骨肉瘤的分化療法與研究進展*

熊齊勝，韓迎祥，汪學松，張寧澤，林嘉盈

（1.北京航空航天大學 生物與醫(yī)學工程學院，北京 100191；2.青島市中心醫(yī)院脊柱外科，山東 青島 266042）

骨肉瘤好發(fā)于兒童與青少年，是一種擴散極為快速的原發(fā)惡性骨腫瘤，常見于長骨干骺端，如股骨遠端、脛骨近端、肱骨近端。在所有的骨肉瘤患者中，10～20歲的青少年約占60%，40歲以上的成年人約占13%[1]。老年人群中骨肉瘤往往伴隨于畸形性骨炎，或者是繼發(fā)性腫瘤[2]。目前臨床采用手術(shù)治療為主，放化療和生物治療為輔的綜合治療，但大多數(shù)治療效果不佳。截肢手術(shù)雖然在一定程度上能挽救部分患者的生命，但對于青少年患者，截肢手術(shù)不僅對其身體造成嚴重損傷，而且術(shù)后還會造成精神傷害。近年來，新輔助化療聯(lián)合保肢治療在臨床上取得很大成功，患者免受截肢之苦的同時其5年生存率也提高到60%左右[3]。骨肉瘤外科治療的目的已從挽救生命發(fā)展到最大限度地保存患肢。

雖然新輔助化療聯(lián)合手術(shù)治療可提高患者5年生存率，但當骨肉瘤復(fù)發(fā)和發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移時，其預(yù)后效果很差，大部分患者會面臨死亡的威脅。因此，越來越多的學者對骨肉瘤的發(fā)生和發(fā)展，以及骨肉瘤的分子生物學進行探究。本文就骨肉瘤的誘導分化療法、骨肉瘤癌干細胞及其成骨分化研究進行了綜述。

1 骨肉瘤的發(fā)病機制

骨肉瘤的發(fā)病機制尚不完全清楚，被認為是多種因素引起的疾病。例如當基因缺失或突變時可能會導致骨肉瘤的發(fā)生。在骨肉瘤中尤其以p53和Rb基因最為常見。將近50%骨肉瘤患者存在p53基因的缺失或突變，約70%骨肉瘤患者的Rb基因發(fā)生基因突變。因此p53和Rb基因被認為與骨肉瘤的發(fā)生有直接關(guān)系[2]。雖然基因突變或缺失被證明與骨肉瘤有關(guān)，但至今仍沒有發(fā)現(xiàn)某個具體的基因與骨肉瘤的發(fā)生有直接關(guān)系。另外，一些化學因素如致癌物質(zhì)、輻射等環(huán)境因素均可能導致骨肉瘤的產(chǎn)生。此外，骨發(fā)育不良包括骨Paget's病、骨纖維性結(jié)構(gòu)不良等，均可能增加骨肉瘤的風險[1]。

近年來，骨肉瘤被認為是一種分化缺陷疾病，是由成骨分化時發(fā)生遺傳或表觀遺傳破壞引起[4-5]。在骨肉瘤中，腫瘤細胞與成骨細胞相似，都呈現(xiàn)出骨細胞分化并產(chǎn)生惡性類骨質(zhì)的病征，不僅有成骨細胞區(qū)域，也有成軟骨細胞或成纖維細胞區(qū)域。該特征表明骨肉瘤細胞可能起源于間充質(zhì)干細胞[6-9]。但腫瘤細胞起源于間充質(zhì)干細胞成骨分化的具體階段仍然難以確定[8]。通過研究p53和Rb基因缺失的脂肪來源間充質(zhì)干細胞和骨髓來源間充質(zhì)干細胞，發(fā)現(xiàn)只有來源于間充質(zhì)干細胞的骨髓被誘導向成骨細胞分化時才產(chǎn)生類骨肉瘤[10]。因此成骨祖細胞被認為才是骨肉瘤的起始來源細胞[7，9-10]。骨肉瘤細胞成骨分化被認為是治療骨肉瘤的一種全新方法。

2 骨肉瘤的誘導分化療法

2.1 誘導分化療法的機制

有研究[11]發(fā)現(xiàn)，小鼠紅白血病細胞能被二甲基亞砜誘導分化，從此開創(chuàng)腫瘤細胞分化研究的先河。由此分化療法的概念隨之被提出。誘導分化是指惡性腫瘤細胞在誘導分化劑的作用下，向正常或接近正常細胞方向分化逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。誘導分化治療骨肉瘤迫使腫瘤細胞進行終端分化，雖然分化治療不會導致腫瘤細胞死亡，但腫瘤細胞的增殖和生長可受到抑制[12]。

2.2 誘導分化治療骨肉瘤

腫瘤細胞的誘導分化劑種類繁多，分類方式各有不同。在骨肉瘤的誘導分化研究中主要包含：維甲酸類化合物、細胞因子和酶類、動植物提取物等。

維甲酸類化合物：在骨肉瘤研究中常見的維甲酸類化合物誘導分化劑為全反式維甲酸 （All-trans retinoic acid，ATRA）。ZHANG 等[5]利用ATRA 成功誘導U2OS 骨肉瘤細胞向成骨分化方向分化。并且有體內(nèi)外研究[13]證明，ATRA 能誘導肉瘤起源細胞朝著成骨分化方向分化，并且抑制腫瘤的生長。

細胞因子和酶類：甲狀旁腺激素相關(guān)肽 （PTHrP） 被證明能誘導MG-63 骨肉瘤細胞進行成骨分化，其成骨分化標志物堿性磷酸酶和1型膠原表達升高[14]。LU 等[15]研究表明，胰高血糖素樣肽-2 （GLP2） 在體內(nèi)外均能誘導MG-63 骨肉瘤細胞向成骨細胞分化。此外，過氧化物酶體增殖劑激活受體 （PPAR） 被發(fā)現(xiàn)能誘導骨肉瘤細胞分化，上調(diào)細胞分化標志物堿性磷酸酶的表達，同時抑制腫瘤細胞的增殖[16-17]。在小鼠異種移植瘤模型中，持續(xù)低劑量的組蛋白脫乙酰酶抑制劑同樣能誘導骨肉瘤細胞成骨分化[18]。

動植物提取物：二萜化合物Coleusin 因子通過上調(diào)骨形成蛋白-2 （BMP-2） 的表達，誘導骨肉瘤細胞朝著成骨分化方向分化，腫瘤細胞的增殖和生長受到抑制[19]。金絲桃苷同樣被證實能將骨肉瘤細胞阻滯于G0/G1期從而抑制其增殖，并且通過激活轉(zhuǎn)化生長因子β （TGF-β） 信號通路誘導骨肉瘤細胞成骨分化[20]。

目前關(guān)于骨肉瘤誘導分化療法的研究主要是對骨肉瘤細胞和動物體內(nèi)外的探究。開發(fā)高效、低毒的誘導分化劑用以臨床治療仍需不斷努力，合理的誘導分化劑和誘導分化方案仍需不斷發(fā)展。

3 骨肉瘤癌干細胞的分化療法

3.1 骨肉瘤癌干細胞

癌干細胞是腫瘤組織中極少數(shù)具有干細胞特性的可以自我更新、增殖和多向分化的細胞。在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)、化療藥物耐藥性等方面具有重要的作用[21-22]。自從在急性髓性白血病中證明了癌干細胞的存在后[23]，在人腦腫瘤、乳腺癌、結(jié)腸癌、胰腺癌中也相繼證明癌干細胞的存在[24]。GIBBS 等[25]首次在骨肉瘤中發(fā)現(xiàn)部分腫瘤細胞亞群具有自我更新并形成球狀克隆聚落的能力。此后大量的研究也證明癌干細胞在骨肉瘤中有存在[7-8]。

雖然在骨肉瘤中證明癌干細胞的存在，但是骨肉瘤癌干細胞的細胞起源目前尚不完全清楚。一般認為，癌干細胞來源于成體干細胞的突變，或已分化的細胞發(fā)生突變進而通過去分化獲得干細胞特性[24]。還有學者[4，8]認為骨肉瘤癌干細胞來源于間充質(zhì)干細胞。

3.2 癌干細胞的分化療法機制

癌干細胞和正常干細胞類似，在某些特定的分化信號下能分化成多種類型的細胞，因而癌干細胞的分化療法被提出[24]。SELL 等[26]認為，在成體組織中正常干細胞增殖以不對稱分裂的方式來使其中的一個子代細胞維持前體細胞形態(tài)，而讓其余子代細胞繼續(xù)分化。而腫瘤往往是在這個過程中發(fā)生對稱分裂，認為腫瘤的分化程度與細胞發(fā)生對稱分裂的發(fā)生點有關(guān)，發(fā)生得越早，腫瘤的分化程度越低，其惡性程度也越高。因此，骨肉瘤癌干細胞的分化療法被提出，即誘導骨肉瘤癌干細胞進行終端分化，從而抑制腫瘤細胞的持續(xù)生長[27]。

癌干細胞的分化療法已經(jīng)在很多腫瘤中得到證明。骨形成蛋白-4 （BMP-4） 能誘導惡性腦膠質(zhì)瘤癌干細胞高表達神經(jīng)分化的標志物，同時腫瘤細胞增殖減少，生長受到抑制[28]。惡性膠質(zhì)瘤癌干細胞還證明能被全反式維甲酸誘導分化，腫瘤細胞的惡性程度被降低[29]。此外在肝細胞腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)，高劑量外源性BMP-4 能促進肝細胞腫瘤癌干細胞分化、自我更新，同時癌干細胞的化療耐藥性和致瘤能力均被抑制[30]。

3.3 骨肉瘤癌干細胞成骨分化

骨肉瘤癌干細胞也逐漸被證明能被誘導發(fā)生成骨分化。在體內(nèi)和體外研究中發(fā)現(xiàn)，ATRA 成功地誘導MG63 骨肉瘤癌干細胞進行成骨分化，并且顯著降低癌干細胞在動物體內(nèi)的致瘤能力[13]。在OS99-1 骨肉瘤細胞系研究中還發(fā)現(xiàn)，受BMP-2的誘導，骨肉瘤癌干細胞標志物Oct3/4、Nanog和Sox-2的表達受到抑制，癌干細胞的致瘤能力同樣受到抑制，其惡性程度降低[31]。持續(xù)的研究表明，BMP-2 通過BMP-Smad和MAPK 信號通路誘導骨肉瘤癌干細胞進行成骨分化。且在動物體內(nèi)研究也證明，骨肉瘤癌干細胞能被誘導成骨而形成具有一定結(jié)構(gòu)的鈣化骨組織[32]。此外，在小鼠脛骨近端原位骨肉瘤模型中，外源性使用BMP-2 不僅能抑制腫瘤細胞的增殖，而且對骨肉瘤細胞肺轉(zhuǎn)移具有抑制作用。并且通過BMP-2的誘導成骨分化，從而使受腫瘤侵襲的骨具有比較完整的骨組織結(jié)構(gòu)[33]。

雖然研究發(fā)現(xiàn)骨肉瘤癌干細胞被誘導分化劑誘導而發(fā)生成骨分化，使腫瘤細胞的增殖能力受到抑制，但目前在臨床鮮有利用誘導分化劑誘導骨肉瘤癌干細胞發(fā)生成骨分化從而治療骨肉瘤的報道。

4 展望

分化療法雖然不能殺死腫瘤細胞，但通過誘導骨肉瘤細胞進行終端分化，可使腫瘤細胞失去自我更新和增殖的能力。同時還可以避免目前骨肉瘤治療方案中的一些毒性和化療耐藥性。因而分化療法逐漸成為治療骨肉瘤的研究熱點。另外，通過誘導骨肉瘤癌干細胞的成骨分化，其致瘤能力被抑制。但目前對骨肉瘤癌干細胞分化療法的研究還比較缺乏。雖然BMP-2 被證明能通過BMP-Smad和MAPK 信號通路誘導骨肉瘤癌干細胞進行成骨分化，但是其誘導分化的機制仍然有待被探討[32]。并且還有研究指出BMP-2 可能促進骨肉瘤細胞的增殖[34]。此外，誘導分化劑的副作用還需要被研究，誘導分化劑和誘導分化方案還需不斷探討。因此，臨床利用誘導分化療法來治療骨肉瘤仍需不斷研究和探索。