骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞介導(dǎo)白血病耐藥的研究進(jìn)展*

曾曉珍, 盧婕倫, 黎波, 鄒亞偉

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院兒科(廣東廣州 510120)

癌癥是當(dāng)前人類的主要死亡原因之一。白血病是兒童最常見(jiàn)的惡性腫瘤，占兒童惡性腫瘤病例的30%～40%[1]，其發(fā)生機(jī)制是造血祖細(xì)胞發(fā)生惡性突變，引發(fā)其凋亡受阻、增殖加速和分化異常，同時(shí)損害正常的造血功能。隨著當(dāng)前化學(xué)藥物治療方案的改進(jìn)，急性白血病預(yù)后有了顯著提高，在發(fā)達(dá)國(guó)家，急性淋巴細(xì)胞白血病(ALL)的長(zhǎng)期生存率接近90%[2]；急性髓系白血病(AML)可達(dá)75%[3]，但仍有相當(dāng)一部分患者對(duì)化療藥物產(chǎn)生耐藥[3]。針對(duì)難治或復(fù)發(fā)的白血病患者，治療失敗的常見(jiàn)原因是對(duì)化療藥物的耐藥。在腫瘤對(duì)細(xì)胞毒性藥物的耐藥機(jī)制探索中，以往的研究[4-7]主要集中在腫瘤細(xì)胞本身的分子生物學(xué)改變,并取得了顯著成果，但化療藥物耐藥仍是成功治療的主要障礙之一。因此，了解耐藥性產(chǎn)生機(jī)制和探尋新的治療靶點(diǎn)克服白血病耐藥性是目前迫切需要解決的問(wèn)題。愈來(lái)愈多的研究證明骨髓微環(huán)境及骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCS)與白血病耐藥產(chǎn)生相關(guān)，本文將就BMSCS介導(dǎo)白血病耐藥的潛在機(jī)制作一綜述，旨在為探索治療白血病耐藥新的靶點(diǎn)提供思路。

1 骨髓微環(huán)境與白血病耐藥

骨髓作為造血的主要部位，骨髓微環(huán)境是造血細(xì)胞賴以生存的場(chǎng)所，主要由造血細(xì)胞(正常造血細(xì)胞及異常造血細(xì)胞)、非造血細(xì)胞BMSCS、內(nèi)皮細(xì)胞、破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞)、可溶性因子等成分構(gòu)成[8],骨髓微環(huán)境通過(guò)高度嚴(yán)格而精密的機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞的自我更新、靜止、增殖、分化[9]，這種調(diào)控機(jī)制的失衡可導(dǎo)致白血病的發(fā)生及白血病耐藥性的產(chǎn)生。而癌細(xì)胞與其生存的微環(huán)境的作用是雙向而復(fù)雜的，有報(bào)道指出，癌細(xì)胞與其周?chē)h(huán)境通過(guò)交互作用在疾病的發(fā)生、發(fā)展[10-11]、耐藥和疾病復(fù)發(fā)等方面發(fā)揮重要作用。白血病細(xì)胞可通過(guò)調(diào)節(jié)骨髓微環(huán)境，使其成為能促進(jìn)和維持白血病干細(xì)胞生存[12]的特殊微環(huán)境，即生態(tài)位[13]，該生態(tài)位可降低白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感度，進(jìn)而產(chǎn)生耐藥性，導(dǎo)致白血病復(fù)發(fā)[14]。而B(niǎo)MSCS可誘導(dǎo)白血病細(xì)胞產(chǎn)生耐藥基因而產(chǎn)生耐藥性[15]。此外，BMSCS作為骨髓微環(huán)境中必不可少的細(xì)胞類型，BMSCS具有多向分化潛能，可分化為脂肪細(xì)胞、成軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、組織巨噬細(xì)胞等細(xì)胞群[16]。BMSCS的多向性分化對(duì)白血病耐藥同樣具有重要意義[17]。以往的研究成果表明，白血病細(xì)胞與BMSCS的相互作用介導(dǎo)白血病耐藥，但其具體發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制尚不明確。本文通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)一步分析可能相關(guān)的機(jī)制。

2 BMSCS介導(dǎo)白血病細(xì)胞耐藥的潛在機(jī)制

2.1 依賴BMSCS的促生存效應(yīng):可溶性因子和細(xì)胞黏附 最近的研究表明，骨髓環(huán)境尤其是BMSCS能促進(jìn)白血病細(xì)胞生存，保護(hù)白血病細(xì)胞免受化療影響[18]。有證據(jù)表明，BMSCS可通過(guò)可溶性因子[19]和細(xì)胞黏附[20]兩種途徑觸發(fā)腫瘤細(xì)胞耐藥。對(duì)于前者，BMSCS通過(guò)分泌細(xì)胞因子、趨化因子、生長(zhǎng)因子[19, 21]、外泌體[22]等觸發(fā)耐藥，后者通過(guò)黏附分子(如整合素、鈣黏附素、選擇素、免疫球蛋白樣超家族和細(xì)胞表面的其他黏附分子等)黏附于癌細(xì)胞誘導(dǎo)耐藥。在BMSCS介導(dǎo)白血病耐藥中，這兩條途徑并不是孤立存在的，可溶性因子和黏附分子總是相互作用、互相影響，共同介導(dǎo)耐藥。關(guān)于可溶性因子介導(dǎo)白血病耐藥的方面，在體外培養(yǎng)中，Zhu等[23]發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞介素-7(IL-7)可以保護(hù)白血病細(xì)胞不受化療藥物誘導(dǎo)的凋亡，同時(shí)有報(bào)道指出IL-7可通過(guò)Janus激酶(JAK)信號(hào)通路產(chǎn)生耐藥[24]；此外，越來(lái)越多的研究表明趨化因子CXCL12及其受體CXCR4在白血病發(fā)生及進(jìn)展中的占重要地位，CXCL12/CXCR4軸可參與白血病細(xì)胞遷移、生存繁殖[25]等過(guò)程。近年來(lái)，有報(bào)道指出，靶向抑制BMSCS中CXCL12的表達(dá)，慢性髓系白血病(CML)對(duì)酪氨酸激酶抑制劑(TKI)藥物敏感度明顯上升，因此CXCL12表達(dá)上調(diào)在白血病耐藥中具有重要作用[26]。另外，CXCR4與白血病的黏附[27]，可減少白血病細(xì)胞的凋亡。除了直接參與細(xì)胞黏附作用介導(dǎo)耐藥外，CXCL12/CXCR4軸還可增強(qiáng)整合素-極遲現(xiàn)抗原(vla4)[28]的作用，通過(guò)血管細(xì)胞黏附分子(VCAM-1)/vla4通路在基質(zhì)細(xì)胞和白血病細(xì)胞相互作用中至關(guān)重要，從而促進(jìn)耐藥[29]。近年來(lái)，隨著基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及臨床研究的發(fā)展，CXCR4抑制劑(包括小分子、多肽和單克隆抗體)陸續(xù)在臨床中得到應(yīng)用，但仍需大量的臨床數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步評(píng)估該靶向藥物的安全性和有效性[30]。

作為另一種骨髓微環(huán)境介導(dǎo)的促生存機(jī)制，白血病細(xì)胞和BMSCS通過(guò)黏附分子接觸，這一過(guò)程在白血病耐藥，即細(xì)胞黏附耐藥(CAM-DR)中扮演重要角色。在CAM-DR方面，整合素是目前研究最多的一類黏附分子。整合素是由細(xì)胞表面的α鏈和β鏈組成，經(jīng)過(guò)不同的亞基搭配以及亞基的選擇性剪接，整合素可與細(xì)胞表面的各種配體及可溶性配體結(jié)合。整合素通過(guò)與配體的結(jié)合，可激活細(xì)胞內(nèi)不同的信號(hào)通路產(chǎn)生不同的效應(yīng)，如細(xì)胞存活、細(xì)胞遷移或細(xì)胞增殖和分化。整合素α4β1/VLA-4已被廣泛認(rèn)為可介導(dǎo)化療耐藥發(fā)生[28],同時(shí)體內(nèi)研究表明，以vla4為靶點(diǎn)的人源化抗體(natalizumab)和整合素α4的小分子抑制劑(TBC3486)能明顯增強(qiáng)ALL對(duì)化療藥物的敏感度，并延長(zhǎng)小鼠的壽命[31-32]。此外，最近研究表明，整合素α6介導(dǎo)化療耐藥中同樣具有重要作用，在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中，以整合素α6為靶點(diǎn)的人源化抗體(P5G10)均能誘導(dǎo)ALL凋亡，及增強(qiáng)白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感度[20],因此整合素α6有望成為下一個(gè)靶標(biāo)。

目前，直接針對(duì)基質(zhì)分子及其靶向藥物的臨床研究仍在進(jìn)行中，鑒于白血病細(xì)胞的遺傳多樣性和骨髓架構(gòu)的復(fù)雜性，不同靶點(diǎn)藥物的開(kāi)發(fā)可能更有利于解決當(dāng)前的化療耐藥問(wèn)題。

2.2 MSC與線粒體調(diào)節(jié) 紫杉醇、蒽環(huán)類、阿糖胞苷(Ara-C)和甲氨蝶呤(MTX)等化療藥物主要通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)水平誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，其中活性氧主要在線粒體中產(chǎn)生[33]。有研究表明，化療藥物可刺激線粒體轉(zhuǎn)移[34]，這一機(jī)制在白血病耐藥性產(chǎn)生中具有一定作用。在ALL中，白血病細(xì)胞可將線粒體轉(zhuǎn)移至BMSCS，從而獲得耐藥性[35]。但目前線粒體轉(zhuǎn)移相關(guān)機(jī)制尚不明確，目前可能介導(dǎo)線粒體轉(zhuǎn)移的途徑主要有3種：(1)穿隧納米管(TNT)[35]，TNT是在細(xì)胞和組織之間形成的膜管，通過(guò)電信號(hào)的改變調(diào)節(jié)細(xì)胞器的轉(zhuǎn)移。(2)微囊泡(MVs)，MVs是細(xì)胞外直徑在100 nm和1 μm之間的囊泡，MVs將母體細(xì)胞中的蛋白、糖蛋白、脂類、核酸和細(xì)胞因子等轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，促進(jìn)受體細(xì)胞的表型改變，在細(xì)胞間通訊中發(fā)揮重要作用。BMSCS的微囊泡使白血病細(xì)胞免于藥物誘導(dǎo)的凋亡，產(chǎn)生耐藥[36]。(3)縫隙連接，縫隙鏈接是由連接蛋白(Cxs)構(gòu)成，通過(guò)調(diào)控離子、代謝物和細(xì)胞器的轉(zhuǎn)移，可介導(dǎo)白血病耐藥的發(fā)生[34]。當(dāng)在共培養(yǎng)體系中，加入縫隙連接阻斷劑卡伯諾酮(CBX)，可降低生態(tài)位中AML細(xì)胞的耐藥性，促進(jìn)白血病細(xì)胞凋亡。令人興奮的是，CBX對(duì)正常的造血祖細(xì)胞沒(méi)有不良作用，因此對(duì)CBX的進(jìn)一步研究，可為新的靶向藥物的開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)[37]。同時(shí)，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶-2(NOX-2)抑制劑有望成為抑制線粒體轉(zhuǎn)移的另一靶向治療藥物。NOX-2可產(chǎn)生超氧化物，在AML中，刺激線粒體由BMSCS向白血病細(xì)胞轉(zhuǎn)移，進(jìn)而介導(dǎo)耐藥。當(dāng)加入煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶抑制劑后，線粒體轉(zhuǎn)移減少，白血病細(xì)胞凋亡增加；此外NOX-2抑制劑對(duì)正常細(xì)胞存活無(wú)明顯影響,該途徑可能主要通過(guò)抑制AML細(xì)胞的線粒體氧化呼吸鏈實(shí)現(xiàn)[38]。

2.3 MSC與氧化還原穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié) 除了通過(guò)線粒體轉(zhuǎn)移活性氧介導(dǎo)耐藥，BMSCS在調(diào)節(jié)白血病細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)方面也具有重要作用，可通過(guò)調(diào)整缺氧誘導(dǎo)因子-1α亞基(HIF-1α)水平和促進(jìn)抗氧化劑產(chǎn)生等發(fā)揮作用。最新數(shù)據(jù)表明低氧狀態(tài)更有利于白血病細(xì)胞生存[39]，ALL細(xì)胞可通過(guò)向BMSCS轉(zhuǎn)移線粒體，創(chuàng)造低氧環(huán)境，從而減少對(duì)化療藥物誘導(dǎo)的凋亡。在缺氧條件下，HIF-1α是調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)缺氧的反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵因素,它通過(guò)控制基因的表達(dá)參與能量代謝、血管生成、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期等方面發(fā)揮重要作用。在不同的微環(huán)境中，HIF-1α可通過(guò)不同的信號(hào)通路參與白血病對(duì)藥物的抵抗。在T-ALL中，HIF-1α通過(guò)激活Notch1信號(hào)通路，在細(xì)胞增殖和藥物耐藥性中發(fā)揮重要作用[40]，而在B-ALL中，HIF-1α可能通過(guò)蛋白激酶B/雷帕霉素靶體蛋白(AKT/mTOR)信號(hào)通路介導(dǎo)對(duì)化療的耐藥性[41]。無(wú)論在何種通路，總的效應(yīng)可能是通過(guò)增加抗凋亡信號(hào)，如B淋巴細(xì)胞瘤-2基因(Bcl-2)、髓樣細(xì)胞白血病-1(Mcl-1)和X連鎖凋亡抑制蛋白(XIAP)等，從而免受化療藥物誘導(dǎo)的凋亡[39]。另外，有報(bào)道表明，HIF-1α在激活和維持CXCL12/CXCR4通路的穩(wěn)定性可能發(fā)揮一定作用[42]。同時(shí)BMSCS還能促進(jìn)底物生成抗氧化劑進(jìn)而逃避化療藥物誘導(dǎo)的凋亡。BMSCS可通過(guò)攝取胱氨酸[43]及半胱氨酸[44]，并將其轉(zhuǎn)化為谷胱甘肽等抗氧化物質(zhì)，使白血病細(xì)胞躲避活性氧導(dǎo)致的細(xì)胞損傷。體外研究表明，HIF-1α抑制劑或胱氨酸抑制劑等聯(lián)合傳統(tǒng)化療藥物可增加白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感度，但需要進(jìn)一步評(píng)估相關(guān)抑制劑是否對(duì)正常細(xì)胞具有殺傷作用，因此需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究探索聯(lián)合化療的可行性。

2.4 MSC和免疫逃逸 已有證據(jù)表明，在實(shí)體腫瘤中，基質(zhì)環(huán)境介導(dǎo)的免疫抑制有助于癌細(xì)胞生長(zhǎng)[45]。白血病干細(xì)胞(LSC)能夠逃避免疫監(jiān)視可能導(dǎo)致白血病治療失敗和復(fù)發(fā)。但白血病細(xì)胞免疫逃逸機(jī)制尚不明確，有研究表明，腫瘤細(xì)胞可通過(guò)免疫檢查點(diǎn)分子的異常表達(dá)和激活，腫瘤壞死因子(TNF)超家族和受體的解除，免疫調(diào)節(jié)酶[46]如吲哚胺-2，3-加雙氧酶(IDO)等機(jī)制介導(dǎo)免疫逃逸。而B(niǎo)MSCS介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)是多個(gè)分子同時(shí)發(fā)揮作用，共同調(diào)節(jié)的過(guò)程。一方面，BMSCS可通過(guò)調(diào)節(jié)效應(yīng)T細(xì)胞的功能，在免疫逃逸方面發(fā)揮作用，從而介導(dǎo)耐藥。在AML中，白血病細(xì)胞IDO-1的高表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)[47-48]。IDO酶介導(dǎo)催化色氨酸降解的第一步限速反應(yīng)，通過(guò)降低局部色氨酸濃度，抑制T細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)T細(xì)胞死亡，進(jìn)而誘導(dǎo)免疫抑制。同時(shí)，IDO能夠激活調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)并誘導(dǎo)Treg的分化，從而增強(qiáng)腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制[49]。有報(bào)道稱，STAT1-O-GlcNAcylation(轉(zhuǎn)錄激活因子1-O-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶)信號(hào)通路可能在BMSCS介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)中具有重要地位，當(dāng)抑制O-乙酰氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶的活性，STAT1的活性喪失，同時(shí)IDO表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而抑制T細(xì)胞的功能介導(dǎo)免疫逃逸[50]。另一方面，炎癥因子也可參與腫瘤細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)。白細(xì)胞介素-10(IL-10)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)和白細(xì)胞介素-4(IL-4)通過(guò)調(diào)節(jié)和抑制主要組織相容性復(fù)合體(MHC Ⅱ)的表達(dá)幫助白血病細(xì)胞逃避免疫監(jiān)視，進(jìn)而介導(dǎo)耐藥。這一過(guò)程可能通過(guò)JAK信號(hào)通路介導(dǎo)[51]。因此，微環(huán)境中，間充質(zhì)干細(xì)胞的炎性因子與免疫調(diào)節(jié)因子共同參與免疫調(diào)節(jié)，并可能導(dǎo)致腫瘤進(jìn)展和耐藥性。

3 小結(jié)與展望

目前越來(lái)越多研究表明白血病的耐藥除了白血病基因變異等自身原因外，骨髓微環(huán)境及BMSCS在介導(dǎo)的白血病耐藥的方面具有舉足輕重的作用。白血病細(xì)胞與骨髓微環(huán)境通過(guò)雙向相互作用，促進(jìn)白血病發(fā)生及進(jìn)展。此外，在耐藥情況下，針對(duì)微環(huán)境的治療可作為傳統(tǒng)治療的補(bǔ)充，可能有利于提高白血病細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感度。然而目前骨髓微環(huán)境及BMSCS介導(dǎo)的白血病耐藥相關(guān)機(jī)制尚不完全明確，及相應(yīng)的靶向藥物缺乏臨床試驗(yàn)的應(yīng)用依據(jù)。所以仍然需要更多的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和臨床研究去探索其發(fā)生、發(fā)展的具體作用機(jī)制，及進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)耐藥細(xì)胞的靶向藥物的研發(fā)，對(duì)提高白血病細(xì)胞治愈率，降低病死率具有重要意義。