肿瘤患者放化疗导致骨髓抑制的机制

李高勤 雍文兴 （通讯作者） 张志明 苏欢 王淼 金娟 杜婷婷

（1 甘肃中医药大学 甘肃 兰州 730000)

(2 甘肃中医药大学附属医院 甘肃 兰州 730000）

近几年，中国恶性肿瘤的发病率呈逐步上升趋势，其病死率也排在常见病之首[1]。放化疗仍是肿瘤的常规治疗方法，但患者接受放化疗过程中均会出现不同程度的恶心、呕吐、骨髓抑制等不良反应，影响放化疗的疗效及正常进行，严重时甚至会威胁患者生命。祖国医学根据放化疗后的临床表现如发热、恶心呕吐、脱发、周身酸痛、畏寒、四肢冰凉、心慌气短，易出血等多将其归为“虚劳”“内伤发热”等病，认为放化疗属于“火毒”“药毒”，作用于人体后能够耗伤气血，损伤脏腑，最终导致脾肾亏虚，气血两虚的病理状态，针对其治疗多以健脾补肾，补益气血为治则，不论是中药汤剂，还是中成药、针刺、艾灸均具有良好的作用，对减轻骨髓抑制，缓解临床症状效果显著。本文主要对应用放化疗后骨髓抑制的机制进行综述。

1.骨髓造血系统及骨髓抑制类型

骨髓作为人体内主要造血器官，主要由造血细胞和造血微环境两大部分组成。根据造血细胞的功能与形态特征，一般可以把血细胞分为造血干细胞(hematoPoietic stem cells，HSCs)、造血祖细胞 (hematoPoietic Progenitor cells，HPCs)和各系前体细胞。造血干细胞(hematoPoietic stem cells，HSCs) 是血液系统中的成体干细胞，从卵黄囊全能间叶细胞分化来而来。造血干细胞能够不断自我更新，并且具有多向分化潜能，这种特性对机体维持正常造血具有重要作用。造血祖细胞是由造血干细胞分化的具有特定分化方向的细胞，包括粒系一巨噬系祖细胞、红系祖细胞、巨核系祖细胞。在正常情况下，HSCs 维持在静止状态，只有小部分细胞进入细胞周期，产生谱系特异性祖细胞，这是补充循环血细胞日常需要所必需的。造血微环境（niche）又称为造血干细胞龛，由骨髓中邻近造血干细胞的支持细胞如骨髓基质细胞、神经、微血管和基质细胞分泌的细胞因子构成，为造血干细胞代谢提供营养物质，参与造血干细胞的维持、自我更新和定向分化。Ray Schofield 研究发现骨髓微环境niche 可能参与HSC 的维持、自我更新和多向分化的调控[2]。

在正常情况下，HSCs 进入细胞周期并通过细胞更新维持其细胞池，当HPCs 耗竭时急性骨髓抑制便发生。当外界刺激选择性作用于HSCs 并使HSCs 的自我更新和分化能力受损时，潜在骨髓损伤便发生。所以，骨髓抑制分为两种情况，分别为急性骨髓抑制和潜在骨髓损伤。

2.骨髓损伤发生机制

2.1 造血细胞损伤

2.1.1 HSCs 凋亡放疗和化疗均能导致贫血小鼠造血细胞及造血微环境中基质细胞的凋亡，骨髓有核细胞计数的急剧下降，造血干、祖细胞的增殖分化能力也受影响[3]。细胞凋亡是通过遗传控制的有序的调节细胞死亡的形式。凋亡通过调节造血系的大小，协同细胞增殖和分化，进而维持造血稳态。细胞凋亡的控制因子大致可分两类，一类具有抗细胞凋亡的活性，如 Bcl-2、BclL 等，另一类因子具有促进细胞死亡的活性，如 Bax 等，他们共同调控着细胞的凋亡过程。研究表明，在整个造血室中过表达抗凋亡蛋白bcl-2 可保护小鼠免受IR 诱导的造血功能衰竭和死亡。从bcl-2 转基因小鼠中分离的HSCs 在体外对IR 诱导的损伤更具抗性，相反，bcl-2 缺陷使小鼠HSC 对IR 敏感[4]。然而，HSC 凋亡在化疗和辐射诱导的由于HSC 自我更新受损，HSC 储备持续减少导致的长期BM 损伤中的作用仍存在争议。研究发现，用广谱casPase 抑制剂z-VAD 孵育HSCs，可以抑制IR 诱导的HSCs凋亡，但仅能轻微减弱IR 诱导的HSC 造血功能抑制，说明诱导HSC 凋亡本身不太可能是IR 诱导的长期BM 损伤的唯一原因[5]。最后，一种有效的BM 残基损伤诱导因子BU（busulfan），在严重降低HSC 功能的同时，未诱导HSC 显著凋亡，说明BU诱导骨髓抑制的方式与凋亡无关[5]。因此，HSC 凋亡在长期骨髓抑制中的作用有待更进一步的研究。

2.1.2 HSCs 的衰老目前认为，化放疗导致 HSCs 的衰老是潜在骨髓损伤发生最为关键的机制。细胞衰老的机制十分复杂，其中氧化应激损伤是细胞衰老的主要机制之一。活性氧（ROS）水平增加和抗氧化酶活性下降的失衡可以导致氧化应激的发生。研究已经证实，高浓度的活性氧（reactiveoxygen stress ROS）可损伤DNA 的结构或者通过调控衰老相关的信号通路诱导细胞发生衰老。研究发现BU 作为一种强效的骨髓抑制化疗药物，可导致严重的骨髓长期抑制，在体外诱导骨髓造血细胞衰老而非凋亡[5]。BU 和IR 诱导的衰老HSC的克隆活性降低，并且SA-β-gal、P16ink4a 和arf 表达水平增加。sa-β-gal 是细胞衰老的生物标记物，P16ink4a和arf 的表达增加则与细胞衰老的建立和维持有关[6]。亦有研究表明[7]，通过DNA 损伤反应和P53/P21 途经导致Wnt/β-catenin 信号通路的过度激活可以诱导骨髓间充质干细胞的衰老，并且Wnt/β-catenin 信号通路的激活在老年干细胞微环境所导致的骨髓间充质干细胞衰老和失功能化中发挥重要作用。细胞衰老后可以表现为永久性细胞周期停滞，研究表明X 线(3.0Gy/8F)TBI 可通过调节细胞周期基因蛋白异常表达诱导小鼠HSCs 衰老。Toussaint 等[8]从分子和细胞水平上进一步证实了HSCs 的衰老与以下2 种信号通路相关：DNA 损伤或端粒缩短触发的P53-P21CiP1/Waf1 信号途径和Ras-Raf-MEK-Erk/P38MAPK 串联活化的P16Ink4a-Rb 信号途径。因此，对P53-P21ciP1/waf1 和/或P16ink4a-rb 途径的靶向抑制可作为减少化疗和辐射诱导的BM 毒性的新的研究方向。

2.1.3 骨髓细胞增殖周期的异常 细胞周期（cellcycle）也称细胞增殖周期（cell reProductive cycle），是指细胞从一次有丝分裂完成到下一次有丝分裂结束所经历的全过程，分为间期和分裂期两个阶段。细胞周期蛋白(cyclin)、细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dePendent kinase，CDK)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(cyclindePendent kinase inhibitor，CKI)是细胞周期调控机制中三类重要蛋白。其中 cyclins 对CDKs 正性调控，CKIs 对CDKs 负性调控。G1-S 期、G2-M 期时相的细胞分布是细胞周期调控的最重要的两个检查点[9]，分别是进入DNA 合成期与有丝分裂期。细胞周期能否顺利启动进行细胞增殖，关键取决于G1 期能否进入S 期。以Cyc li nD-CD K4/6 为核心的信号途径能够驱使细胞正常进入细胞周期从而进行生长、分裂[10]。大量资料表明，60Co-γ 射线可以引起细胞损伤，各器官细胞出现Go/G1 及G2/M 期阻滞及S 期下降。石娅萍[11]的研究表明，放化疗联合运用可以导致造模后骨髓有核细胞中CyclinD1mRNA、CyclinE mRNA、CDK2 mRNA 和 CDK4 mRNA 基因表达皆显著降低，发生细胞周期阻滞。

3.造血微环境（hematopoietic microenvironment，HM）的损伤

3.1 微血管和血窦的破坏

造血微环境由微血管系统、神经、网状细胞、骨髓基质细胞、和基质细胞分泌的细胞因子构成，是HSCs 赖以生存的场所，也是调控造血的中心环节。陶明飞等[12]用 60Coγ 射线建立小鼠骨髓微血管放射损伤模型，结果发现，模型组与正常对照组相比较，模型组显著减少了骨髓微血管数量，降低了微血管面积并减少了造血组织容量百分率。淳泽[13]发现，环磷酰胺（C Y）腹腔注射所致骨髓损伤的研究中，模型组与空白组比较，红系基本不可见，巨核细胞数及血窦数可见显著减少，幼稚粒系前体细胞弥漫性显著增生，核固缩及核分裂易见，脂肪组织明显增多。

3.2 造血生长因子的破坏

现代研究证明[14]，造血生长因子(hematoPoieticgrowth factor，HGF)的存在和刺激对造血细胞的增殖分化具有重要作用。造血细胞的增殖分化需要造血生长因子的调控，不同的造血生长因子构成复杂的网络系统共同调控着造血干/祖细胞的增殖和分化，对成熟的血细胞也存在调控作用。在造血过程中，细胞因子通过与造血细胞表面的相应受体结合，从而发挥其调节造血细胞存活、增殖、分化和凋亡的作用。研究发现[15]，环磷酰胺所致的骨髓抑制实验中，小鼠骨髓干细胞的促红细胞生成素 （EPO）、TGF-β、IL-6、IL-4 蛋白含量降低，表明环磷酰胺所导致的骨髓抑制能够影响到EPO、TGF-β、IL-6、IL-4 分泌，同时EPO、TGF-β、IL-6、IL-4的异常又能够影响到骨髓干细胞的异常增殖和分化。

3.3 骨髓基质细胞的损伤

骨髓基质细胞（bone marrow stromal cells，BMSCs）是一类具有间充质干细胞 （marrow mesenchymal stemcells，MSCs）特性的细胞，具有较强的增殖能力和多向分化潜能。BMSCs 作为造血微环境重要的组成成份，能够表达细胞间粘附分子和血管细胞间粘附分子，从而使干细胞识别基质微环境促进造血干细胞的增值与分化。BMSCs 通过不同的信号通路调控 HSC 的静止状态与增殖和分化。有研究表明[16]，将正常小鼠的BMS Cs 移植到骨髓抑制的小鼠身上，能够加速骨髓抑制小鼠造血功能的恢复。相反，将接受过百消安或放射线治疗的小鼠骨髓基质细胞移植到骨髓抑制小鼠身上，骨髓造血功能则并未恢复。刘静[17]等对长期化疗的10 例患者进行自身前后对照，在同一化疗方案下，单纯化疗与化疗后回输体外扩增的自体骨髓基质细胞（ABMSC）对造血功能恢复影响的研究中发现，ABMSC 输注后的 CFU-GM、CFU-E、BFU-E、CFU-F 显著高于未输注组，表明长期化疗明显损伤造血祖细胞、基质祖细胞，化疗后给予ABMSC 可加速造血功能的恢复。

4.结语与展望

放化疗作为治疗恶性肿瘤性疾病的主要手段，在治疗恶性肿瘤的同时容易导致机体多系统的损伤，而放化疗导致的骨髓抑制常常影响患者后续治疗与疾病的转归。因此，对于放化疗导致骨髓抑制机制的探讨具有重要意义。近年来，中西医对于骨髓抑制机制的认识与治疗都取得了显著的进展。但仍然缺乏更进一步的研究。治疗方面也存在一些明显的副作用。相信随着科学技术的进步与提高，人类对化放疗导致骨髓抑制的机制会有更深入的认识，并采取更积极有效的防治手段以改善患者生存质量及提高临床生存率。