BMSCs对肝癌肝切除后肝细胞再生的作用

符真，张剑权，李志，周帅

(中南大学湘雅医学院附属海口医院暨海口市人民医院肝胆外科，海南海口570208)

BMSCs对肝癌肝切除后肝细胞再生的作用

符真，张剑权，李志，周帅

(中南大学湘雅医学院附属海口医院暨海口市人民医院肝胆外科，海南海口570208)

肝细胞肝癌(简称“肝癌”)是肝脏最常见的恶性肿瘤，是全球第五大恶性肿瘤。目前，肝癌首选手术治疗，而对于终末期肝癌患者，介入和肝移植也是有效的选择。然而，肝部分切除术和介入治疗常常因患者肝功能受损而受限，而肝移植也因其高昂的成本和供体的缺乏亦很难进行。幸运的是，对骨髓基质细胞(BMSCs)的研究为肝癌治疗领域带来新的曙光。BMSCs是具有很强增殖和分化潜能的一种干细胞，它用于建立基于干细胞的肝病治疗有着广阔的前景。BMSCs可以分化为功能性肝(样)细胞，还可以产生一系列的生长因子和细胞因子，从而抑制炎症反应、减少肝细胞凋亡、逆转肝纤维化以及提高肝细胞活性。本文就BMSCs对肝癌肝切除后肝细胞再生的作用作一综述。

骨髓基质细胞；肝癌；肝细胞；再生

肝细胞肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)常简称肝癌，是全世界第五大常见癌症，是男性癌症相关死亡的第二大原因，而对于女性来说，它也是最常见的癌症和癌症相关死亡的第六大原因[1]。约90%的肝癌患者有不同程度的肝硬化，肝癌的高危因素如乙型肝炎病毒(HBV)或丙型肝炎病毒(HCV)感染、酒精滥用以及血色素沉着病等，可能导致慢性肝病，然后发展成为肝硬化，最终导致肝癌的发生[2-4]。肝癌中70%～85%的原发性肝癌患者中，早期很少能被发现，所以肝癌患者的存活时间一般只有数个月[5]。对于不适合手术治疗或等待肝移植的患者，最近兴起的干细胞治疗无疑是一种较好的选择，也可以作为肝癌的常规及术前、术后治疗的辅助治疗[6]。

骨髓基质细胞(bone marrow stromal cells，BMSCs)是起源于骨髓的非造血基质细胞[7]，它能分化成多种类型的细胞，并可以促进间质组织和非间叶组织的再生[7-12]。最近的研究表明BMSCs是一种具有强大的增殖和分化潜能的干细胞，它在许多器官和组织的修复和再生中有着重要的作用，临床上广泛应用于骨折愈合等组织修复过程中，这些细胞已经成为最近研究的焦点[13]。BMSCs可以分化为功能性肝(样)细胞，还可以产生一系列的生长因子和细胞因子，从而抑制炎症反应、减少肝细胞凋亡、逆转肝纤维化以及提高肝细胞活性，它用于建立基于干细胞的肝病治疗有着广阔的前景[14]。此外，研究还表明，在某些微环境中，BMSCs可以提高癌细胞的凋亡率，抑制肿瘤转移[15]。本文重点阐述BMSCs对肝癌肝切除后肝细胞再生的作用及其在肝癌治疗的临床应用及其前景。

1 BMSCs促进肝细胞再生的机制

多能骨髓基质细胞是一组最初在成人骨髓中发现的细胞，在过去十年许多研究者对它们的特性、结构和功能等进行了广泛而持续的研究。值得注意的是，许多研究人员的研究重点是利用肝切除术的动物模型来研究BMSCs在肝再生中的作用。肝内的多个细胞群，包括肝实质细胞、胆管上皮细胞、Kupffer细胞和内皮细胞，在肝部分切除后，对促进肝再生的反应迅速[16]。在严重的肝损伤后，肝祖细胞也被激活参与再生过程[17]。作为祖细胞的储存池，骨髓在肝细胞再生过程中起着重要的作用。肝损伤后的24～48 h内，近90%的肝细胞进入细胞周期的S期。在此期间，DNA开始复制，各种细胞因子和生长因子通过自分泌或旁分泌模式释放；这些因素包括表皮生长因子、肝细胞生长因子、胰岛素样生长因子、血管内皮生长因子、肿瘤坏死因子和尿激酶[14]。肝脏内的其他细胞通过分泌小分子来促进肝细胞的有丝分裂，例如，Kupffer细胞分泌的白细胞介素(IL)-6就是这些重要的小分子之一。此外，在肝再生过程中，生存素和转化生长因子(TGF)-β1高度表达[18]。

这些细胞的特点是它们容易增长，在体外具有增殖潜力，而且不易丢失细胞的生物学特性[19]。据报道，BMSCs缺乏免疫原性，可以表达许多表面标记，不包括CD45、CD34、CD14和CD11等造血细胞标记，BMSCs的表面标记包括HLAⅠ+、HLAⅡ-、CD40-、CD80-和CD86-[20-22]。由于BMSCs缺乏共刺激分子，所以它们无法产生T细胞介导的免疫反应。

Kuo等[23]的研究证明，BMSCs移植可以显著降低通过口服四氯化碳(CCl4)引起的爆发性致命性肝衰竭的大鼠模型的死亡率。此外，通过蛋白质印记检测出大量细胞表达白蛋白，还有细胞角蛋白18、肝细胞核因子4、细胞色素P450和谷氨酰胺合成酶。Banas等[24]使用相同的模型进行BMSCs移植后，检测到更高浓度的肝细胞刺激因子的表达，包括IL-8、粒细胞集落刺激因子、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、单核细胞趋化蛋白-1、神经生长因子和肝细胞生长因子。Qihao等[25]通过联合培养BMSCs与成熟的肝细胞诱导BMSCs分化成肝样细胞，结果表明，联合培养的细胞具有典型的肝细胞形态，具有较高的增殖潜力，在mRNA和蛋白质水平上都表达白蛋白、AFP和细胞角蛋白18。从先天性白蛋白缺乏的小鼠中移除70%的肝脏，而在肝脏组织移除后立即通过门静脉移植BMSCs，4周后在肝细胞中均检测到白蛋白mRNA和白蛋白，血清白蛋白也是阳性[25]。上述研究表明：(1)在肝损伤后，BMSCs有分化成肝样细胞的潜能；(2) BMSCs可以分泌大量肝细胞生长刺激因子来促进干细胞的增殖。这两种作用都能促进肝再生。

2 BMSCs的致瘤性

尽管干细胞在基因治疗中前景很大，但BMSCs的可能致癌性需要进一步的研究。Murata等[26]的研究表明，BMSCs是恶性纤维瘤的一种祖细胞。此外，Ewing肿瘤基因表达分析表明，BMSCs可能是这些肿瘤细胞的起源[27]。Houghton等[28]的研究表明，由幽门螺杆菌感染引起的胃癌，癌细胞主要起源于骨髓来源的细胞。有研究还表明，在乳腺癌中，干细胞和成纤维细胞之间也有一定的联系[29]。最重要的是，BMSCs确实具有致肿瘤的潜能，尽管这一特性尚未得到证实。Dawson等[30]的研究显示，髓单核细胞的BMSCs (CD45+、CD11b+、Sca1-)可以显著加速肿瘤的生长和转移，而间叶细胞的BMSCs(Sca1+、gr1-、F4/80-、CD11b-、CD31-、CD45-)没有加速肿瘤的生长。总的来说，这些发现为BMSC亚群在肿瘤进展中的不同作用提供了直接的证据。此外，人类肝癌的全球基因表达谱分析表明，TGF-β基因特征可以分成早期TGF-β或晚期TGF-β的两个同质的HCC组，晚期的TGF-β特征与肝癌的侵入性表型和肿瘤复发的风险增加有关[31]。

目前，关于BMSCs的致肿瘤性有两种假说。第一，干细胞通过分泌促血管生成因子来促进肿瘤血管生成，并分化成血管内皮细胞或外膜样细胞。已经有研究证实，BMSCs会分泌特定的血管生成因子[32]，包括血管内皮生长因子、PDGF、纤维母细胞生长因子和CXCL12，在将肿瘤细胞移植到小鼠模型上时促进肿瘤血管生成。第二，BMSCs缺乏免疫原性，可以引起免疫抑制。在正常情况下，BMSCs不会参与T细胞、B细胞、树突状细胞和自然杀伤细胞的免疫调节。然而，在肿瘤微环境中，BMSCs产生免疫抑制因子，如PGE2、一氧化氮、吲哚胺2-3-双加氧酶和可溶性HLA-G5，以抑制免疫细胞的增殖并阻止抗原层递过程，从而使肿瘤细胞从免疫监视中逃离。

3 BMSCs治疗肝癌的临床应用

3.1 BMSCs治疗肝癌的前景由于肝癌早期发现很困难，当患者出现症状时，通常已经处于晚期阶段。早期肝癌通常在体检时被发现，在肝切除术后预后良好。肝切除术也是晚期肝癌的主要治疗方法[33]。对于肿瘤较大者，为了完全切除肿瘤组织，切除大量的肝组织是必要的。手术对患者的肝脏功能产生很大影响，最终可能导致肝功能衰竭，在某些情况下，患者除了肝移植之外别无选择[34]。然而，供体器官的短缺限制了临床肝移植的发展[35]。分子靶向药物在肝癌的治疗中有很大应用空间[36]，但价格昂贵。目前，对肝癌的治疗仍不满意。据报道，只有30%的肝癌患者能够负担得起肝切除术或肝移植。相比较而言，如果BMSCs对肝癌的治疗效果得到证实，BMSCs治疗就会有广阔的临床应用前景。

3.2 BMSCs治疗肝癌的相关研究关于BMSCs治疗肝癌的研究很少。给SCID小鼠注射人肝癌HepG2细胞以获得可检测的肿瘤[37]。当注入HepG2细胞和hBMSCs的SCID小鼠时，与只注入了HepG2细胞的小鼠相比，有20%的小鼠没有形成肿瘤，而其他的小鼠则表现出了延迟肿瘤的形成。另外，免疫印记分析显示，用含有hBMSCs的培养基培养HepG2细胞细胞系时，发现了β-catenin、Bcl-2、c-Myc、PCNA和生存素的下调，以及对细胞增殖率的抑制。Abdel aziz等[38]利用流式细胞法检测HepG2细胞和hBMSCs联合培养中肝癌细胞的凋亡的研究表明，BMSCs可以增加肝癌细胞的凋亡率。

3.3 BMSCs的抗肝纤维化作用肝癌通常是由肝纤维化发展而来的，如果在肝肝硬化期间进行有效的干预，肝癌的发病就会被推迟甚至被抑制，这是由位于Disse间隙的Ito细胞发展而来的[39]。这些细胞能够通过表达诸如TGF-β1等促纤维化因子来促进肝纤维化[40]。先前的研究表明，TGF-β1在肝癌组织和肿瘤间质中上调，在肝纤维生成和肝癌的发生过程中起重要作用。研究还表明，TGF-β1在肝硬化的肝脏中表达水平明显提高，是细胞增殖和胶原蛋白产生的有效诱导物[41]。van等[42]发现TGF-β1可以通过活化血小板源性生长因子(PDGF)信号通路促进上皮细胞向间叶细胞的转变，进而促进肝硬化的发生。据报道，BMSCs在动物研究中通过减少TGF-β1的表达，从而抑制肝纤维化[43]。Abdel Aziz等[44]的研究证明，在肝纤维化的小鼠模型中，BMSC移植可以显著改善肝功能，并延缓肝纤维化的进程。Zhao等[45]的研究观察到，在一个CCl4诱导的肝硬化模型中，在BMSCs移植后，小鼠的存活率升高。有研究还表明，在注射CCl4之前诱导之前进行BMSCs移植，可以降低肝硬化的发生率[46]。

以上的研究表明，BMSCs有很好的抗纤维化效应[33，47]。考虑到其来源广泛、体外增殖率高、移植方法简单等特点，以及在肝再生过程中向受伤区域迁移的倾向，BMSCs具有很高的临床应用潜力以及费用比肝移植要低，患者易于接受。

4 BMSCs移植治疗肝癌的前景

BMSCs在肝脏再生过程中具有特殊的作用。目前被学者广泛接受的是，BMSCs可以根据肝损伤的体积大小来分化成肝细胞或肝样细胞恢复原有的肝功能[48]。在慢性肝病的过程中，BMSCs可以延缓肝硬化的进程，并防止乙型肝炎病毒感染患者出现肝癌。然而，关于BMSCs和HBV之间的关系尚需进一步研究。因此，如果BMSCs能够抑制HBV的复制，那么BMSCs可以作为一种对HBV感染患者早期干预的新方法。BMSCs治疗对于有肝外转移的晚期肝癌患者也有一定意义。BMSCs不仅可以用于改善在肝移植前危险的等待期中的肝衰竭患者的健康状况，还有助于修复肝损伤，改善肝功能，可显著改善肝癌患者的生活质量。此外，使用慢病毒载体方法，BMSC搭载有效的化疗药物TRAIL(TRAIL-BMSC)，用小鼠进行皮下混合异种移植，发现TRAIL-BMSC能明显抑制结肠直肠癌的生长[49]。由于BMSCs具有免疫调节能力，受者不会排斥BMSCs，这使得这些细胞对肝癌治疗的应用更具吸引力。

5 展望

由于BMSCs分化能力强，具有广泛的组织工程、再生医学应用和终末期肝病治疗的潜力。事实上，BMSCs可能会肿瘤灶迁移，这使它们成为抗癌药物的运输工具。然而，在这种基于细胞的疗法成为现实之前，BMSCs在肝癌的发生和进展中所起的作用需要进一步的讨论和研究。而且，在细胞收集后是否需要体外扩增，以及增殖的适当程度都需要进一步的研究。此外，当BMSCs被移植到人体时，缺乏特定的监测标记。尽管在移植到人体时，BMSCs可以分化成特定的组织细胞，但这些细胞是否能发挥正常的细胞功能目前仍然未知。随着对BMSCs的进一步研究，更多的肝癌患者将会受益。

[1]Jemal A,Bray F,Center MM,et al.Global cancer statistics[J].CA Cancer J Clin,2011,61(2):69-90.

[2]Levrero M.Viral hepatitis and liver cancer:the case of hepatitis C [J].Oncogene,2006,25(27):3834-3847.

[3]Lee JS,Chu IS,Heo J,et al.Classification and prediction of survival in hepatocellular carcinoma by gene expression profiling[J]. Hepatology,2004,40(3):667-676.

[4]Sanyal AJ,Yoon SK,Lencioni R.The etiology of hepatocellular carcinoma and consequences for treatment[J].Oncologist,2010,15 (Suppl 4):14-22.

[5]Perz JF,Armstrong GL,Farrington LA,et al.The contributions of hepatitis B virus and hepatitis C virus infections to cirrhosis and primary liver cancer worldwide[J].J Hepatol,2006,45(4):529-538.

[6]Han HS,Ahn KS,Cho JY,et al.Autologous stem cell transplantation for expansion of remnant liver volume with extensive hepatectomy [J].Hepatogastroenterology,2014,61(129):156-161.

[7]Pittenger MF,Mackay AM,Beck SC,et al.Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells[J].Science,1999,284(5411): 143-147.

[8]Mohammadi R,Azizi S,Delirezh N,et al.The use of undifferentiated bone marrow stromal cells for sciatic nerve regeneration in rats[J]. Int J Oral Maxillofac Surg,2012,41(5):650-656.

[9]Zhao C,Chieh HF,Bakri K,et al.The effects of bone marrow stromal cell transplants on tendon healing in vitro[J].Med Eng Phys, 2009,31(10):1271-1275.

[10]Pang CJ,Tong L,Ji LL,et al.Synergistic effects of ultrashort wave and bone marrow stromal cells on nerve regeneration with acellular nerve allografts[J].Synapse,2013,67(10):637-647.

[11]Li XH,Fu YH,Lin QX,et al.Induced bone marrow mesenchymal stem cells improve cardiac performance of infarcted rat hearts[J]. Mol Biol Rep,2012,39(2):1333-1342.

[12]Eleuterio E,Trubiani O,Sulpizio M,et al.Proteome of human stem cells from periodontal ligament and dental pulp[J].PLoS One,2013, 8(8):e71101.

[13]Garg P,Mazur MM,Buck AC,et al.Prospective review of mesenchymal stem cells differentiation into osteoblasts[J].Orthop Surg,2017,9(1):13-19.

[14]Duncan AW,Dorrell C,Grompe M.Stem cells and liver regeneration [J].Gastroenterology,2009,137(2):466-481.

[15]Li GC,Ye QH,Xue YH,et al.Human mesenchymal stem cells inhibitmetastasisofahepatocellularcarcinomamodelusingthe MHCC97-H cell line[J].Cancer Sci,2010,101(12):2546-2553.

[16]Michalopoulos GK.Liver regeneration[J].J Cell Physiol,2007,213 (2):286-300.

[17]Duncan AW,Dorrell C,Grompe M.Stem cells and liver regeneration [J].Gastroenterology,2009,137(2):466-481.

[18]Baba HA,Wohlschlaeger J,Schmitz KJ,et al.Survivin is upregulated during liver regeneration in rats and humans and is associated with hepatocyte proliferation[J].Liver Int,2009,29(4):585-592.

[19]Nussler A,Konig S,Ott M,et al.Present status and perspectives of cell-based therapies for liver diseases[J].J Hepatol,2006,45(1): 144-159.

[20]Jeong JA,Ko KM,Bae S,et al.Genome-wide differential gene expression profiling of human bone marrow stromal cells[J].Stem Cells,2007,25(4):994-1002.

[21]Yamaguchi S,Kuroda S,Kobayashi H,et al.The effects of neuronal induction on gene expression profile in bone marrow stromal cells (BMSC)—a preliminary study using microarray analysis[J].Brain Res,2006,1087(1):15-27.

[22]Chamberlain G,Fox J,Ashton B,et al.Concise review:Mesenchymal stem cells:their phenotype,differentiation capacity,immunological features,and potential for homing[J].Stem Cells,2007,25(11): 2739-2749.

[23]Kuo TK,Hung SP,Chuang CH,et al.Stem cell therapy for liver disease:Parameters governing the success of using bone marrow mesenchymal stem cells[J].Gastroenterology,2008,134(7):2111-2121.

[24]BanasA,Teratani T,Yamamoto Y,et al.IFATS collection:in vivo therapeutic potential of human adipose tissue mesenchymal stem cells after transplantation into mice with liver injury[J].Stem Cells,2008, 26(10):2705-2712.

[25]Qihao Z,Xigu C,Guanghui C,et al.Spheroid formation and differentiation into hepatocyte-like cells of rat mesenchymal stem cell induced by co-culture with liver cells[J].DNA Cell Biol,2007,26(7): 497-503.

[26]Murata M,Matsuzaki K,Yoshida K,et al.Hepatitis B virus X protein shifts human hepatic transforming growth factor(TGF)-beta signaling from tumor suppression to oncogenesis in early chronic hepatitis B[J].Hepatology,2009,49(4):1203-1217.

[27]Tirode F,Laud-Duval K,Prieur A,et al.Mesenchymal stem cell features of ewing tumors[J].Cancer Cell,2007,11(5):421-429.

[28]Houghton J,Stoicov C,Nomura S,et al.Gastric cancer originating from bone marrow-derived cells[J].Science,2004,306(5701): 1568-1571.

[29]Qihao Z,Xigu C,Guanghui C,et al.Spheroid formation and differentiation into hepatocyte-like cells of rat mesenchymal stem cell induced by co-culture with liver cells[J].DNA Cell Biol,2007,26(7): 497-503.

[30]Dawson MR,Chae SS,Jain RK,et al.Direct evidence for lineage-dependent effects of bone marrow stromal cells on tumor progression [J].Am J Cancer Res,2011,1(2):144-154.

[31]Coulouarn C,Factor VM,Thorgeirsson SS.Transforming growth factor-beta gene expression signature predicts clinical outcome in cancer [J].Hepatology,2008,47(6):2059-2067.

[32]Prigione I,Benvenuto F,Bocca P,et al.Reciprocal interactions between human mesenchymal stem cells and gammadelta T cells or invariant natural killer T cells[J].Stem Cells,2009,27(3):693-702.

[33]Mavros MN,Mayo SC,Hyder O,et al.A systematic review:treatment and prognosis of patients with fibrolamellar hepatocellular carcinoma[J].JAm Coll Surg,2012,215(6):820-830.

[34]Gobel T,Blondin D,Kolligs F,et al.[Current therapy of hepatocellular carcinoma with special consideration of new and multimodal treatmentconcepts][J].DtschMedWochenschr,2013,138(27): 1425-1430.

[35]Grant RC,Sandhu L,Dixon PR,et al.Living vs.deceased donor liver transplantation for hepatocellular carcinoma:a systematic review and meta-analysis[J].Clin Transplant,2013,27(1):140-147.

[36]Bronte F,Bronte E,Bronte G,et al.Targeted therapies in hepatocellular carcinoma[J].Curr Med Chem,2015,21(8):966-974.

[37]Qiao L,Xu Z,Zhao T,et al.Suppression of tumorigenesis by human mesenchymal stem cells in a hepatoma model[J].Cell Res,2008,18 (4):500-507.

[38]Abdel aziz MT,El Asmar MF,Atta HM,et al.Efficacy of mesenchymal stem cells in suppression of hepatocarcinorigenesis in rats:possible role of Wnt signaling[J].J Exp Clin Cancer Res,2011,30:49.

[39]Friedman SL.Liver fibrosis-from bench to bedside[J].J Hepatol, 2003,38(1):38-53.

[40]Shek FW,Benyon RC.How can transforming growth factor beta be targeted usefully to combat liver fibrosis?[J].Eur J Gastroenterol Hepatol,2004,16(2):123-126.

[41]Nitta T,Kim JS,Mohuczy D,et al.Murine cirrhosis induces hepatocyte epithelial mesenchymal transition and alterations in survival signaling pathways[J].Hepatology,2008,48(3):909-919.

[42]Van ZF,Mair M,Csiszar A,et al.Hepatic tumor-stroma crosstalk guides epithelial to mesenchymal transition at the tumor edge[J].Oncogene,2009,28(45):4022-4033.

[43]Ponte AL,Marais EN,Langonne A,et al.The in vitro migration capacity of human bone marrow mesenchymal stem cells:comparison of chemokine and growth factor chemotactic activities[J].Stem Cells,2007,25(7):1737-1745.

[44]Abdel Aziz MT,Atta HM,Mahfouz S,et al.Therapeutic potential of bone marrow-derived mesenchymal stem cells on experimental liver fibrosis[J].Clin Biochem,2007,40(12):893-899.

[45]Zhao DC,Lei JX,Chen R,et al.Bone marrow-derived mesenchymal stem cells protect against experimental liver fibrosis in rats[J].World J Gastroenterol,2005,11(22):3431-3440.

[46]Oyagi S,Hirose M,Kojima M,et al.Therapeutic effect of transplanting HGF-treated bone marrow mesenchymal cells into CCl4-injured rats[J].J Hepatol,2006,44(4):742-748.

[47]Ishikawa H,Jo J,Tabata Y.Liver anti-Fibrosis therapy with mesenchymal stem cells secreting hepatocyte growth factor[J].J Biomater Sci Polym Ed,2012,23(18):2259-2272.

[48]Li J,Wei W,Xin J,et al.Acute hepatic failure-derived bone marrow mesenchymal stem cells express hepatic progenitor cell genes[J]. Cells Tissues Organs,2011,194(5):371-381.

[49]Luetzkendorf J,Mueller LP,Mueller T,et al.Growth inhibition of colorectal carcinoma by lentiviral TRAIL-transgenic human mesenchymal stem cells requires their substantial intratumoral presence[J]. J Cell Mol Med,2010,14(9):2292-2304.

R735.7

A

1003—6350（2017）16—2665—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.16.028

2017-05-29)

海南省自然科学基金(编号：817382)；海南省科技资助项目(编号：ZDXM2015082)

张剑权。E-mail：zjq197015@126.com