間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)腫瘤作用的雙向性：促進(jìn)或抑制

?

間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)腫瘤作用的雙向性：促進(jìn)或抑制

胡文龍1，2鄔亞華2殷嫦嫦2施劍明1殷明1

(南昌大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)部，江西南昌33006)

〔關(guān)鍵詞〕間充質(zhì)干細(xì)胞；腫瘤；生長(zhǎng)；轉(zhuǎn)移

間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是具有向腫瘤組織定向遷移能力的多能干祖細(xì)胞〔1〕，到達(dá)腫瘤組織的MSCs參與形成腫瘤的纖維血管組織，分化形成腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(TAFs)和血管周細(xì)胞〔2〕。研究表明MSCs促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，也有研究顯示MSCs抑制腫瘤生長(zhǎng)。出現(xiàn)這種矛盾的原因尚不清楚。有研究者將MSCs作為運(yùn)載抗腫瘤制劑的特異性細(xì)胞載體〔3〕。但是基于目前的研究，還不能說(shuō)MSCs是一個(gè)合格的載體工具，另外抗腫瘤制劑的腫瘤靶向產(chǎn)物是否能克服MSCs的內(nèi)源性促瘤作用，在什么條件下MSCs促進(jìn)或抑制腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，這是運(yùn)用MSCs作為載體治療腫瘤所要解決的兩大難題。本文主要綜述體內(nèi)MSCs對(duì)腫瘤的影響并試圖分析文獻(xiàn)報(bào)道中的矛盾。

1MSCs的組織來(lái)源及功能

采用相同的方法可從成人和胎兒的多種組織中分離得到MSCs〔4〕。骨髓和脂肪組織MSCs含量豐富〔5〕，成人腎臟、皮膚、甲狀旁腺也可分離得到MSCs〔6〕。MSCs或類間充質(zhì)干細(xì)胞也可以從胎兒組織分離,包括皮膚、臍帶和胎盤(pán)〔7，8〕。各種不同組織來(lái)源的MSCs和骨髓MSCs具有許多相同的重要特性,包括細(xì)胞表面標(biāo)志物的表達(dá),塑料貼壁性，分化為間葉組織細(xì)胞的能力(脂肪、骨、肌肉、軟骨)〔5〕。此外,MSCs具有腫瘤趨向性,利用該特征可將它們與其他間充質(zhì)細(xì)胞區(qū)分開(kāi)來(lái),例如成纖維細(xì)胞等〔9〕。

MSCs具有促進(jìn)傷口愈合和支持造血功能,一旦到達(dá)損傷部位時(shí)，MSCs就能分化成結(jié)締組織成分,支持血管生成,分泌細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子,促進(jìn)愈合。研究者們對(duì)骨髓MSCs促進(jìn)修復(fù)的作用進(jìn)行廣泛的研究，包括在缺血性心臟病、糖尿病和帕金森病〔10〕等疾病展開(kāi)的研究。

MSCs對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用可能與其促進(jìn)傷口愈合的功能相似。腫瘤中的MSCs分化為成纖維細(xì)胞和周細(xì)胞，并且可能分化為內(nèi)皮樣細(xì)胞或血管基質(zhì)細(xì)胞〔11〕。此外,MSCs能分泌基質(zhì)蛋白和細(xì)胞因子促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和支持血管生成,例如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)〔12〕。

MSCs也有復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)功能，能通過(guò)抑制宿主的免疫反應(yīng)和纖維化來(lái)抑制炎癥反應(yīng)。利用MSCs的免疫抑制特性可以降低同種異體骨髓移植的細(xì)胞毒性反應(yīng)，進(jìn)而治療移植物抗宿主疾病〔13〕。

2MSCs促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)

表1　MSCs促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)

研究證實(shí)MSCs能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)(見(jiàn)表1)。Karnoub 等〔14〕將人MSCs(hMSCs)與綠色熒光蛋白標(biāo)記的人乳腺癌細(xì)胞(MCF/Ras、MDAMB-231、MDAMB-435、HMLER)按3∶1一起注入裸鼠體內(nèi)，結(jié)果MSCs能促進(jìn)MCF/Ras細(xì)胞系增長(zhǎng)，對(duì)其他三種類型細(xì)胞生長(zhǎng)無(wú)影響，但其能促進(jìn)所有類型細(xì)胞系發(fā)生轉(zhuǎn)移。骨髓來(lái)源的MSCs能促進(jìn)體內(nèi)骨肉瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，體外實(shí)驗(yàn)中，ELISA檢測(cè)發(fā)現(xiàn)MSCs能分泌CCL5，將CCL5抗體加入含MSCs條件培養(yǎng)基的骨肉瘤細(xì)胞系Sao-2細(xì)胞中，MSCs促進(jìn)該細(xì)胞系的增殖作用消失，說(shuō)明CCL5參與了MSCs對(duì)骨肉瘤的作用過(guò)程〔15〕。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MSCs與Saos-2均能分泌IL-6，并因此促進(jìn)彼此增殖〔16〕。MSCs對(duì)前列腺癌也有顯著的促生長(zhǎng)作用，且MSCs進(jìn)入前列腺癌微環(huán)境后，新生血管相關(guān)標(biāo)志物(巨噬細(xì)胞炎性蛋白-2、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β、IL-6)增加。Hernanda 等〔17〕發(fā)現(xiàn)Huh7細(xì)胞與MSCs一起移植入裸鼠體內(nèi)，形成的肝癌體積明顯大于單獨(dú)移植。人臍帶MSCs能通過(guò)活化NF-κB通路明顯促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖及遷移〔20〕。

脂肪組織含有豐富的多能MSCs,即脂肪干細(xì)胞(ASCs)，與骨髓間MSCs功能相似，具有腫瘤趨向性。Muehlberg等〔21〕發(fā)現(xiàn)ASCs能促進(jìn)鼠體內(nèi)腫瘤模型的生長(zhǎng)，ASCs和乳腺癌細(xì)胞株(MCF-1)一起移植導(dǎo)致了瘤體形成更快和體積更大。在大部分報(bào)道中，MSCs都是加入到一定數(shù)量的腫瘤細(xì)胞中,這就導(dǎo)致增加的細(xì)胞總數(shù)可能包括腫瘤細(xì)胞和MSCs，已有證據(jù)顯示，在體內(nèi)腫瘤細(xì)胞存在的情況下，MSCs能增殖，而單獨(dú)移植的MSCs則不能增殖〔3〕。因此,實(shí)驗(yàn)觀察到的腫瘤體積增加可能與是腫瘤細(xì)胞數(shù)量的增加或MSCs的增加，或兩者均有。然而，腫瘤基質(zhì)細(xì)胞所占這比例卻未能確定，因此在下“MSCs促瘤生長(zhǎng)”的結(jié)論時(shí)必須謹(jǐn)慎。

3MSCs抑制腫瘤生長(zhǎng)

矛盾的是，也有許多研究證明MSCs抑制腫瘤生長(zhǎng)(表2)。人類胎兒皮膚來(lái)源的MSCs能通過(guò)抑制增殖、細(xì)胞集落形成和致癌基因表達(dá)抑制體內(nèi)外人肝癌細(xì)胞〔25〕。肝癌細(xì)胞與相同數(shù)量的MSCs共注射，延遲了腫瘤的發(fā)展并縮小了腫瘤的體積。同樣來(lái)源的MSCs抑制MCF-7的體外增長(zhǎng)〔26〕。研究人員發(fā)現(xiàn)用MSCs的條件培養(yǎng)基處理腫瘤細(xì)胞后導(dǎo)致了生存因子的下調(diào)，例如β-catenin、c-Myc和存活素。這種效應(yīng)是由MSCs分泌的β-catenin信號(hào)通路的抑制劑(DKK-1)介導(dǎo)的〔26〕。

表2　MSCs抑制腫瘤生長(zhǎng)

PTEN：同源性磷酸酶-張力蛋白

骨髓源性的MSCs抑制了裸鼠多發(fā)性骨髓瘤的生長(zhǎng)，抑制了其股骨頸骨質(zhì)的再吸收及腫瘤細(xì)胞向肺和腎臟的轉(zhuǎn)移。同時(shí)，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Fas/Fas-L介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在MSCs抑制多發(fā)性骨髓瘤的生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用〔27〕。Sage等〔28〕發(fā)現(xiàn)MSCs能表達(dá)腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)，進(jìn)而介導(dǎo)惡性胸膜間皮瘤的凋亡。靜脈注射的MSCs通過(guò)增加腫瘤細(xì)胞的凋亡延緩了間皮瘤的生長(zhǎng)。MSCs能抑制NBACN細(xì)胞的增殖并促進(jìn)其凋亡，使注射了MSCs的裸鼠的神經(jīng)母細(xì)胞瘤模型生長(zhǎng)受到了明顯抑制，從而延長(zhǎng)了該組裸鼠的生存期〔29〕。Jin等〔30〕研究表明MSCs對(duì)腫瘤的作用取決于腫瘤微環(huán)境，黑色素瘤細(xì)胞活化的浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞(TIL)激發(fā)MSCs向TH1表型分化，活化的MSCs分泌IL-12和吲哚胺2，3加雙氧酶(IDO)發(fā)揮抗腫瘤的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)。

4MSCs對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的影響因素

MSCs對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用是復(fù)雜多變的，對(duì)腫瘤生長(zhǎng)表現(xiàn)出促進(jìn)或抑制的雙向性。MSCs能與腫瘤周圍的細(xì)胞相互作用，如免疫細(xì)胞(巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞)和內(nèi)皮細(xì)胞。其他類型的細(xì)胞也在調(diào)節(jié)腫瘤進(jìn)展中發(fā)揮作用。

不同來(lái)源的MSCs是產(chǎn)生矛盾結(jié)果的主要因素。脂肪組織〔31〕和胎兒皮膚〔26〕來(lái)源與骨髓〔17〕來(lái)源的MSCs對(duì)乳腺癌細(xì)胞起著完全相反的作用。Belmar-Lopez等〔32〕比較了五種不同來(lái)源(脂肪、骨髓、羊膜、子宮內(nèi)膜上皮及間質(zhì))的MSCs對(duì)宮頸癌(HeLa)細(xì)胞的作用，結(jié)果它們?cè)谮吇?、促瘤增殖及遷移的能力均表現(xiàn)出不同程度的差異。

MSCs的異質(zhì)性可能是文獻(xiàn)中MSCs對(duì)腫瘤影響不一致的主要原因之一。文獻(xiàn)中所用的MSCs大多數(shù)是根據(jù)干細(xì)胞的塑料貼壁性分離培養(yǎng)的，這類細(xì)胞表達(dá)相似的細(xì)胞表面標(biāo)志物，但是,它們?cè)陉P(guān)鍵的地方有著面標(biāo)志物，現(xiàn)已有幾個(gè)標(biāo)志物被提出，如NG2〔33〕。Waterman等〔34〕對(duì)表型不同的兩種MSCs(MSC1和MSC2)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)卵巢癌分別產(chǎn)生了抑制和促進(jìn)的作用。

體內(nèi)腫瘤模型的差異很大,也可能導(dǎo)致研究的結(jié)果的不同。腫瘤免疫、缺氧、血管生成和細(xì)胞因子等因素在這些文章的模型中都有巨大差異。然而,對(duì)于MCF-7細(xì)胞，不同學(xué)者發(fā)現(xiàn)MSCs能促進(jìn)和抑制腫瘤發(fā)展，表明腫瘤模型并不是唯一影響研究結(jié)果的因素。

移植入的MSCs的量可能是影響腫瘤生長(zhǎng)的決定因素。文獻(xiàn)分析結(jié)果顯示：報(bào)告促生長(zhǎng)作用的研究者傾向于使用較高的MSCs——腫瘤細(xì)胞比。然而,低百分比的MSCs，如Xu等〔15〕使用10%的MSCs，也能促進(jìn)骨肉瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。有報(bào)道〔21〕稱,MSCs比例增高可以進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng),這表明在合適條件下,MSCs的促瘤生長(zhǎng)作用可能存在細(xì)胞數(shù)量依賴性。

MSCs引入到腫瘤細(xì)胞微環(huán)境的時(shí)機(jī)也可能是一個(gè)重要影響因素。建好腫瘤模型后再把MSCs注入體內(nèi)的文章多報(bào)告為抑瘤生長(zhǎng)作用〔23，24〕。相比之下,報(bào)告促增長(zhǎng)作用的文章基本都將MSCs與腫瘤細(xì)胞混合注射或同步注射。MSCs在腫瘤生長(zhǎng)的早期促進(jìn)了腫瘤的進(jìn)程,例如血管生成,這是腫瘤發(fā)生所必需的。這與研究MSCs和脈管系統(tǒng)相互作用的文章結(jié)果一致。

最后,不同患者之間存在的個(gè)體差異可能也導(dǎo)致了治療結(jié)果的爭(zhēng)議?；蛟S是由于遺傳、后天獲得或環(huán)境作用，使MSCs對(duì)腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生了不同的作用。對(duì)癌癥易感者的MSCs進(jìn)行研究，如體細(xì)胞突變或環(huán)境暴露而獲得易感性,可能有助于確定患者間是否存在個(gè)體差異。

綜上所述，MSCs對(duì)腫瘤作用具有雙向性，但產(chǎn)生這種矛盾結(jié)果還不能簡(jiǎn)單解釋，MSCs對(duì)腫瘤作用受多種因素影響。MSCs促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的可能性使人們擔(dān)憂其作為臨床治療工具的安全性，但到目前為止，有超過(guò)1 000名患者因各種適應(yīng)癥而使用MSCs治療，卻并沒(méi)有1例MSCs相關(guān)腫瘤形成的報(bào)告。人為操控MSCs分泌具有抗腫瘤效應(yīng)的細(xì)胞因子，或許意味著我們能通過(guò)控制細(xì)胞因子的表達(dá)來(lái)克服其可能存在的促瘤效應(yīng)，選擇合適的移植時(shí)機(jī)可以避免破壞MSCs的抑瘤作用，干擾MSCs的促瘤效應(yīng)等治療方案可為腫瘤的臨床治療提供新的思路?？傊?，只有對(duì)組織來(lái)源、捐贈(zèng)者的個(gè)體差異、MSCs移植的時(shí)機(jī)或關(guān)鍵受體的表達(dá)等因素綜合分析后才能更加準(zhǔn)確地研究MSCs對(duì)腫瘤的作用，為MSCs的臨床應(yīng)用提供更好的理論支持。

5參考文獻(xiàn)

1Kuhn NZ,Tuan RS.Regulation of stemness and stem cell niche of mesenchymal stem cells:implications in tumorigenesis and metastasis〔J〕.J Cell Physiol,2010;222(2):268-77.

2Hata N,Shinojima N,Gumin J,etal.PDGF-BB mediates the tropism of human mesenchymal stem cells for malignant gliomas〔J〕.Neurosurgery,2010;66(1):144-56.

3Studeny M,Marini FC,Champlin RE,etal.Bone marrow-derived mesenchymal stem cells as vehicles for interferon-beta delivery into tumors〔J〕.Cancer Res,2002;62(13)：3603-8.

4Pittenger MF,Mackay AM,Beck SC,etal.Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells〔J〕.Science,1999;284(5411):143-7.

5Dominici M,Le Blanc K,Mueller I,etal.Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells〔J〕.Internat Socie Cell Thera Positi Stat Cytother,2006;8(4):315-7.

6Shih YR,Kuo TK,Yang AH,etal.Isolation and characterization of stem cells from the human parathyroid gland〔J〕.Cell Prolif,2009;42(4):461-70.

7Kim SM,Lim JY,Park SI,etal.Gene therapy using TRAIL-secreting human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells against intracranial glioma〔J〕.Cancer Res,2008;68(23):9614-23.

8Gucciardo L,Lories R,Ochsenbein-K?lble N,etal.Fetal mesenchymal stem cells:isolation,properties and potential use in perinatology and regenerative medicine〔J〕.BJOG,2009;116(2):166-72.

9Spaeth E,Klopp A,Dembinski J,etal.Inflammation and tumor microenvironments:defining the migratory itinerary of mesenchymal stem cells〔J〕.Gene Ther,2008;15(10):730-8.

10Brooke G,Cook M,Blair C,etal.Therapeutic applications of mesenchymal stromal cells〔J〕.Semin Cell Dev Biol,2007;18(6):846-58.

11Short B,Brouard N,Occhiodoro-Scott T,etal.Mesenchymal stem cells〔J〕.Arch Med Res,2003;34(6):565-71.

12Beckermann BM,Kallifatidis G,Groth A,etal.VEGF expression by mesenchymal stem cells contributes to angiogenesis in pancreatic carcinoma〔J〕.Br J Cancer,2008;99(4):622-31.

13Wolff D,Steiner B,Hildebrandt G,etal.Pharmaceutical and cellular strategies in prophylaxis and treatment of graft-versus-host disease〔J〕.Curr Pharm Des,2009;15(17):1974-97.

14Karnoub AE,Dash AB,Vo AP,etal.Mesenchymal stem cells within tumour stroma promote breast cancer metastasis〔J〕.Nature,2007;449(7162):557-63.

15Xu W,Bian Z,Fan Q,etal.Human mesenchymal stem cells(hMSCs)target osteosarcoma and promote its growth and pulmonary metastasis〔J〕.Cancer Letters,2009;281(1):32-41.

16Bian ZY,Fan QM,Li G,etal.Human mesenchymal stem cells promote growth of osteosarcoma:Involvement of interleukin-6 in the interaction between human mesenchymal stem cells and Saos-2〔J〕.Cancer Sci,2010;101(12):2554-60.

17Hernanda PY,Pedroza-Gonzalez A,van der Laan LJ,etal.Tumor promotion through the mesenchymal stem cell compartment in human hepatocellular carcinoma〔J〕.Carcinogenesis,2013;34(10): 2330-40.

18Chaturvedi P,Gilkes DM,Wong CC,etal.Hypoxia-inducible factor-dependent breast cancer-mesenchymal stem cell bidirectional signaling promotes metastasis〔J〕.J Clini Invest,2013;123(1):189-205.

19Sung SY,Liao CH,Wu HP,etal.Loss of Let-7 microRNA upregulates IL-6 in bone marrow-derived mesenchymal stem cells triggering a reactive stromal response to prostate cancer〔J〕.PLoS One,2013;8(8):e71637.

20Yang T,Zhang X,Wang M,etal.Activation of mesenchymal stem cells by macrophages prompts human gastric cancer growth through NF-kB pathway〔J〕.PLoS One,2014;9(5):e97569.

21Muehlberg FL,Song YH,Krohn A,etal.Tissue-resident stem cells promote breast cancer growth and metastasis〔J〕.Carcinogenesis,2009;30(4):589-97.

22Secchiero P,Zorzet S,Tripodo C,etal.Human bone marrow mesenchymal stem cells display anti-cancer activity in SCID mice bearing disseminated non-Hodgkin's lymphoma xenografts〔J〕.PLoS one,2010;5(6):e11140.

23Dasari VR,Velpula KK,Kaur K,etal.Cord blood stem cell-mediated induction of apoptosis in glioma downregulates X-linked inhibitor of apoptosis protein(XIAP)〔J〕.PLoS One,2010;5(7):e11813.

24Dasari VR,Kaur K,Velpula KK,etal.Upregulation of PTEN in glioma cells by cord blood mesenchymal stem cells inhibits migration via downregulation of the PI3K/Akt pathway〔J〕.PLoS One,2010;5(4):e10350.

25Qiao L,Xu Z,Zhao T,etal.Suppression of tumorigenesis by human mesenchymal stem cells in a hepatoma mode〔J〕.Cell Res,2008;18(4):500-7.

26Qiao L,Xu ZL,Zhao TJ,etal.Dkk-1 secreted by mesenchymal stem cells inhibits growth of breast cancer cells via depression of Wnt signalling〔J〕.Cancer Lett,2008;269(1):67-77.

27Atsuta I,Liu S,Miura Y,etal.Mesenchymal stem cells inhibit multiple myeloma cells via the Fas/Fas ligand pathway〔J〕.Stem Cell Res Ther,2013;4(5):111.

28Sage EK,Kolluri KK,McNulty K,etal.Systemic but not topical TRAIL-expressing mesenchymal stem cells reduce tumour growth in malignant mesothelioma〔J〕.Thorax,2014;69(7):638-47.

29Bianchi G,Morandi F,Cilli M,etal.Close interactions between mesenchymal stem cells and neuroblastoma cell lines lead to tumor growth inhibition〔J〕.PLoS One,2012;7(10):e48654.

30Jin P,Civini S,Zhao Y,etal.Direct T cell-tumour interaction triggers TH1 phenotype activation through the modification of the mesenchymal stromal cells transcriptional programme〔J〕.Br J Cancer,2014;110(12):2955-64.

31Kucerova L,Skolekova S,Matuskova M,etal.Altered features and increased chemosensitivity of human breast cancer cells mediated by adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells〔J〕.BMC Cancer,2013;13(1):535.

32Belmar-Lopez C,Mendoza G,Oberg D,etal.Tissue-derived mesenchymal stromal cells used as vehicles for anti-tumor therapy exert different in vivo effects on migration capacity and tumor growth〔J〕.BMC Med,2013;11(1):139.

33Molloy AP,Martin FT,Dwyer RM,etal.Mesenchymal stem cell secretion of chemokines during differentiation into osteoblasts,and their potential role in mediating interactions with breast cancer cells〔J〕.Int J Cancer,2009；124(2):326-32.

34Waterman RS,Henkle SL,Betancourt AM.Mesenchymal stem cell 1(MSC1)-based therapy attenuates tumor growth whereas MSC2-treatment promotes tumor growth and metastasis〔J〕.PLoS One,2012;7(9):e45590.

〔2015-07-29修回〕

(編輯袁左鳴)

〔中圖分類號(hào)〕R730

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202(2016)05-1243-04；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.05.102

通訊作者：殷明(1958-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事脊柱及骨腫瘤外科研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.81160226)

1南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科

2九江學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院

第一作者：胡文龍(1988-)，男，碩士在讀，主要從事骨腫瘤外科研究。