間充質(zhì)干細(xì)胞及其與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

張玉玲，吳 寧

(1遵義醫(yī)學(xué)院，貴州遵義563003;2南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院)

自上世紀(jì)70年代間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)首次從骨髓中被分離發(fā)現(xiàn)后，研究人員已經(jīng)自包括腫瘤在內(nèi)的幾乎所有組織中分離出MSCs。目前，MSCs因其獨(dú)特的生物學(xué)特性已經(jīng)在肝臟疾病、心血管疾病、內(nèi)分泌疾病以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病等多個(gè)領(lǐng)域展開了試驗(yàn)性應(yīng)用，并取得令人鼓舞的效果?，F(xiàn)將MSCs及其與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

1 MSCs的特性

1.1 多向分化能力 目前已有多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，MSCs在體外細(xì)胞因子誘導(dǎo)或細(xì)胞內(nèi)基因的調(diào)控作用下可分化為脂肪、肌肉、神經(jīng)、皮膚以及肝臟等多種組織細(xì)胞［1］，并且在連續(xù)傳代或凍存復(fù)蘇后仍具有多向分化潛能和增殖能力。

1.2 免疫調(diào)節(jié)能力 近年來研究證明，MSCs具有強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)機(jī)能。在非炎癥環(huán)境下，機(jī)體內(nèi)MSCs可以高表達(dá)低密度組織相容性復(fù)合物(MHC)-Ⅰ類分子，低表達(dá) MHC-Ⅱ類分子以及共刺激分子 CD40、CD80、CD86，而后兩者都是T細(xì)胞激活所不可或缺的。共刺激分子缺乏時(shí)T細(xì)胞活化的第二信號(hào)喪失，導(dǎo)致Th細(xì)胞的無反應(yīng)性，進(jìn)而出現(xiàn)耐受原性和低免疫原性［2］。MSCs表達(dá) MHC-Ⅰ有極其重要的作用:保護(hù)MSCs免受NK細(xì)胞的殺傷作用，因MHC-Ⅰ可使NK或NK樣細(xì)胞對(duì)異物或者腫瘤細(xì)胞殺傷功能下調(diào)［3］。此外，MSCs也可抑制B細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化，從而抑制免疫呈遞;能表達(dá)大量細(xì)胞因子，如前列腺素E(PGE)-2、NO、IL-10、人類白細(xì)胞抗原G(HLAG)、γ 干擾素(IFN-γ)、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)等，抑制T細(xì)胞、NK細(xì)胞等表達(dá)，從而發(fā)揮減少局部炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)的作用。上述研究證明MSCs不僅具有相對(duì)低免疫的特性，還具有強(qiáng)大的免疫抑制和抗炎特性。Jing等［4］認(rèn)為，MSCs在原發(fā)性肝癌(HCC)的炎癥微環(huán)境中能使TGF-β過表達(dá)，從而促進(jìn)HCC的上皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過程，最終導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)。

1.3 靶向歸巢能力 歸巢是指自體或外源性干細(xì)胞在多種因素的影響下，自血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移至靶向組織并定植存活的過程。MSCs可以歸巢到所有發(fā)生炎癥的部位，包括缺血的心肌組織、受傷的皮膚組織、放射治療后的黏膜組織，但具體機(jī)制尚不明確，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為與炎癥發(fā)生部位分泌的一些黏附因子、趨化因子、生長(zhǎng)因子及相關(guān)生物軸有著密切的關(guān)聯(lián)，如基質(zhì)細(xì)胞源性因子1(SDF-1)與其受體CXCR4結(jié)合形成的SDF-1/CXCR4軸是促進(jìn)MSCs向炎癥歸巢最重要的生物軸［5］。Deng等將TRAIL通過慢病毒的方式轉(zhuǎn)染到MSCs后使其穩(wěn)定表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)體內(nèi)外攜帶TRAIL基因的MSCs對(duì)肝臟腫瘤的增殖侵襲具有明顯的抑制作用。Seo等以小鼠黑色素瘤模型和宮頸癌模型證實(shí)，MSCs作為IL-6載體的抑癌效果明顯優(yōu)于腺病毒載體;對(duì)多種給藥途徑的療效研究發(fā)現(xiàn)，利用內(nèi)置含有轉(zhuǎn)染MSCs的人工基膜對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)抑制作用最為明顯，且部分有免疫缺陷的小鼠對(duì)腫瘤的誘發(fā)具有抵抗能力。多位學(xué)者相繼將 IFN-β、色素上皮衍生因子(PEDF)、CX3CL1、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體(VEGFR)-1、誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(iNOS)和單純皰疹病毒胸苷激酶(HSV-TK)等各類抑癌基因轉(zhuǎn)入不同來源的MSCs內(nèi)，分別用于黑色素瘤、乳腺癌、肺癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、惡性膠質(zhì)瘤、宮頸癌、前列腺癌、纖維肉瘤等模型的治療，均取得突破性的成果。

2 MSCs與腫瘤細(xì)胞的關(guān)系

干細(xì)胞和腫瘤關(guān)系密切。很多學(xué)者認(rèn)為腫瘤細(xì)胞很可能源于腫瘤干細(xì)胞(CSC)，且干細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞具備很多共同之處:①較高的端粒酶活性;②強(qiáng)大的自我更新能力以及增殖能力;③自我更新信號(hào)通路(如Wnt、Notch、Shh信號(hào)通路在調(diào)節(jié)干細(xì)胞自我更新及腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)過程中均發(fā)揮作用);④分化能力;⑤強(qiáng)大的遷移能力;⑥干細(xì)胞是癌變的靶標(biāo)，MSCs具備典型抑癌基因失活、癌基因激活狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞特性［6］。近年來，越來越多的研究證實(shí)，MSCs在腫瘤的生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移過程中扮演著兩種截然相反的作用，雖然這種矛盾的現(xiàn)象目前尚無明確解釋，但其原因可能是MSCs的組織來源和處理方式不同的觀點(diǎn)已經(jīng)被越來越多的學(xué)者認(rèn)可。Tian等［7］將骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BM-MSCs)分別與肺癌細(xì)胞A549及食管癌細(xì)胞Eca-109進(jìn)行共培養(yǎng)，結(jié)果兩種腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲能力均受到明顯抑制;然而將相同來源的MSCs與上述腫瘤細(xì)胞混合注射至裸鼠皮下后，腫瘤的生長(zhǎng)水平卻明顯提高。Kamoub等［8］發(fā)現(xiàn)，體外注射MSCs到腫瘤周圍能有效促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，但注射到遠(yuǎn)離腫瘤部位時(shí)無明顯效果，從而認(rèn)為MSCs的促腫瘤生長(zhǎng)作用是通過與腫瘤細(xì)胞直接接觸或者旁分泌某些促生長(zhǎng)因子產(chǎn)生的。Dasari等也發(fā)現(xiàn)，MSCs注射時(shí)機(jī)、途徑、劑量及部位不同均可直接影響其對(duì)腫瘤的作用。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，MSCs與腫瘤細(xì)胞混合后注入試驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)常表現(xiàn)出促瘤生長(zhǎng)作用，而在腫瘤模型建立后再注入MSCs多呈現(xiàn)抑瘤作用。另有學(xué)者［9，10］分別將人肝癌組織來源的MSCs(LC-MSCs)和肝臟正常組織來源的MSCs(LN-MSCs)作用于肝癌細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者在體內(nèi)外都能促進(jìn)肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，尤以前者為著;Qiao等［11］發(fā)現(xiàn)，胎兒皮膚來源的 MSCs及BM-MSCs對(duì)肝臟腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移起抑制作用。

3 MSCs影響腫瘤生長(zhǎng)的機(jī)制

3.1 影響腫瘤微環(huán)境 MSCs在腫瘤微環(huán)境中可通過直接轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞或分泌生長(zhǎng)因子促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。朱偉等從胃癌組織標(biāo)本中分離出胃癌間充質(zhì)干細(xì)胞(GC-MSCs)，發(fā)現(xiàn)其形態(tài)、表面標(biāo)志、特異基因表達(dá)及多向分化潛能均與BM-MSCs相似;將BMMSCs在腫瘤微環(huán)境中培養(yǎng)后，其可向腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(TAFs)轉(zhuǎn)化，表達(dá) α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(SMA)、波形蛋白等多種特異性標(biāo)志。由此認(rèn)為MSCs是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分。MSCs通過分泌大量的細(xì)胞因子影響腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。Lin等［12］將前列腺癌細(xì)胞接種到裸鼠一側(cè)皮下(對(duì)照組)，1周后將預(yù)混合MSCs的腫瘤細(xì)胞接種到裸鼠對(duì)側(cè)皮下(實(shí)驗(yàn)組)，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組腫瘤較對(duì)照組明顯增大，且成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2(FGF-2)表達(dá)明顯升高。Davatchi等［13］及 Cuiffo 等［14］發(fā)現(xiàn)，MSCs可通過分泌CCL5促進(jìn)腫瘤細(xì)胞從微血管滲出和轉(zhuǎn)移。其后研究發(fā)現(xiàn)，MSCs可分泌促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的細(xì)胞因子［如 HGF、TNF-α、TGF-β、歸巢關(guān)聯(lián)細(xì)胞黏附分子(HCAM)、SDF-1、IFN-γ、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子3(NT-3)、淋巴細(xì)胞功能關(guān)聯(lián)抗原(LFA3)、IL-6等］、抑制腫瘤生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移的細(xì)胞因子［Dickkopf1(DKK-1)［11］］、促血管生成因子［血管生成素 1(Ang-1)、VEGF、血小板衍生因子(PDGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)］等。MSCs可以通過分化為腫瘤血管外周細(xì)胞來促進(jìn)體內(nèi)腫瘤血管的生成，從而達(dá)到促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的效果［15，16］;還可在腫瘤微環(huán)境中分化為TAFs，構(gòu)成腫瘤基質(zhì)部分，從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)［17］。此外，MSCs分泌的某些細(xì)胞因子可通過作用于MSCs與腫瘤細(xì)胞間的信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移的調(diào)控。Atsuta等［18］通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，MSCs可通過表達(dá)凋亡相關(guān)因子配體Fas-L作用于Fas/Fas-L信號(hào)通路誘導(dǎo)多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞凋亡;Liu等［19］發(fā)現(xiàn)臍帶來源的MSCs可抑制膽管癌細(xì)胞HCCC-9810的增殖，并認(rèn)為此過程是通過糖原合成激酶GSK-3及作用于Wnt/β-catenin和 PI3K/Akt信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的;然而Lin等［20］發(fā)現(xiàn)，人脂肪來源MSCs培養(yǎng)上清制備的外泌體可使乳腺癌細(xì)胞MCF7的侵襲能力明顯增強(qiáng)，并證實(shí)Wnt信號(hào)通被激活是關(guān)鍵原因。此外，MSCs可通過Wnt/β-catenin、JAK2/STAT3、PI3K/Akt、TGF-β/Smad［21，22］等多條信號(hào)通路與腫瘤產(chǎn)生相互影響。

3.2 影響機(jī)體免疫調(diào)節(jié)能力 MSCs具有強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)能力，其在體內(nèi)可通過抑制T淋巴細(xì)胞分化，使其滯留在G0/G1期而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移［15］，還對(duì)B細(xì)胞、NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞有不用程度的調(diào)節(jié)作用。輸注MSCs對(duì)腫瘤的促進(jìn)作用很有可能是通過抑制機(jī)體免疫功能造成的，比如僅將B16黑色素瘤細(xì)胞移植到同基因小鼠體內(nèi)不會(huì)形成腫瘤。

3.3 影響EMT過程 目前很多研究證實(shí)癌癥的進(jìn)展和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移主要與其發(fā)生了EMT有關(guān)，而MSCs能夠促進(jìn)癌細(xì)胞發(fā)生EMT。MSCs分泌的蛋白參與癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移［23］，其中TGF-β1是腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT的主要啟動(dòng)者，可通過與轉(zhuǎn)錄因子形成正反饋環(huán)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞向間質(zhì)表型轉(zhuǎn)化［24］;HGF可誘導(dǎo)小細(xì)胞肺癌的 EMT［25］。Mele 等［26］研究證實(shí)MSCs可通過與結(jié)直腸癌細(xì)胞的直接接觸及分泌TGF-β1誘導(dǎo)結(jié)直腸癌發(fā)生EMT，機(jī)制是使結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生EMT的相關(guān)基因上調(diào)、E-cadherin下調(diào)，并獲得間質(zhì)細(xì)胞形態(tài)。Martin等［27］發(fā)現(xiàn)MSC與乳腺癌細(xì)胞共培養(yǎng)可促進(jìn)后者發(fā)生EMT，使其細(xì)胞形態(tài)和生長(zhǎng)方式發(fā)生改變，最終促進(jìn)乳腺癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。另有學(xué)者［28］則發(fā)現(xiàn)MSCs可通過誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT促進(jìn)胰腺癌的進(jìn)展。

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