間充質(zhì)干細(xì)胞與腫瘤轉(zhuǎn)移

李改蘭，閻新龍，高嬌，史高娜 ，范祖森

1.解放軍第264醫(yī)院 中醫(yī)科，山西 太原 030012；2.中國科學(xué)院 生物物理研究所感染與免疫研究中心，北京100101；3.解放軍第306醫(yī)院 檢驗科，北京 100101；4.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 野戰(zhàn)輸血研究所干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)研究室，北京 100850

腫瘤組織中除了占主體地位的腫瘤上皮細(xì)胞外，還包括組成腫瘤微環(huán)境的多種基質(zhì)細(xì)胞，如間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells或multipotent mesenchymal stromal cells，MSC）、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、炎癥細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等，及其分泌的活性因子如生長因子、炎癥因子和胞外基質(zhì)等[1]。其中，MSC是一類能夠自我更新、具有多向分化潛能的成體干細(xì)胞，在特定誘導(dǎo)條件下能夠分化為成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等[2]。MSC具有造血支持、免疫調(diào)節(jié)及特異遷移到損傷組織、慢性炎癥及腫瘤部位的能力，這些特性使得MSC在組織工程和再生醫(yī)學(xué)方面有廣泛的應(yīng)用，作為載體在細(xì)胞治療及基因治療方面也有著廣闊的前景。但同時MSC也有著不祥的黑暗一面（ominous dark side），有證據(jù)認(rèn)為MSC是腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（can?cer associated fibroblasts，CAF）的祖先，MSC分化產(chǎn)生的上述終末分化細(xì)胞及分化過程中的前體細(xì)胞可構(gòu)成腫瘤基質(zhì)的重要組分，同時MSC還可分泌多種活性因子參與調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移及耐藥等[3]。但迄今對MSC在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用仍知之甚少，到底MSC是促進還是抑制腫瘤，與MSC的來源及特性、腫瘤細(xì)胞特性，以及輸注的MSC與腫瘤細(xì)胞的比例和腫瘤轉(zhuǎn)移所采取的模型有關(guān)。在本綜述中，我們將主要探討MSC參與腫瘤轉(zhuǎn)移的研究進展。

1 MSC促進腫瘤轉(zhuǎn)移的研究

1.1 成體骨髓來源的MSC促進腫瘤轉(zhuǎn)移的研究

Karnoub等于2007年首次證明骨髓來源的MSC能夠促進乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，MSC與乳腺癌細(xì)胞按一定比例混合后共移植入裸鼠皮下，發(fā)現(xiàn)MSC能顯著促進乳腺癌細(xì)胞的體內(nèi)轉(zhuǎn)移能力；進一步的機制探討發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細(xì)胞能促進骨髓MSC從頭（de novo）分泌趨化因子CCL5（也稱作RANTES），進而CCL5通過旁分泌作用促進腫瘤細(xì)胞的運動性、侵襲能力及體內(nèi)的轉(zhuǎn)移能力，并且發(fā)現(xiàn)MSC微環(huán)境對腫瘤轉(zhuǎn)移的促進作用是可逆的[4]。Albarenque等發(fā)現(xiàn)小鼠骨髓MSC與人源MSC具有相似特性，經(jīng)靜脈注射后小鼠MSC在組織內(nèi)的分布與人源MSC幾乎相同。并且發(fā)現(xiàn)尾靜脈注射MSC后能增強小鼠脂肪墊荷瘤轉(zhuǎn)移模型中的腫瘤轉(zhuǎn)移能力，大約一半的MSC注射組的裸鼠具有轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)，而對照組只有17%的比例[5]。Chaturvedi等發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)因子（HIF）介導(dǎo)了乳腺癌細(xì)胞和MSC之間的旁分泌信號通路而促進轉(zhuǎn)移。在小鼠脂肪墊原位腫瘤模型中，MSC能夠被招募到腫瘤原發(fā)灶，進而以HIF依賴的方式促進腫瘤轉(zhuǎn)移到淋巴結(jié)和肺部。MSC與乳腺癌細(xì)胞共培養(yǎng)時能夠增強腫瘤細(xì)胞的HIF活性，另外，低氧還可以增強共培養(yǎng)體系中MSC分泌的CXCL10及乳腺癌中CXCR3的表達(dá)。有趣的是，當(dāng)共培養(yǎng)體系中加入CXCL10的中和抗體時，乳腺癌細(xì)胞中的CXCR3的表達(dá)缺失；相反在共培養(yǎng)體系中，當(dāng)敲低乳腺癌細(xì)胞中CXCR3或HIF的表達(dá)時，MSC不能表達(dá)CXCL10，因此HIF介導(dǎo)了復(fù)雜的雙向的乳腺癌和MSC之間的旁分泌作用，進而調(diào)控乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移[6]。美國杜克大學(xué)王小凡教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊在動物模型中發(fā)現(xiàn)miR-126/miR-126*能抑制乳腺癌的轉(zhuǎn)移，其下游機制可能主要是通過抑制招募腫瘤微環(huán)境中的MSC和單核細(xì)胞而實現(xiàn)的。miR-126/miR-126*能直接抑制SDF-1a的表達(dá)，進而間接抑制腫瘤細(xì)胞中CCL2的表達(dá)，上述研究展示了miRNA如何參與腫瘤微環(huán)境的改變從而使其能更有利于腫瘤的轉(zhuǎn)移[7]。Lis等將MSC與GFP標(biāo)記的卵巢癌細(xì)胞系按2∶1的比例共培養(yǎng)，24 h后用細(xì)胞流式儀將腫瘤細(xì)胞重新分選出來，未經(jīng)共培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞作為對照。與MSC共培養(yǎng)后，經(jīng)基因轉(zhuǎn)錄高通量分析和生物學(xué)功能比較，發(fā)現(xiàn)卵巢癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力增強，而與轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因表達(dá)上調(diào)[8]。Shinagawa等考察了MSC與結(jié)腸癌的相互作用，發(fā)現(xiàn)MSC靜脈注射后，能遷移到結(jié)腸癌原位腫瘤灶和轉(zhuǎn)移灶。把MSC與腫瘤細(xì)胞共移植入脾臟內(nèi)，發(fā)現(xiàn)MSC能顯著促進結(jié)腸癌的肝轉(zhuǎn)移[9]。El-Haibi等[10]發(fā)現(xiàn)骨髓來源的MSC能誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞分泌賴氨酸氧化酶（LOX），而LOX足夠增強轉(zhuǎn)移能力弱的腫瘤細(xì)胞的侵襲能力，使其能夠轉(zhuǎn)移到肺和骨部位。并且發(fā)現(xiàn)LOX是CD44-Twist信號軸上的重要組成部分，細(xì)胞外的透明質(zhì)酸促使CD44遷移入核，與LOX的啟動子部位結(jié)合，啟動LOX的表達(dá)，隨后促進Twist表達(dá)，引發(fā)腫瘤細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）。Jung等發(fā)現(xiàn)人和小鼠來源的前列腺癌細(xì)胞能分泌CXCL16，而MSC表達(dá)CXCL16的受體CX?CR6，一旦腫瘤細(xì)胞分泌的CXCL16結(jié)合到MSC的受體CXCR6上，將促進MSC分化成為腫瘤細(xì)胞激活的成纖維細(xì)胞，進而分泌大量SDF-1a，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT，促進腫瘤細(xì)胞侵潤其他器官[11]。

1.2 肝癌組織微環(huán)境中的MSC促進肝癌細(xì)胞體內(nèi)轉(zhuǎn)移

Yan等發(fā)現(xiàn)肝癌組織中存在被腫瘤細(xì)胞激活的MSC，能夠促進肝癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移，進一步的機制研究表明肝癌相關(guān)MSC高表達(dá)S100A4，后者能促進肝癌侵襲和轉(zhuǎn)移，下游機制可能是通過上調(diào)腫瘤細(xì)胞中miR-155和MMP9的表達(dá)而促進轉(zhuǎn)移[12]。Jing等發(fā)現(xiàn)在炎癥條件下MSC能夠促進肝癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，并且MSC促轉(zhuǎn)移的效應(yīng)能夠被IFN-γ和TNF-α預(yù)處理的MSC條件培養(yǎng)基模擬，并且上述條件培養(yǎng)基處理腫瘤細(xì)胞后，能夠促進腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT[13]。

2 MSC抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的研究進展

Ganta等利用大鼠脂肪上皮腺癌細(xì)胞系MatBⅢ異位移植到同品系的Fisher344大鼠乳腺脂肪墊下構(gòu)建荷瘤模型，4 d后將大鼠臍帶組織MSC經(jīng)腫瘤內(nèi)注射或靜脈注射，14 d后發(fā)現(xiàn)臍帶MSC移植組具有明顯的腫瘤抑制效應(yīng)，34～38 d時臍帶MSC能完全抑制腫瘤生長，100 d后也無轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)傾向[14]。Sun等利用MDA-MB-231注射裸鼠乳腺脂肪墊構(gòu)建腫瘤轉(zhuǎn)移模型，22 d后將1×106臍帶血MSC和脂肪組織來源的MSC經(jīng)尾靜脈注入小鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示上述輸注MSC后減少乳腺癌肺轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)，并且通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡來抑制腫瘤增殖[15]。

表1 間充質(zhì)干細(xì)胞促進腫瘤轉(zhuǎn)移

表2 間充質(zhì)干細(xì)胞抑制腫瘤轉(zhuǎn)移

Ren等將黑色素瘤B16F10細(xì)胞經(jīng)尾靜脈注射構(gòu)建小鼠肺轉(zhuǎn)移模型，10 d后分別按未處理組、小鼠骨髓MSC組和MSC轉(zhuǎn)染IFN-α組經(jīng)尾靜脈注射入小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)單純MSC組與未處理組對黑色素瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力差異不大，而MSC轉(zhuǎn)染IFN-α組顯著抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移能力[16]。Waterman等將用TLR4預(yù)處理的MSC稱作MSC1，其能夠分泌促炎癥的介質(zhì)，體內(nèi)MSC1能抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移；將用TLR3預(yù)處理的MSC稱作MSC2，能夠分泌免疫抑制的活性因子，進而能夠促進腫瘤轉(zhuǎn)移[17-18]。

3 結(jié)語

深入理解MSC與腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)系，將為探討腫瘤微環(huán)境與腫瘤的復(fù)雜關(guān)系提供簡單可行的模型，在該模型中，MSC本身特性的改變（組織來源、供者年齡、MSC本身傳代次數(shù)及狀態(tài)、基因改變等）、腫瘤細(xì)胞的特性、腫瘤模型的構(gòu)建（皮下注射、尾靜脈注射、腫瘤異位移植等）、腫瘤細(xì)胞與MSC的比例都與最后的結(jié)果密切相關(guān)。因此，深入理解MSC與腫瘤關(guān)系的分子機制，將有可能利用MSC作為治療腫瘤的藥物載體，以及為阻斷腫瘤微環(huán)境對腫瘤的促進作用提供新的靶點。

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