骨髓间充质干细胞与肿瘤发病机制的相关性研究



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骨髓间充质干细胞与肿瘤发病机制的相关性研究

童春综述郭智审校

作者单位：100700 北京军区总医院血液科(童春，郭智)；230022 安徽医科大学研究生院(童春)

关键词：骨髓间充质干细胞；癌细胞；免疫抑制

间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)研究是近年来医学和生物学领域中最引人注目的热点之一。肿瘤相关骨髓间充质干细胞对肿瘤发病机制一直是研究的热门，间充质干细胞是存在于已分化组织中尚未分化的细胞，是中胚层发育的早期细胞，是骨髓中克隆性生长的基质细胞，具有较强的自我更新和增殖、分化潜能[1]。某些研究表明[2]，骨髓间充质干细胞发挥肿瘤抑制作用，在促进肿瘤的发生过程中起着广泛的癌症模型作用。事实上，骨髓间充质干细胞在许多上皮癌的亚型中已被证实为亲恶性，如乳腺癌、结肠癌、肺癌、皮肤癌或前列腺癌，骨髓间充质干细胞具有驱动造血系统恶性肿瘤的发生，如多发性骨髓瘤、白血病淋巴瘤的发生和发展。最近发现[3]骨髓间充质干细胞也会促进某些间质癌的进展，诸如骨肉瘤，认为部分是从骨髓间充质干细胞系的恶变而来。

骨髓间充质干细胞在肿瘤发病机制中的作用具有详细的特征，形成的几个主要的机制都是通过骨髓间充质干细胞促进肿瘤进展[4]。首先，通过骨髓间充质干细胞分泌多种生物活性分子，并且其旁分泌的动作影响肿瘤细胞的表型，直接作用于肿瘤细胞。其次，干细胞的免疫抑制特性，如上面所描述的，改变免疫细胞的局部组合物和激活针对恶性细胞的免疫反应，为肿瘤细胞提供了一种特殊免疫环境。再次，骨髓间充质干细胞可通过加速肿瘤血管生成影响肿瘤血管。最后，作为祖细胞，肿瘤相关的骨髓间充质干细胞已经报道在肿瘤微环境内分化和作为其他肿瘤基质细胞的本地源，如肿瘤相关成纤维细胞(TAFS)。现进一步详细探讨肿瘤相关的骨髓间充质干细胞在肿瘤生物学中的各种功能。

1骨髓间充质干细胞对癌细胞的直接作用

骨髓间充质干细胞产生大量的分子[5]，如趋化因子(CXCL)、细胞因子和生长因子，以旁分泌的方式作用于癌症细胞表面上各自的受体，从而调节肿瘤的生长和进展。例如，MSC的趋化因子，如CXCL1，CXCL2和CXCL12/SDF-1，已被证明是促进癌细胞增殖的一些癌症模型，通过他们的行为作用于他们各自癌细胞的CXCR2和CXCR4受体。同样，骨髓间充质干细胞分泌的细胞因子，包括白介素-6和白介素-8，已被证明增强了某些癌症中癌细胞的恶变，如乳腺癌或大肠癌。最后，骨髓间充质干细胞源性生长因子，如表皮生长因子(EGF)，作用于肿瘤细胞表面的同源受体，提高乳腺癌发生的位点。骨髓间充质干细胞还可以发挥额外的效应，以旁分泌的方式作用于癌细胞。新的研究表明，在这些方面，核酸有效地从干细胞转移到肿瘤细胞，可能通过基因或小分子RNA丰富微泡或通过2个细胞之间间隙连接下面的物理相互作用形式[6]。这些观察表明[7]癌细胞能够有效地应对干细胞产生和分泌影响肿瘤发展的丰富而广阔的生物活性分子固有能力。

这些丰富的生物活性分子，通过癌细胞在自身微环境中启动从头分泌途径产生可溶性因子向上下游发出信号，骨髓间充质干细胞做出响应从而影响肿瘤发生[8]。干细胞的新生能力激活后产生的趋化因子CCL5，当趋化因子与癌细胞相互接触时，CCL5 mRNA水平以及产生的蛋白水平，在干细胞中提高1 000倍，然后CCL5以旁分泌方式对癌细胞起作用，通过在实验模型中提高他们外渗到肺实质的能力来促进转移[9]。但并非所有的肿瘤细胞都具有从干细胞趋化CCL5的能力，即使在同一肿瘤亚型之间，癌细胞之间也存在异质性，同时癌细胞与间充质干细胞相互作用的反应方式也不尽相同。同样，在肺癌细胞中导致被激活的骨髓间充质干细胞分泌斯钙素(STC-1)，从而调节解偶联蛋白2保护周边癌细胞ROS诱导的细胞凋亡[10]。上下游的信号控制骨髓间充质干细胞激活的方式，同时这些信号可在肿瘤微环境内调节它们的功能。

与癌细胞的相互作用诱导骨髓间充质干细胞的转录，分泌某些因子和表型的改变可能促进肿瘤间质的动态演化。然而，值得注意的是，肿瘤细胞与间充质干细胞相互作用导致其也发生表型和转录变化也很重要[11]。针对不同的骨髓间充质干细胞信号转导途径进行了研究[12]，他们在癌细胞调节中起着重要的作用，如细胞周期增殖与恶性肿瘤相关，但也有几个表型，如蠕动、侵入和转移。在这方面，3个重要的骨髓间充质干细胞-助长癌症表型值得特别提出[13]：①骨髓间充质干细胞调节肿瘤干细胞(CSCs)的能力即增加肿瘤起始的能力；②增强癌细胞对化疗的抵抗力的能力；③用于驱动癌细胞转移到某些组织的能力。最近的研究发现，注入到鼠胫骨的标记人类骨髓间充质干细胞集中在生长原位乳腺癌移植瘤的部位，并通过白介素-6和CXCL7的旁分泌增加肿瘤干细胞的量。同样，肿瘤相关的骨髓间充质干细胞被发现能够增强肿瘤干细胞促进卵巢癌发生的能力，这种情况是通过骨形态发生蛋白2(BMP2)转导信号发生的。骨髓间充质干细胞已经在癌细胞的经典化疗的耐药性中发挥了作用。例如，干细胞能保护肺癌细胞避免如氧化或化学治疗导致的凋亡。另外，有研究发现内源性的人类骨髓间充质干细胞通过分泌铂类似物化疗保护剂多不饱和脂肪酸响应于激活，以保护肿瘤细胞免受化疗的作用。最后，强有力的证据表明，骨髓间充质干细胞可以优先推动肿瘤转移至骨。事实上，肿瘤干细胞和癌细胞存在骨组织中，这增加了难治性肿瘤对化疗和放疗的抵抗力[14]。

2骨髓间充质干细胞的免疫抑制特性

有报道指出[15]，骨髓间充质干细胞作为免疫调节剂在先天性和适应性免疫反应中都参与抑制活动。事实上，他们抵抗免疫系统能力是非常强大的，因此它已被用来降低移植物抗宿主病(GVHD)的严重程度。骨髓间充质干细胞通过在免疫细胞的增殖能力方面施以不同影响来调节免疫应答。例如，干细胞抑制B细胞(B-cells)以及自然杀伤细胞的增殖和成熟，同时对其他细胞如中性粒细胞发挥保护作用。在类似方面，骨髓间充质干细胞已经显示出对CD4+和CD8+ T细胞增殖的直接抑制作用。研究表明，骨髓间充质干细胞能够影响几乎所有包括肿瘤发展在内的关键免疫反应。

骨髓间充质干细胞发挥免疫调节作用的精确分子细节都只是部分具有特点。几种机制涉及他们刺激分泌的细胞因子和趋化因子的能力，并抑制免疫细胞的增殖或反应。例如，骨髓间充质干细胞源性γ干扰素被发现能够抑制T细胞因子的效应功能。此外，Toll样受体的刺激(TLR)-3和-4存在骨髓间充质干细胞的表面，会导致产生白介素-6、白介素-8和CXCL10，这些因子对抑制T细胞的增殖至关重要。骨髓间充质干细胞也可能通过树突状细胞(DC)的增殖和成熟间接消除T-细胞增殖[16]。

重要的是干细胞可以直接促使T细胞分化成CD25+调节性T细胞(T-reg)，其中，在肿瘤存在的情况下，可以赋予生长和转移的优势，这些优势是通过正常的固有的T-reg-介导的抑制和适应性免疫应答，包括效应T细胞和NK细胞的直接灭活。虽然间充质干细胞介导产生的T-reg背后的机制仍在进一步探索中，但间充质干细胞的免疫抑制作用是相当广泛的，是其它任何基质细胞类型比不了的。同时干细胞构成了有助于肿瘤的生长和发展至关重要的保护机制[17]。

3骨髓间充质干细胞在肿瘤血管生成中的作用

干细胞在机体损伤后促进组织血运重建中发挥多方面的作用，似乎成为同肿瘤发展的环境类似的促血管生成功能。事实上，干细胞可以经由血管生成因子(如VEGF-A，血管生成素，表皮生长因子，角质细胞生长因子(KGF)，IGF-1和半乳凝素)的分泌、生产促进肿瘤的新血管生成和参与内皮细胞和促进新生血管的成熟。此外，干细胞本身已被证明能够分化为内皮样细胞和周细胞与交流细胞表面标志物，从而调节肿瘤血管生成。最近已报道血管内皮细胞可以转换成具有干细胞性质的细胞，表明内皮向间质或间充质向内皮的转换在肿瘤发生过程中是可能的。这些观察结果突出显示干细胞的重要作用，包括支持肿瘤血管生成，同时也提示以干细胞为靶点可能成为是抗血管生成为基础的癌症治疗方法的一个可行的途径[18]。

4作为干细胞的祖细胞间质肿瘤

癌细胞和肿瘤相关的骨髓间充质细胞之间的串扰不仅改变肿瘤细胞，也改变骨髓间充质干细胞。在这些方面，除了肿瘤相关的骨髓间充质干细胞的分化能力以及不同的属性，对肿瘤微环境也可能会产生影响。事实上，一些证据表明，干细胞肿瘤内反式区分产生癌症相关成纤维细胞[19]。随着基质在肿瘤发展中的重要性日趋明显，癌症相关成纤维细胞已经越来越多受到重视，其与患者不良预后有关，可以增强血管生成、促进细胞外基质重塑的能力。许多与癌症相关成纤维细胞相关的标记在一定程度上已经存在于骨髓间充质细胞群中。因此，骨髓间充质干细胞向癌症相关成纤维细胞的转化是否由于预先存在的细胞的选择或是否由于骨髓间充质干细胞向癌症相关成纤维细胞的良性稳定分化仍有待确定。改进的和独特的功能决定了癌症相关成纤维细胞的表型，以及改进的和独特的标记干细胞的特征将有助于阐明癌症相关成纤维细胞到干细胞的潜在相互关系[20]。

5骨髓间充质细胞干细胞是癌细胞原产地

骨髓间充质干细胞可能代表了某些肉瘤细胞的起源，如尤文氏家族肉瘤。骨髓间充质干细胞可转化为尤文氏肉瘤细胞[21]。沉默肉瘤的基因表达恢复到类似骨髓间充质干细胞的转录程序，恢复到祖细胞的水平能够分化为成骨细胞、脂肪细胞，证实其为间充质干细胞的来源。这种活性似乎被限制在高度致瘤性的富集肿瘤干细胞的CD133阳性肉瘤细胞，并表达了一系列的干细胞相关的基因[22]，通过其他肉瘤相关的癌基因的异位表达使得人类骨髓间充质干细胞发生转化，如滑膜肉瘤易位基因产物(SYT-SSX1)，产生具有形成滑膜肉瘤或黏液性脂肪肉瘤的能力细胞。总之，这些结果表明，骨髓间充质干细胞很可能是多种肉瘤的原产地，他们可能成为人类疾病癌变的靶点。

综上所述，由于骨髓间充质干细胞对肿瘤细胞生长、发展具有双向性，临床上对骨髓间充质干细胞的研究越来越广泛。骨髓间充质干细胞具有取材容易、体外培养及扩增简单的优势，在肿瘤基因治疗中最有发展前景。将骨髓间充质干细胞限定在远隔肿瘤的部位给药，利用其表达的治疗因子经循环系统到达肿瘤部位，从而达到直接抑制肿瘤生长，同时又可避免骨髓间充质干细胞与肿瘤细胞的直接接触，这为肿瘤的治疗带来新的治疗模式。

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(编辑：甘艳)

(收稿日期2014-05-12修回日期 2014-07-08)

文章编号：1001-5930(2015)01-0153-03

中图分类号：R733.3

文献标识码：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2015.01.048

通讯作者：郭智

基金项目:国家自然科学基金(编号：31200686)