骨髓微環(huán)境與骨髓增生異常綜合征

呂揚揚，趙智剛

骨髓微環(huán)境是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要由基質(zhì)細(xì)胞，包括間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）、骨祖細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等以及細(xì)胞因子等組成。通過與造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cell，HSC）相互作用來調(diào)控其增殖和分化，維持正常的造血功能。異常的骨髓微環(huán)境在調(diào)控血液髓系腫瘤細(xì)胞的侵襲和抗凋亡、MDS細(xì)胞克隆擴增、骨髓無效造血以及促進(jìn)疾病進(jìn)展方面起著重要作用，這使其成為一個潛在的治療靶標(biāo)。本文就骨髓微環(huán)境中基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞因子、基因及信號通路的異常及其與MDS發(fā)病、進(jìn)展、預(yù)后的關(guān)系作一概述。

1 基質(zhì)細(xì)胞異常

1.1 MSC MSC是骨髓微環(huán)境的重要組成部分，在促進(jìn)HSC自我更新、增殖分化、調(diào)控及維持正常造血方面發(fā)揮重要作用。Medyouf等[1]的共培養(yǎng)試驗表明MDS患者的造血細(xì)胞使得健康MSC獲得MDS樣特征，骨髓微環(huán)境發(fā)生重塑。反過來，健康MSC產(chǎn)生的多種細(xì)胞因子及其他因子又進(jìn)一步促進(jìn)MDS患者HSC的分化和擴增。Wu等[2]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，低危MDS患者的MSC細(xì)胞體積大、呈扁平狀、形狀不規(guī)則，表現(xiàn)出與細(xì)胞衰老、凋亡無關(guān)的生長和克隆形成能力受損，黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）的下調(diào)和活化減少，表明FAK缺陷造成MSC異常，異常的MSC導(dǎo)致造血干/祖細(xì)胞（hemopoietic stem progenitor cell，HSPC）分化或成熟障礙，進(jìn)而導(dǎo)致無效造血，從而促進(jìn)向高危MDS甚至急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）的轉(zhuǎn)化。既往研究發(fā)現(xiàn)，MDS患者的骨髓MSC在免疫調(diào)節(jié)及支持造血功能方面存在異常[3]。因此，形態(tài)和功能異常的MSC通過影響正常造血，促進(jìn)MDS的發(fā)病和進(jìn)展。

1.2 成骨細(xì)胞 成骨細(xì)胞是骨髓HSC龕的重要組成部分，其通過調(diào)節(jié)骨組織重塑來調(diào)控成骨細(xì)胞龕的形成和重建，參與調(diào)節(jié)HSC的功能和活性以及血液髓系腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。Raaijmakers等[4]發(fā)現(xiàn)，在敲除成骨祖細(xì)胞Dicer1的小鼠中，不僅成骨細(xì)胞分化受損，而且出現(xiàn)了骨骼異常、骨髓衰竭伴輕度骨髓增生、造血祖細(xì)胞髓內(nèi)凋亡增加、促進(jìn)MDS的克隆演變及向繼發(fā)性AML發(fā)展的傾向。Kode等[5]研究發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞的β?catenin激活突變時出現(xiàn)骨髓髓系細(xì)胞分化阻滯、髓外異常造血及染色體畸變，進(jìn)而誘導(dǎo)MDS、AML發(fā)病。Mosialou等[6]的研究發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞中β?catenin活化水平的增加與MDS惡化及向AML的轉(zhuǎn)化有關(guān)?？梢姺只軗p的成骨細(xì)胞在MDS的發(fā)病、預(yù)后及MDS向AML轉(zhuǎn)化中具有重要作用。

1.3 血管內(nèi)皮細(xì)胞 血管內(nèi)皮細(xì)胞位于血管龕，可以調(diào)控HSC的增殖和分化。Balderman等[7]發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，MDS模型小鼠骨髓中的內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量增加、結(jié)構(gòu)異常、骨髓HSC減少、造血功能下降，表明內(nèi)皮細(xì)胞在維持骨髓正常造血方面具有重要作用。Teofili等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，低危MDS患者內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量增多，黏附力增強，導(dǎo)致造血細(xì)胞異常附著于內(nèi)皮環(huán)境，從而干擾其正常增殖與分化，影響正常造血功能；與內(nèi)皮集落形成相關(guān)的基因，如p15INK4b、DAPK1、CDH1和SOCS1等，至少一種呈現(xiàn)出不同程度的甲基化。因此去甲基化藥物對低危MDS患者有效。綜上，血管內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量增加、黏附力增強，影響正常造血，在MDS的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。

1.4 單核/巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞是人體內(nèi)的先天免疫細(xì)胞，由單核細(xì)胞衍生而來，參與攝取和降解異常細(xì)胞、碎片、異物并協(xié)調(diào)炎癥過程。Han等[9]研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照相比，MDS患者的單核細(xì)胞數(shù)量增加，但是誘導(dǎo)產(chǎn)生巨噬細(xì)胞的能力受損，從而導(dǎo)致巨噬細(xì)胞數(shù)量減少；MDS來源的巨噬細(xì)胞表面識別受體CD206和信號調(diào)節(jié)蛋白SIRPα的表達(dá)水平降低，進(jìn)而導(dǎo)致巨噬細(xì)胞吞噬能力減弱。因此，MDS患者體內(nèi)異常的巨噬細(xì)胞不能識別、吞噬和殺滅MDS克隆細(xì)胞。Nybakken等[10]研究表明，MDS患者的巨噬細(xì)胞存在與輸血無關(guān)的鐵超載現(xiàn)象，提示預(yù)后不良，巨噬細(xì)胞表達(dá)的血紅素加氧酶?1（heme oxygenase?1，HO1）和鐵蛋白也增加，高水平的HO1與總生存期縮短顯著相關(guān)，為MDS提供了一種新型預(yù)后指標(biāo)。綜上，巨噬細(xì)胞數(shù)量減少、功能異常對MDS的發(fā)病、進(jìn)展及預(yù)后有重要影響。

2 細(xì)胞因子異常

2.1 血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF） VEGF是一種具有高度生物活性的功能性糖蛋白，具有促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、增加血管通透性及促進(jìn)血管形成的作用。Kim等[11]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，MDS患者的骨髓原始細(xì)胞VEGF表達(dá)和血管生成增加，骨髓微血管密度（microvessel density，MVD）增加，MVD和VEGF的高表達(dá)與MDS患者生存率降低有關(guān)，提示預(yù)后不良。Invernizzi等[12]對188例MDS患者和96例非血液病患者的骨髓細(xì)胞分析發(fā)現(xiàn)，MDS患者的VEGF表達(dá)高于對照組，其在骨髓細(xì)胞的過表達(dá)導(dǎo)致無效造血，進(jìn)而促進(jìn)疾病進(jìn)展；而與高危MDS患者相比，低危MDS患者骨髓細(xì)胞的VEGF表達(dá)更高，高水平的VEGF與更長的總生存期和無進(jìn)展生存期相關(guān)，提示VEGF對預(yù)后具有潛在的預(yù)測價值。因此，VEGF高表達(dá)與MDS預(yù)后的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

2.2 腫瘤壞死因子?α（tumor necrosis factor?α，TNF?α） TNF?α是一種由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的負(fù)性造血調(diào)控因子，在MDS患者中過量產(chǎn)生。Kondo等[13]研究發(fā)現(xiàn)，γ干擾素（IFN?γ）和TNF?α的過量產(chǎn)生激活核因子（NF）?κB，誘導(dǎo)MDS患者的骨髓原始細(xì)胞表達(dá)免疫抑制分子B7?H1，B7?H1+的MDS原始細(xì)胞具有內(nèi)在的增殖優(yōu)勢并且可以抑制T細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡，這可能與MDS疾病進(jìn)展有關(guān)。Cluzeau等[14]研究發(fā)現(xiàn)TNF?α抑制MDS患者促紅細(xì)胞生成素的產(chǎn)生，血清促紅細(xì)胞生成素濃度與TNF?α濃度呈負(fù)相關(guān)，血清TNF?α濃度降低可以作為重組促紅細(xì)胞生成素治療有效的生物標(biāo)志物。Shikama等[15]研究發(fā)現(xiàn)，mi?R34a的過表達(dá)導(dǎo)致 c?Fos蛋白水平降低，與健康對照組相比，c?Fos低表達(dá)者分泌更多的TNF?α，進(jìn)而誘導(dǎo)低危MDS患者造血細(xì)胞凋亡，促進(jìn)無效造血。綜上，TNF?α過表達(dá)與MDS疾病進(jìn)展密切相關(guān)。

2.3 基質(zhì)細(xì)胞衍生因子?1（stromal cell?derived factor 1，SDF?1） SDF?1/趨 化 因 子 受 體 4（chemokine receptor 4，CXCR4）軸是介導(dǎo)骨髓微環(huán)境和造血細(xì)胞增殖分化的關(guān)鍵樞紐。SDF?1（又稱CXCL12）由骨髓基質(zhì)細(xì)胞分泌，CXCR4在造血細(xì)胞上表達(dá)，兩者特異性結(jié)合，在HSPC的歸巢、定居，正常造血的維持及動員過程中發(fā)揮重要作用。Wu等[2]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，低危MDS患者的MSC中SDF?1表達(dá)水平明顯下調(diào)，導(dǎo)致MSC生長受阻和克隆形成能力受損，進(jìn)而影響正常造血。Abe?Suzuki等[16]研究發(fā)現(xiàn)，MDS患者的骨髓表現(xiàn)出比對照組更高的CXCL12+細(xì)胞密度，且與骨髓原始細(xì)胞比例呈正相關(guān)；體外共培養(yǎng)分析顯示CXCL12過表達(dá)使白血病細(xì)胞系的Bcl?2表達(dá)上調(diào)；與低CXCL12組相比，高CXCL12組有更高的Bcl?2+/CD34+細(xì)胞比例和更低的細(xì)胞凋亡率。上述結(jié)果表明，SDF?1與MDS的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

3 基因異常

3.1 Dicer1 Dicer1基因與表觀遺傳調(diào)控密切相關(guān)，編碼蛋白屬于RNA酶Ⅲ家族。Dicer1異?？梢詫?dǎo)致不同組織、不同發(fā)育階段的miRNA表達(dá)異常。Ozdogan等[17]研究發(fā)現(xiàn)，MDS和AML患者的MSC中Dicer1基因表達(dá)低于健康對照組，且miRNA表達(dá)異常；隨著疾病進(jìn)展，Dicer1表達(dá)逐漸下降，Dicer1基因的下調(diào)和一些差異表達(dá)的miRNA造成MSC發(fā)生改變，進(jìn)而造成HSC功能受損，最終導(dǎo)致無效造血。Zhao等[18]研究發(fā)現(xiàn)，MDS患者的MSC中Dicer1表達(dá)下調(diào)且MSC有衰老傾向，MDS患者M(jìn)SC中的Dicer1敲低可促進(jìn)細(xì)胞衰老并抑制MSC的分化和造血支持能力，而Dicer1的過度表達(dá)可逆轉(zhuǎn)細(xì)胞衰老并增強干細(xì)胞的性能。上述研究表明，Dicer1表達(dá)下調(diào)與MSC的衰老及MDS的無效造血有關(guān)。

3.2 AURKA AURKA基因是Aurora激酶家族成員之一，編碼一個進(jìn)化上保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶。Heredia等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，MDS患者骨髓的AURKA基因呈高表達(dá)，顯示出輸血依賴和更多的血細(xì)胞減少，提示高表達(dá)的AURKA基因可能與MDS的不良預(yù)后有關(guān)。Oliveira等[20]研究發(fā)現(xiàn)，與造血細(xì)胞和正常的MSC相比，MDS患者的MSC中AURKA呈高表達(dá)，AURKA高表達(dá)可以誘導(dǎo)無效造血及向AML的轉(zhuǎn)化。因此，AURKA的高表達(dá)影響MDS的疾病進(jìn)展及預(yù)后。

3.3 SPINT2 SPINT2是肝細(xì)胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）激活劑的內(nèi)源性抑制劑，編碼跨膜蛋白肝細(xì)胞生長因子激活抑制劑?2（hepatocyte growth factor activator inhibitor,HAI?2）。Roversi等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，MDS和AML患者的骨髓MSC中HAI?2/SPINT2表達(dá)水平較低，用DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑5?阿扎胞苷（5?Azacitidine，5?Aza）處理后，HAI?2/SPINT2 mRNA和蛋白水平上調(diào)，表明在MDS和AML中該基因的甲基化可能導(dǎo)致表觀遺傳學(xué)沉默，并且可能是腫瘤抑制基因。既往研究發(fā)現(xiàn)，MDS患者的MSC中SPINT2表達(dá)降低導(dǎo)致HGF和SDF?1細(xì)胞因子分泌增加，進(jìn)而導(dǎo)致MSC與HSC或惡性細(xì)胞黏附增加，影響造血細(xì)胞的自我更新、歸巢和增殖[22]。MDS患者M(jìn)SC中SPINT2低表達(dá)造成MDS惡性克隆持續(xù)存在，促進(jìn)MDS發(fā)病。

4 信號通路異常

4.1 Wnt/β?catenin信號通路 Wnt/β?catenin信號通路的異常激活與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Bhagat等[23]研究發(fā)現(xiàn)，MDS 患者 Wnt通路拮抗劑FRZB高甲基化和表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而激活HSC的Wnt/β?catenin通路，通過5?Aza處理可以達(dá)到表觀遺傳學(xué)逆轉(zhuǎn)（去甲基化）。Wnt/β?catenin通路的激活導(dǎo)致MDS向侵襲性髓系疾病轉(zhuǎn)化。高危MDS患者的Wnt通路活化水平較高，且較高的Wnt活化標(biāo)記與較短的總生存期有關(guān)，提示W(wǎng)nt活化與MDS的進(jìn)展及不良預(yù)后有關(guān)。Stoddart等[24]研究發(fā)現(xiàn)，骨髓微環(huán)境中異常的Wnt/β?catenin信號導(dǎo)致MDS發(fā)病。Apc是經(jīng)典Wnt/β?catenin信號通路的關(guān)鍵性負(fù)調(diào)控因子。實驗發(fā)現(xiàn)，Apcdel/+小鼠中Ctnnb1水平下降可以逆轉(zhuǎn)MDS表型，使用Wnt抑制劑pyrvinium治療Apcdel/+小鼠可以抑制MDS進(jìn)展，即使在貧血出現(xiàn)后給予Wnt抑制劑仍然可以延緩疾病進(jìn)展[24]。

4.2 PI3K/AKT信號通路 AKT是一種PI3K下游的效應(yīng)物，在抗凋亡過程中發(fā)揮重要作用，參與了MDS、AML等多種血液腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Falconi等[25]研究發(fā)現(xiàn)，MDS患者的骨髓 MSC 中與PI3K/AKT信號通路有關(guān)的基因GSK3β、SOS1、RASA1和MTCP1表達(dá)下調(diào)，PI3K/AKT信號通路的失調(diào)造成MDS患者的骨髓MSC表型異常、功能障礙并影響其與正常造血細(xì)胞相互作用的能力，導(dǎo)致骨髓衰竭。Jiang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，白花蛇舌草總香豆素（total coumarins of hedyotisdiffusa，TCHD）處理人MDS細(xì)胞系SKM?1后，PI3K、AKT、p?AKT和p?P65蛋白水平顯著下降，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，表明TCHD通過抑制PI3K/AKT信號通路誘導(dǎo)MDS細(xì)胞凋亡，具有治療MDS和AML的潛能。

4.3 Hedgehog（Hh）信號通路 Hh信號通路主要由信號分子HH、膜受體PTCH、SMO以及轉(zhuǎn)錄因子GLI等組成。Lau等[27]研究發(fā)現(xiàn)，異常的Hh信號傳導(dǎo)在MDS中頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致造血祖細(xì)胞自我更新異常，促進(jìn)疾病進(jìn)展和向白血病轉(zhuǎn)化，分別用SMO和GLI1抑制劑處理人TF?1和MDS?L細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)GLI1抑制劑（GANT61）具有更強的抑制細(xì)胞生長作用，其在體外抑制克隆形成的能力更強，表明針對轉(zhuǎn)錄因子GLI的治療可能比使用SMO抑制劑更有效。Savona等[28]發(fā)現(xiàn)，SMO抑制劑Glasdegib聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)化療方案治療高危MDS及AML顯示出良好的耐受性，是一種新的治療選擇。

5 展望

MDS是常見的血液系統(tǒng)惡性腫瘤，其發(fā)病機制至今尚不明確。骨髓微環(huán)境尤其是其中的基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞因子、基因、信號通路等的異常在MDS的發(fā)病、進(jìn)展和預(yù)后中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。對它們的深入研究不僅有助于對MDS的發(fā)病機制、預(yù)后判斷有更全面、清晰的認(rèn)識，而且還有助于為MDS患者提供新的治療靶點。與此同時，不斷加強對骨髓微環(huán)境和MDS相互作用的基礎(chǔ)研究還將有助于推動轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)MDS臨床決策的更新，使MDS患者獲得更精準(zhǔn)的治療。