間充質(zhì)干細(xì)胞在腫瘤治療應(yīng)用的研究進(jìn)展

黃仲凱 許業(yè)熾 徐壽雨 朱汝森

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，廣東湛江 524001

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一種多能干細(xì)胞，通常來(lái)源于骨髓、臍帶靜脈、脂肪組織，甚至包括腦、肺、腎、肝和脾等實(shí)體器官。MSCs具有許多特性，包括具有分化潛能、集落形成和自我更新等能力，并具有向腫瘤細(xì)胞趨向遷移的能力。MSCs 的細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）具有與MSCs 相似的抗炎、抗凋亡、促血管生成和免疫調(diào)節(jié)作用。

膠質(zhì)瘤（glioblastoma，GBM）起源于膠質(zhì)細(xì)胞或膠質(zhì)前體。它們約占所有原發(fā)性腦腫瘤的26.5%和所有腦惡性腫瘤的80.7%[1]。膠質(zhì)瘤的高度侵襲性使得通過(guò)神經(jīng)外科手術(shù)切除治療是不可能的。同時(shí)，膠質(zhì)瘤具有大量的遺傳特異性，因此使得該疾病的定性和治療變得更具有挑戰(zhàn)性。

新的細(xì)胞療法包括MSCs、MSCs 的EVs、樹(shù)突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞、嵌合抗原受體T 細(xì)胞等，是腫瘤治療的潛在替代途徑。利用這些細(xì)胞療法，可以在減少不良反應(yīng)的同時(shí)，在腫瘤部位獲得更多的抗腫瘤藥物蓄積。MSCs 治療有可能改變臨床的治療策略，改善患者的預(yù)后。其生物學(xué)特性使其在腫瘤治療的應(yīng)用中前景廣闊。

1 MSCs 與腫瘤細(xì)胞相互作用

有的研究認(rèn)為MSCs 是不同的相互依賴的細(xì)胞亞群的混合物，它們都顯示出相似的基本表型[2]。一些MSCs 改變了它們的細(xì)胞類型并獲得梭形形態(tài)，轉(zhuǎn)化為腫瘤相關(guān)的成纖維細(xì)胞（cancer associated fibroblasts，CAFs）[3-4]。

腫瘤細(xì)胞的侵襲性生長(zhǎng)和增殖引起病變和局部組織損傷。這些組織損傷形成了一種促炎環(huán)境，這種環(huán)境吸引了多種不同的免疫細(xì)胞[5]。某些免疫細(xì)胞可以適應(yīng)致瘤環(huán)境，如單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophages，TAMs）。由于其再生潛能，MSC 也被招募到腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的病變中促進(jìn)組織修復(fù)。隨著MSC 旁分泌活性的激活，腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）內(nèi)分泌多種趨化因子、生長(zhǎng)因子和代謝產(chǎn)物。這些生物活性分子可以調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的反應(yīng)。除了這一間接途徑外，MSC 還可以直接與免疫細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞以及TME 內(nèi)的成分如內(nèi)皮細(xì)胞相互作用，以促進(jìn)腫瘤血管生成[6]。因此，通過(guò)間接和直接途徑，MSC 在腫瘤間質(zhì)內(nèi)建立了一個(gè)包括非致瘤間質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。

但是，MSCs 在不同腫瘤類型中的作用尚不明確。對(duì)小鼠黑色素瘤和小鼠腎腺癌的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，MSCs 共植入使腫瘤增大，可能是MSC 介導(dǎo)的免疫抑制起作用[7]。MSCs 產(chǎn)生的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、趨化因子CCL5和白介素-6 與Burkitt 淋巴瘤、乳腺癌、結(jié)腸癌和慢性粒細(xì)胞白血病的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移有關(guān)[8]。Rowan 等[9]研究了人脂肪干細(xì)胞（adipose derived stem cells，ADSC）在乳腺腫瘤手術(shù)切除后用于重建的脂肪移植物中的安全性。人ADSCs 在乳腺癌附近的應(yīng)用引起了人們的關(guān)注，因?yàn)樗c腫瘤細(xì)胞遷移和轉(zhuǎn)移的增加有關(guān)。因此，一旦MSCs 被腫瘤細(xì)胞招募，它們會(huì)促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，TGF）、VEGF、趨化因子SDF-1 和趨化因子CCL5 等因子或類似外泌體（exosomes）的微粒的生成，從而誘導(dǎo)或抑制腫瘤的生長(zhǎng)；由于這種雙峰相互作用，MSCs 被描述為一把“雙刃劍”[10]。

2 MSCs 對(duì)TME的影響

TME 是細(xì)胞基質(zhì)的動(dòng)態(tài)組成，其中腫瘤細(xì)胞與多種其他類型的細(xì)胞包埋在一起，形成或多或少獨(dú)立的器官樣結(jié)構(gòu)。TME 中細(xì)胞間的相互作用促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞不斷的重組和生長(zhǎng)。MSC 募集到腫瘤部位后，可改變功能，以適應(yīng)腫瘤的代謝、分化。因此，新獲得的腫瘤細(xì)胞功能或新的雜交瘤群體擴(kuò)大了腫瘤的多樣性，阻礙了成功的干預(yù)策略。

而MSCs 也影響TME 的特性。有研究認(rèn)為骨髓基質(zhì)是腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的有利環(huán)境[11]。MSCs 釋放多種生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子來(lái)加速腫瘤的進(jìn)展、血管生成和腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[12]。存在于腫瘤中的MSCs 通過(guò)在腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）處理過(guò)的環(huán)境中招募巨噬細(xì)胞來(lái)促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[13]。它們激活了Wnt 和TGF 信號(hào)通路，為腫瘤細(xì)胞的再獲得和維持提供了有利的TME[14]。Martin 等[15]通過(guò)共培養(yǎng)系統(tǒng)揭示了MSCs 在乳腺TME 中潛在的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化（epithelial to mesenchymal transition，EMT）的刺激。乳腺癌細(xì)胞刺激MSCs 分泌趨化因子CCL5，從而以旁分泌的方式增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[16]。TME 中MSCs 向CAFs 的轉(zhuǎn)變通過(guò)微血管化的上調(diào)和腫瘤刺激旁分泌因子的產(chǎn)生促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[4]。共注射MSC 產(chǎn)生的趨化因子CXCL16 可以加速注射MKN45 細(xì)胞在裸鼠體內(nèi)的腫瘤形成[17]。

根據(jù)腫瘤的類型和MSC 的狀態(tài)，MSCs 及其產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的凋亡[18]。MSC 誘導(dǎo)因子引起血管形成和生長(zhǎng)因子的分泌，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和腫瘤的早期轉(zhuǎn)移[19]。而近來(lái)被熱議的腸道菌群的研究中發(fā)現(xiàn)，在TME 中，微生物代謝產(chǎn)物還能夠調(diào)節(jié)MSC的狀態(tài)和抗腫瘤免疫應(yīng)答[20]。雖然微生物群失調(diào)在胃腸道惡性腫瘤中尤其明顯，但它有抗腫瘤免疫、腫瘤生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的深遠(yuǎn)影響和免疫治療對(duì)惡性腫瘤的反應(yīng)[21-22]。

3 MSCs 在腫瘤治療上的應(yīng)用

3.1 MSCs 作為藥物載體在腫瘤治療上的應(yīng)用

在目前的情況下，膠質(zhì)瘤的治療已經(jīng)可悲地變成了為患者爭(zhēng)取更多時(shí)間而不是真正治愈患者。腦的天然生理屏障，即血腦屏障的存在，阻礙了藥物向腦內(nèi)腫瘤的擴(kuò)散，為了提高藥物的治療效率，藥物必須特定地在病變區(qū)域以受控的方式累積。而血腦屏障的存在阻礙了藥物從血液到手術(shù)切除后殘留的腫瘤區(qū)域的通過(guò)和積累，很難達(dá)到有效治療。

MSCs 作為靶向病毒治療藥物的載體已被探索用于顱內(nèi)病變的治療。治療腦腫瘤的主要挑戰(zhàn)之一是血腦屏障，而神經(jīng)干細(xì)胞和MSCs 認(rèn)為是繞過(guò)血腦屏障的一種方法。利用裸鼠移植人腦膠質(zhì)瘤的臨床研究表明，BM-hMSC-Delta-24 可與多種神經(jīng)血管內(nèi)治療常用的微導(dǎo)管和藥物兼容。干細(xì)胞活力和病毒活性似乎不受導(dǎo)管和注射速度的影響。負(fù)載Delta-24-RGD（一種腫瘤選擇性溶瘤腺病毒）的BM-hMSC（BM-hMSCDelta-24）在動(dòng)脈內(nèi)（頸動(dòng)脈內(nèi)）注射后可繞過(guò)血腦屏障，有效地定位于膠質(zhì)瘤，并將Delta-24-RGD 釋放到腫瘤中。MSCs 在不喪失任何抗膠質(zhì)瘤功能的情況下，仍能提供經(jīng)測(cè)試的治療劑Delta-24-RGD。證明了MSCs 是正確的血管內(nèi)干細(xì)胞遞送神經(jīng)治療的載體[23]。

3.2 基因修飾MSCs 在腫瘤治療上的應(yīng)用

使用細(xì)胞因子基因修飾的MSCs 能夠遷移到腫瘤局部釋放細(xì)胞因子，從而提高細(xì)胞因子的濃度，觸發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡或激活免疫消除腫瘤。并且由于基因修飾MSCs 的靶向性，治療藥物的分布具有針對(duì)性的，是局部的，能夠顯著地降低對(duì)正常細(xì)胞的毒副作用。

可使用包括慢病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒或DNA 質(zhì)粒，以及腺病毒載體等，對(duì)MSCs 進(jìn)行基因修飾，主要有促凋亡或抑制細(xì)胞周期基因、自殺基因、抗血管生成基因和免疫刺激基因等，而治療疾病的目的或機(jī)制可有目的的選擇所需要的基因修飾[24]。

催化腫瘤前體藥物的酶可催化無(wú)毒的藥物前體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞毒物質(zhì)，誘導(dǎo)鄰近腫瘤細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致攜帶該基因的受體細(xì)胞被殺死。通過(guò)基因工程方式將催化腫瘤前體藥物的酶類基因?qū)隡SCs，經(jīng)過(guò)靜脈輸注，MSCs 攜帶催化腫瘤前體藥物的酶類基因歸巢至腫瘤組織，在腫瘤部位表達(dá)、轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性衍生物，將非靶標(biāo)毒性降至最低?；蛐揎椀腗SCs 凋亡間接釋放大量的抗腫瘤藥物導(dǎo)致鄰近靶細(xì)胞的凋亡。同時(shí)激活的前藥所產(chǎn)生的細(xì)胞毒作用還會(huì)促進(jìn)有毒物質(zhì)的釋放，激活免疫細(xì)胞，包括巨噬細(xì)胞、細(xì)胞毒性T 細(xì)胞，進(jìn)而達(dá)到更強(qiáng)的抗腫瘤效果[25]。

目前臨床應(yīng)用上最具有前景的促凋亡細(xì)胞因子之一，TNF 相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL），在腫瘤細(xì)胞中，可以通過(guò)與其受體死亡受體4（death receptor，DR4）和DR5 結(jié)合來(lái)誘導(dǎo)caspase 介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[26]。有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)TRAIL 修飾的MSCs 對(duì)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤有抗腫瘤作用[27]，但尚未發(fā)現(xiàn)TRAIL 對(duì)正常細(xì)胞和組織有細(xì)胞毒性[28]。此外還發(fā)現(xiàn)，抑癌基因PTEN 基因通過(guò)細(xì)胞周期G1 期阻滯來(lái)抑制細(xì)胞增殖，將PTEN 基因?qū)隡SCs 可增強(qiáng)MSCs 在體外向腦膠質(zhì)母細(xì)胞瘤遷移[29]。并且PTEN 修飾的MSCs 對(duì)U251 膠質(zhì)瘤細(xì)胞展現(xiàn)出良好的抗腫瘤效果[30]。

4 MSCs 分泌的EVs 在腫瘤治療上的應(yīng)用

4.1 EVs 作為生物標(biāo)志物

近年來(lái)的研究表明，旁分泌機(jī)制在TME 中骨髓MSCs 與免疫細(xì)胞的相互作用中發(fā)揮重要作用。MSCs可分泌可溶性分子和EVs，介導(dǎo)旁分泌信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。EVs含有大量的蛋白質(zhì)和核酸，如mRNAs 和microRNAs（miRNAs）等，能夠在細(xì)胞間傳遞物質(zhì)。由于EV 雙分子膜結(jié)構(gòu)的保護(hù)，這些物質(zhì)不易降解。MSC-EVs 可以模擬MSCs 的分化、成熟和自我更新等生物學(xué)特性。

從多個(gè)方面對(duì)EVs 進(jìn)行分析，以此來(lái)研究囊泡的生物行為，和開(kāi)發(fā)診斷人類疾病的生物標(biāo)志物[31]。事實(shí)上，外周血和其他生物體液（如腦脊液和尿液）中的循環(huán)EV 是可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的，并能反映親代細(xì)胞的生理和病理生理特征。此外，它們?cè)谏矬w液中的濃度似乎是疾病狀態(tài)所依賴的[32-34]。由于這些特征，EVs，特別是Exosomes 已經(jīng)被確定為診斷腫瘤的生物標(biāo)志物。

4.2 EVs 作為治療工具

EVs 攜帶信息和傳遞到靶細(xì)胞的能力激發(fā)了科學(xué)家使用外泌體和EV 作為藥物傳遞的潛在開(kāi)關(guān)。與存在毒性問(wèn)題的合成載體（如納米顆粒脂質(zhì)體或聚合物膠束）相比，EVs 是安全的。此外，EVs 還具有跨越組織和細(xì)胞屏障的獨(dú)特能力[35]。將分子負(fù)載到EVs 是將EVs 的生理活性與修飾結(jié)合起來(lái)的一種策略。例如，從MSCs 中修飾EVs 會(huì)產(chǎn)生雙重效應(yīng)：MSCs 衍生的EVs 對(duì)免疫反應(yīng)的抑制作用[36]與藥物活性。這種策略成功地應(yīng)用于胰腺癌小鼠模型。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，來(lái)源于MSCs 并負(fù)載大量的anti-KRASG12D siRNA 的EVs 運(yùn)用于胰腺癌小鼠模型，小鼠存活率顯著增加[37]。

同時(shí)EVs 也可以被設(shè)計(jì)為針對(duì)特定器官。Mentkowski 等為了表達(dá)與心肌細(xì)胞特異性肽（cardiomyocyte specific peptide，CMP）融合的外泌體膜蛋白Lamp2b 而修飾了心肌細(xì)胞，增加了心肌細(xì)胞對(duì)外泌體的保留，并導(dǎo)致更高的心臟保護(hù)活性[38]。

MSC 衍生的Ev 在抗腫瘤免疫治療和再生治療方面的應(yīng)用取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[39]。外泌體可以激活樹(shù)突細(xì)胞（dendritic cells，DCs），而DCs 又可以激活CD8+T 細(xì)胞的抗腫瘤能力[40]。在一項(xiàng)研究中，表明當(dāng)DCs 在腫瘤肽的存在下孵育時(shí)，產(chǎn)生能夠激活CD8+T細(xì)胞活性并抑制腫瘤活性[41]。因此，外泌體在膠質(zhì)瘤治療中的作用不一定只能停留在單純的藥物輸送上；外泌體還具有開(kāi)發(fā)為腫瘤疫苗的潛力。

5 總結(jié)

MSCs 通過(guò)影響腫瘤細(xì)胞的活力、介導(dǎo)遷移、促進(jìn)血管生成、抑制免疫反應(yīng)等多種途徑在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用。對(duì)這些作用的深入了解可以提供有關(guān)腫瘤生物學(xué)行為的信息，并為基于MSCs 的腫瘤和免疫疾病治療方法的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。MSCs 分泌的EVs或MSCs 在腫瘤細(xì)胞中激活的通路可能豐富分子治療的潛在靶點(diǎn)，在腫瘤的治療上提供更多的可能性。MSCs 及其產(chǎn)物在腫瘤治療的運(yùn)用，會(huì)在不久的將來(lái)起到不可忽視的作用。