间充质干细胞在前列腺癌进展及治疗中的作用

丁永强，云志中，马可为，黄翔华

(1.内蒙古医科大学研究生学院，内蒙古 呼和浩特 010110；2.内蒙古自治区人民医院泌尿外科，内蒙古 呼和浩特 010017)

前列腺癌是全球男性发病率第二高的恶性肿瘤，居男性癌症死亡的第5位[1]。近年来，我国前列腺癌发病率和病死率均呈上升趋势[2]。前列腺切除术或放疗可以很好地控制早期或局限性前列腺癌，对于局部晚期和转移性前列腺癌，雄激素剥夺疗法(androgen deprivation therapy,ADT)是最基础的治疗方法[3]。然而，大多数患者在ADT后会发展为去势抵抗性前列腺癌(castration resistant prostate cancer,CRPC)，尽管晚期前列腺癌患者可选择化疗、雄激素受体(androgen receptor，AR)拮抗剂、新型内分泌治疗以及免疫治疗等方法[4]，但是患者的生存和预后仍然不容乐观。因此，进一步研究前列腺癌发生发展的机制，开发更有效、副作用更小的药物仍然是目前急需解决的问题。

间充质干细胞是一种能分化为中胚层细胞系(包括成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、平滑肌细胞、神经元以及成纤维细胞等)的多能干细胞，其表面高表达CD105、CD73、CD90，而低表达CD45、CD34、CD14、HLA-DR[5-6]的特征常被用来判断目标细胞是否为间充质干细胞。间充质干细胞来源广泛，在骨髓、脂肪组织、循环系统以及各种肿瘤组织等全身多种组织中均可被检出[6-7]。

实体瘤由肿瘤细胞和非肿瘤性支持细胞组成，非肿瘤性支持细胞包括癌相关成纤维细胞(cancer-associated fibroblasts,CAF)、间充质干细胞、平滑肌细胞和各种炎症细胞(如淋巴细胞、内皮细胞、巨噬细胞等)[8]。这些非肿瘤性支持细胞作为一个整体被称为肿瘤微环境，而间充质干细胞是肿瘤微环境中的重要组成部分，近年来被证实与前列腺癌的发生发展密切相关[9-11]。随着技术的发展和研究的深入，根据间充质干细胞固有特性发展的细胞疗法及外泌体疗法逐渐进入人们的视野，且有望成为治疗晚期前列腺癌的潜在方法，近年来成为研究的热点。本文就间充质干细胞与前列腺癌发生发展的关系及间充质干细胞在前列腺癌治疗中的作用进行综述，以期为临床该病的治疗提供参考。

1 间充质干细胞通过多种信号通路促进前列腺癌的进展

已知肿瘤或炎症组织中可分泌各种趋化因子(如PDGF、IL-6、LL37、PGE-2、CXCL12、CXCL16、CCL5、CCL2、IGF-1和TGF-β等)，这些趋化因子与间充质干细胞相互作用触发了间充质干细胞向肿瘤组织募集[11-14]。研究发现，间充质干细胞被募集到前列腺癌组织处，并通过多种机制促进前列腺癌细胞的生长、增殖、迁移、侵袭，刺激血管生成及CAF的生成等，从而促进前列腺癌的进展[9-11]。这表明间充质干细胞位于调节多种促肿瘤途径的关键节点，选择性靶向这些途径中的关键信号分子，可能具有显著的抗肿瘤作用，为研究新的靶向药物提供了思路。

1.1 间充质干细胞通过CCL5促进前列腺癌细胞的迁移、侵袭及去势抵抗的形成

作为CC亚家族的成员，CCL5在T淋巴细胞、巨噬细胞、滑膜成纤维细胞、小管上皮细胞、内皮细胞和肿瘤细胞中表达，其主要与CCR5相互作用，同时还可以与其他受体(如CCR1、CCR3、CCR4、GPR75、ACKR1和ACKR2)结合发挥作用[15]。研究表明，骨髓间充质干细胞表达的CCL5通过上调前列腺癌细胞中HIF2α表达来抑制前列腺癌细胞中AR的活性，从而促进前列腺癌细胞的侵袭；同时HIF2α可以诱导骨髓间充质干细胞—前列腺癌共培养体系中前列腺癌干细胞的增殖，从而上调转移相关因子ZEB-1和CXCR4的表达，增强前列腺癌细胞的迁移和侵袭能力[16]。因此，阻断骨髓间充质干细胞向前列腺癌组织浸润，中断CCL5-HIF2α-AR-CXCR4/ZEB-1信号通路可能是抑制前列腺癌转移的潜在治疗方案。此外，在去势条件下，前列腺癌组织的氧化应激反应增加，从而促进了间充质干细胞向前列腺癌组织的募集，而间充质干细胞通过促进CCL5的分泌来增加前列腺癌干细胞的数量，从而加速激素敏感性前列腺癌(hormone sensitive prostate cancer,HSPC)转变为CRPC；因此，阻止间充质干细胞向前列腺癌组织迁移或者阻断CCL5信号为抑制或延缓HSPC转变为CRPC提供了一种新的思路[9]。

1.2 间充质干细胞通过CXCL12/CXCR4信号通路促进前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭

CXCL12又称基质衍生因子1α，是CXC亚家族的趋化因子之一，其受体包括CXCR4及CXCR7，CXCL12广泛表达于人体肝、肺、骨髓、淋巴结、基质细胞和内皮细胞等[17]。研究发现，前列腺癌细胞通过CXCR6与间充质干细胞相互作用，诱导间充质干细胞转化为CAF，而CAF分泌的CXCL12与前列腺癌细胞的CXCR4结合，诱导上皮—间质转化，从而促进前列腺癌的转移[12]。此外，骨髓间充质干细胞也可以分泌CXCL12，进而促进前列腺癌细胞的迁移和侵袭[18]。近期有研究发现，应激状态下血管内皮细胞分泌的CXCL12与骨髓间充质干细胞表面的CXCR4结合，从而促进骨髓间充质干细胞的增殖和迁移；同时骨髓间充质干细胞通过CXCL12/CXCR4信号通路被招募至前列腺癌灶，诱导前列腺癌细胞的增殖和迁移[5]。这些结果表明，CXCL12/CXCR4信号通路可能成为前列腺癌靶向药物的潜在靶点，关于CXCL12/CXCR4信号通路在前列腺癌中激活下游信号通路的具体机制目前仍不清楚，未来需要更多的研究阐明。

1.3 间充质干细胞通过TGF-β1促进前列腺癌细胞的增殖、迁移、侵袭及耐药性的形成

TGF-β配体家族由TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三种异构体组成，这些配体通过TGF-β受体(RI和RII)和辅助受体(如β聚糖)发出信号，其中TGF-β1表达最丰富，是肿瘤微环境中的主要亚型[19]。前列腺癌细胞和前列腺癌基质细胞分泌的TGF-β1已被证明可诱导骨髓间充质干细胞转化为CAF，从而促进前列腺癌的进展[11]。同时，骨髓间充质干细胞分泌的TGF-β1可以将正常的成纤维细胞转化为CAF，从而促进前列腺癌的生长和侵袭[20]。研究发现，雄激素可抑制间充质干细胞中TGF-β的表达，而ADT可诱导间充质干细胞中TGF-β的表达，从而导致HSPC转化为CRPC[21]。此外，骨髓间充质干细胞通过分泌TGF-β1增强CRPC细胞的自噬活性，使其对多西他赛化疗脱敏，从而促进化疗耐药。因此，抑制骨髓间充质干细胞中TGF-β1的分泌可增加CRPC细胞对多西他赛的敏感性[22]。目前关于TGF-β1的具体作用机制尚不清楚，相关信号通路的关键节点仍是未来研究的重要方向。

1.4 间充质干细胞通过RANK/RANKL/OPG信号通路促进前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭

RANK属于肿瘤坏死因子受体超家族，可以特异性结合其配体RANKL，参与前列腺癌骨转移[23]。NF-κB位于RANK/RANKL信号通路的下游，是一个重要的转录因子家族，包括RelA、RelB、c-Rel、NF-κB1和NF-κB2，参与炎症、免疫反应、肿瘤的发生发展等各种病理生理过程[24]。OPG是由成骨细胞产生的RANKL受体，与RANK竞争性结合RANKL，并且OPG与RANKL的结合能力优于RANK，因此OPG可通过阻断RANK与RANKL的结合来抑制破骨细胞的激活和成熟分化，从而阻止骨丢失[25]。研究发现，人骨髓间充质干细胞通过旁分泌或自分泌方式激活RANK/RANKL信号通路和NF-κB途径，增加细胞周期蛋白D1的表达，促进前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭；同时也可通过NF-κB途径刺激CD59的表达，抑制免疫系统对前列腺癌细胞的识别，从而促进前列腺癌的生长和转移；前列腺癌向骨转移的潜在机制可能是骨/骨髓微环境中游离的RANKL促进前列腺癌细胞的趋化性[26]。但是该研究的体外模型不能完全模拟人类骨髓间充质干细胞、成骨细胞与前列腺癌细胞之间的复杂相互作用，因此，未来的研究应该在体内用前列腺癌骨转移的人源化小鼠模型探索这些相互作用。

1.5 间充质干细胞通过Notch信号通路促进前列腺癌的进展

Notch信号通路是一种高度保守的细胞—细胞信号通路，通过与相邻细胞的直接接触来传递信号，非常适合短距离的细胞通讯，并在肿瘤干细胞分化和肿瘤血管生成中发挥重要作用[27]。Notch信号通路与细胞自我更新、分化和存活有关，已被证明参与多种肿瘤(如前列腺癌、乳腺癌、结直肠癌等)的发生发展[28]。Notch蛋白是异二聚体跨膜受体家族成员，由负责配体识别的胞外结构域、跨膜结构域和参与信号转导的胞内结构域组成。在哺乳动物中，已鉴定出四种Notch受体亚型(Notch1、Notch2、Notch3、Notch4)和五种配体(DLL1、DLL3、DLL4、Jagged1和Jagged2)[29]。一个表达Notch受体的细胞与另一个表达适当配体的细胞相互作用可激活该通路。有研究通过接触式共培养体系前列腺癌—间充质干细胞确定了间充质干细胞通过细胞间的接触激活前列腺癌中的Jagged1/Notch1通路，进而促进前列腺癌干细胞的产生；而抑制Jagged1/Notch1通路可显著抑制间充质干细胞诱导的肿瘤生长[30]。这说明Jagged1/Notch1通路是间充质干细胞促进前列腺癌进展的又一信号通路，可能成为治疗前列腺癌的新靶点。

间充质干细胞可以通过多种机制影响前列腺癌的发生发展，各种信号分子在人体构成庞大的调节网络，同一种信号分子可能影响多种细胞，不同的细胞也可能通过同一种信号通路转导调节信号；找到前列腺癌进展的关键信号节点，进而开发特异性治疗药物，仍然是临床急需解决的问题。目前在体外或者小鼠模型中，通过阻断某个信号通路可以抑制前列腺癌的进展，但是未来仍然需要通过大量的临床研究去验证。

2 间充质干细胞与前列腺癌的治疗

2.1 基于间充质干细胞的细胞疗法在前列腺癌治疗中的作用

间充质干细胞可通过多种趋化因子被募集至前列腺癌组织[11-14]，从而将治疗药物或者治疗基因精准运送至肿瘤部位，进而最大限度减少药物相关的不良反应[31-33]。此外，间充质干细胞具有免疫调节特性，对先天性免疫和适应性免疫都有调节作用，其可以被引入宿主而不会引发不良的免疫反应，帮助外源性治疗基因或药物逃避宿主免疫反应，从而增加肿瘤部位治疗基因或者治疗药物的有效浓度[34]。因此，间充质干细胞可成为选择性输送细胞毒性药物或者治疗基因的载体。有研究将携带scFv-Fdt-tBid片段的腺病毒转染至间充质干细胞构建产生和递送scFv-Fdt-tBid(一种新型的γ-精蛋白靶向免疫促凋亡分子)，这种工程化的间充质干细胞将归巢于肿瘤部位并释放融合蛋白以诱导γ-精蛋白阳性的前列腺癌细胞的凋亡，抑制肿瘤的生长，并且无毒副作用[31]。由E1A/B修饰的间充质干细胞包装的条件复制型溶瘤腺病毒(CRAds和Adbic)在小鼠皮下异种移植人前列腺癌模型中显示出肿瘤倾向性，在肿瘤内扩散良好，可抑制小鼠肿瘤的生长[32]。载有sTRAIL的间充质干细胞具有更高的前列腺癌诱导活性，并且与AKT抑制剂联合应用可以抑制前列腺癌细胞的转移[33]。这些结果表明，通过间充质干细胞输送治疗药物或治疗基因是前列腺癌(尤其是晚期前列腺癌)的潜在治疗方法。

间充质干细胞可以从多种组织中获取，但是不同来源的间充质干细胞在功能上可能会有不同[6-7]。来源于胎儿泌尿生殖窦及成人正常前列腺的间充质干细胞可分化为骨细胞和软骨细胞，但是不能分化为脂肪细胞[13]。有研究比较了前列腺癌组织来源的间充质干细胞与骨髓间充质干细胞之间的差异发现，与骨髓间充质干细胞相比，前列腺癌组织来源的间充质干细胞生长能力明显更强，细胞活性更高，这可能是因为其SDF-1、CXCR4、VEGF的表达更高[35]，但具体机制需要进一步的研究阐明。研究发现，骨髓间充质干细胞在前列腺癌的条件培养基中表型发生改变(如促炎因子分泌增加、功能活性改变和对前列腺癌细胞的化学吸引)，而将骨髓间充质干细胞转移到正常生长介质中培养，其迁移和增殖能力受到可逆性抑制，因此前列腺癌细胞可能诱导间充质干细胞表型向“激活”转变[36]。由此可见，间充质干细胞在不同细胞因子的微环境中可能被诱导出不同的功能，并且其功能可随微环境的改变发生可逆变化。因此，在选择间充质干细胞作为药物载体时，需要考虑其来源问题及其功能变化情况，这使间充质干细胞作为药物载体受到限制，找到向前列腺癌组织趋化性强且功能稳定的可复制间充质干细胞是目前临床面临的巨大问题。此外，将间充质干细胞作为治疗药物或治疗基因载体的具体作用方式(如是否通过外泌体的旁分泌方式)仍需要更多的研究深入探讨。

2.2 间充质干细胞的外泌体在前列腺癌治疗中的作用

间充质干细胞具有易获取、易增殖、免疫抑制的特性，并且是目前已知唯一一种可大规模产生外泌体的人类细胞，其外泌体作为旁分泌途径中的重要介质，是递送药物小分子或者治疗基因的理想选择[37-38]。但是由于间充质干细胞的扩增潜能有限，并且存在供体变异，其外泌体的应用受到一定限制[38-39]。因此，有研究发现人诱导多能干细胞衍生的间充质干细胞样细胞可以在体外被强有力地诱导和扩增，克服了目前使用间充质干细胞生产外泌体的局限性[39]。将这种外泌体系统注入小鼠模型发现，其可聚集在前列腺癌病灶区域，将多西紫杉醇装入外泌体内不会影响前列腺癌细胞对外泌体的选择性摄取；与游离多西紫杉醇相比，外泌体包裹的多西紫杉醇对多西紫杉醇耐药的前列腺癌细胞的细胞毒性明显更强，而对非肿瘤细胞的细胞毒性较弱；在皮下和骨转移性前列腺癌小鼠模型中，与游离多西紫杉醇相比，外泌体包裹的多西紫杉醇显著延缓了肿瘤生长，并可降低对白细胞的毒性[38]。携带miR-205的人骨髓间充质干细胞外泌体通过RHPN2抑制前列腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭，并且促进其凋亡[37]。此外，有研究通过间充质干细胞制备聚乙二醇化纳米微粒，该方式在保留其独特的表面相关肿瘤靶向能力的同时携带编码癌毒性基因的pDNA，可以抑制皮下前列腺癌的生长，并显著延长动物的存活时间[40]。这些研究表明，间充质干细胞外泌体作为特定治疗药物的载体，有望使前列腺癌患者受益；同时，因其能够批量生产，也为药物的大量生产提供了基础。

3 总结

间充质干细胞是前列腺癌肿瘤微环境中的重要成员，可以通过多种趋化因子将血液循环中的间充质干细胞募集至前列腺癌组织，并且可通过多种信号通路影响前列腺癌的进展；同时前列腺癌细胞也可促进间充质干细胞的增殖，并诱导其表型改变。阻断间充质干细胞与前列腺癌之间信号传导的关键信号分子或者阻断间充质干细胞向前列腺癌的募集，可能成为治疗前列腺癌的新方法。近年来，利用间充质干细胞向前列腺癌归巢及其免疫逃逸的特点，将治疗药物、治疗基因或者特异性病毒装载到间充质干细胞中，可以使治疗物质准确到达肿瘤部位，为前列腺癌的治疗提供了新方向，也为靶向药物的研发提供了研究背景。但由于间充质干细胞的扩增潜能有限及其功能可变性，将间充质干细胞作为药物载体受到了一定限制。相比之下，能批量生产并可向前列腺癌组织募集的间充质干细胞外泌体作为治疗药物或治疗基因的载体更具优势，有望成为治疗前列腺癌特别是CRPC的新型药物，但是其具体作用机制仍需进一步研究，其应用安全性也需要通过大量的临床研究验证。