來源于間充質(zhì)干細(xì)胞的CAFs促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)

房麗君，李 劍

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院1.血液重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.研究生院醫(yī)學(xué)院，江西南昌330006)

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells，MSCs)與腫瘤的關(guān)系一直是研究的熱點(diǎn)問題，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)MSCs 因表面含有大量炎性因子受體，可趨向性遷移至炎性反應(yīng)處，甚至腫瘤病灶處，例如乳腺癌［1］、惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤和肺癌［2］等。MSCs 的趨向性與炎性反應(yīng)部位或者腫瘤病灶處所釋放的炎性因子、細(xì)胞因子和化學(xué)物質(zhì)相關(guān)。遷移至腫瘤病灶處的MSCs 在腫瘤微環(huán)境的作用下分化為腫瘤相關(guān)性成纖維細(xì)胞(carcinoma-associated fibroblasts，CAFs)［3］，并通過分泌各種細(xì)胞因子來支持腫瘤自身生長(zhǎng)，調(diào)整腫瘤代謝、重構(gòu)腫瘤基質(zhì)，分泌促癌因子、促進(jìn)血管形成和腫瘤轉(zhuǎn)移［4］。在眾多的腫瘤基質(zhì)細(xì)胞中，CAFs 是腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的限速關(guān)鍵［5］。

1 TGF-β/Smad 信號(hào)通路是MSCs 分化為CAFs 的必由之路

當(dāng)腫瘤組織逐漸增大，病灶處的成纖維細(xì)胞不能滿足腫瘤組織需要時(shí)，循環(huán)中的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BM-MSCs)會(huì)遷移到腫瘤病灶處并分化為成纖維細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn):炎性反應(yīng)引起的胃癌中至少20%的CAFs 來源于BM-MSCs［6］。

在微環(huán)境的作用下，遷移至腫瘤病灶處的BMMSCs 通過TGF-β/Smad 信號(hào)通路介導(dǎo)分化為CAFs。研究表明［7］，腫瘤細(xì)胞所釋放的外泌體囊泡中包含轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factorβ，TGF-β)［8］，可以與MSCs 上TGF-β 的Ⅰ型受體相結(jié)合，誘導(dǎo)Smad2/3 和P38 活化，從而實(shí)現(xiàn)MSCs 向CAFs 的分化。通過病毒載體將骨形態(tài)發(fā)生蛋白和激活素膜結(jié)合抑制劑(bone morphogenetic protein and activin membrane-bound inhibitor，BAMBI)的編碼基因轉(zhuǎn)載至BM-MSCs 上，合成BAMBI蛋白［9］。BAMBI 蛋白是TGF-β 的偽受體，它與TGF-βⅠ型受體的胞外區(qū)結(jié)構(gòu)域相似，可與Ⅰ型受體競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Ⅱ型受體，阻礙功能性配體-受體復(fù)合物的形成。但BAMBI 缺乏Ⅰ型受體胞內(nèi)區(qū)的絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，不具備絲氨酸/蘇氨酸激酶活性，不能磷酸化下游的Smads，從而阻斷TGF-β/Smad 的信號(hào)傳遞。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)載編碼BAMBI 基因的hMSCs 向CAFs 分化受到抑制，其促腫瘤生長(zhǎng)作用也隨之消失。此外，BAMBI 也是經(jīng)典Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的正向調(diào)控因子。但轉(zhuǎn)載BAMBI 編碼基因的BM-MSCs 組中Wnt/β-catenin信號(hào)通路的正調(diào)控因子——軸蛋白2 的表達(dá)水平未發(fā)現(xiàn)顯著改變，說明Wnt/β-catenin 信號(hào)通路的活性沒有顯著改變;提示BAMBI 蛋白只阻斷了TGF-β/Smad 信號(hào)通路，說明MSCs 向CAFs的分化過程并不涉及Wnt/β-catenin通路。來源于卵巢癌細(xì)胞外泌囊泡中的TGF-β 可以誘導(dǎo)MSCs向CAFs 分化［10］，此過程中Smad2 的磷酸化增加，證明MSCs 向CAFs 分化依賴于TGF-β/Smad信號(hào)通路介導(dǎo)。此外，上皮性卵巢癌細(xì)胞中HOXA9 基因可控制TGF-β 的轉(zhuǎn)錄水平，增加基質(zhì)中TGF-β 的表達(dá)，使MSCs 發(fā)生向CAFs 分化［11］。以上諸多研究表明，MSCs 向CAFs 的分化可通過TGF-β/Smad 信號(hào)通路完成，且此機(jī)制僅對(duì)MSCs的分化產(chǎn)生影響，不會(huì)影響腫瘤組織的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，也不會(huì)影響MSCs 的腫瘤趨向性和干細(xì)胞等的本身性質(zhì)［9］。目前，是否存在其他分化機(jī)制尚研究不明。

2 來源于MSCs 的CAFs/MFs 促腫瘤生長(zhǎng)

2.1 CAFs 促腫瘤生長(zhǎng)作用的方式

CAFs 與腫瘤微環(huán)境的相互作用主要是通過細(xì)胞間的直接接觸和細(xì)胞旁分泌細(xì)胞因子實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞間的直接接觸可以更快地促進(jìn)腫瘤組織生長(zhǎng)［12］。目前，體外研究中所采用的細(xì)胞系直接接觸共同培養(yǎng)的方式是體外構(gòu)建腫瘤微環(huán)境最為逼真的方法［13］。

2.2 來源于MSCs 的CAFs 分泌的主要細(xì)胞因子及其促腫瘤生長(zhǎng)

2.2.1 基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(stromal cell-derived factor-1，SDF-1):來源于MSCs 的CAFs 可持續(xù)性分泌SDF-1，不斷招募外周內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPCs)進(jìn)入腫瘤組織，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)及其血管形成。實(shí)驗(yàn)表明，注射抗SDF-1 抗體的小鼠體內(nèi)腫瘤的體積、重量明顯減小，微血管密度降低了53%，EPCs 占腫瘤組織細(xì)胞總數(shù)的比重也縮小了36%。并且該實(shí)驗(yàn)還證實(shí)了此抗體所結(jié)合的是CAFs 分泌的SDF-1，并非腫瘤細(xì)胞自身分泌［14］。由此可見，CAFs 所分泌的SDF-1 在腫瘤生長(zhǎng)、血管形成方面起到重要作用。

2.2.2 白細(xì)胞介素6(interleukin-6，IL-6):IL-6 是一個(gè)26 kd 的多肽，其主要作用為:調(diào)節(jié)B 細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化，增強(qiáng)CTL、NK 細(xì)胞的殺傷效應(yīng)，刺激造血干細(xì)胞的增生分化等。在腫瘤組織中，IL-6 可以激活JAK/STAT 信號(hào)通路［15］，增加腫瘤細(xì)胞內(nèi)皮素-1(endothelin-1，ET-1)的分泌，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞中Akt和ERK 活化［16］，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡;并且它可以協(xié)同SDF-1 增強(qiáng)腫瘤招募EPCs的能力，促進(jìn)微血管形成。

2.2.3 TGF-β:TGF-β 對(duì)大多數(shù)內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞等都有生長(zhǎng)抑制作用，它可以將細(xì)胞可逆性地阻斷于G1期;但是在腫瘤生長(zhǎng)過程中，它的調(diào)控作用卻具有雙向性。在腫瘤的發(fā)生早期，TGF-β 信號(hào)通路的正常傳導(dǎo)對(duì)腫瘤的發(fā)生具有抑制作用;而在腫瘤的中晚期，CAFs 所分泌的TGF-β過多，反而可促進(jìn)腫瘤組織轉(zhuǎn)移和增強(qiáng)腫瘤的侵襲性［17］。

2.2.4 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF):腫瘤的生長(zhǎng)速度快，組織內(nèi)容易形成一個(gè)低氧并營(yíng)養(yǎng)相對(duì)不足的環(huán)境。因此運(yùn)輸氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的微血管的構(gòu)建在腫瘤的發(fā)展過程中起到了關(guān)鍵作用。VEGF 是目前已知最強(qiáng)的促血管生成因子，MSCs 促腫瘤組織血管形成的作用主要是通過VEGF 而實(shí)現(xiàn)的［18］，此外MSCs分泌的外泌物中微小RNA(miRNA)也可通過激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase1/2，ERK1/2)通路來增強(qiáng)VEGF 的表達(dá)［19］，從而增強(qiáng)其內(nèi)皮細(xì)胞的招募能力，促進(jìn)腫瘤血管形成。

2.2.5 趨化因子CCL5(chemokine C-C motif ligand 5，CCL5):MSCs 通過旁分泌CCL5 增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力［20］，但這種增強(qiáng)效應(yīng)具有可逆性［21］，可以被CCL5 抗體所消除。由CAFs 分泌的CCL5 可以增大腫瘤的侵襲面積，但是不會(huì)改變腫瘤的浸潤(rùn)深度［22］。這就表明，CCL5 可能主要影響腫瘤表面細(xì)胞的侵襲能力，而非所有腫瘤細(xì)胞。

3 問題與展望

研究表明，MSCs 還可通過上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial to mesenchymal transition，EMT)［23］及抑制機(jī)體免疫系統(tǒng)［24］等方面來促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。它對(duì)腫瘤促生長(zhǎng)作用的各種機(jī)制，以及各機(jī)制間的關(guān)聯(lián)仍有待進(jìn)一步研究。此外，MSCs 也有抑制腫瘤生長(zhǎng)的作用，可能途徑如下:1)阻滯細(xì)胞周期的進(jìn)展和促進(jìn)凋亡;2)抑制AKT 活性;3)下調(diào)核因子κB 的表達(dá);4)下調(diào)Wnt 通路［25］。這兩種截然相反的作用或許與細(xì)胞培養(yǎng)方式、模型的構(gòu)建、不同類型腫瘤間的差異性等因素有關(guān)。

或許MSCs 在腫瘤微環(huán)境中起到的是一個(gè)協(xié)調(diào)官的作用，既可以促進(jìn)又可以抑制細(xì)胞增殖，在不同的刺激因素作用下，同一條細(xì)胞信號(hào)通路起到的作用或許不盡相同，得到的結(jié)果亦不同?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)還僅局限于單一研究某一具體因素對(duì)腫瘤的影響，并沒有考慮細(xì)胞因子間的累加效應(yīng)，也很少考慮到暴露時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)研究結(jié)果的影響，更忽略不同基質(zhì)細(xì)胞間的相互影響。然而，在腫瘤組織的三維立體空間中，影響其生物學(xué)特性的因素眾多且是相互作用的，MSCs 對(duì)腫瘤的合效應(yīng)究竟如何?對(duì)不同的腫瘤合效應(yīng)是否不一樣?要解決這些疑問，建立盡可能與體內(nèi)腫瘤相似的腫瘤模型或許能使研究得到更加真實(shí)可靠的結(jié)果，才能使MSCs 在攻克腫瘤難關(guān)中發(fā)揮重要作用。

［1］Kim J，Escalante L，Dollar B，et al.Comparison of breast and abdominal adipose tissue mesenchymal stromal/stem cells in support of proliferation of breast cancer cells［J］.Cancer Invest，2013，31:550-554.

［2］Kolluri K，Laurent G，Janes S.Mesenchymal stem cells as vectors for lung cancer therapy［J］.Respiration，Int Rev Thoracic Dis，2013，85:443-451.

［3］Polanska U，Orimo A.Carcinoma-associated fibroblasts:non-neoplastic tumour-promoting mesenchymal cells［J］.J Cell Physiology，2013，228:1651-1657.

［4］Doorn J，Moll G，Le Blanc K，et al.Therapeutic applications of mesenchymal stromal cells:paracrine effects and potential improvements［J］.Tissue Engineering.Part B，Rev，2012，18:101-115.

［5］Shimoda M，Mellody K，Orimo A.Carcinoma-associated fibroblasts are a rate-limiting determinant for tumour progression［J］.Semin Cell ＆ Dev Biol，2010，21:19-25.

［6］Quante M，Tu S，Tomita H，et al.Bone marrow-derived myofibroblasts contribute to the mesenchymal stem cell niche and promote tumor growth［J］.Cancer Cell，2011，19:257-272.

［7］Gu J，Qian H，Shen L，et al.Gastric cancer exosomes trigger differentiation of umbilical cord derived mesenchymal stem cells to carcinoma-associated fibroblasts through TGFbeta/Smad pathway［J］.PloS One，2012，7:e52465.doi:10.1371/journal.pone.0052465.

［8］Cho J，Park H，Lim E，et al.Exosomes from breast cancer cells can convert adipose tissue-derived mesenchymal stem cells into myofibroblast-like cells［J］.Int J Oncol，2012，40:130-138.

［9］Shangguan L，Ti X，Krause U，et al.Inhibition of TGF-beta/Smad signaling by BAMBI blocks differentiation of human mesenchymal stem cells to carcinoma-associated fibroblasts and abolishes their protumor effects［J］.Stem Cells，2012，30:2810-2819.

［10］Cho J，Park H，Lim E，et al.Exosomes from ovarian cancer cells induce adipose tissue-derived mesenchymal stem cells to acquire the physical and functional characteristics of tumor-supporting myofibroblasts［J］.Gynecol Oncol，2011，123:379-386.

［11］Ko S，Barengo N，Ladanyi A，et al.HOXA9 promotes ovarian cancer growth by stimulating cancer-associated fibroblasts［J］.J Clini Inv，2012，12:3603-3617.

［12］Choe C，Shin Y，Kim S，et al.Tumor-stromal interactions with direct cell contacts enhance motility of non-small cell lung cancer cells through the hedgehog signaling pathway［J］.Anticancer Res，2013，33:3715-3723.

［13］Bhattacharya S，Mi Z，Talbot L，et al.Human mesenchymal stem cell and epithelial hepatic carcinoma cell lines in admixture:concurrent stimulation of cancer-associated fibroblasts and epithelial-to-mesenchymal transition markers［J］.Surgery，2012，152:449-454.

［14］Orimo A，Gupta P，Sgroi D，et al.Stromal fibroblasts present in invasive human breast carcinomas promote tumor growth and angiogenesis through elevated SDF-1/CXCL12 secretion［J］.Cell，2005，121:335-348.

［15］Zhu L，Cheng X，Ding Y，et al.Bone marrow-derived myofibroblasts promote colon tumorigenesis through the IL-6/JAK2/STAT3 pathway［J］.Cancer Lett，2014，343:80-89.

［16］Huang W，Chang M，Tsai K，et al.Mesenchymal stem cells promote growth and angiogenesis of tumors in mice［J］.Oncogene，2013，32:4343-4354.

［17］Franco O，Jiang M，Strand D，et al.Altered TGF-beta signaling in a subpopulation of human stromal cells promotes prostatic carcinogenesis［J］.Cancer Res，2011，71:1272-1281.

［18］Zimmerlin L，Park T，Zambidis E，et al.Mesenchymal stem cell secretome and regenerative therapy after cancer［J］.Biochimie，2013，95:2235-2245.

［19］Zhu W，Huang L，Li Y，et al.Exosomes derived from human bone marrow mesenchymal stem cells promote tumor growth in vivo［J］.Cancer Lett，2012，315:28-37.

［20］Swamydasm，Ricci K，Rego S，et al.Mesenchymal stem cell-derived CCL-9 and CCL-5 promote mammary tumor cell invasion and the activation of matrix metalloproteinases［J］.Cell Adhesion ＆ Migration，2013，7:315-324.

［21］Karnoub A，Dash A，Vo A，et al.Mesenchymal stem cells within tumour stroma promote breast cancer metastasis［J］.Nature，2007，449:557-563.

［22］Salo S，Bitu C，Merkku K，et al.Correction:Human Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Induce Collagen Production and Tongue Cancer Invasion［J］.PloS One，2013，8.doi:10.1371/annotation/2bacf09d-7668-43aca098-b3b9e486d854.

［23］Xu Q，Wang L，Li H，et al.Mesenchymal stem cells play a potential role in regulating the establishment and maintenance of epithelial-mesenchymal transition in MCF7 human breast cancer cells by paracrine and induced autocrine TGF-beta［J］.Int J Oncol 2012，41:959-968.

［24］Ljujic B，Milovanovic M，Volarevic V，et al.Human mesenchymal stem cells creating an immunosuppressive environment and promote breast cancer in mice［J］.Sci Rep，2013，3:2298.

［25］Loebinger M，Janes S.Stem cells as vectors for antitumour therapy［J］.Thorax，2010，65:362-369.