骨髓微環境和骨髓增生異常綜合征的研究進展

韓丹壘，郭靜明

骨髓增生異常綜合征 (myelodysplastic syndromes，MDS)是一組起源于造血干細胞 (hematopoietic stem cells，HSC)的惡性克隆性疾病，以無效造血和高風險向白血病轉化為特點，MDS的發病機制目前尚不清楚，腫瘤的發生和進展不可能是腫瘤細胞單獨自主的進程，腫瘤微環境也起到重要的作用。因此，本文就骨髓微環境在MDS中的作用進行總結。

1 正常造血系統骨髓微環境中各細胞的作用

一直以來，骨髓被認為是不同類型、不同成熟程度的造血細胞發育的高度專一場所，直到近年才證實骨髓微環境中各種細胞在調節血細胞生成和HSC中的具體作用，作為干細胞賴以生存的土壤，骨髓微環境對干細胞有重要作用: (1)維持HSC靜止狀態，以減少DAN損傷和復制性衰老;(2)預防射線和毒性物質的傷害;(3)調節細胞本身的信號級聯反應;(4)在HSC基因表達和修飾中起調節作用。骨髓微環境中主要的非造血細胞包括間質來源的細胞、內皮細胞和交感神經系統來源細胞［1］。

間質來源細胞在骨髓微環境中數量最多，包括骨祖細胞、成骨細胞系、網狀細胞和脂細胞，均在血細胞生成中起重要的調節作用［2］，骨祖細胞最初被稱為集落形成單位成纖維細胞 (CFU-F)，這些不成熟的祖細胞類似于表達CXCL12的網狀細胞，因為其與血管周圍小生境有相似的解剖定位并且表達CXCL12、堿性磷酸酶［2］。網狀細胞已被證實有調節B淋巴細胞生成的作用［3］，同時也參與HSC的調節［4］。成骨細胞系可以介導干細胞的早期分化［5］，在協助其他血液細胞比如B淋巴細胞的形成中也有重要作用。脂細胞同樣是間質來源的細胞，最初被認為僅在骨髓中起填充作用，現發現其作為血細胞生成的負調節者，數量與造血細胞活化呈負相關［6］。骨髓中的內皮細胞譜系，是發育中的造血細胞和血液之間的屏障，內皮細胞作為一個支持小生境，對造血細胞有很重要的作用。

多項研究表明，交感神經系統(SNS)在調節造血作用中也扮演了重要的角色［7］，解剖學研究發現，骨髓受有髓神經纖維和無髓神經纖維支配，神經遞質在人類HSC動員、增殖和分化起作用［8］，SNS在調節骨量中起著重要作用，通過對成骨細胞的作用調節骨髓微環境［9］。

2 骨髓微環境與MDS

2．1 微環境中細胞因子的作用

2．1．1 干擾素 -γ (IFN-γ) 和腫瘤壞死因子α(TNF-α)的作用 近年來研究發現，骨髓微環境中IFN-γ和TNF-α在MDS發病機制中起重要作用。Kondo等［10］從 MDS細胞株和 MDS患者來源細胞群實驗研究發現，無論是在細胞株還是MDS患者來源的骨髓細胞中，均可檢測到高水平的程序性死亡配體 (B7-H1分子)mRNA和蛋白質，同時發現在培養物中加入IFN-γ和TNF-α后，受IFN-γ或者TNF-α刺激，B7-H1分子的表達增加，特別是兩者的聯合作用效果尤為明顯。實驗同時證實了IFN-γ和TNF-α可以活化核因子NF-κB，當用IFN-γ處理MDS細胞株，發現NF-κB p65的核轉運誘導NF-κB的活化，但這一過程可以完全被NF-κB抑制物吡咯烷二硫氨基甲酸 (PDTC)阻斷。除此之外，B7-H1+較B7-H1-細胞群位于增殖時期M/G2和S期的細胞群比例高，從而證實了B7-H1+細胞更具有增殖優勢，可以介導T細胞抑制，這可能與疾病的進展相關。

從以上實驗中可知，在MDS中，T細胞受腫瘤抗原或者感染的刺激而活化，活化的T細胞表達PD-1分子，同時這些活化的T細胞和微環境中基質細胞產生大量IFN-γ和TNF-α，可以活化核因子NF-κB，從而介導MDS細胞群B7-H1分子的表達。T細胞的B7-H1分子和MDS細胞群的PD-1分子之間的相互作用，提供一個雙向信號，一個介導T細胞的凋亡，另一個促進MDS細胞的增殖，共同作用導致了MDS的發生與進展。

2．1．2 SDF-1/CXCR4軸的作用 基質細胞衍生因子-1(SDF-1)和特異性受體CXCR4結合可通過激活多種信號通路而介導腫瘤細胞的趨化、運動、黏附、分泌、血管生成、生長以及增殖等［11］。現已在很多腫瘤中發現CXCR4的高表達，并和腫瘤轉移以及預后不良關系密切［12］。隨著SDF-1/CXCR4途徑在急性白血病骨髓微環境中作用的被發現，SDF-1/CXCR4在MDS發病機制中的作用也得到實驗支持。

在SDF-1/CXCR4軸在MDS血管生成和凋亡中作用的實驗性研究［13］中，根據國際預后評分系統 (IPSS)將MDS患者分為中低危組 (IPSS＜1．5)20例和中高危組 (IPSS≥1．5)20例以及健康對照組，分別檢測比較3組對象的SDF-1、CXCR4的表達水平和細胞的凋亡率以及血管生成情況。實驗結果證實了在低危組中SDF-1的表達水平高于高危組和對照組，而在高危組中細胞 CXCR4的表達水平明顯高于低危組和對照組，并與另一研究實驗結果一致［14］。低危組細胞細胞的凋亡率明顯高于高危組，而高危組和對照組間無明顯差異。在評估血管生成方面，實驗檢測了血漿內血管內皮生長因子 (VEGF)的水平和骨髓活組織微血管密度 (MVD)，發現高危組MDS患者血漿VEGF水平高于低危組和對照組，同時MVD水平也高于低危組和對照組，根據對結果的統計學分析，在低危組SDF-1的表達和細胞凋亡呈正相關 (r=0．8131，P ＜0．0001)，而在高危組 SDF-1表達與骨髓活檢MVD呈正相關 (r=0．460，P=0．041)，即骨髓前體細胞的凋亡是低危組MDS的一個特征［12］，這些也許解釋了低危組MDS患者前凋亡基因(如BCL-2)相關蛋白表達增加，而高危組抗凋亡基因表達增加的原因［15］，而在高危組中血管生成是其重要標志。

更多實驗證明了SDF-1/CXCR4軸和血管生成的聯系，其主要通過VEGF的高表達誘導血管生成［16］。從以上實驗結果來看，SDF-1/CXCR4軸也可能通過VGEF促進血管生成來參與 MDS的發病［13］，同時在乳腺癌細胞系的研究中，發現SDF-1/CXCR4軸可上調VEGF的分泌，而VEGF在血管再生中起著非常重要的作用，用抗CXCR4的抗體可在內皮細胞中擾亂細胞外基質依賴的細胞微管形成，并且VEGF在內皮細胞中又可上調CXCR4的表達［17］，進一步證明了SDF-1/CXCR4軸和血管生成與MDS的進展有關。

2．1．3 其他因素 有研究報道，MDS基質來源的粘著斑蛋白異常可能與MDS發生有關，但主要是在于這些蛋白的亞細胞定位而不是它們的高表達［17］，并發現了粘著斑蛋白的表達水平、它們的核定位和MSC潛在的分化能力相關。這些過程可能被RAS-MAPK或者AKT-mTOR活化信號途徑控制［18］。

另外，也有報道顯示MDS患者骨髓間充質干細胞因子 (SCF)的表達存在異常［19］，SCF是一種傳統的作用于早期造血細胞的細胞因子，對HSC和祖細胞的增殖、分化以及維持造血細胞存活、促進增殖和分化、調控各系造血細胞的生長發育起重要作用［20］，MDS患者骨髓間充質干細胞表達的SCF明顯低于正常對照組，說明MDSHSC的增殖和分化過程在早期就受到影響，促使HSC增殖分化異常，這可能參與了MDS的發病過程。還有研究顯示ICAM-1高表達以及L-選擇素的缺陷都可能與MDS相關等［21］。

2．2 基因異常與骨髓微環境的相互作用

有研究發現基因的異常導致骨髓微環境的變化可以促使造血系統疾病的發生。在Dicer1基因缺失的小鼠模型中，著重研究了微環境在MDS發病機制中的作用。Dicer1基因是細胞內miRNA的生物合成和RNA加工所必須的基因，所以它的缺失可以導致腫瘤的發生。Raaijmakers等［22］建立了一個成骨前體細胞功能異常的模型，即在成骨前體細胞中選擇性敲除Dicer1基因，因而導致成骨性的分化受損，使得骨髓微環境的完整性受損，結果發現造血細胞內有類似MDS的遺傳學變化，當把這些類似MDS的造血細胞移植到具有正常骨髓微環境的小鼠體內，它們又可以恢復正常。證明了Dicer1基因通過微環境導致了MDS的發生。

另有研究報道，視網膜母細胞瘤基因可以調節干細胞和微環境之間的相互作用，視網膜母細胞瘤基因在HSC或者微環境任一者中失活，均不能導致骨髓增殖或者干細胞的凋亡，當骨髓微環境和造血細胞視網膜母細胞瘤基因同時缺失時，則可導致骨髓增殖和骨髓中干細胞的凋亡［23］。在微環境中進行選擇性基因敲除導致視網膜母細胞瘤基因或視黃酸受體(RARγ)基因缺失后，可導致骨髓增生異常狀況的發生［24］，同時發現在伴隨有小梁骨體積減少的鼠類中，HSC的數量也明顯減少，進一步提示微環境改變可影響干細胞數量。

2．3 骨髓微環境與其他血液腫瘤 在MDS患者中，約30%的患者可轉變成急性白血病，現已發現骨髓微環境與白血病細胞的凋亡、增殖、遷徙有關，并且基質環境有庇護白血病細胞免于化療藥物的作用［25］，除此之外，骨髓微環境在白血病發展中也得到臨床證據，最近有報道在接受異體骨髓移植患者中，根據相關研究報道每800個移植患者可有1個發生供體細胞衍生的血液系統疾病，包含MDS、急性髓系白血病 (AML)、慢性粒細胞白血病 (CML)、急性淋巴細胞白血病(ALL)，但在移植后長期 (6～30年)隨訪患者和他們的捐助者，所有的捐助者保持健康。因此，可以推測骨髓微環境在這些疾病的形成中可能起著積極的作用［26］。即為骨髓微環境誘導白血病的潛在作用提供了可能的臨床證據。

也有證據表明微環境異常可能在原發性骨髓纖維化的發病中具有重要作用［27］，在慢性原發性骨髓纖維化病理生理學基礎中，克隆性造血細胞分泌的細胞因子介導了多克隆性間質反應，最終導致了纖維化［28］。

綜上所述，骨髓微環境在MDS發病機制中起重要作用。為了進一步尋找新的治療方案，提高療效，改善預后，越來越多的研究者對瘤細胞賴以生存的骨髓微環境展開了一系列的研究，這些可能揭示骨髓微環境在MDS發病機制中的作用，有利于針對骨髓微環境的治療策略的發展，有望為MDS尋找到新的治療途徑。

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