骨髓间充质干细胞介导白血病耐药的研究进展*

曾晓珍, 卢婕伦, 黎波, 邹亚伟

广州医科大学附属第一医院儿科(广东广州 510120)

癌症是当前人类的主要死亡原因之一。白血病是儿童最常见的恶性肿瘤，占儿童恶性肿瘤病例的30%～40%[1]，其发生机制是造血祖细胞发生恶性突变，引发其凋亡受阻、增殖加速和分化异常，同时损害正常的造血功能。随着当前化学药物治疗方案的改进，急性白血病预后有了显著提高，在发达国家，急性淋巴细胞白血病(ALL)的长期生存率接近90%[2]；急性髓系白血病(AML)可达75%[3]，但仍有相当一部分患者对化疗药物产生耐药[3]。针对难治或复发的白血病患者，治疗失败的常见原因是对化疗药物的耐药。在肿瘤对细胞毒性药物的耐药机制探索中，以往的研究[4-7]主要集中在肿瘤细胞本身的分子生物学改变,并取得了显著成果，但化疗药物耐药仍是成功治疗的主要障碍之一。因此，了解耐药性产生机制和探寻新的治疗靶点克服白血病耐药性是目前迫切需要解决的问题。愈来愈多的研究证明骨髓微环境及骨髓间充质干细胞(BMSCS)与白血病耐药产生相关，本文将就BMSCS介导白血病耐药的潜在机制作一综述，旨在为探索治疗白血病耐药新的靶点提供思路。

1 骨髓微环境与白血病耐药

骨髓作为造血的主要部位，骨髓微环境是造血细胞赖以生存的场所，主要由造血细胞(正常造血细胞及异常造血细胞)、非造血细胞BMSCS、内皮细胞、破骨细胞和成骨细胞)、可溶性因子等成分构成[8],骨髓微环境通过高度严格而精密的机制来调节造血干细胞的自我更新、静止、增殖、分化[9]，这种调控机制的失衡可导致白血病的发生及白血病耐药性的产生。而癌细胞与其生存的微环境的作用是双向而复杂的，有报道指出，癌细胞与其周围微环境通过交互作用在疾病的发生、发展[10-11]、耐药和疾病复发等方面发挥重要作用。白血病细胞可通过调节骨髓微环境，使其成为能促进和维持白血病干细胞生存[12]的特殊微环境，即生态位[13]，该生态位可降低白血病细胞对化疗药物的敏感度，进而产生耐药性，导致白血病复发[14]。而BMSCS可诱导白血病细胞产生耐药基因而产生耐药性[15]。此外，BMSCS作为骨髓微环境中必不可少的细胞类型，BMSCS具有多向分化潜能，可分化为脂肪细胞、成软骨细胞、成骨细胞、组织巨噬细胞等细胞群[16]。BMSCS的多向性分化对白血病耐药同样具有重要意义[17]。以往的研究成果表明，白血病细胞与BMSCS的相互作用介导白血病耐药，但其具体发生、发展的机制尚不明确。本文通过以下几个方面进一步分析可能相关的机制。

2 BMSCS介导白血病细胞耐药的潜在机制

2.1 依赖BMSCS的促生存效应:可溶性因子和细胞黏附 最近的研究表明，骨髓环境尤其是BMSCS能促进白血病细胞生存，保护白血病细胞免受化疗影响[18]。有证据表明，BMSCS可通过可溶性因子[19]和细胞黏附[20]两种途径触发肿瘤细胞耐药。对于前者，BMSCS通过分泌细胞因子、趋化因子、生长因子[19, 21]、外泌体[22]等触发耐药，后者通过黏附分子(如整合素、钙黏附素、选择素、免疫球蛋白样超家族和细胞表面的其他黏附分子等)黏附于癌细胞诱导耐药。在BMSCS介导白血病耐药中，这两条途径并不是孤立存在的，可溶性因子和黏附分子总是相互作用、互相影响，共同介导耐药。关于可溶性因子介导白血病耐药的方面，在体外培养中，Zhu等[23]发现白细胞介素-7(IL-7)可以保护白血病细胞不受化疗药物诱导的凋亡，同时有报道指出IL-7可通过Janus激酶(JAK)信号通路产生耐药[24]；此外，越来越多的研究表明趋化因子CXCL12及其受体CXCR4在白血病发生及进展中的占重要地位，CXCL12/CXCR4轴可参与白血病细胞迁移、生存繁殖[25]等过程。近年来，有报道指出，靶向抑制BMSCS中CXCL12的表达，慢性髓系白血病(CML)对酪氨酸激酶抑制剂(TKI)药物敏感度明显上升，因此CXCL12表达上调在白血病耐药中具有重要作用[26]。另外，CXCR4与白血病的黏附[27]，可减少白血病细胞的凋亡。除了直接参与细胞黏附作用介导耐药外，CXCL12/CXCR4轴还可增强整合素-极迟现抗原(vla4)[28]的作用，通过血管细胞黏附分子(VCAM-1)/vla4通路在基质细胞和白血病细胞相互作用中至关重要，从而促进耐药[29]。近年来，随着基础实验及临床研究的发展，CXCR4抑制剂(包括小分子、多肽和单克隆抗体)陆续在临床中得到应用，但仍需大量的临床数据分析，进一步评估该靶向药物的安全性和有效性[30]。

作为另一种骨髓微环境介导的促生存机制，白血病细胞和BMSCS通过黏附分子接触，这一过程在白血病耐药，即细胞黏附耐药(CAM-DR)中扮演重要角色。在CAM-DR方面，整合素是目前研究最多的一类黏附分子。整合素是由细胞表面的α链和β链组成，经过不同的亚基搭配以及亚基的选择性剪接，整合素可与细胞表面的各种配体及可溶性配体结合。整合素通过与配体的结合，可激活细胞内不同的信号通路产生不同的效应，如细胞存活、细胞迁移或细胞增殖和分化。整合素α4β1/VLA-4已被广泛认为可介导化疗耐药发生[28],同时体内研究表明，以vla4为靶点的人源化抗体(natalizumab)和整合素α4的小分子抑制剂(TBC3486)能明显增强ALL对化疗药物的敏感度，并延长小鼠的寿命[31-32]。此外，最近研究表明，整合素α6介导化疗耐药中同样具有重要作用，在体内和体外实验中，以整合素α6为靶点的人源化抗体(P5G10)均能诱导ALL凋亡，及增强白血病细胞对化疗药物的敏感度[20],因此整合素α6有望成为下一个靶标。

目前，直接针对基质分子及其靶向药物的临床研究仍在进行中，鉴于白血病细胞的遗传多样性和骨髓架构的复杂性，不同靶点药物的开发可能更有利于解决当前的化疗耐药问题。

2.2 MSC与线粒体调节 紫杉醇、蒽环类、阿糖胞苷(Ara-C)和甲氨蝶呤(MTX)等化疗药物主要通过提高细胞内活性氧(ROS)水平诱导癌细胞凋亡，其中活性氧主要在线粒体中产生[33]。有研究表明，化疗药物可刺激线粒体转移[34]，这一机制在白血病耐药性产生中具有一定作用。在ALL中，白血病细胞可将线粒体转移至BMSCS，从而获得耐药性[35]。但目前线粒体转移相关机制尚不明确，目前可能介导线粒体转移的途径主要有3种：(1)穿隧纳米管(TNT)[35]，TNT是在细胞和组织之间形成的膜管，通过电信号的改变调节细胞器的转移。(2)微囊泡(MVs)，MVs是细胞外直径在100 nm和1 μm之间的囊泡，MVs将母体细胞中的蛋白、糖蛋白、脂类、核酸和细胞因子等转移到受体细胞中，促进受体细胞的表型改变，在细胞间通讯中发挥重要作用。BMSCS的微囊泡使白血病细胞免于药物诱导的凋亡，产生耐药[36]。(3)缝隙连接，缝隙链接是由连接蛋白(Cxs)构成，通过调控离子、代谢物和细胞器的转移，可介导白血病耐药的发生[34]。当在共培养体系中，加入缝隙连接阻断剂卡伯诺酮(CBX)，可降低生态位中AML细胞的耐药性，促进白血病细胞凋亡。令人兴奋的是，CBX对正常的造血祖细胞没有不良作用，因此对CBX的进一步研究，可为新的靶向药物的开发提供理论基础[37]。同时，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-2(NOX-2)抑制剂有望成为抑制线粒体转移的另一靶向治疗药物。NOX-2可产生超氧化物，在AML中，刺激线粒体由BMSCS向白血病细胞转移，进而介导耐药。当加入烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶抑制剂后，线粒体转移减少，白血病细胞凋亡增加；此外NOX-2抑制剂对正常细胞存活无明显影响,该途径可能主要通过抑制AML细胞的线粒体氧化呼吸链实现[38]。

2.3 MSC与氧化还原稳态调节 除了通过线粒体转移活性氧介导耐药，BMSCS在调节白血病细胞氧化还原稳态方面也具有重要作用，可通过调整缺氧诱导因子-1α亚基(HIF-1α)水平和促进抗氧化剂产生等发挥作用。最新数据表明低氧状态更有利于白血病细胞生存[39]，ALL细胞可通过向BMSCS转移线粒体，创造低氧环境，从而减少对化疗药物诱导的凋亡。在缺氧条件下，HIF-1α是调节细胞对缺氧的反应的一个关键因素,它通过控制基因的表达参与能量代谢、血管生成、细胞凋亡和细胞周期等方面发挥重要作用。在不同的微环境中，HIF-1α可通过不同的信号通路参与白血病对药物的抵抗。在T-ALL中，HIF-1α通过激活Notch1信号通路，在细胞增殖和药物耐药性中发挥重要作用[40]，而在B-ALL中，HIF-1α可能通过蛋白激酶B/雷帕霉素靶体蛋白(AKT/mTOR)信号通路介导对化疗的耐药性[41]。无论在何种通路，总的效应可能是通过增加抗凋亡信号，如B淋巴细胞瘤-2基因(Bcl-2)、髓样细胞白血病-1(Mcl-1)和X连锁凋亡抑制蛋白(XIAP)等，从而免受化疗药物诱导的凋亡[39]。另外，有报道表明，HIF-1α在激活和维持CXCL12/CXCR4通路的稳定性可能发挥一定作用[42]。同时BMSCS还能促进底物生成抗氧化剂进而逃避化疗药物诱导的凋亡。BMSCS可通过摄取胱氨酸[43]及半胱氨酸[44]，并将其转化为谷胱甘肽等抗氧化物质，使白血病细胞躲避活性氧导致的细胞损伤。体外研究表明，HIF-1α抑制剂或胱氨酸抑制剂等联合传统化疗药物可增加白血病细胞对化疗药物的敏感度，但需要进一步评估相关抑制剂是否对正常细胞具有杀伤作用，因此需进一步实验研究探索联合化疗的可行性。

2.4 MSC和免疫逃逸 已有证据表明，在实体肿瘤中，基质环境介导的免疫抑制有助于癌细胞生长[45]。白血病干细胞(LSC)能够逃避免疫监视可能导致白血病治疗失败和复发。但白血病细胞免疫逃逸机制尚不明确，有研究表明，肿瘤细胞可通过免疫检查点分子的异常表达和激活，肿瘤坏死因子(TNF)超家族和受体的解除，免疫调节酶[46]如吲哚胺-2，3-加双氧酶(IDO)等机制介导免疫逃逸。而BMSCS介导的免疫调节是多个分子同时发挥作用，共同调节的过程。一方面，BMSCS可通过调节效应T细胞的功能，在免疫逃逸方面发挥作用，从而介导耐药。在AML中，白血病细胞IDO-1的高表达与不良预后相关[47-48]。IDO酶介导催化色氨酸降解的第一步限速反应，通过降低局部色氨酸浓度，抑制T细胞增殖并诱导T细胞死亡，进而诱导免疫抑制。同时，IDO能够激活调节性T细胞(Treg)并诱导Treg的分化，从而增强肿瘤微环境中的免疫抑制[49]。有报道称，STAT1-O-GlcNAcylation(转录激活因子1-O-乙酰氨基葡萄糖转移酶)信号通路可能在BMSCS介导的免疫调节中具有重要地位，当抑制O-乙酰氨基葡萄糖转移酶的活性，STAT1的活性丧失，同时IDO表达上调，进而抑制T细胞的功能介导免疫逃逸[50]。另一方面，炎症因子也可参与肿瘤细胞的免疫调节。白细胞介素-10(IL-10)、转化生长因子β(TGF-β)和白细胞介素-4(IL-4)通过调节和抑制主要组织相容性复合体(MHC Ⅱ)的表达帮助白血病细胞逃避免疫监视，进而介导耐药。这一过程可能通过JAK信号通路介导[51]。因此，微环境中，间充质干细胞的炎性因子与免疫调节因子共同参与免疫调节，并可能导致肿瘤进展和耐药性。

3 小结与展望

目前越来越多研究表明白血病的耐药除了白血病基因变异等自身原因外，骨髓微环境及BMSCS在介导的白血病耐药的方面具有举足轻重的作用。白血病细胞与骨髓微环境通过双向相互作用，促进白血病发生及进展。此外，在耐药情况下，针对微环境的治疗可作为传统治疗的补充，可能有利于提高白血病细胞对化疗药物的敏感度。然而目前骨髓微环境及BMSCS介导的白血病耐药相关机制尚不完全明确，及相应的靶向药物缺乏临床试验的应用依据。所以仍然需要更多的基础实验和临床研究去探索其发生、发展的具体作用机制，及进一步加强对耐药细胞的靶向药物的研发，对提高白血病细胞治愈率，降低病死率具有重要意义。