骨髓微環(huán)境和骨髓增生異常綜合征的研究進(jìn)展

韓丹壘，郭靜明

骨髓增生異常綜合征 (myelodysplastic syndromes，MDS)是一組起源于造血干細(xì)胞 (hematopoietic stem cells，HSC)的惡性克隆性疾病，以無效造血和高風(fēng)險向白血病轉(zhuǎn)化為特點，MDS的發(fā)病機(jī)制目前尚不清楚，腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展不可能是腫瘤細(xì)胞單獨自主的進(jìn)程，腫瘤微環(huán)境也起到重要的作用。因此，本文就骨髓微環(huán)境在MDS中的作用進(jìn)行總結(jié)。

1 正常造血系統(tǒng)骨髓微環(huán)境中各細(xì)胞的作用

一直以來，骨髓被認(rèn)為是不同類型、不同成熟程度的造血細(xì)胞發(fā)育的高度專一場所，直到近年才證實骨髓微環(huán)境中各種細(xì)胞在調(diào)節(jié)血細(xì)胞生成和HSC中的具體作用，作為干細(xì)胞賴以生存的土壤，骨髓微環(huán)境對干細(xì)胞有重要作用: (1)維持HSC靜止?fàn)顟B(tài)，以減少DAN損傷和復(fù)制性衰老;(2)預(yù)防射線和毒性物質(zhì)的傷害;(3)調(diào)節(jié)細(xì)胞本身的信號級聯(lián)反應(yīng);(4)在HSC基因表達(dá)和修飾中起調(diào)節(jié)作用。骨髓微環(huán)境中主要的非造血細(xì)胞包括間質(zhì)來源的細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和交感神經(jīng)系統(tǒng)來源細(xì)胞［1］。

間質(zhì)來源細(xì)胞在骨髓微環(huán)境中數(shù)量最多，包括骨祖細(xì)胞、成骨細(xì)胞系、網(wǎng)狀細(xì)胞和脂細(xì)胞，均在血細(xì)胞生成中起重要的調(diào)節(jié)作用［2］，骨祖細(xì)胞最初被稱為集落形成單位成纖維細(xì)胞 (CFU-F)，這些不成熟的祖細(xì)胞類似于表達(dá)CXCL12的網(wǎng)狀細(xì)胞，因為其與血管周圍小生境有相似的解剖定位并且表達(dá)CXCL12、堿性磷酸酶［2］。網(wǎng)狀細(xì)胞已被證實有調(diào)節(jié)B淋巴細(xì)胞生成的作用［3］，同時也參與HSC的調(diào)節(jié)［4］。成骨細(xì)胞系可以介導(dǎo)干細(xì)胞的早期分化［5］，在協(xié)助其他血液細(xì)胞比如B淋巴細(xì)胞的形成中也有重要作用。脂細(xì)胞同樣是間質(zhì)來源的細(xì)胞，最初被認(rèn)為僅在骨髓中起填充作用，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)其作為血細(xì)胞生成的負(fù)調(diào)節(jié)者，數(shù)量與造血細(xì)胞活化呈負(fù)相關(guān)［6］。骨髓中的內(nèi)皮細(xì)胞譜系，是發(fā)育中的造血細(xì)胞和血液之間的屏障，內(nèi)皮細(xì)胞作為一個支持小生境，對造血細(xì)胞有很重要的作用。

多項研究表明，交感神經(jīng)系統(tǒng)(SNS)在調(diào)節(jié)造血作用中也扮演了重要的角色［7］，解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，骨髓受有髓神經(jīng)纖維和無髓神經(jīng)纖維支配，神經(jīng)遞質(zhì)在人類HSC動員、增殖和分化起作用［8］，SNS在調(diào)節(jié)骨量中起著重要作用，通過對成骨細(xì)胞的作用調(diào)節(jié)骨髓微環(huán)境［9］。

2 骨髓微環(huán)境與MDS

2．1 微環(huán)境中細(xì)胞因子的作用

2．1．1 干擾素 -γ (IFN-γ) 和腫瘤壞死因子α(TNF-α)的作用 近年來研究發(fā)現(xiàn)，骨髓微環(huán)境中IFN-γ和TNF-α在MDS發(fā)病機(jī)制中起重要作用。Kondo等［10］從 MDS細(xì)胞株和 MDS患者來源細(xì)胞群實驗研究發(fā)現(xiàn)，無論是在細(xì)胞株還是MDS患者來源的骨髓細(xì)胞中，均可檢測到高水平的程序性死亡配體 (B7-H1分子)mRNA和蛋白質(zhì)，同時發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)物中加入IFN-γ和TNF-α后，受IFN-γ或者TNF-α刺激，B7-H1分子的表達(dá)增加，特別是兩者的聯(lián)合作用效果尤為明顯。實驗同時證實了IFN-γ和TNF-α可以活化核因子NF-κB，當(dāng)用IFN-γ處理MDS細(xì)胞株，發(fā)現(xiàn)NF-κB p65的核轉(zhuǎn)運誘導(dǎo)NF-κB的活化，但這一過程可以完全被NF-κB抑制物吡咯烷二硫氨基甲酸 (PDTC)阻斷。除此之外，B7-H1+較B7-H1-細(xì)胞群位于增殖時期M/G2和S期的細(xì)胞群比例高，從而證實了B7-H1+細(xì)胞更具有增殖優(yōu)勢，可以介導(dǎo)T細(xì)胞抑制，這可能與疾病的進(jìn)展相關(guān)。

從以上實驗中可知，在MDS中，T細(xì)胞受腫瘤抗原或者感染的刺激而活化，活化的T細(xì)胞表達(dá)PD-1分子，同時這些活化的T細(xì)胞和微環(huán)境中基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生大量IFN-γ和TNF-α，可以活化核因子NF-κB，從而介導(dǎo)MDS細(xì)胞群B7-H1分子的表達(dá)。T細(xì)胞的B7-H1分子和MDS細(xì)胞群的PD-1分子之間的相互作用，提供一個雙向信號，一個介導(dǎo)T細(xì)胞的凋亡，另一個促進(jìn)MDS細(xì)胞的增殖，共同作用導(dǎo)致了MDS的發(fā)生與進(jìn)展。

2．1．2 SDF-1/CXCR4軸的作用 基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1)和特異性受體CXCR4結(jié)合可通過激活多種信號通路而介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的趨化、運動、黏附、分泌、血管生成、生長以及增殖等［11］。現(xiàn)已在很多腫瘤中發(fā)現(xiàn)CXCR4的高表達(dá)，并和腫瘤轉(zhuǎn)移以及預(yù)后不良關(guān)系密切［12］。隨著SDF-1/CXCR4途徑在急性白血病骨髓微環(huán)境中作用的被發(fā)現(xiàn)，SDF-1/CXCR4在MDS發(fā)病機(jī)制中的作用也得到實驗支持。

在SDF-1/CXCR4軸在MDS血管生成和凋亡中作用的實驗性研究［13］中，根據(jù)國際預(yù)后評分系統(tǒng) (IPSS)將MDS患者分為中低危組 (IPSS＜1．5)20例和中高危組 (IPSS≥1．5)20例以及健康對照組，分別檢測比較3組對象的SDF-1、CXCR4的表達(dá)水平和細(xì)胞的凋亡率以及血管生成情況。實驗結(jié)果證實了在低危組中SDF-1的表達(dá)水平高于高危組和對照組，而在高危組中細(xì)胞 CXCR4的表達(dá)水平明顯高于低危組和對照組，并與另一研究實驗結(jié)果一致［14］。低危組細(xì)胞細(xì)胞的凋亡率明顯高于高危組，而高危組和對照組間無明顯差異。在評估血管生成方面，實驗檢測了血漿內(nèi)血管內(nèi)皮生長因子 (VEGF)的水平和骨髓活組織微血管密度 (MVD)，發(fā)現(xiàn)高危組MDS患者血漿VEGF水平高于低危組和對照組，同時MVD水平也高于低危組和對照組，根據(jù)對結(jié)果的統(tǒng)計學(xué)分析，在低危組SDF-1的表達(dá)和細(xì)胞凋亡呈正相關(guān) (r=0．8131，P ＜0．0001)，而在高危組 SDF-1表達(dá)與骨髓活檢MVD呈正相關(guān) (r=0．460，P=0．041)，即骨髓前體細(xì)胞的凋亡是低危組MDS的一個特征［12］，這些也許解釋了低危組MDS患者前凋亡基因(如BCL-2)相關(guān)蛋白表達(dá)增加，而高危組抗凋亡基因表達(dá)增加的原因［15］，而在高危組中血管生成是其重要標(biāo)志。

更多實驗證明了SDF-1/CXCR4軸和血管生成的聯(lián)系，其主要通過VEGF的高表達(dá)誘導(dǎo)血管生成［16］。從以上實驗結(jié)果來看，SDF-1/CXCR4軸也可能通過VGEF促進(jìn)血管生成來參與 MDS的發(fā)?。?3］，同時在乳腺癌細(xì)胞系的研究中，發(fā)現(xiàn)SDF-1/CXCR4軸可上調(diào)VEGF的分泌，而VEGF在血管再生中起著非常重要的作用，用抗CXCR4的抗體可在內(nèi)皮細(xì)胞中擾亂細(xì)胞外基質(zhì)依賴的細(xì)胞微管形成，并且VEGF在內(nèi)皮細(xì)胞中又可上調(diào)CXCR4的表達(dá)［17］，進(jìn)一步證明了SDF-1/CXCR4軸和血管生成與MDS的進(jìn)展有關(guān)。

2．1．3 其他因素 有研究報道，MDS基質(zhì)來源的粘著斑蛋白異?？赡芘cMDS發(fā)生有關(guān)，但主要是在于這些蛋白的亞細(xì)胞定位而不是它們的高表達(dá)［17］，并發(fā)現(xiàn)了粘著斑蛋白的表達(dá)水平、它們的核定位和MSC潛在的分化能力相關(guān)。這些過程可能被RAS-MAPK或者AKT-mTOR活化信號途徑控制［18］。

另外，也有報道顯示MDS患者骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞因子 (SCF)的表達(dá)存在異常［19］，SCF是一種傳統(tǒng)的作用于早期造血細(xì)胞的細(xì)胞因子，對HSC和祖細(xì)胞的增殖、分化以及維持造血細(xì)胞存活、促進(jìn)增殖和分化、調(diào)控各系造血細(xì)胞的生長發(fā)育起重要作用［20］，MDS患者骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞表達(dá)的SCF明顯低于正常對照組，說明MDSHSC的增殖和分化過程在早期就受到影響，促使HSC增殖分化異常，這可能參與了MDS的發(fā)病過程。還有研究顯示ICAM-1高表達(dá)以及L-選擇素的缺陷都可能與MDS相關(guān)等［21］。

2．2 基因異常與骨髓微環(huán)境的相互作用

有研究發(fā)現(xiàn)基因的異常導(dǎo)致骨髓微環(huán)境的變化可以促使造血系統(tǒng)疾病的發(fā)生。在Dicer1基因缺失的小鼠模型中，著重研究了微環(huán)境在MDS發(fā)病機(jī)制中的作用。Dicer1基因是細(xì)胞內(nèi)miRNA的生物合成和RNA加工所必須的基因，所以它的缺失可以導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。Raaijmakers等［22］建立了一個成骨前體細(xì)胞功能異常的模型，即在成骨前體細(xì)胞中選擇性敲除Dicer1基因，因而導(dǎo)致成骨性的分化受損，使得骨髓微環(huán)境的完整性受損，結(jié)果發(fā)現(xiàn)造血細(xì)胞內(nèi)有類似MDS的遺傳學(xué)變化，當(dāng)把這些類似MDS的造血細(xì)胞移植到具有正常骨髓微環(huán)境的小鼠體內(nèi)，它們又可以恢復(fù)正常。證明了Dicer1基因通過微環(huán)境導(dǎo)致了MDS的發(fā)生。

另有研究報道，視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因可以調(diào)節(jié)干細(xì)胞和微環(huán)境之間的相互作用，視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因在HSC或者微環(huán)境任一者中失活，均不能導(dǎo)致骨髓增殖或者干細(xì)胞的凋亡，當(dāng)骨髓微環(huán)境和造血細(xì)胞視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因同時缺失時，則可導(dǎo)致骨髓增殖和骨髓中干細(xì)胞的凋亡［23］。在微環(huán)境中進(jìn)行選擇性基因敲除導(dǎo)致視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因或視黃酸受體(RARγ)基因缺失后，可導(dǎo)致骨髓增生異常狀況的發(fā)生［24］，同時發(fā)現(xiàn)在伴隨有小梁骨體積減少的鼠類中，HSC的數(shù)量也明顯減少，進(jìn)一步提示微環(huán)境改變可影響干細(xì)胞數(shù)量。

2．3 骨髓微環(huán)境與其他血液腫瘤 在MDS患者中，約30%的患者可轉(zhuǎn)變成急性白血病，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)骨髓微環(huán)境與白血病細(xì)胞的凋亡、增殖、遷徙有關(guān)，并且基質(zhì)環(huán)境有庇護(hù)白血病細(xì)胞免于化療藥物的作用［25］，除此之外，骨髓微環(huán)境在白血病發(fā)展中也得到臨床證據(jù)，最近有報道在接受異體骨髓移植患者中，根據(jù)相關(guān)研究報道每800個移植患者可有1個發(fā)生供體細(xì)胞衍生的血液系統(tǒng)疾病，包含MDS、急性髓系白血病 (AML)、慢性粒細(xì)胞白血病 (CML)、急性淋巴細(xì)胞白血病(ALL)，但在移植后長期 (6～30年)隨訪患者和他們的捐助者，所有的捐助者保持健康。因此，可以推測骨髓微環(huán)境在這些疾病的形成中可能起著積極的作用［26］。即為骨髓微環(huán)境誘導(dǎo)白血病的潛在作用提供了可能的臨床證據(jù)。

也有證據(jù)表明微環(huán)境異?？赡茉谠l(fā)性骨髓纖維化的發(fā)病中具有重要作用［27］，在慢性原發(fā)性骨髓纖維化病理生理學(xué)基礎(chǔ)中，克隆性造血細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子介導(dǎo)了多克隆性間質(zhì)反應(yīng)，最終導(dǎo)致了纖維化［28］。

綜上所述，骨髓微環(huán)境在MDS發(fā)病機(jī)制中起重要作用。為了進(jìn)一步尋找新的治療方案，提高療效，改善預(yù)后，越來越多的研究者對瘤細(xì)胞賴以生存的骨髓微環(huán)境展開了一系列的研究，這些可能揭示骨髓微環(huán)境在MDS發(fā)病機(jī)制中的作用，有利于針對骨髓微環(huán)境的治療策略的發(fā)展，有望為MDS尋找到新的治療途徑。

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