。研究[21-22]表明,HSV突变株对免疫功能正常的LHβTAg转基因小鼠的自发性RB疗效有限,而在人来源的RB细胞中溶瘤效果明显[23]。动物实验[24]显示,HSV突变株在眼内的应用相对较安全,除引起轻度的眼内炎症外未见明显的毒副作用。

塞内加山谷病毒(SVV-001)是一种条件复制小核糖核酸病毒,对正常人和动物细胞无致病性,但可在神经内分泌来源的人类肿瘤细胞系中进行复制[25],可在体外杀死RB细胞。肿瘤细胞结合并内化SVV-001的复制,并在病毒复制的溶菌期被杀死,新产生的病毒粒子感染周围的瘤细胞,重复上述过程。Wadhwa等[26]在转移性RB的裸鼠模型上,通过尾静脉注射SVV-001后,对眼球和脑组织内进行组织病理学分析,结果显示当细胞内病毒滴度<1VP 时,SVV-001可以有效治疗脉络膜和是视神经的转移,抑制中枢神经系统的转移的发生,且未观察到任何副反应。因此,SVV-001可能成为转移性RB的有效治疗手段。

3 结 语

肿瘤的扩散和转移是一个复杂过程,受多种因素影响。目前对RB转移的机制还无权威的结论,但在遗传学和分子生物学研究方面已取得了一定进展。肿瘤转移危险因素的评估对制定合理治疗方案具有重要意义。RB临床分期、病理学分期、肿瘤血管密度等是已明确的危险因素,但对于肿瘤细胞来源、肿瘤体积大小等尚存争议,还需进一步观察研究明确其危险程度。现阶段对RB转移的综合治疗成果并不十分理想,如果能在肿瘤转移步骤的关键点进行干预,RB转移的治疗将可能取得重大突破,但这又依赖于RB转移机制的明确。RB转移机制的研究和危险因素的评估可以为RB转移的治疗提供科学依据,有重要的理论价值及广泛的应用前景。

[1] Ghassemi F, Khodabande A. Risk definition and management strategies in retinoblastoma: current persp-ectives[J]. Clin Ophthalmol, 2015,9: 985- 994.

[2] Broaddus E, Topham A, Singh AD. Survival with retinoblastoma in the USA: 1975-2004[J]. Br J Ophthalmol, 2009,93(1): 24-27.

[3] 陈大年.重视对视网膜母细胞瘤浸润转移的研究[J].中华眼底病杂志,2011,27(1): 1-5.

[4] Rössler J, Dietrich T, Pavlakovic H, et al. Higher vessel densities in retinoblastoma with local invasive growth and metastasis[J]. Am J Pathol, 2004,164(2): 391-394.

[5] Crosby MB, Hubbard GB, Gallie BL,et al. Anterior diffuse retinoblastoma: mutational analysis and immun-ofluorescence staining[J]. Arch Pathol Lab Med, 2009,133(8): 1215-1218.

[6] Grossniklaus HE. Retinoblastoma. Fiftyyears of progress. The LXXI Edward Jackson Memorial Lecture[J]. Am J Ophthalmol, 2014,158(5): 875-891.

[7] Shields CL, Shields JA. Basic understanding of current classication and management of retinoblastoma[J]. Curr Opin Ophthalmol, 2006,17(3): 228-234.

[8] 陈林,黄敏,黄建艳.视网膜母细胞瘤转移的危险因素[J].中国实用眼科杂志,2006,24(2): 111-113.

[9] Thériault BL, Dimaras H, Gallie BL,et al. The genomic landscape of retinoblastoma: a review[J]. Clin Experiment Ophthalmol, 2014,42(1): 33-52.

[10] Youssef NS, Said AM. Immunohistochemical expre-ssion of CD117 and vascular endothelial growth factor in retinoblastoma: possible targets of new therapies[J]. Int J Clin Exp Pathol, 2014,7(9): 5725- 5737.

[11] Hurst DR, Welch DR. Metastasissuppressor genes: at the interface between the environment and tumor cell growth[J]. Int Rev Cell Mol Biol, 2011,286: 107- 180.

[12] Marchong MN, Yurkowski C, Ma C, et al. Cdh11acts as a tumor suppressor in a murine retinoblastoma model by facilitating tumor cell death[J]. PLoS Genet, 2010,6(4): e1000923.

[13] Laurie N, Mohan A, McEvov J, et al.Changes in retinoblastoma cells adhesion associated with optic nerve invasion[J]. Mol Cell Biol, 2009,29(23): 6268-6282.

[14] Long H, Zhou B, Jiang FG. Expression of MMP-2 and MMP-9 in retinoblastoma and their significance[J]. Int J Ophthalmol, 2011,4(5): 489-491.

[15] Okura H, Smith CA, Rutka JT. Gene therapy for malignant glioma[J]. Mol Cell Ther, 2014,2: 21.

[16] Hurwitz MY, Marcus KT, Chevez-Barrios P, et al.Suicide gene therapy for treatment of retinoblastoma in a murine model[J]. Hum Gene Ther, 1999,10(3): 441-448.

[17] 季迅达,黄倩.视网膜母细胞瘤基因治疗的研究进展[J].中华眼底病杂志,2007,23(5): 378-380.

[18] 张晓玮,陈大年,罗成仁.Rb基因诱导视网膜母细胞移植瘤细胞凋亡的实验研究[J].眼科研究,2002,20(1): 23-26.

[19] Liu SX, Xia ZS, Zhong YQ. Gene therapy in pancreatic cancer[J]. World J Gastroenterol, 2014,20(37): 13343-13368.

[20] Jia RB, Zhang P, Zhou YX, et al. VEGF-targeted RNA interference suppresses angiogenesis and tumor growth of retinoblastoma[J]. Ophthalmic Res, 2007,39(2): 108-115.

[21] Cullinan AE, Lindstrom MJ, Sabet S, et al. Evaluation of th antitumor effects of Herpes simplex virus lacking ribonucleotide reductase in a murine retinoblstoma model[J]. Curr Eye Res, 2004,29(2-3): 167-172.

[22] Brandt CR, Imesch PD, Robinson NL, et al.Treatment of spotaneously arising retinoblastoma tumors in transgenic mice with an attenuated herpes simplex virus mutant[J]. Virology, 1997,229(1): 283-291.

[23] Kogishi J, Miyatake S, Hangai M, et al. Mutant herpes simplex virus-mediated suppresion of retinobl-stoma[J]. Curr Eye Res, 1999,18(5): 321- 326.

[24] Liu X, Brandt CR, Gabelt BT, et al.Herpes simplex virus mediated gene transfer to primate ocular tissues[J]. Exp Eye Res, 1999,69(4): 385-395.

[25] Liu Z, Zhao X, Mao H, et al. Intravenous injection of oncolytic picornavirus SVV-001 prolongs animal survival in a panel of primary tumor-based orthotopic xenograft mouse models of pediatric glioma[J]. Neuro Oncol, 2013,15(9): 1173-1185.

[26] Wadhwa L, Hurwitz MY, Cherez-Barrios P, et al. Treatment of invasive retinoblastoma in a murine model using an oncolytic picornavirus[J]. Cancer Res, 2007,67(22): 10653-10656.

Progress on mechanism of retinoblastoma and related gene therapies

YANHui,ZHANGLei

(Dept. of Ophthalmology, Yangpu Hospital, Tongji University, Shanghai 200090, China)

Metastasis is the major reason of death in children with retinoblastoma. At present there is no particularly effective treatment for metastatic retinoblastoma. In this article we review the progress of mechanism of retinoblastoma and related gene therapies, including the suicide gene therapy, anti-angiogenesis therapy, suppressor gene therapy and oncolytic gene therapy.

retinoblastoma; metastasis; gene therapy

10.16118/j.1008-0392.2016.01.028

2015-02-05

上海市卫生局基金(20114357)

闫 慧(1987—),女,住院医师,硕士.E-mail: 13761079813@163.com

张 磊.E-mail: sunnylei67@163.com

R 774.1

A

1008-0392(2016)01-0129-04