間充質(zhì)干細(xì)胞在骨肉瘤發(fā)生發(fā)展中的作用研究進(jìn)展

孫星星，閔大六

上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，上海 200000

骨肉瘤是臨床常見(jiàn)的骨組織原發(fā)性惡性腫瘤，青少年多發(fā)，好發(fā)于四肢長(zhǎng)骨干骺端，尤其是股骨遠(yuǎn)端及脛骨、肱骨近端，目前臨床上的標(biāo)準(zhǔn)治療方案主要為化療與手術(shù)的聯(lián)合治療[1]。盡管近年來(lái)隨著醫(yī)療水平的不斷發(fā)展，骨肉瘤患者的生存率得到了提高，但由于骨肉瘤極易發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及化療耐藥，因此患者的預(yù)后仍不盡如人意[2]。然而目前關(guān)于骨肉瘤的具體發(fā)生機(jī)制尚不清楚。近年來(lái)，腫瘤微環(huán)境被越來(lái)越多的研究證實(shí)與骨肉瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。腫瘤微環(huán)境包括非腫瘤細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)。在腫瘤微環(huán)境中，非腫瘤細(xì)胞如間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）、成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞等在腫瘤的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。值得一提的是，MSC在骨肉瘤發(fā)生發(fā)展中的作用受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文就MSC與骨肉瘤關(guān)系的最新研究進(jìn)展作一綜述。

1 MSC概述

MSC來(lái)源于發(fā)育早期的中胚層和外胚層，具有強(qiáng)大的自我更新能力和多向分化潛能，在適宜的條件下能夠分化為肌細(xì)胞、成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞等多種細(xì)胞。骨髓和脂肪組織是MSC的豐富來(lái)源，成人和胎兒的腎臟、皮膚、臍帶和胎盤(pán)等都能分離出MSC[3-4]。MSC具有促進(jìn)傷口愈合的功能，在此過(guò)程中，MSC能夠感受到傷口周?chē)沫h(huán)境變化，通過(guò)分泌一系列細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子對(duì)傷口發(fā)揮作用，包括抑制炎性反應(yīng)、血管生成、再上皮化、傷口收縮和細(xì)胞外基質(zhì)沉積，從而加速傷口愈合[5]。MSC促進(jìn)組織修復(fù)的這一特性已經(jīng)在多種疾病中被報(bào)道，包括帕金森病、中風(fēng)和骨性關(guān)節(jié)炎等[6]。研究表明，處于腫瘤炎性微環(huán)境中的MSC同樣可分泌一系列細(xì)胞因子、炎性因子及趨化因子，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和血管生成，進(jìn)而加速腫瘤進(jìn)展[7]。

2 MSC在骨肉瘤發(fā)展中的作用

2.1 MSC在骨肉瘤增殖中的作用

腫瘤細(xì)胞能夠在組織中不斷地生長(zhǎng)與增殖，一方面，需要源源不斷的新生血管為腫瘤細(xì)胞提供充足的能量；另一方面，腫瘤細(xì)胞必須逃避由自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞和CD8＋T細(xì)胞啟動(dòng)的自體免疫監(jiān)視，從而達(dá)到免疫逃逸的目的。在兒童肉瘤中，MSC通過(guò)減少NK細(xì)胞受體NKp44和NKp46的表達(dá)，抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用[8]。此外，MSC分泌的一系列生長(zhǎng)因子的促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的作用同樣不可忽略。研究表明，在骨肉瘤中，MSC分泌的白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）具有促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的作用[9-10]。Du等[11]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)MSC通過(guò)白細(xì)胞介素-8（interleukin-8，IL-8）/趨化生長(zhǎng)因子受體 1（chemokine receptor 1，CXCR1）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，又稱(chēng)AKT）信號(hào)通路增強(qiáng)了骨肉瘤細(xì)胞對(duì)于失巢凋亡的耐受性，使骨肉瘤細(xì)胞不斷增殖。此外，外泌體在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮的作用也受到越來(lái)越多的關(guān)注。研究顯示，人骨髓來(lái)源的間充質(zhì)干細(xì)胞（human bone marrow derived mesenchymal stem cell，hBMSC）分泌的外泌體可通過(guò)激活Hedgehog信號(hào)通路，促進(jìn)骨肉瘤MG63細(xì)胞的生長(zhǎng)[12]。

2.2 MSC在骨肉瘤遷移和侵襲中的作用

研究顯示，MSC通過(guò)“間充質(zhì)向阿米巴樣運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變”的形式促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的侵襲和跨內(nèi)皮遷移，在此過(guò)程中，單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)致癌基因-α（growth regulated oncogene-α，GRO-α）及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）等細(xì)胞因子發(fā)揮重要作用[13]。另有研究證明，MSC通過(guò)水通道蛋白1（aquaporin 1，AQP1）誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞的遷移與侵襲。當(dāng)骨肉瘤與MSC共培養(yǎng)時(shí)，AQP1的數(shù)量上升，MSC介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力增強(qiáng)。當(dāng)使用AQP1抑制劑處理后，腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力明顯受到抑制[14]。Hu等[15]比較了骨肉瘤患者腫瘤原發(fā)部位和肺轉(zhuǎn)移部位凝血酶敏感蛋白-1（thrombospondin-1，TSP-1）的表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肺轉(zhuǎn)移部位的TSP-1表達(dá)明顯上調(diào)，且TSP-1的表達(dá)水平與骨肉瘤患者的Enneking分期及肺轉(zhuǎn)移有關(guān)。該研究進(jìn)一步證實(shí)了TSP-1主要是通過(guò)上調(diào)轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白如基質(zhì)金屬蛋白酶2（matrix metallopeptidase 2，MMP2）、基質(zhì)金屬蛋白酶 9（matrix metallopeptidase 9，MMP9）和纖連蛋白1（fibronectin 1）的表達(dá)，發(fā)揮其促轉(zhuǎn)移作用。在此過(guò)程中，MSC分泌的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）可以明顯促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞中TSP-1的表達(dá)。由此可知，MSC主要是通過(guò)分泌細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)變細(xì)胞運(yùn)動(dòng)形式等途徑促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移與侵襲。

2.3 MSC和骨肉瘤的耐藥性

化療耐藥是腫瘤治療的一大瓶頸，嚴(yán)重地影響了腫瘤患者的預(yù)后。在腫瘤微環(huán)境中，一方面，在MSC的誘導(dǎo)下，更多的免疫細(xì)胞聚集到腫瘤部位，增加了腫瘤干細(xì)胞的比例；另一方面，MSC可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞獲得干細(xì)胞表型[7]。體外實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)卵巢癌細(xì)胞與MSC共培養(yǎng)時(shí)，腫瘤干細(xì)胞的比例明顯提高[16]。已有研究表明，腫瘤干細(xì)胞可通過(guò)一系列機(jī)制增強(qiáng)其對(duì)化療藥物的耐受性[17]。此外，MSC分泌一些細(xì)胞因子，如IL-6和IL-8，誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞獲得干細(xì)胞表型，導(dǎo)致骨肉瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物（如多柔比星）的敏感性降低[18]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用治療劑量的順鉑和多柔比星處理骨肉瘤細(xì)胞后，MSC能夠明顯增加存活細(xì)胞的數(shù)量，深入研究發(fā)現(xiàn)，MSC分泌的IL-6通過(guò)激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）信號(hào)通路，促進(jìn)多藥耐藥蛋白 1（multidrug resistance protein 1，MDR1）和多藥耐藥相關(guān)蛋白（multidrug resistance associated protein，MRP）的表達(dá)，介導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的耐藥[19]。由此可知，MSC通過(guò)增加MDR1和MRP的表達(dá)或誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞獲得干細(xì)胞表型，從而介導(dǎo)骨肉瘤的耐藥。

2.4 MSC抑制骨肉瘤的生長(zhǎng)

盡管上述研究證實(shí)了MSC可以促進(jìn)骨肉瘤的發(fā)生發(fā)展，但是也有一些研究顯示MSC可以抑制骨肉瘤的生長(zhǎng)。研究顯示，當(dāng)用沖擊波干預(yù)成人MSC后，將其與骨肉瘤細(xì)胞共培養(yǎng)，MSC誘導(dǎo)產(chǎn)生的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）能夠顯著誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞凋亡[20]。造成這種與之前結(jié)果截然相反的原因尚不清楚，可能受到多方面因素的影響，包括腫瘤模型不同、MSC的異質(zhì)性、實(shí)驗(yàn)方法和動(dòng)物模型不同等。因此，MSC在骨肉瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的具體作用機(jī)制值得進(jìn)一步探討。

3 MSC的臨床應(yīng)用前景

3.1 MSC在骨組織工程中的應(yīng)用

骨缺損導(dǎo)致的骨愈合延遲或不愈合是骨腫瘤患者術(shù)后預(yù)后不佳的最主要原因，傳統(tǒng)的治療方法主要是自體骨移植，但由于二次創(chuàng)傷及血供不良等原因限制了其在臨床中的應(yīng)用。近年來(lái)骨組織工程技術(shù)不斷發(fā)展，MSC因具有一系列重要特性而成為骨組織工程理想的種子細(xì)胞，與生物材料及細(xì)胞因子等相結(jié)合應(yīng)用于骨組織工程[21]。研究證實(shí)，在股骨頭壞死早期通過(guò)局部注射MSC能夠抑制疾病的進(jìn)展，且是安全有效的，5年隨訪(fǎng)發(fā)現(xiàn)，53例接受MSC治療的患者中僅2例患者因疾病惡化需要接受關(guān)節(jié)置換術(shù)[22]。MSC越來(lái)越多地被應(yīng)用于各種損傷組織的修復(fù)，對(duì)于骨肉瘤術(shù)后大段骨缺損的患者，可以將MSC結(jié)合生物材料用于骨重建以改善患者預(yù)后。

3.2 MSC向腫瘤部位運(yùn)載藥物

MSC能夠定向趨向腫瘤部位，這一特性使MSC成為抗腫瘤藥物的細(xì)胞運(yùn)載工具，可以通過(guò)MSC運(yùn)載治療藥物或轉(zhuǎn)染相關(guān)基因，進(jìn)而更有效地發(fā)揮其抗腫瘤作用，目前被運(yùn)載的藥物主要有白細(xì)胞介素、干擾素、抗腫瘤前體藥物、抗血管生成劑、促凋亡蛋白及生長(zhǎng)因子拮抗劑等[23]。有研究者將腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（tumor necrosisfactor-related apoptosisinducing ligand，TRAIL）基因轉(zhuǎn)染至小鼠MSC中并與骨肉瘤細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)MSC可通過(guò)激活胱天蛋白酶8（caspase 8）誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞凋亡[24]。另有研究者通過(guò)轉(zhuǎn)染胞嘧啶脫氨酶（cytosine deaminase，CD）/5-氟胞嘧啶（5-fluorocytosine，5-FC）至MSC獲得穩(wěn)定表達(dá)CD/5-FC的MSC細(xì)胞株，并將其注入骨肉瘤移植瘤大鼠模型中，結(jié)果顯示MSC能夠明顯抑制腫瘤生長(zhǎng)[25]。將載有骨保護(hù)素基因的腺病毒轉(zhuǎn)染至MSC并通過(guò)尾靜脈注入裸鼠體內(nèi)時(shí)，MSC能夠趨向腫瘤部位，抑制腫瘤的生長(zhǎng)且減少骨破壞，發(fā)揮骨保護(hù)作用[26]。MSC為骨肉瘤的治療提供了一個(gè)新的方向，可能是未來(lái)腫瘤治療的新熱點(diǎn)。

3.3 靶向MSC的上游和下游調(diào)節(jié)劑

由于MSC沒(méi)有特異性的細(xì)胞表面抗原，因此難以完全清除腫瘤微環(huán)境中的MSC，此時(shí)可以考慮在腫瘤的發(fā)生發(fā)展期間，通過(guò)靶向MSC的上游和下游調(diào)節(jié)劑，阻斷其與腫瘤細(xì)胞的交互作用，從而抑制腫瘤的發(fā)展，為治療腫瘤提供了一種新的策略[27]。IL-6和AQP1在骨肉瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移中具有非常重要的作用，通過(guò)藥物靶向IL-6和AQP-1，骨肉瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移能力受到明顯抑制[14,28]。研究發(fā)現(xiàn)，巖藻多糖提取物能夠通過(guò)抑制VEGF和基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1的表達(dá)，抑制腫瘤組織的血管新生，進(jìn)而降低骨肉瘤細(xì)胞的增殖能力[29]。由此推測(cè)，未來(lái)此種治療理念也將會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用于骨肉瘤的治療。

4 小結(jié)與展望

目前，研究者對(duì)于腫瘤的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)從腫瘤細(xì)胞本身轉(zhuǎn)移到腫瘤微環(huán)境，腫瘤微環(huán)境中的MSC成為關(guān)注的熱點(diǎn)。MSC可以定向趨向腫瘤部位并向其運(yùn)載藥物發(fā)揮抗腫瘤作用。然而，MSC還可能會(huì)表現(xiàn)出促進(jìn)骨肉瘤發(fā)生發(fā)展的作用。因此，針對(duì)MSC的抗腫瘤和促腫瘤作用，必須給予一套合理規(guī)范的評(píng)價(jià)體系，使患者最大程度地獲益。盡管目前MSC還沒(méi)有被大規(guī)模應(yīng)用于骨肉瘤的臨床治療，但未來(lái)MSC對(duì)于包括骨肉瘤在內(nèi)的腫瘤治療潛力很大，值得進(jìn)一步深入研究。