內(nèi)皮祖細(xì)胞在實(shí)體瘤治療中的作用研究進(jìn)展

黃 睿，李 靜，王 麗，楊舉倫

內(nèi)皮祖細(xì)胞在實(shí)體瘤治療中的作用研究進(jìn)展

黃 睿，李 靜，王 麗，楊舉倫

內(nèi)皮祖細(xì)胞；實(shí)體瘤；靶點(diǎn)；基因載體

1997年，Asahara等[1]運(yùn)用免疫磁珠分選法首次從成人外周血中分離出了一種CD34+/VEGFR-2+、可分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells，ECs)的單個核細(xì)胞，將之命名為內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells，EPCs)。內(nèi)皮祖細(xì)胞參與胚胎時(shí)期血管發(fā)生(vasculogenesis)，在成年個體可通過血管發(fā)生和血管生成(angiogenesis)兩種方式參與血管新生[2-3]。內(nèi)皮祖細(xì)胞主要存在于骨髓中，此外，臍帶血、外周血、脂肪、脾臟、胎肝等組織中也有儲存。這為體外分離、誘導(dǎo)培養(yǎng)及研究內(nèi)皮祖細(xì)胞提供了可能。目前，內(nèi)皮祖細(xì)胞已被廣泛應(yīng)用于缺血性疾病防治的研究，有關(guān)內(nèi)皮祖細(xì)胞在實(shí)體瘤生長中的作用也引起了人們的重視。本文將就內(nèi)皮祖細(xì)胞在實(shí)體瘤治療中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

1 內(nèi)皮祖細(xì)胞的生物學(xué)特點(diǎn)

內(nèi)皮祖細(xì)胞是胚胎時(shí)期由造血母細(xì)胞(hemangioblast)在卵黃囊中分化而來。在體外可采用免疫磁珠分選法、流式細(xì)胞分選法及密度梯度離心法等從不同組織中分離得到內(nèi)皮祖細(xì)胞，并采用直接貼壁法或間接貼壁法進(jìn)行誘導(dǎo)培養(yǎng)[4]。Hur等[5]在內(nèi)皮祖細(xì)胞體外誘導(dǎo)培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)了早期內(nèi)皮祖細(xì)胞(early EPC)和晚期內(nèi)皮祖細(xì)胞(late EPC)(表1)。目前尚缺乏特異性標(biāo)記物對內(nèi)皮祖細(xì)胞進(jìn)行鑒定，需聯(lián)合采用形態(tài)學(xué)、表型鑒定、功能檢測等方法。一般將同時(shí)表達(dá)CD34、CD133、VEGFR-2的細(xì)胞認(rèn)定為內(nèi)皮祖細(xì)胞[6]。其中，CD133隨內(nèi)皮祖細(xì)胞分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)為陰性。此外，還有學(xué)者認(rèn)為CD14也可作為內(nèi)皮祖細(xì)胞的鑒別標(biāo)志之一[7]。功能檢測：內(nèi)皮祖細(xì)胞可吞噬乙?；兔芏戎鞍?AcLDL)，并與荊豆凝集素-1(UEA-1)結(jié)合[8]；在Matrigel凝膠上能夠形成血管腔樣結(jié)構(gòu)[9]；可表達(dá)一氧化氮合酶及產(chǎn)生一氧化氮。

表1 早期內(nèi)皮祖細(xì)胞與晚期內(nèi)皮祖細(xì)胞的比較

2 內(nèi)皮祖細(xì)胞與實(shí)體瘤血管新生

2.1 實(shí)體瘤血管新生 實(shí)體瘤血管新生將導(dǎo)致其侵襲力、轉(zhuǎn)移力增強(qiáng)。病理組織學(xué)研究顯示，在腫瘤組織中，血管周圍的細(xì)胞能獲得充足的養(yǎng)分，生長良好；而遠(yuǎn)離血管的細(xì)胞因缺乏營養(yǎng)而死亡。

2.2 內(nèi)皮祖細(xì)胞參與實(shí)體瘤血管新生 受實(shí)體瘤生長刺激，內(nèi)皮祖細(xì)胞從儲存組織被動員至外周血中發(fā)揮作用。這是一個復(fù)雜的過程，涉及多種生長因子、酶、配體和細(xì)胞表面受體的參與，其具體機(jī)制尚不清楚。有研究表明，基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)在此過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[10]。MMP-9的激活可使膜結(jié)合Kit配體(mKitL)轉(zhuǎn)化為可溶性Kit配體(sKitL)，促進(jìn)cKit+的干/祖細(xì)胞向骨髓微環(huán)境的血管區(qū)移動。受此作用，血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(SDF-1)的表達(dá)水平上調(diào)，促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞從組織中動員至外周血。此外，促紅細(xì)胞生成素(EPO)、粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)、PPARγ激動劑等也有促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞動員的作用。在一些細(xì)胞因子及趨化因子(如：VEGF[11]、SDF-1等[12])的介導(dǎo)下，內(nèi)皮祖細(xì)胞可遷移至腫瘤周邊部位，經(jīng)過黏附、侵襲、分化等一系列過程參與實(shí)體瘤新生血管的形成。此外，VEGF/VEGFR-2信號通路、SDF-1/CXCR-4信號通路[13]、Notch信號通路[14]及PI3K/Akt信號通路等[15]被認(rèn)為在此過程中起著十分重要的作用。

3 內(nèi)皮祖細(xì)胞在實(shí)體瘤治療中的作用

3.1 內(nèi)皮祖細(xì)胞作為實(shí)體瘤治療的潛在靶點(diǎn) 通過對肺癌[16]、乳腺癌[17]、非小細(xì)胞肺癌[18]、胰腺癌[19]及惡性膠質(zhì)細(xì)胞瘤等[20]實(shí)體瘤患者外周血中內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)，其含量增加與疾病分期及進(jìn)展相關(guān)，提示內(nèi)皮祖細(xì)胞是這些腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。目前，尚無直接作用于內(nèi)皮祖細(xì)胞的藥物。但可通過抑制與其功能相關(guān)的因子及信號通路，間接達(dá)到治療腫瘤的目的。這樣雖不能直接殺死腫瘤細(xì)胞，但可使腫瘤長期處于無進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，對于延長患者的生存期大有裨益。

Gao等[21]發(fā)現(xiàn)，抑制分化抑制因子-1(inhibitor of differentiation-1,Id1)的表達(dá)，可以抑制內(nèi)皮祖細(xì)胞促血管生成的功能，延長肺癌荷瘤鼠的生存周期。Willett等[22]在對接受抗血管生成治療的直腸癌患者的研究中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用基于VEGF的抗血管生成藥物貝伐單抗后，患者體內(nèi)腫瘤血管密度和內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量明顯減少。

3.2 內(nèi)皮祖細(xì)胞作為實(shí)體瘤靶向治療的基因載體 Wang等[23]將標(biāo)記后的內(nèi)皮祖細(xì)胞注入人乳腺癌荷瘤鼠模型體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細(xì)胞能被募集到瘤床部位，參與腫瘤血管新生。王鈜等[24]用攜帶增強(qiáng)型綠色熒光蛋白的腺病毒(Ad5-EGFP)感染內(nèi)皮祖細(xì)胞，將其注入結(jié)腸癌荷瘤鼠模型體內(nèi)，結(jié)果僅在腫瘤周邊組織發(fā)現(xiàn)熒光細(xì)胞的分布，證實(shí)了內(nèi)皮祖細(xì)胞的腫瘤靶向性；而后又進(jìn)用攜帶人伽馬干擾素(hγIFN)基因的腺病毒(Ad5-hγIFN)感染內(nèi)皮祖細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs- hγIFN)在動物體內(nèi)可抑制腫瘤生長。Arbab等[25]及Varma等[26]在研究神經(jīng)膠質(zhì)瘤，袁獻(xiàn)溫等[27]在研究肝癌的過程中均得出了類似的結(jié)論。以上研究結(jié)果提示，內(nèi)皮祖細(xì)胞具備作為實(shí)體瘤靶向治療基因載體的潛能。選用內(nèi)皮祖細(xì)胞作為基因載體，能使藥物快速準(zhǔn)確達(dá)到腫瘤部位，減少因血液循環(huán)帶來的藥物損失，維持局部藥物濃度，提高療效。

3.3 內(nèi)皮祖細(xì)胞作為化療療效的預(yù)測指標(biāo) Roodhart等[28]及Fürstenberger等[29]在研究中運(yùn)用流式細(xì)胞術(shù)對接受化療后患者的外周血進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量增加與抗腫瘤治療的效果及預(yù)后有關(guān)。這可能與在接受化療時(shí)，機(jī)體自身的抵抗機(jī)制有關(guān)。在化療中聯(lián)合采用抗血管生成療法將有助于提高腫瘤治療的效果。欒文強(qiáng)等[30]檢測了非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)患者化療前后外周血中內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合應(yīng)用化療及抗血管生成治療后，患者外周血中內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量下降幅度大于單用化療者；且化療聯(lián)合抗血管生成治療對非小細(xì)胞肺癌的臨床有效率及收益率均優(yōu)于單用化療。

3.4 內(nèi)皮祖細(xì)胞改善放療后局部組織血液供應(yīng) 在惡性腫瘤的治療中，有很大一部分患者需要聯(lián)合采用放療以提高療效。射線雖能促使腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡，但也會造局部組織缺血壞死。已有相關(guān)研究表明，通過移植內(nèi)皮祖細(xì)胞可改善放療后組織的血液供應(yīng)。這為治療放療后組織缺血提供了一種新的途徑。

4 總結(jié)與展望

內(nèi)皮祖細(xì)胞是一類干/組細(xì)胞，在腫瘤發(fā)生時(shí)能從不同組織中被動員至外周血，靶向分布到腫瘤周邊組織，以血管發(fā)生和血管生成兩種方式參與實(shí)體瘤血管新生，具備作為實(shí)體瘤治療靶點(diǎn)及基因載體的潛能。然而，內(nèi)皮祖細(xì)胞應(yīng)用于臨床的有效性及安全性尚待評估。首要問題就是找到一種能在體外大量分離、誘導(dǎo)培養(yǎng)內(nèi)皮祖細(xì)胞的方法。此外，如何對內(nèi)皮祖細(xì)胞進(jìn)行鑒定；經(jīng)基因改造的內(nèi)皮祖細(xì)胞是否會改變其祖細(xì)胞特性；基于內(nèi)皮祖細(xì)胞的療法與其他一些抗腫瘤治療方法聯(lián)合應(yīng)用等一系列問題仍需進(jìn)一步研究。本實(shí)驗(yàn)室已成功構(gòu)建了一種能夠在腫瘤細(xì)胞中特異性表達(dá)抗p21ras單鏈抗體的腺病毒載體。如果以內(nèi)皮祖細(xì)胞搭載此種腺病毒載體治療腫瘤，可能在很大程度上提高靶向治療的精準(zhǔn)性和安全性。雖然目前關(guān)于內(nèi)皮祖細(xì)胞在實(shí)體瘤治療中的作用尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，有很多問題有待解決。但相信隨著關(guān)于內(nèi)皮祖細(xì)胞研究的深入，內(nèi)皮祖細(xì)胞在實(shí)體瘤治療領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。

[1] Asahara T,Murohara T,Sullivan A,et al.Isolation of putative progenitor endothelial cells for angiogenesis[J].Science,1997,275:964-967.

[2] Simons M.Angiogenesis:where do we stand now[J]?Circulation,2005,111:1556-1566.

[3] Skalak TC.Angiogenesis and microvascular remodeling:a brief history and future roadmap[J].Microcirculation,2005,12:47-58.

[4] Eggermann J,Kliche S,Jarmy G,et al.Endothelial progenitor cell culture and differentiation in vitro:a methodological comparison using human umbilical cord blood[J].Cardiovasc Res,2003,58:478-486.

[5] Hur J,Yoon CH,Kim HS,et al.Characterization of two types of endothelial progenitor cells and their different contributions to neovasculogenesis[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2004,24:288-293.

[6] Gehling UM,Ergun S,Schumacher U,et al.In vitro differentiation of endothelial cells from AC133-positive progenitor cells[J].Blood,2000,95:3106-3112.

[7] Fujiyama S,Amano K,Uehira K,et al.Bone marrow monocyte lineage cells adhere on injured endothelium in a monocyte chemoattractant protein-1-dependent manner and accelerate reendothelialization as endothelial progenitor cells[J].Circ Res,2003,93:980-989.

[8] Loomans CJ,Wan H,de Crom R,et al.Angiogenic murine endothelial progenitor cells are derived from a myeloid bone marrow fraction and can be identified by endothelial NO synthase expression[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2006,26:1760-1767.

[9] Harris LJ,Zhang P,Abdollahi H,et al.Availability of adipose-derived stem cells in patients undergoing vascular surgical procedures[J].J Surg Res,2010,163:e105-112.

[10] Heissig B,Hattori K,Dias S,et al.Recruitment of stem and progenitor cells from the bone marrow niche requires MMP-9 mediated release of kit-ligand[J].Cell,2002,109:625-637.

[11] Murayama T,Tepper OM,Silver M,et al.Determination of bone marrow-derived endothelial progenitor cell significance in angiogenic growth factor-induced neovascularization in vivo[J].Exp Hematol,2002,30:967-972.

[12] Hiasa K,Ishibashi M,Ohtani K,et al.Gene transfer of stromal cell-derived factor-1alpha enhances ischemic vasculogenesis and angiogenesis via vascular endothelial growth factor/endothelial nitric oxide synthase-related pathway:next-generation chemokine therapy for therapeutic neovascularization[J].Circulation,2004,109:2454-2461.

[13] Petit I,Jin D,Rafii S.The SDF-1-CXCR4 signaling pathway:a molecular hub modulating neo-angiogenesis[J].Trends Immunol,2007,28:299-307.

[14] Chen JY,Feng L,Zhang HL,et al.Differential regulation of bone marrow-derived endothelial progenitor cells and endothelial outgrowth cells by the Notch signaling pathway[J].PLoS One,2012,7:e43643.

[15] Su Y,Gao L,Teng L,et al.Id1 enhances human ovarian cancer endothelial progenitor cell angiogenesis via PI3K/Akt and NF-kappaB/MMP-2 signaling pathways[J].J Transl Med,2013,11:132.

[16] Nowak K,Rafat N,Belle S,et al.Circulating endothelial progenitor cells are increased in human lung cancer and correlate with stage of disease[J].Eur J Cardiothorac Surg,2010,37:758-763.

[17] Nolan DJ,Ciarrocchi A,Mellick AS,et al.Bone marrow-derived endothelial progenitor cells are a major determinant of nascent tumor neovascularization[J].Genes Dev,2007,21:1546-1558.

[18] Hilbe W,Dirnhofer S,Oberwasserlechner F,et al.CD133 positive endothelial progenitor cells contribute to the tumour vasculature in non-small cell lung cancer[J].J Clin Pathol,2004,57:965-969.

[19] Vizio B,Novarino A,Giacobino A,et al.Pilot study to relate clinical outcome in pancreatic carcinoma and angiogenic plasma factors/circulating mature/progenitor endothelial cells:preliminary results[J].Cancer Sci,2010,101:2448-2454.

[20] Rafat N,Beck G,Schulte J,et al.Circulating endothelial progenitor cells in malignant gliomas[J].J Neurosurg,2010,112:43-49.

[21] Gao D,Nolan DJ,Mellick AS,et al.Endothelial progenitor cells control the angiogenic switch in mouse lung metastasis[J].Science,2008,319:195-198.

[22] Willett CG,Boucher Y,di Tomaso E,et al.Direct evidence that the VEGF-specific antibody bevacizumab has antivascular effects in human rectal cancer[J].Nat Med,2004,10:145-147.

[23] Wang XY,Ju S,Li C,et al.Non-invasive imaging of endothelial progenitor cells in tumor neovascularization using a novel dual-modality paramagnetic/near-infrared fluorescence probe[J].PLoS One,2012,7:e50575.

[24] 王鋐,劉廣賢,徐建明,等.內(nèi)皮祖細(xì)胞作為干擾素基因載體靶向腫瘤的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國腫瘤臨床,2008,35:761-765.

[25] Arbab AS,Pandit SD,Anderson SA,et al.Magnetic resonance imaging and confocal microscopy studies of magnetically labeled endothelial progenitor cells trafficking to sites of tumor angiogenesis[J].Stem Cells,2006,24:671-678.

[26] Varma NR,Janic B,Iskander AS,et al.Endothelial progenitor cells(EPCs)as gene carrier system for rat model of human glioma[J].PLoS One,2012,7:e30310.

[27] 袁獻(xiàn)溫,葛夏青,孫喜太,等.內(nèi)皮祖細(xì)胞介導(dǎo)TRAIL基因?qū)π∈蟾渭?xì)胞癌的治療作用[J].世界華人消化雜志,2012,20:2986-2991.

[28] Roodhart JM,Langenberg MH,Vermaat JS,et al.Late release of circulating endothelial cells and endothelial progenitor cells after chemotherapy predicts response and survival in cancer patients[J].Neoplasia,2010,12:87-94.

[29] Furstenberger G,von Moos R,Lucas R,et al.Circulating endothelial cells and angiogenic serum factors during neoadjuvant chemotherapy of primary breast cancer[J].Br J Cancer,2006,94:524-531.

[30] 欒文強(qiáng),畢文靜,岳保紅,等.非小細(xì)胞肺癌重組人血管內(nèi)皮抑素治療與循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞水平研究[J].中國實(shí)用醫(yī)刊,2012,39:60-62.

650032 昆明，昆明醫(yī)科大學(xué)成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院臨床學(xué)院(黃 睿)；昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院(李 靜)；成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院病理科(王 麗，楊舉倫)

R 730.261

A

1004-0188(2014)02-0229-03

10.3969/j.issn.1004-0188.2014.02.050

2013-09-22)