自噬與間充質干細胞對腫瘤的影響及相互關系的研究進展

畢　文(綜述)，莊　琦，吳德全(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院普外科，哈爾濱 150001)

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自噬與間充質干細胞對腫瘤的影響及相互關系的研究進展

畢文(綜述)，莊琦，吳德全※(審校)

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院普外科，哈爾濱 150001)

摘要：隨著腫瘤研究的逐步深入，非腫瘤細胞及腫瘤微環境在腫瘤發生、發展中的作用正被科研工作者廣泛關注。自噬與腫瘤的發生、發展、診斷、治療以及預后均存在著密切聯系，自噬增強或減弱對不同類型的腫瘤也具有不同的作用，或促進腫瘤發展或抑制其生長。而自噬是否可被調節、囊泡的形成機制以及在靶向治療中的作用仍有待進一步研究。此外對于間充質干細胞(MSCs)研究表明，腫瘤細胞釋放的細胞因子、酶類等可誘導MSCs向腫瘤原發灶遷移；同時與早期炎癥微環境和腫瘤微環境共同作用還與腫瘤微環境相互作用；MSCs本身可發生惡變，并通過多種信號通路與腫瘤細胞互相作用，在不同的腫瘤或者不同的作用條件下即可表現出促進腫瘤細胞生長的作用，也可抑制其生長，然而具體的機制仍未明確。

關鍵詞：自噬；間充質干細胞；腫瘤

自噬是一種細胞自我降解的過程,以清除受損或多余的蛋白質和細胞器。目前研究熱點主要集中于其在細胞的存活或凋亡中所起的作用。研究表明，細胞和生物體在生長、發育及分化過程中自噬均起到重要的作用[1]。此外，血細胞、脂肪細胞等多種終末分化細胞的發育和分化過程中均可發現自噬現象。間充質干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)是存在于多種組織中的具有多向分化潛能的早期前體細胞，可根據具體條件或環境分化為不同的細胞，如骨細胞和脂肪細胞等，并且在分化成骨細胞及脂肪細胞之間存在動態平衡，眾多分子機制參與此平衡的維持，但目前確切的機制仍不十分明朗。MSCs還可特異的向腫瘤部位遷移，可作為腫瘤治療的載體，將各種具有抑制腫瘤生長作用的基因通過相應的病毒轉染到MSCs，從而達到抑制甚至殺死腫瘤的目的。自噬在干細胞自我更新及分化增殖的過程中扮演重要的角色，對于骨髓MSCs而言，一定的自噬能力不僅可反映其增殖能力和移植安全性，同時也是MSCs可以持續增殖的保證。現對自噬和MSCs在腫瘤發生、發展過程中的作用及相互關系進行綜述。

1MSCs

20世紀70年代，Friedenstein首次鑒定了從骨髓分離取得的多能前體基質細胞，該細胞單層培養的克隆細胞呈紡錘形[1]，因此定義為成纖維細胞樣的集落形成單位，1991年，Caplan正式將此類細胞定義為MSCs[1]。MSCs來源于中胚層，具有特異的免疫表型和調節免疫功能的能力，并具有自我復制更新和多向分化的能力。因此，MSCs被廣泛應用于干細胞移植、組織工程和器官移植免疫治療等方面，并且由于其自我更新和多向分化的特性，在基礎和臨床研究中MSCs也被用作重要的研究介質。大量研究表明，MSCs具有遷移到特定組織的特性，而這些組織發生損傷時這種現象更為明顯，MSCs則大量向該組織遷移，發揮其更新和分化的特性，這種定向遷移被定義為MSCs的歸巢[2]。目前歸巢的具體機制仍不完全清楚，但研究證實一些參與免疫細胞趨化功能的黏附分子和趨化因子在MSCs的歸巢中起重要作用，使其向損傷或炎癥組織趨化[2]。

1.1MSCs特性和來源近年來對MSCs的研究成為基礎和臨床醫學的焦點之一。2006年國際細胞治療學會對MSCs做了明確的定義[1]。①正常培養條件下，呈旋渦狀貼壁生長的成纖維細胞樣細胞。②細胞表面免疫表型：CD105+、CD73+、CD90+，CD45-、CD34-、CD14-或CD11b-、CD79-、CD19-，且人類白細胞抗原DR同為陰性表達。③體外可以向多種終末細胞分化，如成骨細胞、軟骨細胞等。除骨髓外，臍帶、脂肪組織、羊膜液、外周血等均可獲得MSCs。此外，MSCs的免疫原性較低，因此，臨床用于治療移植物抗宿主病和自身免疫性疾病。

1.2MSCs的腫瘤趨向性多種腫瘤組織均發現了MSCs的特異性歸巢[1]。隨著大鼠同基因神經膠質瘤移植MSCs后MSCs可向神經膠質瘤遷移的現象的發現，惡性神經膠質瘤[1-2]、乳腺癌[3-4]、肺癌等多種惡性腫瘤[5]，均發現了這種遷移現象。MSCs向腫瘤組織歸巢的機制可能是腫瘤組織釋放趨化因子和生長因子，包括基質細胞衍生因子1、腫瘤細胞壞死因子α等一系列炎性遞質[6-7]，這些因子與MSCs的表面受體結合，驅使其向腫瘤組織歸巢。

目前公認的參與細胞遷移和歸巢的趨化因子受體是趨化因子受體CXCR4，其在MSCs特別是細胞內呈高表達。研究表明，增強基質細胞衍生因子1α信號通路可以恢復基質細胞衍生因子1α的受體CXCR4的功能和歸巢能力趨化因子CXCL12 又稱基質細胞衍生因子1(stroma cell derived factor-1，F-1)，是小分子的細胞因子，屬于趨化因子蛋白家族。它有兩種形式,F-1α/CXCL12a和F-1β/CXCL12b，是應用MSCs進行治療的決定性因素[8]。此外，黏附分子和整合素也可能參與了MSCs的歸巢。P-選擇素是MSCs在血管內移動時附著血管壁的重要因素。極遲抗原4是黏附分子的一種，整合素與其相對應的配體血管細胞黏附分子1構成極遲抗原4/血管細胞黏附分子1軸，在MSCs黏附到內皮細胞上有重要作用，對其中任何一種分子進行抗體處理均可使黏附到內皮細胞的MSCs減少。由此推斷，MSCs的歸巢涉及了其與內皮細胞黏附、結合以及沿著內皮細胞血管壁滾動等多種生物學行為。腫瘤微環境是一種慢性炎癥區域，通過釋放可溶性因子介導MSCs的遷移。環境內的炎癥程度可對MSCs發揮募集功能起到重要的影響，應用MSCs-干擾素β治療胰腺癌時發現，抗炎治療減弱了MSCs向腫瘤植入的能力，使其對腫瘤的抑制作用發生逆轉[9]。

2MSCs對腫瘤生長的影響

2.1促進腫瘤生長在MSCs到達腫瘤組織后，使機體免疫系統發生一系列變化，減緩腫瘤細胞凋亡[10]，促進腫瘤細胞遷徙轉移[11]。研究發現，MSCs可促進人乳腺癌細胞系在免疫缺陷小鼠體內生長[12]。成人來源的MSCs比胚胎來源的MSCs更能促進結腸癌細胞(SW480和F6)在小鼠體內的存活[12]。MSCs也對人濾泡型B淋巴細胞瘤的體外存活提供保護作用，并且經過腫瘤壞死因子α和淋巴霉素-α1β2處理的MSCs保護作用明顯增強[13]。MSCs在脂肪組織中具有較高的含量，這些脂源性MSCs可明顯促進小鼠模型體內的腫瘤生長[14-15]。

2.2抑制腫瘤生長雖然研究證實了MSCs對腫瘤生長的促進作用[16]，但是，另外一些研究顯示在卡波西肉瘤等惡性腫瘤中MSCs則發揮了其抗腫瘤作用[16]。研究發現，胎兒皮膚來源的MSCs可通過降低細胞增殖和癌基因的表達等途徑抑制人肝癌細胞和乳腺癌細胞MCF-7的生長[17]。脂源性MSCs則通過分泌Dickkopf相關蛋白1抑制白血病細胞的生長[18]。針對胰腺癌的研究發現MSCs通過增加G1期細胞的比率而抑制腫瘤細胞的生長[19]。對MSCs的上清液進行升溫處理后其分泌血管生成素、神經營養因子3等使卵巢癌細胞SKOV-3細胞數量減少、活力降低[20]。經修飾的MSCs更可抑制腫瘤的生長。目前修飾MSCs的目的是進行基因治療，讓其攜帶自殺基因、凋亡基因、抗血管發生基因、免疫刺激基因或者溶瘤病毒載體，其中主要的媒介是腺病毒、慢病毒和其他反轉錄病毒[21]。經修飾的MSCs能避免應用過程中的不安全因素；解決由于無效治療而產生轉基因免疫原性問題；克服病毒特異性受體對腫瘤細胞作用的局限性。

3自噬

自噬分為4個過程，依次為自噬的誘導，自噬體的形成，自噬體的轉運與融合，自噬體的降解與再循環[22]。腫瘤細胞在乏氧、營養匱乏等應激狀態下將發生自噬，降解一些蛋白和細胞器而產生氨基酸和營養物質以維持細胞的生命。自噬對于應激狀態下的腫瘤細胞清除胞內不利分子、維持代謝水平、影響蛋白合成和調控代謝途徑至關重要，同時腫瘤細胞的自噬被激活后也對放療產生耐受。

研究表明，絕大多數實體腫瘤因缺乏有效、足量的血液供給，而處于乏氧和營養匱乏的狀態中[23]。然而，即便在這樣惡劣的生存條件下，惡性腫瘤細胞仍然可以存活，并且不斷發展、擴散和轉移，與自噬有密切關系。盡管目前抗血管生成藥物可以在一定程度上減少血管生成而抑制腫瘤的生長，但這種辦法也僅在一段時期內有效，無法長期抑制腫瘤。由于抗血管藥物的適應使血管生成進一步減少導致腫瘤組織乏氧加劇，通過HIF-1α/AMPK信號途徑誘發了腫瘤細胞的自噬，而這種細胞自身保護性應激反應可使治療失效，研究表明，抗血管生成藥物配合自噬抑制劑可以明顯誘導腫瘤細胞凋亡[23]。在針對肝癌的研究中發現自噬可通過Beclin-1依賴途徑促進肝癌細胞在低氧和營養缺乏狀態下生存[24]。因此，目前將細胞自噬作為靶點已經成為抗腫瘤藥物研究的熱點之一，自噬抑制劑也顯示出對腫瘤的抑制作用而倍受重視，并對于多自噬抑制劑進行臨床前期研究[25]。已有研究發現，曲妥珠單抗治療HER2陽性的細胞(例如乳腺癌細胞)過程中，細胞自噬明顯增強，且發生耐藥；而通過RNA干擾技術或藥物抑制自噬可明顯增強甲磺酸伊馬替尼誘導的慢性粒細胞白血病細胞的凋亡；順鉑、5-氟尿嘧啶等藥物在自噬被抑制后治療消化系統惡性腫瘤的療效也明顯得到增強[26-27]。

此外，有研究[28]還發現，抑癌基因PTEN可通過抑制Akt/PKB信號轉導途徑來誘導自噬，而Akt/PKB可激活拮抗自噬的mTOR蛋白通路，進一步將自噬與腫瘤細胞的致癌基因表達關聯。但目前對自噬與惡性腫瘤關系的具體機制仍了解甚少，有待進一步研究。

研究發現，多少實體惡性腫瘤中均存在自噬活性的改變[28]，但自噬是促進腫瘤生長，還是抑制其增殖仍然存在爭議，目前認為自噬過表達或低表達都有可能促進腫瘤生長，且不同組織對自噬表達程度的反應也存在差異。雖然當腫瘤細胞處于營養匱乏條件或治療階段時，自噬可對其提供保護，而這種作用主要體現在腫瘤進展期。同時，當化療或放療時，自噬則通過蛋白質清除機制促進腫瘤細胞生長。但腫瘤生長初期和晚期，自噬則參與一種細胞凋亡過程殺傷腫瘤細胞。因此針對自噬在惡性腫瘤發病不同階段的具體作用仍有待深入研究，揭示其在腫瘤發病中的意義將有助于臨床治療方案的創新，提高臨床療效。

4自噬與MSCs

自噬現象在干細胞自我更新及分化增殖的過程中均扮演重要的角色[29-30]。自噬既可反映骨髓MSCs的增殖能力和相關移植的安全性，同時也保證骨髓MSCs具有持續增殖能力的不可或缺的條件[31]。體外誘導人骨髓MSCs分化為神經元樣細胞時發現，在分化早期自噬相關基因Beclin-1呈高表達，而隨著分化過程的不斷深入，其表達則逐漸降低[32]，但其機制仍未被明確。但是隨著對細胞誘導時間與其自噬活性呈負相關，即延長誘導時間，自噬活性則不斷減弱，直到穩定在一個較低的水平，而細胞此時也失去了增殖的能力。另有一項關于肺癌的研究同樣證實，饑餓狀態下MSCs可通過上調Beclin-1的表達誘導肺癌細胞發生自噬以抑制凋亡，促進肺癌細胞增殖[33]。

研究表明，MSCs的自噬活性受到其周圍細胞的影響，Sanchez等[34]將MSCs與MCF-7乳腺癌細胞在乏氧環境下共培養，結果發現MSCs的自噬活性明顯升高。通過對多發性骨髓瘤患者的骨髓MSCs的研究發現[35]，多發性骨髓瘤患者的MSCs的自噬活性明顯升高；MSCs及成骨細胞可增強多發性骨髓瘤XG-7細胞抗凋亡及抗自噬的能力[36]；多發性骨髓瘤細胞是否是提高MSCs自噬活性的因素仍然需要進一步研究證實。通過將自噬激動劑雷帕霉素注入體外培養的骨髓MSCs后進行放射干擾，觀察到自噬細胞內微管相關蛋白1輕鏈3-Ⅱ蛋白從而保護MSCs不受放射損傷[37]。另一項研究表明，劑雷帕霉素可以增加骨髓MSCs的自噬活性，同時抑制其向成骨細胞分化中，初步證實自噬活性改變可能參與了MSCs向成骨細胞的分化過程[38]。

5結語

惡性腫瘤發生、發展過程中，腫瘤微環境是其重要的生長環境，自噬與MSCs同為實體腫瘤微環境的重要特征，因此對于兩者的研究尤為重要。目前間充質干細胞與自噬之間通過何種途徑及方式相互作用、對不同類型的腫瘤具有何種影響等問題仍懸而未決，需要繼續探索，且在惡性腫瘤的發生、發展中，自噬與MSCs所起到的連鎖反應仍是一個具有廣闊空間的領域。

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Research Progress about Effects of Autophagy and MSCs on Tumor and the Relationship between ThemBIWen，ZHUANGQi，WUDe-quan.(DepartmentofGeneralSurgery,theSecondAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract:With the development of research on tumor,the role of non-tumor cells and tumor microenvironment in tumor development is being interested by scientists.Autophagy and tumor occurrence,development,diagnosis,treatment and prognosis are closely linked,enhanced or weakened autophagy has different effects on different types of tumor:either promoting the tumor development or inhibiting the tumor growth.Whether autophagy is regulatable,the mechanism of vesicle formation and the role in the targeted therapy remain to be further studied.In addition,studies on the mesenchymal stem cells(MSCs) showed that,tumor cells released cytokines,enzymes,etc.can induce MSCs migration to primary tumorfoci;at the same time they can interact with the early inflammatory micro environment and tumor microenvironment;MSCs themselves may develop malignant transformation and interact with tumor cells through a variety of signaling pathways,and in different tumors or different conditions can act as promoting tumor cell growth or inhibit its growth,however,the specific mechanism remains unclear.

Key words:Autophagy; Mesenchymal stem cells; Tumor

收稿日期：2014-02-11修回日期：2014-05-27編輯：相丹峰

基金項目：哈爾濱市科技創新人才研究專項資金(2011RFXYS067)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.006

中圖分類號：R364.3

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)21-3855-04