韓　昆　萬(wàn)德紅　丁　弘

[摘要]人腦膠質(zhì)瘤是一種常見(jiàn)的顱內(nèi)惡性腫瘤,約占顱內(nèi)腫瘤的35%-60%(平均約44%)。雖然人類手術(shù)水平和手術(shù)技巧有了很大提高,但仍然很難攻克這一頑癥。病人經(jīng)過(guò)手術(shù)切除、放療、化療后,身體創(chuàng)傷很大,膠質(zhì)瘤卻幾乎無(wú)一例外的復(fù)發(fā)。這與膠質(zhì)瘤浸潤(rùn)性生長(zhǎng)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的特性密切相關(guān)。最近研究發(fā)現(xiàn)腦腫瘤中存在著具有干細(xì)胞自我更新特性的細(xì)胞亞群即腦腫瘤干細(xì)胞(brain tumor stem cell,BTSC) 是引發(fā)腫瘤并維持腦腫瘤生長(zhǎng)的細(xì)胞來(lái)源,在腫瘤的復(fù)發(fā)過(guò)程中起著決定性的作用。培養(yǎng)鑒定腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞,對(duì)研究膠質(zhì)瘤的發(fā)病機(jī)理、轉(zhuǎn)移機(jī)制和復(fù)發(fā)原因有著不可替代的作用。

[關(guān)鍵詞]腫瘤干細(xì)胞;膠質(zhì)瘤

[中圖分類號(hào)]R739.41 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)]1004-8650(2009)10-142-04

據(jù)我國(guó)城市居民中調(diào)查,顱內(nèi)腫瘤患病率為32/10萬(wàn),一項(xiàng)世界性的統(tǒng)計(jì)為40/10萬(wàn),腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤(簡(jiǎn)稱膠質(zhì)瘤)是顱內(nèi)腫瘤中最多的一類,接近顱內(nèi)腫瘤的半數(shù)。其中惡性程度較高的膠質(zhì)瘤和髓母細(xì)胞瘤以其浸潤(rùn)性生長(zhǎng)的特性,手術(shù)切除效果不佳,復(fù)發(fā)率較高,預(yù)后較差。最近研究人員從腦腫瘤標(biāo)本中成功分離出一種在無(wú)血清培養(yǎng)基中呈懸浮生長(zhǎng)的細(xì)胞,體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)這種細(xì)胞具有自我更新和繁殖能力,具有多向分化潛能,并且表達(dá)神經(jīng)干細(xì)胞特異性的標(biāo)記物。將其與干細(xì)胞比較后,提出了腫瘤干細(xì)胞的概念。本文將對(duì)腦腫瘤干細(xì)胞的研究現(xiàn)狀做一綜述[1,2]。

1 腦腫瘤干細(xì)胞的提出

1.1 腫瘤干細(xì)胞的提出

Reya等比較干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞時(shí)發(fā)現(xiàn)二者具有相似性的生物學(xué)特征,于2001年提出腫瘤干細(xì)胞(cancers stem cell,CSCs)學(xué)說(shuō)。并推測(cè)CSCs具有正常干細(xì)胞一樣的自我更新和增殖、分化能力,其來(lái)源可能是具有長(zhǎng)期存活能力、通過(guò)基因突變和后生性變化積累逐漸向惡性化進(jìn)展的正常干細(xì)胞。

1.2 腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

Wulf GG等人研究表明,白血病中存在有為數(shù)不多的細(xì)胞具有無(wú)限增殖、自我更新、多向分化等類似干細(xì)胞的特征。而其他細(xì)胞只有有限的增殖或無(wú)增殖能力,因而失去產(chǎn)生新腫瘤的能力。腫瘤研究者稱上述類似于干細(xì)胞的腫瘤細(xì)胞稱腫瘤干細(xì)胞。隨后陸續(xù)有文獻(xiàn)報(bào)道從人類急性粒細(xì)胞白血病、乳腺腫瘤、前列腺腫瘤以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中分離得到具有干細(xì)胞特性的一類細(xì)胞,并且使其在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物身上實(shí)現(xiàn)腫瘤再現(xiàn)。

1.3 腦腫瘤干細(xì)胞

Hemmati等對(duì)小兒髓母細(xì)胞瘤和膠質(zhì)瘤進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)存在與NSC性質(zhì)相似的細(xì)胞,它們可能參與了腦腫瘤形成[3]。這些細(xì)胞在體外可形成神經(jīng)球,能夠自我更新,且具有多向分化潛能,在一定環(huán)境中可分化成神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞,細(xì)胞比例與原腫瘤相似。不同的是,這些細(xì)胞表現(xiàn)出異常的增殖能力。Singh等和Yuan等發(fā)現(xiàn)腦腫瘤中幾乎所有的細(xì)胞增殖均由一小部分表達(dá)人類干細(xì)胞標(biāo)志物CD133+的細(xì)胞產(chǎn)生,即腦腫瘤干細(xì)胞(brain tumor stem cell,BTSC)[4,5]。在隨后腦腫瘤研究中,多位學(xué)者從惡性膠質(zhì)瘤中分離、培養(yǎng)并純化出一些有干細(xì)胞特性的細(xì)胞,并據(jù)此提出腦腫瘤干細(xì)胞(brain tumor stem cell,BTSC)學(xué)說(shuō)。

1.4 腫瘤干細(xì)胞學(xué)說(shuō)

腫瘤干細(xì)胞學(xué)說(shuō)認(rèn)為所有的腫瘤組織并不是由均一的腫瘤細(xì)胞所組成的,在眾多的腫瘤組織中,不同的細(xì)胞具有不同的增殖、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移能力,亦即腫瘤的異質(zhì)性。在一些腫瘤組織中存在為數(shù)不多的但擔(dān)當(dāng)著干細(xì)胞角色的腫瘤細(xì)胞,這些特殊的腫瘤細(xì)胞具有干細(xì)胞的一切基本特性,包括自我更新能力、無(wú)限增殖能力和多向分化潛能,于是定義為腫瘤干細(xì)胞(tumor stem cell,TSC)[6]。

2 腦腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)特性[7-13]

2.1 懸浮性生長(zhǎng)

腦腫瘤干細(xì)胞在無(wú)血清培養(yǎng)基(加入bFGF、EGF等生長(zhǎng)因子)中呈懸浮狀生長(zhǎng),并保持腫瘤細(xì)胞的未分化狀態(tài)。Singh等從14例兒童腦腫瘤(包括髓母細(xì)胞瘤、星型膠質(zhì)細(xì)胞瘤及室管膜瘤等)中培養(yǎng)出呈懸浮狀生長(zhǎng)的細(xì)胞球;Kondo等報(bào)道在包括C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞系的6個(gè)腫瘤細(xì)胞系中有4個(gè)培養(yǎng)出腫瘤球。

2.2 表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)記物

CD133是相對(duì)分子量為120kD的跨膜蛋白,最初作為造血干細(xì)胞標(biāo)記物被人們認(rèn)識(shí),現(xiàn)在也是公認(rèn)的神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記物。同時(shí),從膠質(zhì)瘤或細(xì)胞系中培養(yǎng)出的具有無(wú)限增殖、自我更新、多向分化特性的懸浮細(xì)胞也呈陽(yáng)性表達(dá)。神經(jīng)巢蛋白(Nestin)是一種在神經(jīng)干細(xì)胞和前體細(xì)胞中表達(dá)的骨架蛋白,研究表明上述細(xì)胞也表達(dá)Nestin。

2.3 自我增殖和更新能力

Toru Kondo等研究發(fā)現(xiàn)在C6細(xì)胞系中培養(yǎng)出的(side population,SP)SP細(xì)胞在PDGF 加 bFGF的培養(yǎng)條件下能自我更新和增殖產(chǎn)生新的SP細(xì)胞;Singh等將原代培養(yǎng)的腫瘤球稀釋后繼續(xù)培養(yǎng),結(jié)果不同病理類型的腫瘤球都生成了與原來(lái)相同表型的腫瘤球,同時(shí)發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力遠(yuǎn)高于作為對(duì)照的神經(jīng)干細(xì)胞,且不同類型的腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力不同。

2.4 多向分化潛能

還是Toru Kondo等證明SP細(xì)胞能分化生成SP細(xì)胞和非SP細(xì)胞,而非SP細(xì)胞卻只能生成非SP細(xì)胞;同時(shí)有文獻(xiàn)證明,本不表達(dá)分化的神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物的懸浮細(xì)胞球在培養(yǎng)基中加入血清后既貼壁生長(zhǎng),并形成單細(xì)胞層,同時(shí)表達(dá)分化的神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)志物如微管相關(guān)蛋白2(MAP2)、β-tubilin 3、脫質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)、血小板源性生長(zhǎng)因子受體α(PDGFRα)等。

3 腦腫瘤干細(xì)胞與神經(jīng)干細(xì)胞

3.1 相同點(diǎn)

腦腫瘤干細(xì)胞與神經(jīng)干細(xì)胞的培養(yǎng)條件相同,目前BTSC采用與神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell, NSC)相同的無(wú)血清培養(yǎng)方式,需要相同的生長(zhǎng)因子維持;相同的生長(zhǎng)方式,BTSC和NSC在無(wú)血清培養(yǎng)基中均呈懸浮狀生長(zhǎng);相同的表面標(biāo)記物,BTSC表達(dá)NSC的表面標(biāo)志,如CD133和Nestin;相同的分裂生長(zhǎng)方式,BTSC和NSC均按照對(duì)稱和不對(duì)稱兩種分裂方式發(fā)育生長(zhǎng),究竟采用哪種分裂方式與干細(xì)胞所處環(huán)境相關(guān)[14]。

3.2 不同點(diǎn)

自我更新和增殖能力不同,Singh等發(fā)現(xiàn)在稀釋為每孔l00個(gè)細(xì)胞時(shí),髓母細(xì)胞瘤平均形成20.27個(gè)腫瘤球,纖維型星形細(xì)胞瘤為5.85個(gè),作為對(duì)照的正常神經(jīng)干細(xì)胞僅2.88個(gè),這表明腫瘤干細(xì)胞自我更新能力強(qiáng)于神經(jīng)干細(xì)胞;Galli等報(bào)道從多型膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中培養(yǎng)出腫瘤球,并且可連續(xù)傳代80次以上(180-280天),在傳代的后期更易出現(xiàn)懸浮球狀生長(zhǎng)且增殖速度加快,而在同樣的條件下神經(jīng)干細(xì)胞不能維持1個(gè)月[15,16]。

4 腦腫瘤生成細(xì)胞的來(lái)源

關(guān)于腦腫瘤生成細(xì)胞的來(lái)源,目前主要集中于三個(gè)觀點(diǎn):一是來(lái)源于膠質(zhì)細(xì)胞,這是早在上世紀(jì)20年代由Bailey和Cushing提出的觀點(diǎn),認(rèn)為星形膠質(zhì)細(xì)胞癌基因的激活和抑癌基因的失活是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵所在。在神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)現(xiàn)之前,這一學(xué)說(shuō)在膠質(zhì)瘤的起源問(wèn)題上占據(jù)著不可動(dòng)搖的地位;二是來(lái)源于神經(jīng)干細(xì)胞,膠質(zhì)瘤往往不是由單一的惡變膠質(zhì)細(xì)胞組成,而是多種細(xì)胞成分并存,如:神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、少突星形細(xì)胞等等。神經(jīng)干細(xì)胞具有多種分化潛能和兩種分裂方式,對(duì)稱式分裂和不對(duì)稱式分裂,當(dāng)進(jìn)行不對(duì)稱分裂時(shí),神經(jīng)干細(xì)胞分裂為一個(gè)新干細(xì)胞和一個(gè)神經(jīng)祖細(xì)胞,神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)生致瘤性分子事件時(shí),神經(jīng)祖細(xì)胞攜帶癌基因表達(dá)產(chǎn)物繼續(xù)增殖并導(dǎo)致腫瘤發(fā)生,新干細(xì)胞則繼續(xù)分裂提供源源不斷的前體細(xì)胞[17]。Lubensky等以放射誘導(dǎo)方法證實(shí)神經(jīng)干細(xì)胞或神經(jīng)祖細(xì)胞的放射損害將抑制細(xì)胞的正常分化并導(dǎo)致腫瘤形成。三是來(lái)源于腫瘤干細(xì)胞,尚未得到證實(shí),原因在于腫瘤干細(xì)胞的來(lái)源沒(méi)有得到驗(yàn)證,當(dāng)前研究多支持腫瘤干細(xì)胞來(lái)源于神經(jīng)干細(xì)胞,理由在于上述的多種相似點(diǎn)[18]。

5 存在的問(wèn)題

5.1 腫瘤干細(xì)胞的來(lái)源

如上所述,腫瘤干細(xì)胞是否來(lái)源于神經(jīng)干細(xì)胞是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。神經(jīng)干細(xì)胞較成熟膠質(zhì)細(xì)胞更容易轉(zhuǎn)化形成腫瘤干細(xì)胞的可能原因包括:①神經(jīng)干細(xì)胞是未分化的幼稚細(xì)胞,在轉(zhuǎn)化過(guò)程中較成熟細(xì)胞可以減少一個(gè)脫分化的過(guò)程,也就是說(shuō),相比較于成熟細(xì)胞,神經(jīng)干細(xì)胞只需要更少的突變就可以轉(zhuǎn)化為腫瘤干細(xì)胞。②神經(jīng)干細(xì)胞有更長(zhǎng)的生命周期,因而更容易累積各種致癌性突變的變異發(fā)生轉(zhuǎn)化。

5.2 腫瘤干細(xì)胞在腫瘤中所占比例與腫瘤惡性程度之間的關(guān)系

Kondo報(bào)道了C6膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中為0.4%,Singh報(bào)道毛細(xì)胞星形細(xì)胞瘤中為0.3%,髓母細(xì)胞瘤中為25%,Galli等報(bào)道髓母細(xì)胞瘤中為1%-6%,多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中為9%-19%[19,20]。以上數(shù)據(jù)似乎表明腫瘤惡性程度越高,腫瘤干細(xì)胞的比例也就越大。

5.3 不同特性的腫瘤干細(xì)胞與腫瘤惡性程度之間的關(guān)系

腫瘤干細(xì)胞自我更新、增殖、分化和遷移能力的大小在臨床的體現(xiàn)就是腫瘤的生長(zhǎng)及播散轉(zhuǎn)移速度的快慢和侵襲能力的強(qiáng)弱。即腫瘤的腫瘤干細(xì)胞決定了其臨床惡性程度的高低。若腫瘤干細(xì)胞的上述特性強(qiáng),則在臨床表現(xiàn)為腫瘤生長(zhǎng)迅速,容易侵犯周圍組織并播散轉(zhuǎn)移,腫瘤的惡性程度高。反之則表現(xiàn)為腫瘤生長(zhǎng)緩慢,不易侵犯周圍組織及播散轉(zhuǎn)移,腫瘤的惡性程度低。

5.4 腫瘤干細(xì)胞與機(jī)體免疫系統(tǒng)

遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的特點(diǎn),腫瘤干細(xì)胞在血液中轉(zhuǎn)移的過(guò)程中是如何躲過(guò)機(jī)體免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和攻擊的?

5.5 腫瘤干細(xì)胞的鑒定缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),有待進(jìn)一步完善統(tǒng)一的鑒定標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)前腫瘤干細(xì)胞的分離培養(yǎng)都是以神經(jīng)干細(xì)胞為參照物的,包括腫瘤干細(xì)胞的鑒定也是以神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)記物為主。CD133是相對(duì)分子量為120kD的跨膜蛋白,最初作為造血干細(xì)胞標(biāo)記物被人們認(rèn)識(shí),現(xiàn)在也是公認(rèn)的神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記物。同時(shí),從膠質(zhì)瘤或細(xì)胞系中培養(yǎng)出的具有無(wú)限增殖、自我更新,多向分化的特性的懸浮細(xì)胞也呈陽(yáng)性表達(dá)。神經(jīng)巢蛋白(Nestin)是一種在神經(jīng)干細(xì)胞和前體細(xì)胞中表達(dá)的骨架蛋白,研究表明,上述細(xì)胞也表達(dá)Nestin。當(dāng)前腫瘤干細(xì)胞的鑒定以Nestin和CD133為主,但研究發(fā)現(xiàn),同一群腫瘤細(xì)胞中Nestin陽(yáng)性的比例高于CD133陽(yáng)性的比例。這說(shuō)明神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)記物與腫瘤干細(xì)胞并不完全相同。如何證明在神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)條件下生長(zhǎng)的懸浮細(xì)胞球就是腫瘤干細(xì)胞,體內(nèi)致瘤性實(shí)驗(yàn)是必不可少的一步。只有在動(dòng)物體內(nèi)生長(zhǎng)出與原發(fā)腫瘤同種性質(zhì)的腫瘤才具有更強(qiáng)的說(shuō)服力。尋找腫瘤干細(xì)胞特異性的標(biāo)記物將是下一步研究的重點(diǎn)。

6 腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞學(xué)說(shuō)的意義

腫瘤干細(xì)胞假說(shuō)為腫瘤的研究提供了新的思路和方向。BTSC的確鑿鑒定是對(duì)腦腫瘤干細(xì)胞假說(shuō)的最有力支持。

6.1 從腫瘤發(fā)生角度

腫瘤的發(fā)生是多因素、多環(huán)節(jié)共同作用的復(fù)雜過(guò)程,至今尚未在千頭萬(wàn)緒中找到確切的致瘤因素。如果腫瘤干細(xì)胞學(xué)說(shuō)得到確認(rèn),將在腫瘤的發(fā)病原因上邁出堅(jiān)實(shí)的一步,把注意力從尋找腫瘤致病因素轉(zhuǎn)移到腫瘤干細(xì)胞的來(lái)源上來(lái)。

6.2 從腫瘤的發(fā)展角度

惡性腫瘤的特點(diǎn)之一是生長(zhǎng)失控,實(shí)驗(yàn)證明,并不是所有的腫瘤細(xì)胞都具有自我繁殖的能力,永生性增殖是干細(xì)胞所特有的,正是由于干細(xì)胞不斷的分裂、轉(zhuǎn)化,腫瘤才不斷的生長(zhǎng)。

6.3 從腫瘤的轉(zhuǎn)移角度

腫瘤干細(xì)胞從腫瘤發(fā)源地脫落,播散到新的位置后,如局部微環(huán)境適合,即增殖分化形成新的腫瘤。

6.4 從腫瘤的治療角度

當(dāng)前腫瘤的治療以手術(shù)加放療、化療為主,但多數(shù)容易復(fù)發(fā),原因在于沒(méi)有徹底消滅腫瘤干細(xì)胞。手術(shù)只能切除一定范圍的腫瘤,對(duì)浸潤(rùn)性生長(zhǎng)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的腫瘤干細(xì)胞沒(méi)有得到清除,放、化療主要針對(duì)于普通腫瘤細(xì)胞,對(duì)腫瘤干細(xì)胞的敏感性較差,另外存在于腫瘤干細(xì)胞體內(nèi)的ABC復(fù)合體能將化療藥物泵出體外。

6.5 從腫瘤的復(fù)發(fā)角度

要想從根本上遏制腫瘤的復(fù)發(fā),徹底的消滅腫瘤干細(xì)胞或關(guān)閉腫瘤干細(xì)胞癌基因的表達(dá)是一條根本途徑。

7 展望

腦膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的研究目前仍處于起步階段,存在許多尚未解決的問(wèn)題,如:BTSC特異性的標(biāo)記物;BTSC的鑒定;BTSC的來(lái)源;BTSC分化機(jī)制;BTSC耐藥性的機(jī)制等等。隨著BTSC研究的不斷深入,我們對(duì)腦腫瘤的起源、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)和耐藥性有了新的認(rèn)識(shí),對(duì)腦腫瘤的診斷和治療也有了新的思路,將針對(duì)于腫瘤細(xì)胞的治療轉(zhuǎn)移到針對(duì)于BTSC上來(lái),從而達(dá)到根治腦腫瘤的目的。

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(收稿日期2009-07-21)