間充質(zhì)干細(xì)胞對腫瘤作用的雙向性：促進(jìn)或抑制

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間充質(zhì)干細(xì)胞對腫瘤作用的雙向性：促進(jìn)或抑制

胡文龍1，2鄔亞華2殷嫦嫦2施劍明1殷明1

(南昌大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)部，江西南昌33006)

〔關(guān)鍵詞〕間充質(zhì)干細(xì)胞；腫瘤；生長；轉(zhuǎn)移

間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是具有向腫瘤組織定向遷移能力的多能干祖細(xì)胞〔1〕，到達(dá)腫瘤組織的MSCs參與形成腫瘤的纖維血管組織，分化形成腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(TAFs)和血管周細(xì)胞〔2〕。研究表明MSCs促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移，也有研究顯示MSCs抑制腫瘤生長。出現(xiàn)這種矛盾的原因尚不清楚。有研究者將MSCs作為運載抗腫瘤制劑的特異性細(xì)胞載體〔3〕。但是基于目前的研究，還不能說MSCs是一個合格的載體工具，另外抗腫瘤制劑的腫瘤靶向產(chǎn)物是否能克服MSCs的內(nèi)源性促瘤作用，在什么條件下MSCs促進(jìn)或抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，這是運用MSCs作為載體治療腫瘤所要解決的兩大難題。本文主要綜述體內(nèi)MSCs對腫瘤的影響并試圖分析文獻(xiàn)報道中的矛盾。

1MSCs的組織來源及功能

采用相同的方法可從成人和胎兒的多種組織中分離得到MSCs〔4〕。骨髓和脂肪組織MSCs含量豐富〔5〕，成人腎臟、皮膚、甲狀旁腺也可分離得到MSCs〔6〕。MSCs或類間充質(zhì)干細(xì)胞也可以從胎兒組織分離,包括皮膚、臍帶和胎盤〔7，8〕。各種不同組織來源的MSCs和骨髓MSCs具有許多相同的重要特性,包括細(xì)胞表面標(biāo)志物的表達(dá),塑料貼壁性，分化為間葉組織細(xì)胞的能力(脂肪、骨、肌肉、軟骨)〔5〕。此外,MSCs具有腫瘤趨向性,利用該特征可將它們與其他間充質(zhì)細(xì)胞區(qū)分開來,例如成纖維細(xì)胞等〔9〕。

MSCs具有促進(jìn)傷口愈合和支持造血功能,一旦到達(dá)損傷部位時，MSCs就能分化成結(jié)締組織成分,支持血管生成,分泌細(xì)胞因子和生長因子,促進(jìn)愈合。研究者們對骨髓MSCs促進(jìn)修復(fù)的作用進(jìn)行廣泛的研究，包括在缺血性心臟病、糖尿病和帕金森病〔10〕等疾病展開的研究。

MSCs對腫瘤細(xì)胞的作用可能與其促進(jìn)傷口愈合的功能相似。腫瘤中的MSCs分化為成纖維細(xì)胞和周細(xì)胞，并且可能分化為內(nèi)皮樣細(xì)胞或血管基質(zhì)細(xì)胞〔11〕。此外,MSCs能分泌基質(zhì)蛋白和細(xì)胞因子促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和支持血管生成,例如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和血小板源性生長因子(PDGF)〔12〕。

MSCs也有復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)功能，能通過抑制宿主的免疫反應(yīng)和纖維化來抑制炎癥反應(yīng)。利用MSCs的免疫抑制特性可以降低同種異體骨髓移植的細(xì)胞毒性反應(yīng)，進(jìn)而治療移植物抗宿主疾病〔13〕。

2MSCs促進(jìn)腫瘤生長

表1　MSCs促進(jìn)腫瘤生長

研究證實MSCs能促進(jìn)腫瘤生長(見表1)。Karnoub 等〔14〕將人MSCs(hMSCs)與綠色熒光蛋白標(biāo)記的人乳腺癌細(xì)胞(MCF/Ras、MDAMB-231、MDAMB-435、HMLER)按3∶1一起注入裸鼠體內(nèi)，結(jié)果MSCs能促進(jìn)MCF/Ras細(xì)胞系增長，對其他三種類型細(xì)胞生長無影響，但其能促進(jìn)所有類型細(xì)胞系發(fā)生轉(zhuǎn)移。骨髓來源的MSCs能促進(jìn)體內(nèi)骨肉瘤細(xì)胞的生長，體外實驗中，ELISA檢測發(fā)現(xiàn)MSCs能分泌CCL5，將CCL5抗體加入含MSCs條件培養(yǎng)基的骨肉瘤細(xì)胞系Sao-2細(xì)胞中，MSCs促進(jìn)該細(xì)胞系的增殖作用消失，說明CCL5參與了MSCs對骨肉瘤的作用過程〔15〕。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MSCs與Saos-2均能分泌IL-6，并因此促進(jìn)彼此增殖〔16〕。MSCs對前列腺癌也有顯著的促生長作用，且MSCs進(jìn)入前列腺癌微環(huán)境后，新生血管相關(guān)標(biāo)志物(巨噬細(xì)胞炎性蛋白-2、血管內(nèi)皮生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β、IL-6)增加。Hernanda 等〔17〕發(fā)現(xiàn)Huh7細(xì)胞與MSCs一起移植入裸鼠體內(nèi)，形成的肝癌體積明顯大于單獨移植。人臍帶MSCs能通過活化NF-κB通路明顯促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖及遷移〔20〕。

脂肪組織含有豐富的多能MSCs,即脂肪干細(xì)胞(ASCs)，與骨髓間MSCs功能相似，具有腫瘤趨向性。Muehlberg等〔21〕發(fā)現(xiàn)ASCs能促進(jìn)鼠體內(nèi)腫瘤模型的生長，ASCs和乳腺癌細(xì)胞株(MCF-1)一起移植導(dǎo)致了瘤體形成更快和體積更大。在大部分報道中，MSCs都是加入到一定數(shù)量的腫瘤細(xì)胞中,這就導(dǎo)致增加的細(xì)胞總數(shù)可能包括腫瘤細(xì)胞和MSCs，已有證據(jù)顯示，在體內(nèi)腫瘤細(xì)胞存在的情況下，MSCs能增殖，而單獨移植的MSCs則不能增殖〔3〕。因此,實驗觀察到的腫瘤體積增加可能與是腫瘤細(xì)胞數(shù)量的增加或MSCs的增加，或兩者均有。然而，腫瘤基質(zhì)細(xì)胞所占這比例卻未能確定，因此在下“MSCs促瘤生長”的結(jié)論時必須謹(jǐn)慎。

3MSCs抑制腫瘤生長

矛盾的是，也有許多研究證明MSCs抑制腫瘤生長(表2)。人類胎兒皮膚來源的MSCs能通過抑制增殖、細(xì)胞集落形成和致癌基因表達(dá)抑制體內(nèi)外人肝癌細(xì)胞〔25〕。肝癌細(xì)胞與相同數(shù)量的MSCs共注射，延遲了腫瘤的發(fā)展并縮小了腫瘤的體積。同樣來源的MSCs抑制MCF-7的體外增長〔26〕。研究人員發(fā)現(xiàn)用MSCs的條件培養(yǎng)基處理腫瘤細(xì)胞后導(dǎo)致了生存因子的下調(diào)，例如β-catenin、c-Myc和存活素。這種效應(yīng)是由MSCs分泌的β-catenin信號通路的抑制劑(DKK-1)介導(dǎo)的〔26〕。

表2　MSCs抑制腫瘤生長

PTEN：同源性磷酸酶-張力蛋白

骨髓源性的MSCs抑制了裸鼠多發(fā)性骨髓瘤的生長，抑制了其股骨頸骨質(zhì)的再吸收及腫瘤細(xì)胞向肺和腎臟的轉(zhuǎn)移。同時，體外實驗發(fā)現(xiàn)Fas/Fas-L介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在MSCs抑制多發(fā)性骨髓瘤的生長過程中發(fā)揮了重要作用〔27〕。Sage等〔28〕發(fā)現(xiàn)MSCs能表達(dá)腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)，進(jìn)而介導(dǎo)惡性胸膜間皮瘤的凋亡。靜脈注射的MSCs通過增加腫瘤細(xì)胞的凋亡延緩了間皮瘤的生長。MSCs能抑制NBACN細(xì)胞的增殖并促進(jìn)其凋亡，使注射了MSCs的裸鼠的神經(jīng)母細(xì)胞瘤模型生長受到了明顯抑制，從而延長了該組裸鼠的生存期〔29〕。Jin等〔30〕研究表明MSCs對腫瘤的作用取決于腫瘤微環(huán)境，黑色素瘤細(xì)胞活化的浸潤淋巴細(xì)胞(TIL)激發(fā)MSCs向TH1表型分化，活化的MSCs分泌IL-12和吲哚胺2，3加雙氧酶(IDO)發(fā)揮抗腫瘤的免疫調(diào)節(jié)效應(yīng)。

4MSCs對腫瘤生長的影響因素

MSCs對腫瘤細(xì)胞的作用是復(fù)雜多變的，對腫瘤生長表現(xiàn)出促進(jìn)或抑制的雙向性。MSCs能與腫瘤周圍的細(xì)胞相互作用，如免疫細(xì)胞(巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞)和內(nèi)皮細(xì)胞。其他類型的細(xì)胞也在調(diào)節(jié)腫瘤進(jìn)展中發(fā)揮作用。

不同來源的MSCs是產(chǎn)生矛盾結(jié)果的主要因素。脂肪組織〔31〕和胎兒皮膚〔26〕來源與骨髓〔17〕來源的MSCs對乳腺癌細(xì)胞起著完全相反的作用。Belmar-Lopez等〔32〕比較了五種不同來源(脂肪、骨髓、羊膜、子宮內(nèi)膜上皮及間質(zhì))的MSCs對宮頸癌(HeLa)細(xì)胞的作用，結(jié)果它們在趨化性、促瘤增殖及遷移的能力均表現(xiàn)出不同程度的差異。

MSCs的異質(zhì)性可能是文獻(xiàn)中MSCs對腫瘤影響不一致的主要原因之一。文獻(xiàn)中所用的MSCs大多數(shù)是根據(jù)干細(xì)胞的塑料貼壁性分離培養(yǎng)的，這類細(xì)胞表達(dá)相似的細(xì)胞表面標(biāo)志物，但是,它們在關(guān)鍵的地方有著面標(biāo)志物，現(xiàn)已有幾個標(biāo)志物被提出，如NG2〔33〕。Waterman等〔34〕對表型不同的兩種MSCs(MSC1和MSC2)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)兩者對卵巢癌分別產(chǎn)生了抑制和促進(jìn)的作用。

體內(nèi)腫瘤模型的差異很大,也可能導(dǎo)致研究的結(jié)果的不同。腫瘤免疫、缺氧、血管生成和細(xì)胞因子等因素在這些文章的模型中都有巨大差異。然而,對于MCF-7細(xì)胞，不同學(xué)者發(fā)現(xiàn)MSCs能促進(jìn)和抑制腫瘤發(fā)展，表明腫瘤模型并不是唯一影響研究結(jié)果的因素。

移植入的MSCs的量可能是影響腫瘤生長的決定因素。文獻(xiàn)分析結(jié)果顯示：報告促生長作用的研究者傾向于使用較高的MSCs——腫瘤細(xì)胞比。然而,低百分比的MSCs，如Xu等〔15〕使用10%的MSCs，也能促進(jìn)骨肉瘤的生長和轉(zhuǎn)移。有報道〔21〕稱,MSCs比例增高可以進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤的生長,這表明在合適條件下,MSCs的促瘤生長作用可能存在細(xì)胞數(shù)量依賴性。

MSCs引入到腫瘤細(xì)胞微環(huán)境的時機也可能是一個重要影響因素。建好腫瘤模型后再把MSCs注入體內(nèi)的文章多報告為抑瘤生長作用〔23，24〕。相比之下,報告促增長作用的文章基本都將MSCs與腫瘤細(xì)胞混合注射或同步注射。MSCs在腫瘤生長的早期促進(jìn)了腫瘤的進(jìn)程,例如血管生成,這是腫瘤發(fā)生所必需的。這與研究MSCs和脈管系統(tǒng)相互作用的文章結(jié)果一致。

最后,不同患者之間存在的個體差異可能也導(dǎo)致了治療結(jié)果的爭議。或許是由于遺傳、后天獲得或環(huán)境作用，使MSCs對腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生了不同的作用。對癌癥易感者的MSCs進(jìn)行研究，如體細(xì)胞突變或環(huán)境暴露而獲得易感性,可能有助于確定患者間是否存在個體差異。

綜上所述，MSCs對腫瘤作用具有雙向性，但產(chǎn)生這種矛盾結(jié)果還不能簡單解釋，MSCs對腫瘤作用受多種因素影響。MSCs促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的可能性使人們擔(dān)憂其作為臨床治療工具的安全性，但到目前為止，有超過1 000名患者因各種適應(yīng)癥而使用MSCs治療，卻并沒有1例MSCs相關(guān)腫瘤形成的報告。人為操控MSCs分泌具有抗腫瘤效應(yīng)的細(xì)胞因子，或許意味著我們能通過控制細(xì)胞因子的表達(dá)來克服其可能存在的促瘤效應(yīng)，選擇合適的移植時機可以避免破壞MSCs的抑瘤作用，干擾MSCs的促瘤效應(yīng)等治療方案可為腫瘤的臨床治療提供新的思路。總之，只有對組織來源、捐贈者的個體差異、MSCs移植的時機或關(guān)鍵受體的表達(dá)等因素綜合分析后才能更加準(zhǔn)確地研究MSCs對腫瘤的作用，為MSCs的臨床應(yīng)用提供更好的理論支持。

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〔2015-07-29修回〕

(編輯袁左鳴)

〔中圖分類號〕R730

〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)05-1243-04；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.05.102

通訊作者：殷明(1958-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事脊柱及骨腫瘤外科研究。

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(No.81160226)

1南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科

2九江學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院

第一作者：胡文龍(1988-)，男，碩士在讀，主要從事骨腫瘤外科研究。