慢性粒細(xì)胞白血病干細(xì)胞的微環(huán)境及對藥物治療反應(yīng)的研究進(jìn)展

賀玲 張小燕 楊雅芝 李劍

[摘要] 慢性粒細(xì)胞白血病是一種惡性骨髓增殖性疾病，隨著酪氨酸激酶等化療藥物的使用，使其臨床緩解率提高，但其耐藥性高達(dá)15%并逐年上升。最近的研究發(fā)現(xiàn)，骨髓微環(huán)境（BM）中殘留的白血病干細(xì)胞（LSCs）在慢性粒細(xì)胞白血病患者獲得耐藥中起著重要作用。LSCs會分泌某些特定的細(xì)胞因子，起著重塑BM及建立保護(hù)性“壁龕”的作用，其中微環(huán)境中細(xì)胞因子CCL3可招募Nestin+間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）組建保護(hù)性“壁龕”庇護(hù)LSCs;緊接著轉(zhuǎn)化生長因子-β1使MSCs Nestin+轉(zhuǎn)化為α-SMA+MSCs，成為成熟的“壁龕”保護(hù)LSCs。從而耐受化療藥物的殺傷，導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā)。另一方面，骨髓微環(huán)境能夠通過多種機(jī)制使LSCs的信號傳導(dǎo)途徑異常，表觀遺傳學(xué)改變及跨膜運輸?shù)鞍椎幕钚栽黾?，?dǎo)致LSCs逃逸免疫系統(tǒng)的“監(jiān)察”。本文就BM與LSCs介導(dǎo)的慢性粒細(xì)胞白血病耐藥作一綜述。

[關(guān)鍵詞] 慢性粒細(xì)胞白血病;白血病干細(xì)胞;骨髓微環(huán)境;耐藥

[中圖分類號] R733.7? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）03（b）-0035-04

慢性粒細(xì)胞白血?。–ML）是由骨髓中的CD34+/CD38-/CD90-祖細(xì)胞功能失調(diào)引起的一種骨髓抑制性疾病[1]。通過使用酪氨酸激酶抑制劑，使CML患者完全細(xì)胞遺傳緩解率達(dá)85%，但仍然有15%左右的患者會發(fā)生耐藥，耐藥已成為CML治療失敗的主要原因。目前研究主要集中從白血病干細(xì)胞（LSCs）上尋找原因，并認(rèn)為LSCs導(dǎo)致治療失敗的機(jī)制有以下幾種：如LSCs多藥耐藥機(jī)制、LSCs抗凋亡機(jī)制和備受關(guān)注的LSCs多亞克隆樹枝狀演化機(jī)制[2]。從以上的機(jī)制中尋找減少耐藥的方法，至今未獲得突破性進(jìn)展。目前高度關(guān)注LSCs和微環(huán)境之間的關(guān)系，研究[3-5]提示LSCs通過躲藏于微環(huán)境中特定的“壁龕”逃避治療，導(dǎo)致不能清除殘留的LSCs，從而導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā)。

1 正常骨髓微環(huán)境

近些年來，檢測鑒定出了造血干細(xì)胞（hematopietic stem cells，HSCs）的各種功能性“壁龕”[5-7]，如：倍受學(xué)者們關(guān)注的靜止性HSCs的保護(hù)性“壁龕”。骨髓微環(huán)境（BM）中的骨內(nèi)膜小動脈周圍分布大量靜止性的HSCs，小動脈血管周細(xì)胞Nestin+間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是這種HSCs保護(hù)性“壁龕”的重要成員，能夠維持HSCs的靜止性，調(diào)控其功能[7-10]。最近有學(xué)者[10-13]發(fā)現(xiàn)，巨核細(xì)胞也是這種保護(hù)性“壁龕”的重要組成成分，其可調(diào)控HSCs處于G0期。HSC的BM中各種“壁龕”深入的研究為進(jìn)一步了解白血病骨髓微環(huán)境（CML-BM）提供了理論基礎(chǔ)。

2 CML骨髓微環(huán)境

目前，關(guān)于CML-BM的研究主要集中在兩方向。第一個方向，腫瘤細(xì)胞在骨髓中無限增殖，破壞和重塑正常的BM，使得微環(huán)境中一些“壁龕”更適于LSCs生長，不利于正常造血細(xì)胞的生長，破壞骨髓的造血功能，導(dǎo)致治療失敗。第二個方向，關(guān)注CML-BM怎樣保護(hù)LSCs，使其逃避化療等治療。CML耐藥性的產(chǎn)生通常與位于BM的骨內(nèi)膜區(qū)域內(nèi)靜止的LSCs有關(guān)[3，14]。LSCs能夠與BM相互作用，影響周圍細(xì)胞的表型，增加了細(xì)胞的增殖潛能并降低對酪氨酸激酶抑制劑（TKIs）的敏感性或產(chǎn)生耐藥[15]。Raimondo等[16]研究CML發(fā)現(xiàn)，治療后在BM的骨內(nèi)膜附近可發(fā)現(xiàn)殘余的LSCs，大多處于G0期，能抵抗藥物的殺傷作用，導(dǎo)致CML的復(fù)發(fā)。我國洪登禮實驗室有同樣的發(fā)現(xiàn)，利用小鼠做受體，移植人白血病細(xì)胞建立“人源性”的白血病小鼠，給這些小鼠進(jìn)行化療。在化療的刺激下，LSCs會分泌某些特定的細(xì)胞因子，重塑微環(huán)境并建立保護(hù)性“壁龕”，其中某些細(xì)胞因子可招募Nestin+MSCs到LSCs周圍，啟動保護(hù)性“壁龕”的組建;緊接著轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）使“壁龕”中的MSC細(xì)胞上的Nestin+轉(zhuǎn)化為α-SMA+，形成成熟的“壁龕”來保護(hù)LSCs。他們將這種“壁龕”命名為治療誘導(dǎo)性“壁龕”（therapy-induced niche，TI-niche），這種“TI-niche”是首次在世界上報道。該實驗室后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，“壁龕”中的細(xì)胞能分泌Furin蛋白酶，能將應(yīng)激蛋白前體剪切成為成熟的激蛋白，后者刺激LSCs表面轉(zhuǎn)化生長因子-βRⅡ的表達(dá)，激活TGF-β信號通路，從而賦予LSCs抗藥和抗凋亡的特性。值得關(guān)注的是，在不緩解或復(fù)發(fā)的患者骨髓標(biāo)本中可檢查出TI-niche，而在臨床緩解的患者標(biāo)本中未發(fā)現(xiàn)。這說明白血病患者骨髓中的TI-niche的形成是導(dǎo)致其治療失敗的重要原因[17]。

除了LSCs與BM相互作用之外，BM還可以通過釋放外泌體及特異性轉(zhuǎn)移許多信號的微小囊泡（包括DNA，細(xì)胞因子、蛋白和miRNA）來促進(jìn)白血病的存活和耐藥[18-19]。Corrado等[20]提出，腫瘤來源的外泌體可以重新編程BM，抑制抗白血病免疫和介導(dǎo)耐藥性。研究證實，白血病細(xì)胞釋放的外泌體內(nèi)含有膜相關(guān)TGF-β1，其能夠降低NK細(xì)胞破壞LSCs的能力，隨后誘導(dǎo)免疫抑制效應(yīng)，從而幫助白血病細(xì)胞逃避免疫反應(yīng)[21]。研究[22-23]發(fā)現(xiàn)CML衍生的外泌體中通過配體-受體相互作用激活抗凋亡途徑，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和存活。同樣，從CML細(xì)胞釋放的外泌體可以刺激BM基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生白介素（IL-8），反過來，IL-8能夠在體外和體內(nèi)積極調(diào)節(jié)白血病細(xì)胞的惡性表型和生存[24]。此外，在CML和基質(zhì)細(xì)胞中檢測到IL-8和/或其受體的表達(dá)增加，這表明IL-8具有調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境的能力。不僅外泌體中的細(xì)胞因子能調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境，外泌體中的miRNA同樣可以重塑微環(huán)境。Taverna等[25]在對LAMA84細(xì)胞系的外泌體研究發(fā)現(xiàn)，miR-126過表達(dá)的外泌體，可誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）中CXCL12和VCAM1表達(dá)的減少，并且負(fù)性調(diào)節(jié)LAMA84細(xì)胞的遷移性和粘附性，表明外泌體中的miRNA在BM中具有重要作用，可能影響疾病進(jìn)展。Taverna研究團(tuán)隊[26]發(fā)現(xiàn)LAMA84細(xì)胞系和CML患者血漿的外泌體都含有表皮生長因子家族的成員AREG，該因子具有幾種功能，其中包括：①激活基質(zhì)細(xì)胞中的EGF受體信號傳導(dǎo)，②增加SNAIL及其靶向的MPP9和IL-8的表達(dá)，③過度表達(dá)膜聯(lián)蛋白A2，促進(jìn)黏附、生長和侵襲白血病細(xì)胞。

3 LSCs和微環(huán)境對TKIs耐藥性的影響

臨床實踐中引入TKI顯著改善了CML患者的預(yù)后。盡管如此，對于某些人來說，由于耐藥性的出現(xiàn)，治療必須停止或改變。在CML患者中，除了繼發(fā)性BCR-ABL1突變的機(jī)制，耐藥性的出現(xiàn)還與以下一些因素有關(guān)，如：維持LSC生長的信號傳導(dǎo)途徑異常激活，表觀遺傳學(xué)改變及跨膜運輸?shù)鞍椎幕钚栽黾印Ｆ渲锌缒まD(zhuǎn)運蛋白功能的改變是耐藥性的主要原因之一，即ATP結(jié)合盒（ABC）轉(zhuǎn)運蛋白家族的幾個成員通過微環(huán)境釋放幾種因子在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)增加[27]。事實上，ABC轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)受到BM復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)調(diào)控，獲得多藥耐藥（multidrug resistance MDR）表型[28-30]。由于跨膜轉(zhuǎn)運蛋白的過度表達(dá)，白血病細(xì)胞具有增加將藥物泵出細(xì)胞的能力。研究最為廣泛的ABC轉(zhuǎn)運蛋白成員包括ABCB1/Pgp、ABCC1/MRP1和ABCG2/BCRP。在正常的HSCs中，這些轉(zhuǎn)運蛋白通過調(diào)節(jié)細(xì)胞信號保護(hù)細(xì)胞免受有毒物質(zhì)的損傷，并參與HSC的靜止，分化和自我更新。已有研究[31-32]報道，對伊馬替尼耐藥的K562細(xì)胞中，ABCB1陽性細(xì)胞數(shù)量增多，表明TKI治療導(dǎo)致選擇以跨膜轉(zhuǎn)運蛋白過表達(dá)為特征的LSC以及表達(dá)其他ABC成員如ABCC1和ABCG2的細(xì)胞增多。而在AP-CML患者在治療期間ABCB1陽性細(xì)胞數(shù)量增多，表明TKI治療導(dǎo)致CML-LSC的MDR表型不僅可以通過ABC轉(zhuǎn)運蛋白的作用產(chǎn)生，還可以通過其他一些現(xiàn)象發(fā)生，如藥物通量減少和細(xì)胞生長失衡、增殖和凋亡信號。除藥物外，一些TKIs攝入細(xì)胞還依賴于膜轉(zhuǎn)運蛋白（如OCT1、OCTN2）。這些轉(zhuǎn)運蛋白的低表達(dá)導(dǎo)致TKIs胞質(zhì)濃度的降低，在治療失敗中起重要作用[33]。盡管這些數(shù)據(jù)增強(qiáng)了轉(zhuǎn)運蛋白對TKIs反應(yīng)或抗性的作用，但轉(zhuǎn)運蛋白，LSCs和TKIs抗性之間關(guān)系仍然是一個未解決的問題。

4 結(jié)論

盡管各種新藥不斷出現(xiàn)，CML的治療效果已經(jīng)有了顯著的提高。但由于LSCs的存在， CML依然存在難治愈、易復(fù)發(fā)的問題。一方面，LSCs會分泌CCL3、TGF-β等細(xì)胞因子，重塑微環(huán)境并建立保護(hù)性“壁龕”來保護(hù)LSCs，耐受化療藥物的殺傷作用，導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā)。另一方面，BM能夠通過多種機(jī)制將LSCs隱藏到免疫系統(tǒng)中。在疾病發(fā)作時，骨髓衍生的抑制細(xì)胞降低自然殺傷細(xì)胞的數(shù)量以及阻止LSCs的免疫消除。因此特異性地干擾LSCs與其干細(xì)胞微環(huán)境間的相互作用，對CML的治療具有重大意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]? Morrison SJ，Scadden DT. The bone marrow niche for hae-matopoietic stem cells [J]. Nature，2014，505（7483）：327-334.

[2]? Rosti G，Castagnetti F，Gugliotta G，et al. Tyrosine kinase inhibitors in chronic myeloid leukaemia：Which，when，for whom [J]. Nat Rev Clin Oncol，2017，14（3）：141-154.

[3]? Karanu FN，Murdoch B，Gallacher L，et al. The notch ligand jagged-1 represents a novel growth factor of human hematopoietic stem cells [J]. Exp Med，2000，192（9）：1365-1372.

[4]? Medyouf H. The microenvironment in human myeloid malignancies：Emerging concepts and therapeutic implications [J]. Blood，2017，129（12）：1617-1626.

[5]? Mukaida N，Tanabe Y，Baba T. Chemokines as a conductor of bone marrow microenvironment in chronic myeloid leukemia [J]. Int J Mol Sci，2017，18（8）：830-835.

[6]? Christopher MJ，Liu F，Hilton MJ，et al. Suppression of CXCL12 production by bone marrow osteoblasts is a common and critical pathway for cytokine-induced mobilization [J]. Blood，2009，114（7）：1331-1339.

[7]? Jin L，Tabe Y，Konoplev S，et al. CXCR4 up-regulation by imatinib induces chronic myelogenous leukemia （CML） cell migration to bone marrow stroma and promotes survival of quiescent CML cells [J]. Mol Cancer Ther，2008，7（1）：48-58.

[8]? Zhang B，Ho Y，Huang Q，et al. Altered microenvironmental regulation of leukemic and normal stem cells in chronic myelogenous leukemia [J]. Cancer Cell，2012，21（4）：577-592.

[9]? Mendelson A，F(xiàn)renette PS. Hematopoietic stem cell niche maintenance during homeostasis and regeneration [J]. Nat Med，2014，20（8）：833-846.

[10]? Bhatia R，McGlave PB，Dewald GW，et al. Abnormal function of the bone marrow microenvironment in chronic myelogenous leukemia：Role of malignant stromal macr-ophages [J]. Blood，1995，85（12）：3636-3645.

[11]? Camacho V，McClearn V，Patel S，et al. Regulation of normal and leukemic stem cells through cytokine signaling and the microenvir-onment [J]. Int Hematol，2017，105（5）：566-577.

[12]? Vanegas NDP，Vernot JP. Loss of quiescence and self-renewal capacity of hematopoietic stem cell in an in vitro leukemic niche [J]. Exp Hematol Oncol，2017，6（2）：432-435.

[13]? Nievergall E，Reynolds J，Kok CH，et al. TGF-alpha and IL-6 plasma levels selectively identify CML patients who fail to achieve an early molecular response or progress in the first year of therapy [J]. Leukemia，2016，30（6）：1263-1272.

[14]? Boyiadzis M，Whiteside TL. The emerging roles of tumor-derived exosomes in hema-tological malignancies [J]. Leu-kemia，2017，31（6）：1259-1268.

[15]? Hong CS，Muller L，Whiteside TL，et al. Plasma exosomes as markers of therapeutic response in patients with acute myeloid leukemia [J]. Immunol，2014，10（5）：160.

[16]? Raimondo S，Saieva L，Corrado C，et al. Chronic myeloid leukemia-derived exosomes promote tumor growth through an autocrine mechanism [J]. Cell Commun Signal，2015， 13（8）：175-179.

[17]? Duan CW，Shi J，Chen J，et al. Leukemia propagating cells rebuild an evolving in response to therapy [J]. Cancer Cell，2014，25（6）：778-793.

[18]? Denizot Y，F(xiàn)ixe P，Liozon E，et al. Serum interleukin-8（IL-8）and IL-6 concentrations in patients with hematologic malignancies [J]. Blood，1996，87（9）：4016-4017.

[19]? Taverna S，Amodeo V，Saieva L，et al. Exosomal shuttling of miR-126 in endothelial cells modulates adhesive and migratory abilities of chronic myelogenous leukemia cells [J]. Mol Cancer，2014，11（13）：169.

[20]? Corrado C，Saieva L，Raimondo S，et al. Chronic myelogenous leukaemia exosomes modulate bone marrow microenvironment through activation of epidermal growth factor receptor [J]. Cell Mol Med，2016，20（10）：1829-1839.

[21]? Ng KP，Manjeri A，Lee KL，et al. Physiologic hypoxia promotes maintenance of CML stem cells despite effective BCR-ABL1 inhibition [J]. Blood，2016，123（21）：3316-3326.

[22]? Corrado C，Raimondo S，Saieva L，et al. Exosome-mediated crosstalk between chronic myelogenous leukemia cells and human bone marrow stromal cells triggers an interleukin 8- dependent survival of leukemia cells [J]. Cancer Lett，2014，348（1/2）：71-76.

[23]? Arrigoni E，Galimberti S，Petrini M，et al. ATP-binding cassette transmembrane transporters and their epigenetic control in cancer [J]. Expert Opin Drug Metab Toxicol，2016，12（12）：1419-1432.

[24]? Chen KG，Sikic BI，et al. Molecular pathways：Regulation and therapeutic implications of multidrug resistance [J]. Clin Cancer Res，2012，18（7）：1863-1869.

[25]? Taverna V，Di Luca A，Sousa D，et al. Multidrug resistant tumour cells shed more microvesicle-like EVs and less exosomes than their drugsensitive counterpart cells [J]. Biochim Biophys Acta，2016，1860（3）：618-627.

[26]? Taverna L，Bergevoet SM，Gilissen C，et al. Hematopoietic stem cells exhibit a specific ABC transporter gene expression profile clearly distinct from other stem cells [J]. BMC Pharmacol，2010，13（10）：1180-1186.

[27]? Raij L，Makers H Gilissen C，et al. ATP-binding-cassette transporters in hematopoietic stem cells and their utility as therapeutical targets in acute and chronic myeloid leukemia [J]. Leukemia，2007，21（10）：2094-2102.

[28]? Illmer T，Schaich M，Platzbecker U，et al. P-glycoprotein-mediated drug efflux is a resistance mechanism of chronic myelogenous leukemia cells to treatment with imatinib mesylate [J]. Leukemia，2013，18（3）：401-408.

[29]? Stromskaya TP，Rybalkina EY，Kruglov SS，et al. Role of P-glycoprotein in evolution of populations of chronic myeloid leukemia cells treated with imatinib [J]. Biochemistry，2011，73（1）：29-37.

[30]? Alves R，F(xiàn)onseca AR，Goncalves AC，et al. Drug transporters play a key role in the complex process of Imatinib resistance in vitro [J]. Leuk Res，2015，39（3）：355-360.

[31]? Hu H，Li Y，Gu J，et al. Antisense oligo-nucleotide against miR-21 inhibits migration and induces apoptosis in leukemic K562 cells [J]. Lymphoma，2016，51（4）：694-701.

[32]? Gao SM，Xing CY，Chen CQ，et al. miR-15a and miR-16-1 inhibit the proliferation of leukemic cells by down-regulating WT1 protein level [J]. Exp Clin Cancer Res，2016，1（30）：345-350

[33]? Irvine DA，Zhang B，Kinstrie R，et al. Deregulated hedgehog pathway signaling is inhibited by the smoothened antagonist LDE225 in chronic phase chronic myeloid leukaemia [J]. Sci Rep，2016，9（6）：254-260.

（收稿日期：2018-06-19? 本文編輯：封? ?華）