骨髓微環(huán)境與骨髓增生異常綜合征

呂揚揚，趙智剛

骨髓微環(huán)境是一個復雜的網絡系統(tǒng)，主要由基質細胞，包括間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）、骨祖細胞、血管內皮細胞、單核細胞和巨噬細胞等以及細胞因子等組成。通過與造血干細胞（hematopoietic stem cell，HSC）相互作用來調控其增殖和分化，維持正常的造血功能。異常的骨髓微環(huán)境在調控血液髓系腫瘤細胞的侵襲和抗凋亡、MDS細胞克隆擴增、骨髓無效造血以及促進疾病進展方面起著重要作用，這使其成為一個潛在的治療靶標。本文就骨髓微環(huán)境中基質細胞、細胞因子、基因及信號通路的異常及其與MDS發(fā)病、進展、預后的關系作一概述。

1 基質細胞異常

1.1 MSC MSC是骨髓微環(huán)境的重要組成部分，在促進HSC自我更新、增殖分化、調控及維持正常造血方面發(fā)揮重要作用。Medyouf等[1]的共培養(yǎng)試驗表明MDS患者的造血細胞使得健康MSC獲得MDS樣特征，骨髓微環(huán)境發(fā)生重塑。反過來，健康MSC產生的多種細胞因子及其他因子又進一步促進MDS患者HSC的分化和擴增。Wu等[2]研究發(fā)現，與健康對照組相比，低危MDS患者的MSC細胞體積大、呈扁平狀、形狀不規(guī)則，表現出與細胞衰老、凋亡無關的生長和克隆形成能力受損，黏著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）的下調和活化減少，表明FAK缺陷造成MSC異常，異常的MSC導致造血干/祖細胞（hemopoietic stem progenitor cell，HSPC）分化或成熟障礙，進而導致無效造血，從而促進向高危MDS甚至急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）的轉化。既往研究發(fā)現，MDS患者的骨髓MSC在免疫調節(jié)及支持造血功能方面存在異常[3]。因此，形態(tài)和功能異常的MSC通過影響正常造血，促進MDS的發(fā)病和進展。

1.2 成骨細胞 成骨細胞是骨髓HSC龕的重要組成部分，其通過調節(jié)骨組織重塑來調控成骨細胞龕的形成和重建，參與調節(jié)HSC的功能和活性以及血液髓系腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。Raaijmakers等[4]發(fā)現，在敲除成骨祖細胞Dicer1的小鼠中，不僅成骨細胞分化受損，而且出現了骨骼異常、骨髓衰竭伴輕度骨髓增生、造血祖細胞髓內凋亡增加、促進MDS的克隆演變及向繼發(fā)性AML發(fā)展的傾向。Kode等[5]研究發(fā)現，成骨細胞的β?catenin激活突變時出現骨髓髓系細胞分化阻滯、髓外異常造血及染色體畸變，進而誘導MDS、AML發(fā)病。Mosialou等[6]的研究發(fā)現，成骨細胞中β?catenin活化水平的增加與MDS惡化及向AML的轉化有關。可見分化受損的成骨細胞在MDS的發(fā)病、預后及MDS向AML轉化中具有重要作用。

1.3 血管內皮細胞 血管內皮細胞位于血管龕，可以調控HSC的增殖和分化。Balderman等[7]發(fā)現，與野生型小鼠相比，MDS模型小鼠骨髓中的內皮細胞數量增加、結構異常、骨髓HSC減少、造血功能下降，表明內皮細胞在維持骨髓正常造血方面具有重要作用。Teofili等[8]的研究發(fā)現，與健康對照組相比，低危MDS患者內皮細胞數量增多，黏附力增強，導致造血細胞異常附著于內皮環(huán)境，從而干擾其正常增殖與分化，影響正常造血功能；與內皮集落形成相關的基因，如p15INK4b、DAPK1、CDH1和SOCS1等，至少一種呈現出不同程度的甲基化。因此去甲基化藥物對低危MDS患者有效。綜上，血管內皮細胞數量增加、黏附力增強，影響正常造血，在MDS的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。

1.4 單核/巨噬細胞 巨噬細胞是人體內的先天免疫細胞，由單核細胞衍生而來，參與攝取和降解異常細胞、碎片、異物并協(xié)調炎癥過程。Han等[9]研究發(fā)現，與正常對照相比，MDS患者的單核細胞數量增加，但是誘導產生巨噬細胞的能力受損，從而導致巨噬細胞數量減少；MDS來源的巨噬細胞表面識別受體CD206和信號調節(jié)蛋白SIRPα的表達水平降低，進而導致巨噬細胞吞噬能力減弱。因此，MDS患者體內異常的巨噬細胞不能識別、吞噬和殺滅MDS克隆細胞。Nybakken等[10]研究表明，MDS患者的巨噬細胞存在與輸血無關的鐵超載現象，提示預后不良，巨噬細胞表達的血紅素加氧酶?1（heme oxygenase?1，HO1）和鐵蛋白也增加，高水平的HO1與總生存期縮短顯著相關，為MDS提供了一種新型預后指標。綜上，巨噬細胞數量減少、功能異常對MDS的發(fā)病、進展及預后有重要影響。

2 細胞因子異常

2.1 血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF） VEGF是一種具有高度生物活性的功能性糖蛋白，具有促進血管內皮細胞增殖、增加血管通透性及促進血管形成的作用。Kim等[11]研究發(fā)現，與對照組相比，MDS患者的骨髓原始細胞VEGF表達和血管生成增加，骨髓微血管密度（microvessel density，MVD）增加，MVD和VEGF的高表達與MDS患者生存率降低有關，提示預后不良。Invernizzi等[12]對188例MDS患者和96例非血液病患者的骨髓細胞分析發(fā)現，MDS患者的VEGF表達高于對照組，其在骨髓細胞的過表達導致無效造血，進而促進疾病進展；而與高危MDS患者相比，低危MDS患者骨髓細胞的VEGF表達更高，高水平的VEGF與更長的總生存期和無進展生存期相關，提示VEGF對預后具有潛在的預測價值。因此，VEGF高表達與MDS預后的關系有待進一步研究。

2.2 腫瘤壞死因子?α（tumor necrosis factor?α，TNF?α） TNF?α是一種由巨噬細胞產生的負性造血調控因子，在MDS患者中過量產生。Kondo等[13]研究發(fā)現，γ干擾素（IFN?γ）和TNF?α的過量產生激活核因子（NF）?κB，誘導MDS患者的骨髓原始細胞表達免疫抑制分子B7?H1，B7?H1+的MDS原始細胞具有內在的增殖優(yōu)勢并且可以抑制T細胞增殖、誘導T細胞凋亡，這可能與MDS疾病進展有關。Cluzeau等[14]研究發(fā)現TNF?α抑制MDS患者促紅細胞生成素的產生，血清促紅細胞生成素濃度與TNF?α濃度呈負相關，血清TNF?α濃度降低可以作為重組促紅細胞生成素治療有效的生物標志物。Shikama等[15]研究發(fā)現，mi?R34a的過表達導致 c?Fos蛋白水平降低，與健康對照組相比，c?Fos低表達者分泌更多的TNF?α，進而誘導低危MDS患者造血細胞凋亡，促進無效造血。綜上，TNF?α過表達與MDS疾病進展密切相關。

2.3 基質細胞衍生因子?1（stromal cell?derived factor 1，SDF?1） SDF?1/趨 化 因 子 受 體 4（chemokine receptor 4，CXCR4）軸是介導骨髓微環(huán)境和造血細胞增殖分化的關鍵樞紐。SDF?1（又稱CXCL12）由骨髓基質細胞分泌，CXCR4在造血細胞上表達，兩者特異性結合，在HSPC的歸巢、定居，正常造血的維持及動員過程中發(fā)揮重要作用。Wu等[2]研究發(fā)現，與健康對照組相比，低危MDS患者的MSC中SDF?1表達水平明顯下調，導致MSC生長受阻和克隆形成能力受損，進而影響正常造血。Abe?Suzuki等[16]研究發(fā)現，MDS患者的骨髓表現出比對照組更高的CXCL12+細胞密度，且與骨髓原始細胞比例呈正相關；體外共培養(yǎng)分析顯示CXCL12過表達使白血病細胞系的Bcl?2表達上調；與低CXCL12組相比，高CXCL12組有更高的Bcl?2+/CD34+細胞比例和更低的細胞凋亡率。上述結果表明，SDF?1與MDS的關系有待進一步研究。

3 基因異常

3.1 Dicer1 Dicer1基因與表觀遺傳調控密切相關，編碼蛋白屬于RNA酶Ⅲ家族。Dicer1異常可以導致不同組織、不同發(fā)育階段的miRNA表達異常。Ozdogan等[17]研究發(fā)現，MDS和AML患者的MSC中Dicer1基因表達低于健康對照組，且miRNA表達異常；隨著疾病進展，Dicer1表達逐漸下降，Dicer1基因的下調和一些差異表達的miRNA造成MSC發(fā)生改變，進而造成HSC功能受損，最終導致無效造血。Zhao等[18]研究發(fā)現，MDS患者的MSC中Dicer1表達下調且MSC有衰老傾向，MDS患者MSC中的Dicer1敲低可促進細胞衰老并抑制MSC的分化和造血支持能力，而Dicer1的過度表達可逆轉細胞衰老并增強干細胞的性能。上述研究表明，Dicer1表達下調與MSC的衰老及MDS的無效造血有關。

3.2 AURKA AURKA基因是Aurora激酶家族成員之一，編碼一個進化上保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶。Heredia等[19]研究發(fā)現，與對照組相比，MDS患者骨髓的AURKA基因呈高表達，顯示出輸血依賴和更多的血細胞減少，提示高表達的AURKA基因可能與MDS的不良預后有關。Oliveira等[20]研究發(fā)現，與造血細胞和正常的MSC相比，MDS患者的MSC中AURKA呈高表達，AURKA高表達可以誘導無效造血及向AML的轉化。因此，AURKA的高表達影響MDS的疾病進展及預后。

3.3 SPINT2 SPINT2是肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）激活劑的內源性抑制劑，編碼跨膜蛋白肝細胞生長因子激活抑制劑?2（hepatocyte growth factor activator inhibitor,HAI?2）。Roversi等[21]研究發(fā)現，與健康對照組相比，MDS和AML患者的骨髓MSC中HAI?2/SPINT2表達水平較低，用DNA甲基轉移酶抑制劑5?阿扎胞苷（5?Azacitidine，5?Aza）處理后，HAI?2/SPINT2 mRNA和蛋白水平上調，表明在MDS和AML中該基因的甲基化可能導致表觀遺傳學沉默，并且可能是腫瘤抑制基因。既往研究發(fā)現，MDS患者的MSC中SPINT2表達降低導致HGF和SDF?1細胞因子分泌增加，進而導致MSC與HSC或惡性細胞黏附增加，影響造血細胞的自我更新、歸巢和增殖[22]。MDS患者MSC中SPINT2低表達造成MDS惡性克隆持續(xù)存在，促進MDS發(fā)病。

4 信號通路異常

4.1 Wnt/β?catenin信號通路 Wnt/β?catenin信號通路的異常激活與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關。Bhagat等[23]研究發(fā)現，MDS 患者 Wnt通路拮抗劑FRZB高甲基化和表達下調，進而激活HSC的Wnt/β?catenin通路，通過5?Aza處理可以達到表觀遺傳學逆轉（去甲基化）。Wnt/β?catenin通路的激活導致MDS向侵襲性髓系疾病轉化。高危MDS患者的Wnt通路活化水平較高，且較高的Wnt活化標記與較短的總生存期有關，提示Wnt活化與MDS的進展及不良預后有關。Stoddart等[24]研究發(fā)現，骨髓微環(huán)境中異常的Wnt/β?catenin信號導致MDS發(fā)病。Apc是經典Wnt/β?catenin信號通路的關鍵性負調控因子。實驗發(fā)現，Apcdel/+小鼠中Ctnnb1水平下降可以逆轉MDS表型，使用Wnt抑制劑pyrvinium治療Apcdel/+小鼠可以抑制MDS進展，即使在貧血出現后給予Wnt抑制劑仍然可以延緩疾病進展[24]。

4.2 PI3K/AKT信號通路 AKT是一種PI3K下游的效應物，在抗凋亡過程中發(fā)揮重要作用，參與了MDS、AML等多種血液腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。Falconi等[25]研究發(fā)現，MDS患者的骨髓 MSC 中與PI3K/AKT信號通路有關的基因GSK3β、SOS1、RASA1和MTCP1表達下調，PI3K/AKT信號通路的失調造成MDS患者的骨髓MSC表型異常、功能障礙并影響其與正常造血細胞相互作用的能力，導致骨髓衰竭。Jiang等[26]研究發(fā)現，白花蛇舌草總香豆素（total coumarins of hedyotisdiffusa，TCHD）處理人MDS細胞系SKM?1后，PI3K、AKT、p?AKT和p?P65蛋白水平顯著下降，進而抑制腫瘤細胞增殖和誘導細胞凋亡，表明TCHD通過抑制PI3K/AKT信號通路誘導MDS細胞凋亡，具有治療MDS和AML的潛能。

4.3 Hedgehog（Hh）信號通路 Hh信號通路主要由信號分子HH、膜受體PTCH、SMO以及轉錄因子GLI等組成。Lau等[27]研究發(fā)現，異常的Hh信號傳導在MDS中頻繁出現，導致造血祖細胞自我更新異常，促進疾病進展和向白血病轉化，分別用SMO和GLI1抑制劑處理人TF?1和MDS?L細胞系，發(fā)現GLI1抑制劑（GANT61）具有更強的抑制細胞生長作用，其在體外抑制克隆形成的能力更強，表明針對轉錄因子GLI的治療可能比使用SMO抑制劑更有效。Savona等[28]發(fā)現，SMO抑制劑Glasdegib聯(lián)合標準化療方案治療高危MDS及AML顯示出良好的耐受性，是一種新的治療選擇。

5 展望

MDS是常見的血液系統(tǒng)惡性腫瘤，其發(fā)病機制至今尚不明確。骨髓微環(huán)境尤其是其中的基質細胞、細胞因子、基因、信號通路等的異常在MDS的發(fā)病、進展和預后中發(fā)揮著至關重要的作用。對它們的深入研究不僅有助于對MDS的發(fā)病機制、預后判斷有更全面、清晰的認識，而且還有助于為MDS患者提供新的治療靶點。與此同時，不斷加強對骨髓微環(huán)境和MDS相互作用的基礎研究還將有助于推動轉化醫(yī)學的發(fā)展，促進MDS臨床決策的更新，使MDS患者獲得更精準的治療。