間充質干細胞與肺癌的相關研究進展

肖恒綜述陳余清審校

(蚌埠醫學院第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科，安徽蚌埠233000)

·綜述·

間充質干細胞與肺癌的相關研究進展

肖恒綜述陳余清審校

(蚌埠醫學院第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科，安徽蚌埠233000)

肺癌是世界發病率最高的惡性腫瘤，已成為癌癥致病死的最主要原因。間充質干細胞是一種無造血功能的干細胞，具有多向分化的潛能，可以分化為脂肪、軟骨、骨等多種組織。近年的研究發現間充質干細胞能促進肺癌組織的血管生成、肺癌的轉移能力及腫瘤細胞對藥物的抵抗能力，但目前其在肺癌中的具體作用機制及臨床意義尚不明確，本文就近年來有關間充質干細胞和肺癌的相關研究進展進行綜述。

間充質干細胞；肺癌；進展

大部分的肺癌患者在確診時已失去手術的機會，導致肺癌的病死率較高。雖然新型化療藥物及分子靶向藥物的應用改善了肺癌患者的生存質量并延長了生存期，但肺癌患者的總生存期依然很短。肺癌的發生、發展并不是完全由肺癌細胞決定，許多腫瘤微環境中的非腫瘤細胞也影響著腫瘤的發生。肺癌周圍的細胞，包括基質細胞、細胞因子、炎癥因子、趨化因子等共同構成了肺癌的微環境并影響著肺癌的增殖、生長、轉移和耐藥。人間充質干細胞(human mesenchymal stem cells，hMSCs)來源于發育早期的外胚層和中胚層，為非造血干細胞，骨髓、脂肪、臍帶等組織均可培養出間充質干細胞。間充質干細胞具有多向分化的潛能，不同的誘導條件可使其分化為多種組織細胞。作為大多數基質細胞的前體細胞，間充質干細胞是腫瘤微環境的重要組成部分，可以通過再循環的途徑到達腫瘤病灶，形成腫瘤微環境，參與了包括肺癌在內的多種類型的腫瘤疾病的發生和發展。為進一步研究間充質干細胞提供思路，本文就近年來有關間充質干細胞和肺癌的相關研究進展進如下綜述：

1 間充質干細胞對肺癌生長的作用

越來越多的證據表明，間充質干細胞表現出減少肺癌細胞凋亡及促進肺癌生長的能力。在Transwell體系中饑餓的肺癌細胞株A549和間充質干細胞共培養后，肺癌細胞獲得更好的增殖能力，細胞凋亡率降低，肺癌細胞的自噬發生率升高。這提示間充質干細胞誘導自噬的發生可能與通過抑制Bcl-2(B細胞淋巴瘤/白血病-2)的表達，增加自噬相關調節因子beclin-1表達相關[1]。間充質干細胞與Lewis肺癌細胞共注射至C57BL/6小鼠后，可以觀察到間充質干細胞促進了腫瘤的血管生成進而促進腫瘤的生長[2]。同時，有證據表明間充質干細胞通過自發的分化參與癌癥發生的早期階段。體內外的實驗結果均提示間充質干細胞在長期的培養過程中出現染色體異變隨后產生惡性分化[3]。Gottschling等[4]的研究表明肺癌組織來源的MSC(NSCLC-MSC)的增殖能力高于正常肺組織MSC(NLT-MSC)，NSCLC-MSC有62個基因表達，不同于NLT-MSC，涉及細胞增殖、DNA修復、細胞外基質合成、組織重塑和血管生成等。而且腫瘤細胞的條件培養液可以刺激MSC高表達腫瘤相關成纖維細胞(cancer-associated fibroblasts，CAF)的標志物α的平滑肌肌動蛋白(α滑肌肌動蛋白(ssociated fib，α肌肌動)，提示MSC可能是肺癌組織腫瘤相關成纖維細胞的前體細胞。另一方面，亦有許多報道指出間充質干細胞抑制肺癌的生長。Tian等[5]的實驗結果顯示間充質干細胞可能通過下調PCNA(增殖細胞核抗原)、Bcl-2(B細胞淋巴瘤/白血病-2)的表達，抑制CDK2(細胞周期依賴性激酶2)復合物的形成來抑制A549肺癌細胞的增殖并誘導其凋亡。此外，在腫瘤微環境中，NF-κB信號通路通過抗凋亡蛋白的轉錄調控腫瘤細胞的增殖，促進很多類型的腫瘤生長和轉移，脂肪來源的間充質干細胞可以通過阻斷NF-κB信號通路來抑制肺癌的生長[6]。引起上述體內外不同結果的原因可能是當間充質干細胞與肺癌細胞接觸后產生了促進肺癌生長的物質。反之，當間充質干細胞沒有受到肺癌細胞的影響時就不會產生促癌物質，也就不會誘導肺癌的形成[7]。

2 間充質干細胞參與了肺癌的遠處轉移

腫瘤細胞從原發病灶播散至其他組織是一個復雜的過程，包括：原發腫瘤的生長、腫瘤細胞脫離、入侵淋巴系統或血管、通過循環粘附定植在實質組織、降解基底膜、最終形成轉移病灶。細胞外基質成分(ECM)的降解是這個過程中的關鍵環節，肺癌細胞株A549在間充質干細胞間接共培養作用下對ECM的破壞能力有所下降提示間充質干細胞可能抑制肺癌細胞的侵襲和轉移能力[1]。E-鈣粘蛋白(E-cadherin)是一種鈣依賴細胞分子，對保持上皮來源細胞的結構和完整性具有重要作用[8]，研究已證實，E-鈣粘蛋白表達降低或丟失通過使細胞間連接丟失、誘導細胞發生EMT (上皮-間質轉化)等而啟動細胞轉移[9]。而間充質干細胞通過下調肺癌細胞E-鈣粘蛋白的表達水平可能是其促進肺癌轉移的方式之一。Do等[10]發現從脂肪組織中提取的間充質干細胞暴露于A549的分泌物質后可轉換成腫瘤相關成纖維細胞(CAFs)。腫瘤相關成纖維細胞可以通過誘導EMT，上調α上調細胞、成纖維細胞活化蛋白(FAP)、SMAD3的表達和活化hedgehog信號通路增強肺癌細胞的增殖、生長及轉移[11-13]。

3 間充質干細胞在肺癌耐藥中的作用

細胞因子、炎癥因子、細胞之間和細胞-基質間粘附分子及缺氧條件共同構成的腫瘤微環境賦予了腫瘤細胞的耐藥特性。許多的研究表明間充質干細胞通過直接增強腫瘤細胞的耐藥能力或間接調控腫瘤微環境相關因子的方式參與構建了有利于腫瘤細胞耐藥的微環境[14-15]。有報道指出，間充質干細胞可以減弱順鉑對Lewis肺癌細胞的作用[16]。Hsu等[17]發現肺癌細胞株A549或CL1-5與間充質干細胞共培養后通過活化IL-6/JAK2/STAT3信號通路使癌球增大、癌細胞產生耐藥及過表達多能標記物。Bergfeld等[18]發現間充質干細胞可以歸巢至肺癌病灶并顯著降低紫杉醇或阿霉素誘導的肺癌細胞的凋亡，表明了間充質干細胞在肺癌的耐藥中可能發揮了重要的作用。此外，非小細胞肺癌組織中提取的間充質干細胞顯示出較正常肺組織更強的耐鉑類藥物的特性[19]。由于MSCs可以分化成腫瘤相關成纖維細胞，有研究表明腫瘤相關成纖維細胞可使肺癌細胞產生對EGFR受體拮抗劑吉非替尼的耐藥性[20]。因此，間充質干細胞可能會降低肺癌對EGFR受體拮抗劑的敏感性。

4 間充質干細胞在肺癌診治中的價值

4.1 間充質干細胞可以做為肺癌基因治療的載體間充質干細胞被證實可向機體受損部位遷移，而且與白細胞向炎癥部位募集類似，這種遷移活動受基質細胞衍生因子-1(SDF-1)/CXC家族細胞因子受體4 (CXCR4)軸的作用影響[21]。Nakamizo等[22]發現，熒光標記的hMSCs注入神經膠質瘤小鼠模型的頸動脈后,不論注入腫瘤同側或者腫瘤對側均可檢測到間充質干細胞聚集到腫瘤組織內。Hung等[23]也發現，通過種植結腸癌細胞建立免疫缺陷小鼠移植瘤模型，并將熒光標記的MSCs通過尾靜脈注入小鼠體內，觀察MSCs在體內的分布情況，發現MSCs可靶向進入移植瘤并分化為腫瘤基質的重要組成部分。這些研究結果說明了間充質干細胞具有向腫瘤組織趨化遷移的能力。同時，間充質干細胞具有來源較豐富、易于被分獲取、具有多向分化潛能、較低的免疫原性等多種優點，可以被用于肺癌基因治療的載體。凋亡素修飾的間充質干細胞在肺癌裸鼠模型中表現出抑制肺癌生長的作用[24]。白介素-24轉導的人臍帶來源的間充質干細胞作用于肺癌A549細胞可以產生抗血管生成的效應，通過抑制ERK-1/2和AKT磷酸化、促進JNK磷酸化、增加Caspases-3/8/9的活性，改變抗凋亡蛋白/促凋亡蛋白(Bax/Bcl-2)的比例，在體內外顯著抑制肺癌細胞的生長[25]。Matsuzuka等[26]的研究表明用IFN-明轉染的人臍帶來源的間充質干細胞可以抑制肺腺癌細胞株H358在體外的增殖并在體內抑制腫瘤的生長。在其他腫瘤中MSCs的類似作用還有經過NK細胞和T細胞的趨化因子CX3CL1及肝細胞生長因子拮抗體修飾的MSCs作用于小鼠腫瘤模型后可以抑制轉移瘤的形成并延長小鼠的生存期[27-28]。可見利用間充質干細胞作為載體的基因治療已經被廣泛的應用至臨床實踐中。

4.2 間充質干細胞可能會減輕放療及化療引起的副作用在肺癌的治療方法中，尤其是對晚期的肺癌患者，放射治療是一個重要的治療手段。然而，放射治療會引起放射性肺炎與肺纖維化[29]。放射治療誘導的肺損傷的確切機制是未知的，可能涉及促炎性和促纖維化分子的釋放，從而導致成纖維細胞的增殖和細胞外基質的過度沉積[30]。由于間充質干細胞可以歸巢至放療損傷的肺組織[31]，可能為減輕肺癌患者放療后引起的副作用提供一個潛在的治療方法。在體外實驗中，間充質干細胞可以保護由放射線引起的Ⅱ型肺泡上皮細胞的凋亡；在小鼠體內，間充質干細胞能夠向射線誘導的肺損傷組織遷移并且減少射線誘導的肺損傷造成的死亡[32-33]。另外，Di等[34]提出間充質干細胞可以修復阿霉素引起的心肌損傷及減少阿霉素引起的腸腺細胞的凋亡。Ortiz等[35]證實間充質干細胞可以歸巢至博來霉素損傷的肺組織并減輕損傷部位的炎癥及膠原沉積。因此，間充質干細胞可能會減輕肺癌患者放療和化療引起的副作用。

5 展望

綜上所述，間充質干細胞在肺癌的生長、轉移、耐藥等多個過程中發揮重要的作用，但是間充質干細胞和肺癌的關系目前仍不明確，并且間充質干細胞在肺癌的發生發展過程中的作用依然存在爭議。這些爭議產生的原因可能與宿主的免疫狀態、不同的腫瘤細胞和腫瘤微環境及其他未知的因素有關。基于間充質干細胞可以歸巢至腫瘤部位的特性，明確間充質干細胞與肺癌的關系及如何安全有效的利用間充質干細胞作為肺癌基因治療的載體仍需要在其安全性、靶向性、可控性等方面進一步研究。同時，由于間充質干細胞可以減輕放射治療及化療所帶來的肺部損傷，間充質干細胞在用于治療放化療引起的肺損傷方面同樣顯示出了良好的前景。

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Research progress of mesenchymal stem cells and lung cancer.

XIAO Heng,CHEN Yu-qing.Department of Respiratory Medicine,the First Affiliated Hospital of Bengbu Medical College,Bengbu 233000,Anhui,CHINA

Lung cancer is the world's highest incidence of malignant tumor,which has become the leading cause of death.Mesenchymal stem cells(MSCs)are a kind of non-hematopoietic stem cell.They have the potential to differentiate into multiple tissues such as fat,cartilage and bone.Recent studies have shown that MSCs can promote the angiogenesis and metastasis ability of lung cancer as well as the drug resistance of tumor cells,but its specific mechanism and clinical significance in lung cancer is not clear.In this paper,recent advances in mesenchymal stem cells and lung cancer are reviewed.

Mesenchymal stem cells(MSCs);Lung cancer;Progress

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.10.031

R734.2

A

1003—6350（2017）10—1641—04

2016-10-18)

安徽省自然科學基金青年項目（編號：1608085QH189）；蚌埠醫學院2015年研究生科研創新計劃立項項目（編號：Byycxz1502）

陳余清。E-mail：bbmccyq@126.com