间充质干细胞与恶性肿瘤关系的研究进展▲

程继文

(广西医科大学附属肿瘤医院泌尿外科，南宁市 530021)

间充质干细胞(Mesenchymal stem cells，MSCs)是一种发现于骨髓的非造血成体干细胞［1］，起源于中胚层，可在体外培养、扩增，并具有多向分化及向炎症部位定向趋化的能力，且培养多代后仍不丧失其多向分化及定向趋化的潜能。基于以上的特点，MSCs在组织工程与再生医学中都占有不可忽视的地位。因MSCs可以向炎性组织趋化，而肿瘤微环境自始至终都充斥着炎症。因此曾有研究者想将其作为肿瘤药物载体应用于临床药物的研发。但是，最近越来越多的研究结果提示，在一定条件下，MSCs可能会促进恶性肿瘤细胞的生长。MSCs细胞的传代及与周围环境的相互影响可能与恶性肿瘤的发生、发展有一定的关系。在此就MSCs与恶性肿瘤关系的最新研究做一综述。

1 MSCs的生物学特征

MSCs最早发现于骨髓，他不是一种单一特性的细胞系，而是由多种特性相似的细胞所组成。由于MSCs缺少统一的标志物，按照目前国际上的标准，确定MSCs必须符合以下的条件:①贴附于培养皿生长，正常情况下呈长梭型;②特殊条件下具有向软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞分化的能力［2］;③细胞表面抗原CD34、CD11b、HLA-DR、CD45等呈阴性表达，而CD29、CD90、CD105等呈阳性表达。

目前大量的研究已证实MSCs具有免疫抑制功能。多项研究结果显示，在HLA抗原完全不匹配的条件下，给受体动物输注同种异体的间充质干细胞，甚至输注异种的间充质干细胞，一般情况下都不会引起宿主强烈的免疫排斥反应;而给受体动物输MSCs的同时，在给予皮下注射同种异体或异种的其他细胞时可以减低宿主对其他细胞的免疫排斥反应［3］。因此许多相关领域的研究者正在探索将其用于免疫失调性疾病或移植免疫的治疗。在研究MSCs与T细胞的相互关系中发现，MSCs可以通过接触抑制及可溶性因子的作用来影响T细胞的免疫作用。当前研究较为深入的相关可溶性细胞因子包括白介素 (Interleukin，IL)相关细胞因子如IL-6、IL-10、IL-2等;诱导型一氧化氮合成酶(Inducible nitric oxide synthase，iNOS)及其相关衍生物、肿瘤生长因子-β (tumor growth factor-β，TGF-β)、前列腺素E2(Prostaglandin E2，PGE2)等［4－6］。

随着对MSCs研究的日益深入及研究技术不断成熟，许多研究者开始尝试将MSCs引入临床治疗中，特别是在组织工程及再生医学领域。已有大量的研究报道MSCs可用于治疗机体无法自然修复的组织和器官损伤;而MSCs作为免疫调解细胞，已有研究者将其引入治疗免疫排斥和自身免疫性疾病的相关研究中。据临床研究报道，MSCs在系统性红斑狼疮、脊髓修复、股骨头坏死、心脑血管性疾病的治疗研究中都取得较好的成效［7－8］。

2 MSCs具有向恶性肿瘤趋化的特性

MSCs具有向炎症部位定向趋化的特性，很多研究结果提示体外培养的MSCs输注给有损伤的动物时，MSCs可以定向趋化并募集到受损部位［9－10］，如缺血的心肌组织、受伤皮肤区域、放疗后的胃肠道黏膜等。恶性肿瘤实际上是一种永不愈合的损伤，而实质性肿瘤的微环境与受损组织的微环境极为相似，都含有大量的炎症细胞、炎症因子［11］。有研究者发现，MSCs可趋化至进入微小肿瘤灶，并增殖分化成为肿瘤基质的重要组成成分［12］。Cheng等［13］将标记有GFP基因的MSCs通过尾静脉注射到接种有前列腺癌的小鼠体内时，发现MSCs可优先迁移到肿瘤接种部位。Nakamizo等［14］将绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein，GFP)标记的人MSCs输入神经胶质瘤小鼠的动脉时发现:无论将GFP-MSCs从小鼠的颈部两侧的哪条血管输注，其最终均可募集到脑部肿瘤组织中。他们还发现就算将MSCs输注到神经胶质瘤对侧大脑半球时，MSCs也仍可向肿瘤部位迁移。相同的结果也出现在其他肿瘤动物模型中，如肝癌、Kaposi肉瘤、肺癌、乳腺癌等。

对于MSCs发生定向趋化的机制目前也研究的较为深入，这主要与肿瘤微环境中的炎症因子密切相关，如趋化因子、生长因子等均参与了诱导MSCs的募集或归巢。循环中的MSCs向肿瘤组织募集的主要有两步:①MSCs附着于血管内皮。研究者报道肿瘤组织中的肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)表达上调，TNF-α上调使得MSCs细胞上的血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)呈高表达，从而促进MSCs黏附于血管内皮细胞［15］。也有研究显示，白介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)和干扰素-γ(Interferon-γ，IFN-γ)也具有同样的作用［16］。②肿瘤部位趋化因子高表达。趋化因子可由肿瘤细胞及炎症细胞等多种细胞分泌，肿瘤组织中趋化因子CXCL12、CXCL7、CXCL6、CXCL5等呈高表达，而MSCs细胞表面有其相应的趋化因子受体如 CXCR3、CXCR4、CXCR5等的表达，肿瘤部位的趋化因子形成的浓度梯度可诱导表达趋化因子受体的 MSC定向迁移［17－18］。

3 MSCs对恶性肿瘤生长的影响

MSCs对不同恶性肿瘤生长的影响作用，目前各方面的研究结果仍不尽相同，存在争议。Liu等［19］发现，骨髓充质干细胞和结肠癌肿瘤细胞共同植入小鼠皮下可以通过促进血管形成加速结肠癌细胞生长。Ye等［20］发现前列腺癌细胞与MSCs共同皮下移植可以增强前列腺癌细胞的增殖、转移能力。Hall等［21］的研究也表明MSCs和B淋巴细胞系肿瘤直接作用时，可表达VCAM-1，促进肿瘤细胞的生长。Djouad等［22］在免疫功能正常的Balb/c小鼠皮下移植C57小鼠来源的的B16黑色素瘤细胞，在MSCs存在的条件下可降低免疫排斥反应，最终部分小鼠体内可形成肿瘤。他们还发现MSCs不论与恶性肿瘤细胞同部位接种，还是在远离恶性肿瘤接种处皮下或尾静脉注射，均可引起肿瘤形成。而大量的研究表明，MSCs与肿瘤血管形成有关，他可分泌多种与血管生成有关的因子，包括血管生成因子-1(Angiogenesis-1)、血小板来源的生长因子-BB(Platelet-Derived Growth Factor-BB，PDGF-BB)、血管内皮生长因子(Vascular endothelial cell growth factors，VEGF)、成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2，FGF-2)等［23］。

与上述结果不同的是，有研究显示［24］将大鼠结肠癌细胞和大鼠MSCs共同移植到大鼠腋窝皮下，MSCs有明显抑制肿瘤生长的作用。Tyciakova等［25］发现基因工程间质干细胞可以产生TNFα，其对人体黑色素移植瘤的生长有抑制作用。Tang等［26］发现MSCs可以通过Smad2基因诱导T细胞分化进而抑制炎症相关的结肠癌细胞的生长;Du等［27］发现凋亡素修饰的骨髓间充质干细胞可抑制裸鼠体内肺癌的生长。这些结果之间的差异可能是由于不同组织来源、不同的个体变异、不同的微环境等多种因素导致的，有待于进行更深入探讨。

4 MSCs对恶性肿瘤转移的影响

MSCs对恶性肿瘤转移的影响目前各方研究结果也存在争议。Jing等［28］研究发现，MSCs可通过分泌TGFβ影响肝癌细胞EMT的发生，进而增强了肝癌细胞的侵袭转移能力。Waterman等［29］也发现激活MSCs细胞表面Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)与脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)后，MSCs分泌大量的各种促炎介质，包括 IL-17、IL-3、单核因子诱导的 γ-干扰素(monokine induced by gamma-interferon，MIG)等，这些细胞因子可以影响肿瘤细胞EMT进而影响恶性肿瘤的转移。而Maestroni等［30］将MSCs与肺癌细胞或恶性黑素瘤细胞同时输注到动物体内时，发现MSCs能够降低肿瘤的转移。Kaneko等［31］的研究显示，骨髓来源的干细胞可以通过降低肿瘤细胞远处转移来治疗转移性的脑肿瘤。Ye等［20］发现MSCs可以分泌与恶性肿瘤转移有关的细胞因子如基质金属蛋白酶MMP-2、MMP-9，通过TGFβ信号通路影响肿瘤的迁移能力。这些实验都验证了MSCs可以通过影响恶性肿瘤的转移来影响肿瘤的发展。

5 MSCs与恶性肿瘤间质形成的关系

恶性实体肿瘤的组成成分除了包括肿瘤细胞外还包含了大量的间质组织、间质细胞，其中也浸润了大量的炎性细胞及炎性因子，他们共同形成了肿瘤炎症微环境。肿瘤炎症微环境中与间质形成密切相关的生长因子有很多，包括 VEGF、PDGF、成表皮生长因子(Epidermal growth factor，EGF)、FGF、肝细胞生长因子(Hepatocytegrowthfactor，HGF)、转 化 生 长 因 子(Transform growth factor，TGF)等［32－33］。这些生长因子参与MSCs迁移到肿瘤组织的过程中，并影响MSCs的分化、转化，进而形成实体肿瘤的间质细胞。有研究者将人源MSCs慢病毒转染自杀基因I型单纯疱疹病毒胸腺嘧啶激酶(herpes simplex virus type 1 thymidinekinase，HSVI-TK)和GFP基因后在免疫缺陷小鼠皮下接种结肠癌细胞，3 d后经静脉输注转染成功的GFP-MSCs，PET检查肿瘤间质中MSCs的定位和HSV1-TK及GFP表达，结果表明，人MSCs可以定向趋化至结肠癌组织中，并参与结肠癌间质的形成。

6 MSCs向恶性转化

近年来的研究不断地提示非肿瘤干细胞在体外长期进行长期的培养可以发生恶变。有研究显示，大鼠的多能干细胞克隆株在体外长期培养扩增后(一般扩增大于50代)可发生恶性增殖，这个结果在人的多能干细胞株中也同样被证实，并且这些细胞株都可在裸鼠体内形成纤维肉瘤，说明其发生了恶性转化。恶性转化发生后，与增值相关的细胞因子如细胞周期蛋白1 (Cyclin D1)及细胞增殖细胞核抗原 (Proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的表达显著增强，且此时的干细胞仍保有多向分化潜能。Rubio等［34］报道将人的MSCs在体外长期培养后再接种到裸鼠体内，发现细胞发生癌变，MSCs出现癌细胞的形态学表现，且单纯的MSCs细胞株可在裸鼠体内成瘤。

干细胞在体外长期培养、扩增后其成瘤能力的出现或成瘤能力的增加也是“肿瘤干细胞学说”的证据之一，为肿瘤干细胞起源的相关研究提供重要的细胞、动物模型。由于肿瘤细胞形成与端粒酶活性升高有着密切的相关性，研究者［35］用端粒酶逆转录酶基因去转染人MSCs，在延长了MSCs寿命的同时也保持了他原有的功能特性，而研究干细胞永生化的机制也有助于探索特异性根除肿瘤干细胞的靶点。我们知道MSCs的增殖分化受到其生存的微环境的精密调控。当微环境遭到破坏或出现变化，诱导细胞成熟分化的信号分子发生异常或无法作用于目的靶细胞，就会导致干细胞分化不成熟，功能细胞数减少。而负反馈的机制又使集体不断的产生增殖信号，进而分化更多的不成熟细胞，最终就导致干细胞出现恶性增殖。

7 展望

在组织工程、再生医学以及免疫调控的基础研究和临床应用等方面，MSCs已经取得了较好的成效。但由于其在肿瘤发生发展过程中的不可确定性，目前将其应用于恶性肿瘤的药物研发还为时过早。但我们的研究者也不能因噎废食，而完全丢弃其作为药物及药物载体应用的可能性。研究者目前及未来一段时间的主要工作就是进一步更深入的探讨MSCs在肿瘤炎症微环境中发挥的作用及其对恶性肿瘤生长的调控方式，探寻控制MSCs的方法与手段，明确其影响肿瘤生长的调控节点，将其转化为有利于控制肿瘤的药物或药物载体，这个过程任重而道远。

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