自噬与间充质干细胞对肿瘤的影响及相互关系的研究进展

毕　文(综述)，庄　琦，吴德全(审校)

(哈尔滨医科大学附属第二医院普外科，哈尔滨 150001)



自噬与间充质干细胞对肿瘤的影响及相互关系的研究进展

毕文(综述)，庄琦，吴德全※(审校)

(哈尔滨医科大学附属第二医院普外科，哈尔滨 150001)

摘要：随着肿瘤研究的逐步深入，非肿瘤细胞及肿瘤微环境在肿瘤发生、发展中的作用正被科研工作者广泛关注。自噬与肿瘤的发生、发展、诊断、治疗以及预后均存在着密切联系，自噬增强或减弱对不同类型的肿瘤也具有不同的作用，或促进肿瘤发展或抑制其生长。而自噬是否可被调节、囊泡的形成机制以及在靶向治疗中的作用仍有待进一步研究。此外对于间充质干细胞(MSCs)研究表明，肿瘤细胞释放的细胞因子、酶类等可诱导MSCs向肿瘤原发灶迁移；同时与早期炎症微环境和肿瘤微环境共同作用还与肿瘤微环境相互作用；MSCs本身可发生恶变，并通过多种信号通路与肿瘤细胞互相作用，在不同的肿瘤或者不同的作用条件下即可表现出促进肿瘤细胞生长的作用，也可抑制其生长，然而具体的机制仍未明确。

关键词：自噬；间充质干细胞；肿瘤

自噬是一种细胞自我降解的过程,以清除受损或多余的蛋白质和细胞器。目前研究热点主要集中于其在细胞的存活或凋亡中所起的作用。研究表明，细胞和生物体在生长、发育及分化过程中自噬均起到重要的作用[1]。此外，血细胞、脂肪细胞等多种终末分化细胞的发育和分化过程中均可发现自噬现象。间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是存在于多种组织中的具有多向分化潜能的早期前体细胞，可根据具体条件或环境分化为不同的细胞，如骨细胞和脂肪细胞等，并且在分化成骨细胞及脂肪细胞之间存在动态平衡，众多分子机制参与此平衡的维持，但目前确切的机制仍不十分明朗。MSCs还可特异的向肿瘤部位迁移，可作为肿瘤治疗的载体，将各种具有抑制肿瘤生长作用的基因通过相应的病毒转染到MSCs，从而达到抑制甚至杀死肿瘤的目的。自噬在干细胞自我更新及分化增殖的过程中扮演重要的角色，对于骨髓MSCs而言，一定的自噬能力不仅可反映其增殖能力和移植安全性，同时也是MSCs可以持续增殖的保证。现对自噬和MSCs在肿瘤发生、发展过程中的作用及相互关系进行综述。

1MSCs

20世纪70年代，Friedenstein首次鉴定了从骨髓分离取得的多能前体基质细胞，该细胞单层培养的克隆细胞呈纺锤形[1]，因此定义为成纤维细胞样的集落形成单位，1991年，Caplan正式将此类细胞定义为MSCs[1]。MSCs来源于中胚层，具有特异的免疫表型和调节免疫功能的能力，并具有自我复制更新和多向分化的能力。因此，MSCs被广泛应用于干细胞移植、组织工程和器官移植免疫治疗等方面，并且由于其自我更新和多向分化的特性，在基础和临床研究中MSCs也被用作重要的研究介质。大量研究表明，MSCs具有迁移到特定组织的特性，而这些组织发生损伤时这种现象更为明显，MSCs则大量向该组织迁移，发挥其更新和分化的特性，这种定向迁移被定义为MSCs的归巢[2]。目前归巢的具体机制仍不完全清楚，但研究证实一些参与免疫细胞趋化功能的黏附分子和趋化因子在MSCs的归巢中起重要作用，使其向损伤或炎症组织趋化[2]。

1.1MSCs特性和来源近年来对MSCs的研究成为基础和临床医学的焦点之一。2006年国际细胞治疗学会对MSCs做了明确的定义[1]。①正常培养条件下，呈旋涡状贴壁生长的成纤维细胞样细胞。②细胞表面免疫表型：CD105+、CD73+、CD90+，CD45-、CD34-、CD14-或CD11b-、CD79-、CD19-，且人类白细胞抗原DR同为阴性表达。③体外可以向多种终末细胞分化，如成骨细胞、软骨细胞等。除骨髓外，脐带、脂肪组织、羊膜液、外周血等均可获得MSCs。此外，MSCs的免疫原性较低，因此，临床用于治疗移植物抗宿主病和自身免疫性疾病。

1.2MSCs的肿瘤趋向性多种肿瘤组织均发现了MSCs的特异性归巢[1]。随着大鼠同基因神经胶质瘤移植MSCs后MSCs可向神经胶质瘤迁移的现象的发现，恶性神经胶质瘤[1-2]、乳腺癌[3-4]、肺癌等多种恶性肿瘤[5]，均发现了这种迁移现象。MSCs向肿瘤组织归巢的机制可能是肿瘤组织释放趋化因子和生长因子，包括基质细胞衍生因子1、肿瘤细胞坏死因子α等一系列炎性递质[6-7]，这些因子与MSCs的表面受体结合，驱使其向肿瘤组织归巢。

目前公认的参与细胞迁移和归巢的趋化因子受体是趋化因子受体CXCR4，其在MSCs特别是细胞内呈高表达。研究表明，增强基质细胞衍生因子1α信号通路可以恢复基质细胞衍生因子1α的受体CXCR4的功能和归巢能力趋化因子CXCL12 又称基质细胞衍生因子1(stroma cell derived factor-1，F-1)，是小分子的细胞因子，属于趋化因子蛋白家族。它有两种形式,F-1α/CXCL12a和F-1β/CXCL12b，是应用MSCs进行治疗的决定性因素[8]。此外，黏附分子和整合素也可能参与了MSCs的归巢。P-选择素是MSCs在血管内移动时附着血管壁的重要因素。极迟抗原4是黏附分子的一种，整合素与其相对应的配体血管细胞黏附分子1构成极迟抗原4/血管细胞黏附分子1轴，在MSCs黏附到内皮细胞上有重要作用，对其中任何一种分子进行抗体处理均可使黏附到内皮细胞的MSCs减少。由此推断，MSCs的归巢涉及了其与内皮细胞黏附、结合以及沿着内皮细胞血管壁滚动等多种生物学行为。肿瘤微环境是一种慢性炎症区域，通过释放可溶性因子介导MSCs的迁移。环境内的炎症程度可对MSCs发挥募集功能起到重要的影响，应用MSCs-干扰素β治疗胰腺癌时发现，抗炎治疗减弱了MSCs向肿瘤植入的能力，使其对肿瘤的抑制作用发生逆转[9]。

2MSCs对肿瘤生长的影响

2.1促进肿瘤生长在MSCs到达肿瘤组织后，使机体免疫系统发生一系列变化，减缓肿瘤细胞凋亡[10]，促进肿瘤细胞迁徙转移[11]。研究发现，MSCs可促进人乳腺癌细胞系在免疫缺陷小鼠体内生长[12]。成人来源的MSCs比胚胎来源的MSCs更能促进结肠癌细胞(SW480和F6)在小鼠体内的存活[12]。MSCs也对人滤泡型B淋巴细胞瘤的体外存活提供保护作用，并且经过肿瘤坏死因子α和淋巴霉素-α1β2处理的MSCs保护作用明显增强[13]。MSCs在脂肪组织中具有较高的含量，这些脂源性MSCs可明显促进小鼠模型体内的肿瘤生长[14-15]。

2.2抑制肿瘤生长虽然研究证实了MSCs对肿瘤生长的促进作用[16]，但是，另外一些研究显示在卡波西肉瘤等恶性肿瘤中MSCs则发挥了其抗肿瘤作用[16]。研究发现，胎儿皮肤来源的MSCs可通过降低细胞增殖和癌基因的表达等途径抑制人肝癌细胞和乳腺癌细胞MCF-7的生长[17]。脂源性MSCs则通过分泌Dickkopf相关蛋白1抑制白血病细胞的生长[18]。针对胰腺癌的研究发现MSCs通过增加G1期细胞的比率而抑制肿瘤细胞的生长[19]。对MSCs的上清液进行升温处理后其分泌血管生成素、神经营养因子3等使卵巢癌细胞SKOV-3细胞数量减少、活力降低[20]。经修饰的MSCs更可抑制肿瘤的生长。目前修饰MSCs的目的是进行基因治疗，让其携带自杀基因、凋亡基因、抗血管发生基因、免疫刺激基因或者溶瘤病毒载体，其中主要的媒介是腺病毒、慢病毒和其他反转录病毒[21]。经修饰的MSCs能避免应用过程中的不安全因素；解决由于无效治疗而产生转基因免疫原性问题；克服病毒特异性受体对肿瘤细胞作用的局限性。

3自噬

自噬分为4个过程，依次为自噬的诱导，自噬体的形成，自噬体的转运与融合，自噬体的降解与再循环[22]。肿瘤细胞在乏氧、营养匮乏等应激状态下将发生自噬，降解一些蛋白和细胞器而产生氨基酸和营养物质以维持细胞的生命。自噬对于应激状态下的肿瘤细胞清除胞内不利分子、维持代谢水平、影响蛋白合成和调控代谢途径至关重要，同时肿瘤细胞的自噬被激活后也对放疗产生耐受。

研究表明，绝大多数实体肿瘤因缺乏有效、足量的血液供给，而处于乏氧和营养匮乏的状态中[23]。然而，即便在这样恶劣的生存条件下，恶性肿瘤细胞仍然可以存活，并且不断发展、扩散和转移，与自噬有密切关系。尽管目前抗血管生成药物可以在一定程度上减少血管生成而抑制肿瘤的生长，但这种办法也仅在一段时期内有效，无法长期抑制肿瘤。由于抗血管药物的适应使血管生成进一步减少导致肿瘤组织乏氧加剧，通过HIF-1α/AMPK信号途径诱发了肿瘤细胞的自噬，而这种细胞自身保护性应激反应可使治疗失效，研究表明，抗血管生成药物配合自噬抑制剂可以明显诱导肿瘤细胞凋亡[23]。在针对肝癌的研究中发现自噬可通过Beclin-1依赖途径促进肝癌细胞在低氧和营养缺乏状态下生存[24]。因此，目前将细胞自噬作为靶点已经成为抗肿瘤药物研究的热点之一，自噬抑制剂也显示出对肿瘤的抑制作用而倍受重视，并对于多自噬抑制剂进行临床前期研究[25]。已有研究发现，曲妥珠单抗治疗HER2阳性的细胞(例如乳腺癌细胞)过程中，细胞自噬明显增强，且发生耐药；而通过RNA干扰技术或药物抑制自噬可明显增强甲磺酸伊马替尼诱导的慢性粒细胞白血病细胞的凋亡；顺铂、5-氟尿嘧啶等药物在自噬被抑制后治疗消化系统恶性肿瘤的疗效也明显得到增强[26-27]。

此外，有研究[28]还发现，抑癌基因PTEN可通过抑制Akt/PKB信号转导途径来诱导自噬，而Akt/PKB可激活拮抗自噬的mTOR蛋白通路，进一步将自噬与肿瘤细胞的致癌基因表达关联。但目前对自噬与恶性肿瘤关系的具体机制仍了解甚少，有待进一步研究。

研究发现，多少实体恶性肿瘤中均存在自噬活性的改变[28]，但自噬是促进肿瘤生长，还是抑制其增殖仍然存在争议，目前认为自噬过表达或低表达都有可能促进肿瘤生长，且不同组织对自噬表达程度的反应也存在差异。虽然当肿瘤细胞处于营养匮乏条件或治疗阶段时，自噬可对其提供保护，而这种作用主要体现在肿瘤进展期。同时，当化疗或放疗时，自噬则通过蛋白质清除机制促进肿瘤细胞生长。但肿瘤生长初期和晚期，自噬则参与一种细胞凋亡过程杀伤肿瘤细胞。因此针对自噬在恶性肿瘤发病不同阶段的具体作用仍有待深入研究，揭示其在肿瘤发病中的意义将有助于临床治疗方案的创新，提高临床疗效。

4自噬与MSCs

自噬现象在干细胞自我更新及分化增殖的过程中均扮演重要的角色[29-30]。自噬既可反映骨髓MSCs的增殖能力和相关移植的安全性，同时也保证骨髓MSCs具有持续增殖能力的不可或缺的条件[31]。体外诱导人骨髓MSCs分化为神经元样细胞时发现，在分化早期自噬相关基因Beclin-1呈高表达，而随着分化过程的不断深入，其表达则逐渐降低[32]，但其机制仍未被明确。但是随着对细胞诱导时间与其自噬活性呈负相关，即延长诱导时间，自噬活性则不断减弱，直到稳定在一个较低的水平，而细胞此时也失去了增殖的能力。另有一项关于肺癌的研究同样证实，饥饿状态下MSCs可通过上调Beclin-1的表达诱导肺癌细胞发生自噬以抑制凋亡，促进肺癌细胞增殖[33]。

研究表明，MSCs的自噬活性受到其周围细胞的影响，Sanchez等[34]将MSCs与MCF-7乳腺癌细胞在乏氧环境下共培养，结果发现MSCs的自噬活性明显升高。通过对多发性骨髓瘤患者的骨髓MSCs的研究发现[35]，多发性骨髓瘤患者的MSCs的自噬活性明显升高；MSCs及成骨细胞可增强多发性骨髓瘤XG-7细胞抗凋亡及抗自噬的能力[36]；多发性骨髓瘤细胞是否是提高MSCs自噬活性的因素仍然需要进一步研究证实。通过将自噬激动剂雷帕霉素注入体外培养的骨髓MSCs后进行放射干扰，观察到自噬细胞内微管相关蛋白1轻链3-Ⅱ蛋白从而保护MSCs不受放射损伤[37]。另一项研究表明，剂雷帕霉素可以增加骨髓MSCs的自噬活性，同时抑制其向成骨细胞分化中，初步证实自噬活性改变可能参与了MSCs向成骨细胞的分化过程[38]。

5结语

恶性肿瘤发生、发展过程中，肿瘤微环境是其重要的生长环境，自噬与MSCs同为实体肿瘤微环境的重要特征，因此对于两者的研究尤为重要。目前间充质干细胞与自噬之间通过何种途径及方式相互作用、对不同类型的肿瘤具有何种影响等问题仍悬而未决，需要继续探索，且在恶性肿瘤的发生、发展中，自噬与MSCs所起到的连锁反应仍是一个具有广阔空间的领域。

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Research Progress about Effects of Autophagy and MSCs on Tumor and the Relationship between ThemBIWen，ZHUANGQi，WUDe-quan.(DepartmentofGeneralSurgery,theSecondAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract:With the development of research on tumor,the role of non-tumor cells and tumor microenvironment in tumor development is being interested by scientists.Autophagy and tumor occurrence,development,diagnosis,treatment and prognosis are closely linked,enhanced or weakened autophagy has different effects on different types of tumor:either promoting the tumor development or inhibiting the tumor growth.Whether autophagy is regulatable,the mechanism of vesicle formation and the role in the targeted therapy remain to be further studied.In addition,studies on the mesenchymal stem cells(MSCs) showed that,tumor cells released cytokines,enzymes,etc.can induce MSCs migration to primary tumorfoci;at the same time they can interact with the early inflammatory micro environment and tumor microenvironment;MSCs themselves may develop malignant transformation and interact with tumor cells through a variety of signaling pathways,and in different tumors or different conditions can act as promoting tumor cell growth or inhibit its growth,however,the specific mechanism remains unclear.

Key words:Autophagy; Mesenchymal stem cells; Tumor

收稿日期：2014-02-11修回日期：2014-05-27编辑：相丹峰

基金项目：哈尔滨市科技创新人才研究专项资金(2011RFXYS067)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.006

中图分类号：R364.3

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)21-3855-04