间充质干细胞与肿瘤关系的研究进展

邵俊峰 综述，陈余清 审校

充质干细胞是中胚层发育的早期细胞，是一种未分化细胞,广泛存在于已分化组织中。间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一种无造血功能的干细胞,广泛存在于胎儿和成人的各种组织和脏器中,其中骨髓中的含量最多。MSCs具有较强的增殖能力及多项分化潜能，可分化为成纤维细胞、成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞和肺泡上皮细胞等，在心血管系统、神经系统、呼吸系统和创伤等领域得到广泛应用。MSCs不仅能转化成恶性肿瘤细胞，并且对肿瘤的发生发展的过程也有影响。MSCs在肿瘤局部的作用可表现为促进肿瘤生长，发挥免疫抑制作用，抑制肿瘤凋亡，刺激血管生成、增殖，促进肿瘤细胞的转移。而MSCs具有向肿瘤组织趋化迁移的特性，可以将MSCs作为肿瘤治疗的载体，通过病毒载体将各种对肿瘤有抑制作用的基因转染到MSCs来达到抑制甚至杀死肿瘤的作用，因此MSCs与肿瘤的关系成为近期研究热点。本文就MSCs生物学特性、肿瘤趋向性及与肿瘤的关系等作一综述。

1 MSCs的生物学特性

人类MSCs是基质干细胞的成纤维细胞样子集，可以从许多间充质来源的组织中分离，可以分化成不同类型的间充质组织细胞[1]。2006 年国际细胞治疗学会将MSCs 定义为：

(1)成纤维细胞样细胞,且呈漩涡状贴壁生长；(2)细胞表型符合CD11b-或CD14-、CD19-或CD79a-、CD34-、CD45-、人类白细胞抗原-DR-、CD73+、CD90+和CD105+；(3)可向软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞三系分化[2]。MSCs最多见于骨髓，骨髓衍生的MSC可以在体外分化为主要的中胚层谱系，包括骨细胞和成骨细胞、软骨细胞、肌细胞和脂肪细胞[3]，并且在一定的培养条件下，能够分化成神经细胞、胰腺细胞和肺泡细胞[4-5]。MSCs不表达白细胞谱系的生物学标志，却和单核/巨噬细胞及上皮细胞(表皮生长因子家族中的几个成员)拥有相似的生物学标志[6-7]。MSCs具有低免疫原性的特点，BARTHOLOMEW等[8]研究发现,通过静脉注射骨髓源性的MSCs，一般不发生移植排斥反应,即使个别发生排斥反应,其排斥程度也比较轻，MSCs可以抑制外周血白细胞的生长且和其剂量呈正相关[9]。MSCs不表达或低表达MHC-Ⅱ分子和T 细胞共同刺激分子可能是导致其低免疫原性的主要原因。

2 MSCs的肿瘤趋向性

上皮源性实体瘤的微环境是由癌细胞、内皮细胞、免疫细胞、骨髓细胞、细胞外基质成分和不同类型的MSCs构成，和癌症所处分期息息相关。这些组成部分对于肿瘤的生长、宿主的抗肿瘤反应、抗肿瘤治疗的效果评价等方面均扮演重要的作用[10-11]。NAKAMIZO等[12]研究发现，用荧光标记的MSCs分别经两侧颈动脉注入神经胶质瘤小鼠模型,发现不论注入肿瘤同侧或者肿瘤对侧均可检测到MSCs聚集到脑肿

瘤组织内，说明MSCs可特异性地聚集于肿瘤局部，而肿瘤组织对MSCs的招募机制可能与肿瘤微环境中存在的一系列细胞因子有关。有研究[12]发现神经胶质瘤细胞可分泌血小板衍生生长因子、表皮生长因子和基质细胞衍生因子等相关细胞因子，而这些因子可明显增强MSCs的迁移能力，加入这些因子的抗体，则可明显减弱MSCs在基质胶上的迁移能力，提示这些细胞因子可能介导MSCs向神经胶质瘤的趋化作用。通过用增强型绿色荧光蛋白EGFR阳性的骨髓细胞更换荷瘤小鼠的骨髓细胞或通过皮下移植EGFP阳性脂肪组织至荷瘤小鼠，证实小鼠肿瘤组织中的MSCs来源于骨髓，肿瘤附近的脂肪组织也存在MSCs，而这两个来源的MSCs在肿瘤组织中的作用有一些差异[13]。MSCs被发现存在于细胞微环境中，具有成纤维细胞的特性，可以分泌细胞因子。在特定的条件下，MSCs可以分化为特异性更高的基质细胞，并且只分泌几种特定的细胞因子[14]。肿瘤及其微环境主要依靠各种炎性细胞因子、趋化因子、生长因子以及其他因素诱导MSCs归巢。

在肿瘤外周的MSCs向肿瘤组织的趋向过程的第一步是MSCs附着于血管内皮，然后横穿过内皮细胞层。肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)可以特异性上调MSCs中血管细胞黏附分子-Ⅰ的表达，促使MSCs黏附于血管内皮之上，白细胞介素(IL)-1β和γ-干扰素(inflammatory factorsinterferon-γ，IFN-γ)也被证实具有类似的作用[15-16]。由于MSC表达IL-6受体，故而肿瘤组织中较高的IL-6水平可直接诱导MSCs在这些组织中的积累。LIU等[17]研究发现IL-6可以诱导MSCs中CXC基序配体的趋化因子 CXCL7、CXCL6和 CXCL5高表达。肿瘤细胞可以分泌大量的基质细胞衍生因子-1(stromal cell-derived factor 1，SDF-1)，而MSCs则表达SDF-1的受体趋化因子受体4(CXC chemokine receptor 4，CXCR4)[18-19]。SDF-1的化学浓度梯度可以影响MSCs的迁移[20]。血小板衍生生长因子、肝细胞生长因子以及其它生长因子同样可以诱导MSC向肿瘤组织迁移[21]。

3 MSCs和肿瘤免疫逃逸

当癌细胞从肿瘤的原发灶脱离之前，其必须将自身从免疫系统中隐藏起来，使宿主的免疫系统无法识别，这个过程称之为免疫逃逸。机体的免疫系统迅速通过自然杀伤细胞、MHC-1限制的细胞毒T淋巴细胞(restricted cytotoxic T lymphocytes，CTLs)迅速杀死体内异常细胞，如恶性细胞等。这些细胞所释放的穿孔素、端粒酶及死亡受体都受到调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)的调控。但是肿瘤自身可以调节产生若干个公认的免疫逃逸机制[22]。MSCs被认为是一种动态细胞，可以通过阻止免疫细胞攻击以及召集修复细胞促进伤口愈合[23]。MSCs可促进Tregs增殖和通过细胞周期蛋白D2的抑制剂抑制促分裂原活化的T细胞增殖，导致细胞周期停滞在G0/G1期。肿瘤现在被认为是一种非愈合性的创伤，可以通过类似机制使得MSCs募集，MSCs的免疫抑制行为是由炎性细胞因子引起，尤其是在肿瘤微环境中。CHANG等[24]通过将MSCs及鼠前列腺癌细胞系RM-1共注射至小鼠体内发现，RM-1细胞分泌炎性细胞因子IL-1α可以上调MSCs中转录生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)，从而促进肿瘤的发生。MSC分泌的TGF-β1和Tregs特别是FoxP3表达阳性Tregs的增殖息息相关，而后者已被证明具有免疫抑制作用。PATEL等[25]发现在乳腺癌中，MSCs使CTLs所释放的颗粒酶B显著减少。MSC的存在使得TGF-β1表达增加和Tregs数目增多，导致自然杀伤细胞和CTLs的应答能力显著下降，引起肿瘤的进展和增殖[26]。

4 MSCs和肿瘤血管生成

MSCs可以刺激血管生长，这一特性已经用来治疗一些诸如严重肢体缺血性疾病[27]，但肿瘤细胞同时也在利用MSCs的这一特性促进肿瘤组织内血管生成。COMA等[28]发现，在乳腺癌中MSCs表现出具有在组织中集群和形成毛细管样结构的倾向。进一步研究[29]表明MSCs分泌各种细胞因子，如血管内皮细胞等不仅吸引血管细胞聚集，也增加了血管内皮细胞的生存和抗凋亡能力，这些细胞因子包括IL-6、血管内皮生长因子(vascularendothelial growth factor，VEGF)、单核细胞趋化蛋白(monocytechemoattractant protein，MCP-1)。MSCs促进血管生成的能力在高度缺氧和炎症的肿瘤微环境中增强，可能与炎症因子IFN-γ和TNF-α有关。LIU等[30]研究发现将经过TNF-α和IFN-γ预先刺激过的MSCs与结肠癌细胞共注射于小鼠皮下，肿瘤的生长速度和血管生成较对照组显著增强。体外鸡胚绒毛尿囊膜实验(hen egg test-chorioallantoic membrane，HETCAM)发现，与经IFN-γ/TNF-α刺激MSCs处理过的条件培养基相似，MSCs处理过的条件培养基也有增强血管的效应。体外研究[31-32]已经表明，血管内皮生长因子可诱导MSCs分化成血管内皮细胞，甚至形成三维的血管结构。但MSCs在瘤体中是否能分化为血管内皮细胞仍然存在争议，在老鼠结肠癌和乳腺癌模型中，MSCs可以促进肿瘤血管生成，但其本身并没有分化成CD31阳性或者vWF阳性表型的内皮细胞集群。但KIDD等[13]在体内研究中发现，成纤维细胞特异性蛋白阳性和成纤维细胞活化蛋白阳性的肿瘤相关成肌纤维细胞来源于骨髓源性的MSCs，而肿瘤组织中血管内皮细胞主要来自于肿瘤临近的脂肪组织，因此在循环中的骨髓源性MSCs和癌周的脂肪源性MSCs可能在肿瘤组织中分化为不同的细胞。LIU等[30]发现，IFN-γ和TNF-α预处理的MSCs通过HIF-α信号通路促进VEGF过表达，从而增强MSC促进肿瘤血管生成能力，基因沉默HIF-1α表达后MSC失去促进结肠癌生长的能力。

5 MSCs和肿瘤的耐药

MSCs除了可以增加血管内皮细胞在缺氧环境下的生存能力，还可能在抗肿瘤治疗过程中对肿瘤细胞起到保护作用。急性淋巴细胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)细胞中天冬酰胺合成酶(asparagine synthetase，ASNS)的表达水平较低，可以通过受输入门冬酰胺酶使得ALL细胞内天冬酰胺耗竭从而达到治疗目的。IWAMOTO等[33]发现，ALL患者骨髓源性MSCs可以增加ALL细胞中ASNS的表达水平而保护ALL细胞，基因沉默ASNS可以阻止这个保护能力。MSCs也可以通过下调Caspase-3活性及上调Bcl-XL表达从而增加慢性粒细胞性白血病对伊马替尼治疗的抵抗[34]。BALAKRISHNAN等[35]研究发现，呋咯地辛可以诱导2′-脱氧鸟苷三磷酸累积以及ATP耗尽，从而导致慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphocytic leukemia，CLL)细胞的凋亡，虽然在临床前试验中结果令人满意，但是在临床试验中发现外周血中CLL细胞的数目并不减少，进一步研究发现MSCs可以阻断呋咯地辛的作用。

6 MSCs和肿瘤的转移

KARNOUB等[36]在小鼠的皮下乳腺癌模型中发现，肿瘤局部注射MSCs后原发部位肿瘤的体积及转移发生率均较对照组显著增加，且乳腺癌细胞在失去和MSCs共接触后的这种增强的转移能力减弱，即MSCs增强乳腺癌的转移能力是可逆的，趋化因子CCL5可以增加乳腺癌细胞向肺部转移能力。肿瘤的转移最早主要是涉及到肿瘤微环境的改变，其主要包括在微环境中肿瘤细胞基底膜的破坏、细胞-细胞和细胞-基质黏附性的下降、细胞外基质的降解等[37]。肿瘤持续增大导致局部微环境缺氧加重。在缺氧及一些趋化因子如IL-6、CCL2、PDGF、VEGF-A和IGF-1等的共同作用下，MSCs会向肿瘤组织聚集[38]。MSCs和癌细胞对于缺氧产生应答的关键信号分子是缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factors，HIFs)，CHATURVEDI等[39]研究发现，MSCs可以增加HIF在乳腺癌细胞中的表达，从而增加其转移倾向。在缺氧的情况下膜型基质金属蛋白酶-1(membrane type 1 matrix metalloprotease，MT1-MMP)和HIF-1α有协同作用，从而使人SH3域结合蛋白2(a pleckstrinhomology and Src homology 2 domain-containing，3BP2)适配器的表达升高，3BP2被认为可以调节致癌性MSC的迁移能力[40]。在肝癌的体外实验中证明，与未经过处理的条件培养基相比，使用经过IFN-γ和TNF-α预处理的MSCs的条件培养基可以显著促进肝癌细胞侵袭能力，且在动物实验中发现使用MSCs条件培养基处理的肝癌细胞可显著提高其在体内的转移能力[41]。TNF-α可以促进在MSCs中CXCR3的配体CXCL9、CXCL10和CXCL11的表达，从而促进乳腺癌细胞系的迁移能力[42]。

7 展望

因为癌细胞可以将MSCs招募向肿瘤微环境，并且可以使肿瘤按照骨髓MSCs在血管内的趋化梯度在血液循环中逃逸，预示着经过基因修饰MSCs可能在治疗肿瘤的转移方面具有良好的前景。由于MSCs对肿瘤具有趋向性，故而MSCs作为载体用于肿瘤治疗与其他肿瘤治疗方式比起来，能特异地集中在不同的肿瘤组织内以及它们的转移灶中。经过基因修饰的MSCs可能作为抗肿瘤治疗的新策略。鉴于hMSCs具有促进肿瘤生长的作用，探索MSCs的细胞治疗和组织再生等用途时仍应慎重。