骨肉瘤的分化療法與研究進(jìn)展*

熊齊勝，韓迎祥，汪學(xué)松，張寧澤，林嘉盈

（1.北京航空航天大學(xué) 生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京 100191；2.青島市中心醫(yī)院脊柱外科，山東 青島 266042）

骨肉瘤好發(fā)于兒童與青少年，是一種擴(kuò)散極為快速的原發(fā)惡性骨腫瘤，常見(jiàn)于長(zhǎng)骨干骺端，如股骨遠(yuǎn)端、脛骨近端、肱骨近端。在所有的骨肉瘤患者中，10～20歲的青少年約占60%，40歲以上的成年人約占13%[1]。老年人群中骨肉瘤往往伴隨于畸形性骨炎，或者是繼發(fā)性腫瘤[2]。目前臨床采用手術(shù)治療為主，放化療和生物治療為輔的綜合治療，但大多數(shù)治療效果不佳。截肢手術(shù)雖然在一定程度上能挽救部分患者的生命，但對(duì)于青少年患者，截肢手術(shù)不僅對(duì)其身體造成嚴(yán)重?fù)p傷，而且術(shù)后還會(huì)造成精神傷害。近年來(lái)，新輔助化療聯(lián)合保肢治療在臨床上取得很大成功，患者免受截肢之苦的同時(shí)其5年生存率也提高到60%左右[3]。骨肉瘤外科治療的目的已從挽救生命發(fā)展到最大限度地保存患肢。

雖然新輔助化療聯(lián)合手術(shù)治療可提高患者5年生存率，但當(dāng)骨肉瘤復(fù)發(fā)和發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移時(shí)，其預(yù)后效果很差，大部分患者會(huì)面臨死亡的威脅。因此，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)骨肉瘤的發(fā)生和發(fā)展，以及骨肉瘤的分子生物學(xué)進(jìn)行探究。本文就骨肉瘤的誘導(dǎo)分化療法、骨肉瘤癌干細(xì)胞及其成骨分化研究進(jìn)行了綜述。

1 骨肉瘤的發(fā)病機(jī)制

骨肉瘤的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，被認(rèn)為是多種因素引起的疾病。例如當(dāng)基因缺失或突變時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致骨肉瘤的發(fā)生。在骨肉瘤中尤其以p53和Rb基因最為常見(jiàn)。將近50%骨肉瘤患者存在p53基因的缺失或突變，約70%骨肉瘤患者的Rb基因發(fā)生基因突變。因此p53和Rb基因被認(rèn)為與骨肉瘤的發(fā)生有直接關(guān)系[2]。雖然基因突變或缺失被證明與骨肉瘤有關(guān)，但至今仍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)某個(gè)具體的基因與骨肉瘤的發(fā)生有直接關(guān)系。另外，一些化學(xué)因素如致癌物質(zhì)、輻射等環(huán)境因素均可能導(dǎo)致骨肉瘤的產(chǎn)生。此外，骨發(fā)育不良包括骨Paget's病、骨纖維性結(jié)構(gòu)不良等，均可能增加骨肉瘤的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

近年來(lái)，骨肉瘤被認(rèn)為是一種分化缺陷疾病，是由成骨分化時(shí)發(fā)生遺傳或表觀遺傳破壞引起[4-5]。在骨肉瘤中，腫瘤細(xì)胞與成骨細(xì)胞相似，都呈現(xiàn)出骨細(xì)胞分化并產(chǎn)生惡性類骨質(zhì)的病征，不僅有成骨細(xì)胞區(qū)域，也有成軟骨細(xì)胞或成纖維細(xì)胞區(qū)域。該特征表明骨肉瘤細(xì)胞可能起源于間充質(zhì)干細(xì)胞[6-9]。但腫瘤細(xì)胞起源于間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化的具體階段仍然難以確定[8]。通過(guò)研究p53和Rb基因缺失的脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞和骨髓來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)只有來(lái)源于間充質(zhì)干細(xì)胞的骨髓被誘導(dǎo)向成骨細(xì)胞分化時(shí)才產(chǎn)生類骨肉瘤[10]。因此成骨祖細(xì)胞被認(rèn)為才是骨肉瘤的起始來(lái)源細(xì)胞[7，9-10]。骨肉瘤細(xì)胞成骨分化被認(rèn)為是治療骨肉瘤的一種全新方法。

2 骨肉瘤的誘導(dǎo)分化療法

2.1 誘導(dǎo)分化療法的機(jī)制

有研究[11]發(fā)現(xiàn)，小鼠紅白血病細(xì)胞能被二甲基亞砜誘導(dǎo)分化，從此開(kāi)創(chuàng)腫瘤細(xì)胞分化研究的先河。由此分化療法的概念隨之被提出。誘導(dǎo)分化是指惡性腫瘤細(xì)胞在誘導(dǎo)分化劑的作用下，向正?；蚪咏＜?xì)胞方向分化逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。誘導(dǎo)分化治療骨肉瘤迫使腫瘤細(xì)胞進(jìn)行終端分化，雖然分化治療不會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡，但腫瘤細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)可受到抑制[12]。

2.2 誘導(dǎo)分化治療骨肉瘤

腫瘤細(xì)胞的誘導(dǎo)分化劑種類繁多，分類方式各有不同。在骨肉瘤的誘導(dǎo)分化研究中主要包含：維甲酸類化合物、細(xì)胞因子和酶類、動(dòng)植物提取物等。

維甲酸類化合物：在骨肉瘤研究中常見(jiàn)的維甲酸類化合物誘導(dǎo)分化劑為全反式維甲酸 （All-trans retinoic acid，ATRA）。ZHANG 等[5]利用ATRA 成功誘導(dǎo)U2OS 骨肉瘤細(xì)胞向成骨分化方向分化。并且有體內(nèi)外研究[13]證明，ATRA 能誘導(dǎo)肉瘤起源細(xì)胞朝著成骨分化方向分化，并且抑制腫瘤的生長(zhǎng)。

細(xì)胞因子和酶類：甲狀旁腺激素相關(guān)肽 （PTHrP） 被證明能誘導(dǎo)MG-63 骨肉瘤細(xì)胞進(jìn)行成骨分化，其成骨分化標(biāo)志物堿性磷酸酶和1型膠原表達(dá)升高[14]。LU 等[15]研究表明，胰高血糖素樣肽-2 （GLP2） 在體內(nèi)外均能誘導(dǎo)MG-63 骨肉瘤細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化。此外，過(guò)氧化物酶體增殖劑激活受體 （PPAR） 被發(fā)現(xiàn)能誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞分化，上調(diào)細(xì)胞分化標(biāo)志物堿性磷酸酶的表達(dá)，同時(shí)抑制腫瘤細(xì)胞的增殖[16-17]。在小鼠異種移植瘤模型中，持續(xù)低劑量的組蛋白脫乙酰酶抑制劑同樣能誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞成骨分化[18]。

動(dòng)植物提取物：二萜化合物Coleusin 因子通過(guò)上調(diào)骨形成蛋白-2 （BMP-2） 的表達(dá)，誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞朝著成骨分化方向分化，腫瘤細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)受到抑制[19]。金絲桃苷同樣被證實(shí)能將骨肉瘤細(xì)胞阻滯于G0/G1期從而抑制其增殖，并且通過(guò)激活轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β （TGF-β） 信號(hào)通路誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞成骨分化[20]。

目前關(guān)于骨肉瘤誘導(dǎo)分化療法的研究主要是對(duì)骨肉瘤細(xì)胞和動(dòng)物體內(nèi)外的探究。開(kāi)發(fā)高效、低毒的誘導(dǎo)分化劑用以臨床治療仍需不斷努力，合理的誘導(dǎo)分化劑和誘導(dǎo)分化方案仍需不斷發(fā)展。

3 骨肉瘤癌干細(xì)胞的分化療法

3.1 骨肉瘤癌干細(xì)胞

癌干細(xì)胞是腫瘤組織中極少數(shù)具有干細(xì)胞特性的可以自我更新、增殖和多向分化的細(xì)胞。在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)、化療藥物耐藥性等方面具有重要的作用[21-22]。自從在急性髓性白血病中證明了癌干細(xì)胞的存在后[23]，在人腦腫瘤、乳腺癌、結(jié)腸癌、胰腺癌中也相繼證明癌干細(xì)胞的存在[24]。GIBBS 等[25]首次在骨肉瘤中發(fā)現(xiàn)部分腫瘤細(xì)胞亞群具有自我更新并形成球狀克隆聚落的能力。此后大量的研究也證明癌干細(xì)胞在骨肉瘤中有存在[7-8]。

雖然在骨肉瘤中證明癌干細(xì)胞的存在，但是骨肉瘤癌干細(xì)胞的細(xì)胞起源目前尚不完全清楚。一般認(rèn)為，癌干細(xì)胞來(lái)源于成體干細(xì)胞的突變，或已分化的細(xì)胞發(fā)生突變進(jìn)而通過(guò)去分化獲得干細(xì)胞特性[24]。還有學(xué)者[4，8]認(rèn)為骨肉瘤癌干細(xì)胞來(lái)源于間充質(zhì)干細(xì)胞。

3.2 癌干細(xì)胞的分化療法機(jī)制

癌干細(xì)胞和正常干細(xì)胞類似，在某些特定的分化信號(hào)下能分化成多種類型的細(xì)胞，因而癌干細(xì)胞的分化療法被提出[24]。SELL 等[26]認(rèn)為，在成體組織中正常干細(xì)胞增殖以不對(duì)稱分裂的方式來(lái)使其中的一個(gè)子代細(xì)胞維持前體細(xì)胞形態(tài)，而讓其余子代細(xì)胞繼續(xù)分化。而腫瘤往往是在這個(gè)過(guò)程中發(fā)生對(duì)稱分裂，認(rèn)為腫瘤的分化程度與細(xì)胞發(fā)生對(duì)稱分裂的發(fā)生點(diǎn)有關(guān)，發(fā)生得越早，腫瘤的分化程度越低，其惡性程度也越高。因此，骨肉瘤癌干細(xì)胞的分化療法被提出，即誘導(dǎo)骨肉瘤癌干細(xì)胞進(jìn)行終端分化，從而抑制腫瘤細(xì)胞的持續(xù)生長(zhǎng)[27]。

癌干細(xì)胞的分化療法已經(jīng)在很多腫瘤中得到證明。骨形成蛋白-4 （BMP-4） 能誘導(dǎo)惡性腦膠質(zhì)瘤癌干細(xì)胞高表達(dá)神經(jīng)分化的標(biāo)志物，同時(shí)腫瘤細(xì)胞增殖減少，生長(zhǎng)受到抑制[28]。惡性膠質(zhì)瘤癌干細(xì)胞還證明能被全反式維甲酸誘導(dǎo)分化，腫瘤細(xì)胞的惡性程度被降低[29]。此外在肝細(xì)胞腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)，高劑量外源性BMP-4 能促進(jìn)肝細(xì)胞腫瘤癌干細(xì)胞分化、自我更新，同時(shí)癌干細(xì)胞的化療耐藥性和致瘤能力均被抑制[30]。

3.3 骨肉瘤癌干細(xì)胞成骨分化

骨肉瘤癌干細(xì)胞也逐漸被證明能被誘導(dǎo)發(fā)生成骨分化。在體內(nèi)和體外研究中發(fā)現(xiàn)，ATRA 成功地誘導(dǎo)MG63 骨肉瘤癌干細(xì)胞進(jìn)行成骨分化，并且顯著降低癌干細(xì)胞在動(dòng)物體內(nèi)的致瘤能力[13]。在OS99-1 骨肉瘤細(xì)胞系研究中還發(fā)現(xiàn)，受BMP-2的誘導(dǎo)，骨肉瘤癌干細(xì)胞標(biāo)志物Oct3/4、Nanog和Sox-2的表達(dá)受到抑制，癌干細(xì)胞的致瘤能力同樣受到抑制，其惡性程度降低[31]。持續(xù)的研究表明，BMP-2 通過(guò)BMP-Smad和MAPK 信號(hào)通路誘導(dǎo)骨肉瘤癌干細(xì)胞進(jìn)行成骨分化。且在動(dòng)物體內(nèi)研究也證明，骨肉瘤癌干細(xì)胞能被誘導(dǎo)成骨而形成具有一定結(jié)構(gòu)的鈣化骨組織[32]。此外，在小鼠脛骨近端原位骨肉瘤模型中，外源性使用BMP-2 不僅能抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，而且對(duì)骨肉瘤細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移具有抑制作用。并且通過(guò)BMP-2的誘導(dǎo)成骨分化，從而使受腫瘤侵襲的骨具有比較完整的骨組織結(jié)構(gòu)[33]。

雖然研究發(fā)現(xiàn)骨肉瘤癌干細(xì)胞被誘導(dǎo)分化劑誘導(dǎo)而發(fā)生成骨分化，使腫瘤細(xì)胞的增殖能力受到抑制，但目前在臨床鮮有利用誘導(dǎo)分化劑誘導(dǎo)骨肉瘤癌干細(xì)胞發(fā)生成骨分化從而治療骨肉瘤的報(bào)道。

4 展望

分化療法雖然不能殺死腫瘤細(xì)胞，但通過(guò)誘導(dǎo)骨肉瘤細(xì)胞進(jìn)行終端分化，可使腫瘤細(xì)胞失去自我更新和增殖的能力。同時(shí)還可以避免目前骨肉瘤治療方案中的一些毒性和化療耐藥性。因而分化療法逐漸成為治療骨肉瘤的研究熱點(diǎn)。另外，通過(guò)誘導(dǎo)骨肉瘤癌干細(xì)胞的成骨分化，其致瘤能力被抑制。但目前對(duì)骨肉瘤癌干細(xì)胞分化療法的研究還比較缺乏。雖然BMP-2 被證明能通過(guò)BMP-Smad和MAPK 信號(hào)通路誘導(dǎo)骨肉瘤癌干細(xì)胞進(jìn)行成骨分化，但是其誘導(dǎo)分化的機(jī)制仍然有待被探討[32]。并且還有研究指出BMP-2 可能促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的增殖[34]。此外，誘導(dǎo)分化劑的副作用還需要被研究，誘導(dǎo)分化劑和誘導(dǎo)分化方案還需不斷探討。因此，臨床利用誘導(dǎo)分化療法來(lái)治療骨肉瘤仍需不斷研究和探索。