基于间充质干细胞的乳腺癌治疗研究进展

田梅， 高静， 黄金秋， 王艺锦， 曹进， 戚雪勇

(江苏大学药学院，江苏 镇江 212013)

乳腺癌是发生在乳腺腺上皮组织的恶性肿瘤，由于其侵略性和对传统疗法的反应不足，引发了极高的发病率和病死率[1]。据WHO统计，乳腺癌全球新增病例数及其发病率正逐年上升，预计到2040年将增至3 020万[2]。目前，通常采用手术、放疗和化疗等传统方法治疗乳腺癌，但是存在各种问题，如手术切除不彻底易复发，放疗和化疗特异性差、引发耐药性和治疗副作用较大等，致患者治疗及预后效果不佳。细胞疗法作为一种独特的治疗策略，已广泛用于各种疾病，其中，间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)因其独特的生物学功能，如向组织损伤和肿瘤部位迁移的趋向性和作为药物递送载体的特性，在癌症治疗方面具有很大的潜力。目前MSCs已作为一种新型治疗策略广泛用于乳腺癌的治疗，且有望进一步改善乳腺癌患者的预后。基于此，本文针对脂肪、脐带、胎盘和骨髓来源的MSCs对乳腺癌细胞的生物学影响及MSCs在乳腺癌治疗策略方面的主要研究进展作一综述。

1 MSCs特性与潜能

MSCs是一种具有多向分化和自身更新能力的多能细胞，来自胚胎发育最早期的中胚层，分布范围广，可从多种组织中分离培养，包括骨髓、脂肪、脐带和胎盘等[3]。由不同组织分离培养的MSCs虽在蛋白质谱系表达和功能特性方面有差异性，但均符合国际细胞治疗学会制定的干细胞标准：具有黏附性；表达CD73、CD90及CD105细胞表面标志物，且不表达CD34、CD45、CD14或CD11b、CD19或CD79α及人类组织相容性抗原-DR(HLA-DR)等表面分子；具备三系分化(成骨、成脂、成软骨)潜能[4]。MSCs具有向组织损伤或炎症部位迁移的能力，通常在各种细胞因子、生物活性分子、趋化因子和生长因子的作用下参与免疫调节和动态平衡。研究表明，肿瘤的形成与机体损伤相似，通过不断沉积生长因子、细胞因子和基质重塑蛋白，并伴随一系列的促纤维化反应，从而使肿瘤部位成为“一个永远不会愈合的伤口”；在此过程中，产生的内分泌和旁分泌信号可在肿瘤微环境中招募MSCs[5]，即MSCs的肿瘤趋向性，也称之为MSCs对肿瘤细胞的迁移行为。目前已证实多种来源的MSCs均对肿瘤细胞表现出固有的趋向性。

MSCs参与免疫调节，通过细胞间相互作用和产生细胞因子进而抑制T细胞增殖和免疫反应；MSCs具有分泌趋化因子、细胞因子和生长因子的能力，并能影响周围组织的生物活性因子的分泌。除此之外，MSCs还具有强大的增殖能力和多向分化潜能，可分化成多种不同类型的细胞，修复体内各种组织和细胞损伤，并作为替代受损组织或病理损伤的主要细胞来源[6]。MSCs由于自我更新能力、多能性、肿瘤趋向性和免疫调节等特性，在肿瘤治疗领域得到了广泛的研究及应用。

2 MSCs对肿瘤的双重作用

用MSCs治疗癌症是一把双刃剑，因其具有抗肿瘤和促肿瘤双重特性，其促肿瘤特性主要如下。研究表明，在肿瘤微环境中癌细胞产生多种生长因子、细胞因子和趋化因子诱导MSCs向肿瘤部位募集；MSCs可能通过分泌生长因子、促进血管形成、创造生态位等抑制机体对癌细胞的免疫反应，促进癌细胞增殖和转移[7]。同时，MSCs可能通过影响肿瘤细胞增殖、侵袭、转移以及血管生成、癌症干细胞生成和上皮-间质转化等促进肿瘤进展，其机制主要包括促进肿瘤基质细胞功能增强和数量增加，促进血管生成，抑制对肿瘤的免疫反应，增强肿瘤细胞存活、侵袭、转移以及耐药性等[8]。

除促肿瘤外，MSCs也具有抗肿瘤作用。体内外研究表明，MSCs可通过多种机制抑制肿瘤的生长和转移，如调节细胞信号通路和诱导细胞凋亡、抑制血管生成和调节免疫反应等[9]。He等[10]研究发现，MSCs的条件培养基在体内外均能下调信号传导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)基因表达水平，抑制肿瘤生长，并减弱肿瘤细胞迁移。由于MSCs对肿瘤细胞的反应复杂，涉及多种机制，因此临床使用应了解MSCs对肿瘤的具体作用。

3 不同来源MSCs对乳腺癌细胞生长的影响

MSCs对肿瘤生物学的影响可能因其来源和肿瘤类型而异，因此本文针对不同来源的MSCs如骨髓、脐带、脂肪和胎盘等对乳腺癌的作用机制及影响效果进行分析，并评估其促瘤或抗瘤作用，并对乳腺癌治疗潜力进行简要评析。见表1。

3.1 脂肪干细胞对乳腺癌细胞的作用

脂肪干细胞(adipose-derived stem cells，ASCs)来源于白色脂肪组织，具有分泌活性、多向分化潜能、易获取和产量高等特点[10]。ASCs越来越多地用于乳腺癌手术后的重建手术，如乳房切除术后的软组织重建。

研究表明，ASCs分泌的多种因子与乳腺癌的发展相关，且ASCs对乳腺癌细胞的作用主要由细胞外信号介导[21]。ASCs与乳腺癌系4T1细胞共培养时，ASCs及其分泌因子显著刺激肿瘤上皮细胞增殖、迁移和侵袭；并且在三阴性乳腺癌的小鼠乳腺癌移植模型中，ASCs促进乳腺癌细胞生长和转移[11]。

与上述报道相反，部分体外研究表明，ASCs的细胞外信号在乳腺癌的进展中表现出抑制作用。ASCs与乳腺癌SKBR3细胞共培养时，ASCs明显抑制SKBR3细胞增殖，可能与基质衍生因子-1α(stromal-derived factor-1a,SDF-1α)/CXCR4信号轴相关；同时，ASCs改变肿瘤细胞的形态，诱导上皮细胞向间质细胞转化，增加乳腺球的形成、细胞融合和增强SKBR3细胞迁移，可能与乳腺癌细胞中MSCs分泌的细胞因子和趋化因子的诱导相关[12]。由此表明，ASCs与乳腺癌细胞之间存在多层次且复杂的关系。

3.2 脐带MSCs对乳腺癌细胞的作用

脐带间充质干细胞(umbilical cord-derived mesenchymal stem cells，UCMSCs)是一种从脐带组织华通氏胶中分离出来的细胞，具有取材方便、来源广泛、无伦理学争议、细胞量大、易于分离和纯化等特点。研究表明，UCMSCs通过多种复杂的机制及信号通路影响肿瘤的进展；一方面，UCMSCs在乳腺癌的发生发展中起抗肿瘤作用，具体表现为① UCMCSs通过分泌因子诱导肿瘤细胞死亡，从而抑制肿瘤进展[22]；② UCMSCs通过增加肿瘤细胞凋亡蛋白酶表达，诱导肿瘤细胞凋亡，从而抑制乳腺癌细胞生长及转移；另一方面，UCMSCs可通过抑制血管生成从而抑制乳腺癌细胞的进展[19]。目前关于UCMSCs抑制肿瘤生长的具体机制尚未完全清楚，但部分研究指出一些潜在的机制：UCMSCs通过产生因子导致肿瘤细胞凋亡和细胞周期停滞，并以此激活荷瘤动物的抗肿瘤免疫反应[23]；另有研究认为，UCMSCs通过细胞因子和生长因子介导的化学信号与邻近的癌细胞进行通信[16]。

3.3 胎盘MSCs对乳腺癌细胞的作用

胎盘含有丰富的MSCs，具有采集方便、易于扩增培养，非侵入式手段获取不会引起伦理问题，移植免疫排斥反应小及表达多种造血相关因子等特点，成为MSCs的极好来源。胎盘间充质干细胞(placental mesenchymal stem cells，PMSCs)来源于胚外中胚层，具有免疫调节、抗炎、促血管生成、细胞保护和再生特性[24]。研究表明，未经修饰的PMSCs通过分泌细胞因子和与肿瘤细胞相互作用进而抑制肿瘤细胞增殖[17]。与此同时，研究证实PMSCs可显著降低乳腺癌MDA-MB231细胞系增殖和迁移，并抑制相关血管生成[18]。研究表明，无论是皮下注射还是静脉注射PMSCs都不会形成肿瘤，从一定程度上证实了PMSCs的安全性[25]。由此表明，PMSCs在乳腺癌治疗中具有一定的潜能。

3.4 骨髓MSCs对乳腺癌细胞的作用

骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)来源于骨髓基质，是一种多能细胞，具有自我更新、多谱系分化、迁移、抗炎和免疫调节等能力[26]。研究表明，将BMSCs与乳腺癌细胞4T1共培养，BMSCs可促进体外肿瘤细胞的增殖和体内肿瘤的生长，其促进作用可能归因于肿瘤微环境中促血管生成因子的表达增加以及血管生成[19]。但是，另有研究显示，BMSCs同样具有抑制乳腺癌细胞生长的作用，这可能与神经激肽受体-1(neurokinin receptor-1,NK1R-Tr)表达水平下调有关；NK1R-Tr是维持骨髓基质中乳腺癌细胞静止表型的关键因素，BMSCs分泌的SDF-1α可能通过下调NK1R-Tr表达进而维持乳腺癌细胞的静止表型[20]。在乳腺癌进展中BMSCs表现出抑制或促进的双重作用，两者之间明确的作用关系有待进一步研究。

4 MSCs的乳腺癌治疗策略

目前结合干细胞治疗乳腺癌的方法很多，如采用基因编辑、干细胞外泌体修饰、纳米药物递送等；已有大量研究采用基于基因改造MSCs的肿瘤治疗策略，并且也显示出有效的抗肿瘤活性；与此同时，MSCs在肿瘤靶向治疗药物递送载体方面也表现出较大的发展潜能[13]，如表2所示。

4.1 MSCs作为药物递送载体

具有癌症归巢能力的纳米工程细胞的靶向药物递送已成为一种有用的治疗策略，而MSCs作为抗癌药物递送载体，开辟了治疗药物直接靶向递送至肿瘤部位的新途径，这得益于MSCs对肿瘤部位的趋向性和对细胞毒性药物的相对耐药性等特点[40]。

研究表明，利用纳米颗粒装载化疗药物可有效保护MSCs免受与有毒药物的直接相互作用，并在MSCs上形成外排转运蛋白，如转铁蛋白纳米粒；此外，MSCs作为生物治疗平台，递送免疫基因质粒IL-12和光敏剂亚甲蓝，实现了治疗剂的肿瘤归巢递送和光免疫治疗效果的增强[28]。同时MSCs作为一种新型纳米工程MSCs递送系统，通过负载多柔比星聚合物偶联物用于乳腺癌肺转移的全身治疗，采用内吞和膜结合双重载药模式进而实现MSCs中多柔比星偶联物的最大量，展现了出色的载药稳定性并保留了MSCs的干性和抗肿瘤潜力[29]。由此表明，纳米工程MSCs可视为将纳米颗粒递送至转移性乳腺癌细胞的载体。

4.2 基因改造MSCs

对MSCs进行基因工程改造可使其过表达某些所需的元件和可溶性因子，如生长因子、细胞因子、趋化因子、转录因子、酶和微小RNA等，还可通过遗传修饰改善各种细胞特性如存活、归巢和免疫调节等，进一步增强其治疗潜力[41]。

研究表明，UCMSCs可用作抗肿瘤基因载体，以减缓肿瘤生长，从而延长半衰期并降低目的基因在体内的细胞毒性，Shen等[42]研究证实经基因转染的UCMSCs通过产生IFN-β抑制乳腺癌细胞增殖并进一步引发其死亡。此外，可通过慢病毒转导的方式实现基因改造，使MSCs分泌相关蛋白或表达目的基因，从而破坏邻近肿瘤细胞的旁观者效应或抑制肿瘤细胞增殖、侵袭和迁移[43]。

表2 MSCs对乳腺癌的治疗策略

4.3 MSCs外泌体

MSCs衍生的细胞外囊泡在肿瘤微环境中起重要作用，是肿瘤微环境内肿瘤细胞和基质细胞的通讯方式。细胞外囊泡包括外泌体、由细胞内体产生的最小囊泡部分以及由质膜出芽产生的微泡[44]。外泌体通常为多泡体的小腔内囊泡，直径一般为20～200 nm，由多种类型细胞分泌，来源丰富且分布广泛，通过转运蛋白质、mRNA和miRNA等在细胞间通讯中发挥作用[45]。MSCs外泌体富含mRNA、miRNA和可溶性因子(包括细胞因子和趋化因子)等，并能进一步转移至肿瘤细胞中发挥生物学效应，或靶向肿瘤细胞内的某个特定分子进而发挥激活或沉默其表达的作用[46]。MSCs外泌体已成为靶向肿瘤的潜在治疗方法。

外泌体具有低免疫原性、毒性、高生物相容性和循环稳定性等特点，可有效地将治疗药物靶向至肿瘤部位并抑制肿瘤进展。而MSCs外泌体可运载某些分子进入肿瘤细胞，调控肿瘤细胞增殖、凋亡、侵袭、转移、免疫以及新生血管形成。如表2所示，MSCs外泌体可将各种RNA、mRNA、小分子活性物质等转运至乳腺癌细胞中，通过抑制mTOR/HIF-1α/VEGF信号轴，显著降低相关因子的表达，抑制内皮细胞迁移及增殖，或抑制乳腺癌细胞的活性使其处于休眠状态，进而抑制乳腺癌细胞的迁移和增殖[32-36]。

但是，MSCs外泌体也可通过相关信号通路增强乳腺癌细胞活性，并促进细胞增殖进而影响肿瘤进展。有研究表明，ASCs外泌体可增强乳腺癌细胞的增殖能力和迁移速率，甚至可以在体外保护乳腺癌细胞免受血清衍生物或化疗药物诱导所致的细胞凋亡[37]。另有研究表明，ASCs外泌体通过激活Wnt信号通路促进乳腺癌细胞迁移和增殖[38]。此外，UCMSCs可通过激活ERK通路显著增强人乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭[39]。这种差异一定程度上可能与肿瘤类型和所处微环境有关，很大程度上可能取决于MSCs来源的组织类型，但是具体原因有待于进一步研究。

5 总结和展望

不同来源的MSCs对乳腺癌细胞的生物学作用不同，其中ASCs和BMSCs对乳腺癌细胞的影响呈抗肿瘤和促肿瘤双重作用，而UCMSCs与PMSCs更多表现为抑制作用，抑制乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力。MSCs与乳腺癌细胞的相互作用涉及多种复杂机制，可能包括细胞融合、旁分泌效应、细胞外信号介导或免疫调节等方式，利用MSCs自身分泌调节来实现激活或抑制靶信号通路和分泌相关细胞因子进而影响肿瘤生长。

总之，MSCs在乳腺癌治疗方面展现出了一定的治疗潜能。然而MSCs对乳腺癌的发展具有抑制和促进双重作用，因此有待深入研究MSCs与乳腺癌进展的作用机制，阐明各信号通路的作用及影响，明确MSCs用于乳腺癌治疗的风险与挑战，并制定出相应的解决方案。