腫瘤患者放化療導致骨髓抑制的機制

李高勤 雍文興 （通訊作者） 張志明 蘇歡 王淼 金娟 杜婷婷

（1 甘肅中醫藥大學 甘肅 蘭州 730000)

(2 甘肅中醫藥大學附屬醫院 甘肅 蘭州 730000）

近幾年，中國惡性腫瘤的發病率呈逐步上升趨勢，其病死率也排在常見病之首[1]。放化療仍是腫瘤的常規治療方法，但患者接受放化療過程中均會出現不同程度的惡心、嘔吐、骨髓抑制等不良反應，影響放化療的療效及正常進行，嚴重時甚至會威脅患者生命。祖國醫學根據放化療后的臨床表現如發熱、惡心嘔吐、脫發、周身酸痛、畏寒、四肢冰涼、心慌氣短，易出血等多將其歸為“虛勞”“內傷發熱”等病，認為放化療屬于“火毒”“藥毒”，作用于人體后能夠耗傷氣血，損傷臟腑，最終導致脾腎虧虛，氣血兩虛的病理狀態，針對其治療多以健脾補腎，補益氣血為治則，不論是中藥湯劑，還是中成藥、針刺、艾灸均具有良好的作用，對減輕骨髓抑制，緩解臨床癥狀效果顯著。本文主要對應用放化療后骨髓抑制的機制進行綜述。

1.骨髓造血系統及骨髓抑制類型

骨髓作為人體內主要造血器官，主要由造血細胞和造血微環境兩大部分組成。根據造血細胞的功能與形態特征，一般可以把血細胞分為造血干細胞(hematoPoietic stem cells，HSCs)、造血祖細胞 (hematoPoietic Progenitor cells，HPCs)和各系前體細胞。造血干細胞(hematoPoietic stem cells，HSCs) 是血液系統中的成體干細胞，從卵黃囊全能間葉細胞分化來而來。造血干細胞能夠不斷自我更新，并且具有多向分化潛能，這種特性對機體維持正常造血具有重要作用。造血祖細胞是由造血干細胞分化的具有特定分化方向的細胞，包括粒系一巨噬系祖細胞、紅系祖細胞、巨核系祖細胞。在正常情況下，HSCs 維持在靜止狀態，只有小部分細胞進入細胞周期，產生譜系特異性祖細胞，這是補充循環血細胞日常需要所必需的。造血微環境（niche）又稱為造血干細胞龕，由骨髓中鄰近造血干細胞的支持細胞如骨髓基質細胞、神經、微血管和基質細胞分泌的細胞因子構成，為造血干細胞代謝提供營養物質，參與造血干細胞的維持、自我更新和定向分化。Ray Schofield 研究發現骨髓微環境niche 可能參與HSC 的維持、自我更新和多向分化的調控[2]。

在正常情況下，HSCs 進入細胞周期并通過細胞更新維持其細胞池，當HPCs 耗竭時急性骨髓抑制便發生。當外界刺激選擇性作用于HSCs 并使HSCs 的自我更新和分化能力受損時，潛在骨髓損傷便發生。所以，骨髓抑制分為兩種情況，分別為急性骨髓抑制和潛在骨髓損傷。

2.骨髓損傷發生機制

2.1 造血細胞損傷

2.1.1 HSCs 凋亡放療和化療均能導致貧血小鼠造血細胞及造血微環境中基質細胞的凋亡，骨髓有核細胞計數的急劇下降，造血干、祖細胞的增殖分化能力也受影響[3]。細胞凋亡是通過遺傳控制的有序的調節細胞死亡的形式。凋亡通過調節造血系的大小，協同細胞增殖和分化，進而維持造血穩態。細胞凋亡的控制因子大致可分兩類，一類具有抗細胞凋亡的活性，如 Bcl-2、BclL 等，另一類因子具有促進細胞死亡的活性，如 Bax 等，他們共同調控著細胞的凋亡過程。研究表明，在整個造血室中過表達抗凋亡蛋白bcl-2 可保護小鼠免受IR 誘導的造血功能衰竭和死亡。從bcl-2 轉基因小鼠中分離的HSCs 在體外對IR 誘導的損傷更具抗性，相反，bcl-2 缺陷使小鼠HSC 對IR 敏感[4]。然而，HSC 凋亡在化療和輻射誘導的由于HSC 自我更新受損，HSC 儲備持續減少導致的長期BM 損傷中的作用仍存在爭議。研究發現，用廣譜casPase 抑制劑z-VAD 孵育HSCs，可以抑制IR 誘導的HSCs凋亡，但僅能輕微減弱IR 誘導的HSC 造血功能抑制，說明誘導HSC 凋亡本身不太可能是IR 誘導的長期BM 損傷的唯一原因[5]。最后，一種有效的BM 殘基損傷誘導因子BU（busulfan），在嚴重降低HSC 功能的同時，未誘導HSC 顯著凋亡，說明BU誘導骨髓抑制的方式與凋亡無關[5]。因此，HSC 凋亡在長期骨髓抑制中的作用有待更進一步的研究。

2.1.2 HSCs 的衰老目前認為，化放療導致 HSCs 的衰老是潛在骨髓損傷發生最為關鍵的機制。細胞衰老的機制十分復雜，其中氧化應激損傷是細胞衰老的主要機制之一。活性氧（ROS）水平增加和抗氧化酶活性下降的失衡可以導致氧化應激的發生。研究已經證實，高濃度的活性氧（reactiveoxygen stress ROS）可損傷DNA 的結構或者通過調控衰老相關的信號通路誘導細胞發生衰老。研究發現BU 作為一種強效的骨髓抑制化療藥物，可導致嚴重的骨髓長期抑制，在體外誘導骨髓造血細胞衰老而非凋亡[5]。BU 和IR 誘導的衰老HSC的克隆活性降低，并且SA-β-gal、P16ink4a 和arf 表達水平增加。sa-β-gal 是細胞衰老的生物標記物，P16ink4a和arf 的表達增加則與細胞衰老的建立和維持有關[6]。亦有研究表明[7]，通過DNA 損傷反應和P53/P21 途經導致Wnt/β-catenin 信號通路的過度激活可以誘導骨髓間充質干細胞的衰老，并且Wnt/β-catenin 信號通路的激活在老年干細胞微環境所導致的骨髓間充質干細胞衰老和失功能化中發揮重要作用。細胞衰老后可以表現為永久性細胞周期停滯，研究表明X 線(3.0Gy/8F)TBI 可通過調節細胞周期基因蛋白異常表達誘導小鼠HSCs 衰老。Toussaint 等[8]從分子和細胞水平上進一步證實了HSCs 的衰老與以下2 種信號通路相關：DNA 損傷或端粒縮短觸發的P53-P21CiP1/Waf1 信號途徑和Ras-Raf-MEK-Erk/P38MAPK 串聯活化的P16Ink4a-Rb 信號途徑。因此，對P53-P21ciP1/waf1 和/或P16ink4a-rb 途徑的靶向抑制可作為減少化療和輻射誘導的BM 毒性的新的研究方向。

2.1.3 骨髓細胞增殖周期的異常 細胞周期（cellcycle）也稱細胞增殖周期（cell reProductive cycle），是指細胞從一次有絲分裂完成到下一次有絲分裂結束所經歷的全過程，分為間期和分裂期兩個階段。細胞周期蛋白(cyclin)、細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dePendent kinase，CDK)、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(cyclindePendent kinase inhibitor，CKI)是細胞周期調控機制中三類重要蛋白。其中 cyclins 對CDKs 正性調控，CKIs 對CDKs 負性調控。G1-S 期、G2-M 期時相的細胞分布是細胞周期調控的最重要的兩個檢查點[9]，分別是進入DNA 合成期與有絲分裂期。細胞周期能否順利啟動進行細胞增殖，關鍵取決于G1 期能否進入S 期。以Cyc li nD-CD K4/6 為核心的信號途徑能夠驅使細胞正常進入細胞周期從而進行生長、分裂[10]。大量資料表明，60Co-γ 射線可以引起細胞損傷，各器官細胞出現Go/G1 及G2/M 期阻滯及S 期下降。石婭萍[11]的研究表明，放化療聯合運用可以導致造模后骨髓有核細胞中CyclinD1mRNA、CyclinE mRNA、CDK2 mRNA 和 CDK4 mRNA 基因表達皆顯著降低，發生細胞周期阻滯。

3.造血微環境（hematopoietic microenvironment，HM）的損傷

3.1 微血管和血竇的破壞

造血微環境由微血管系統、神經、網狀細胞、骨髓基質細胞、和基質細胞分泌的細胞因子構成，是HSCs 賴以生存的場所，也是調控造血的中心環節。陶明飛等[12]用 60Coγ 射線建立小鼠骨髓微血管放射損傷模型，結果發現，模型組與正常對照組相比較，模型組顯著減少了骨髓微血管數量，降低了微血管面積并減少了造血組織容量百分率。淳澤[13]發現，環磷酰胺（C Y）腹腔注射所致骨髓損傷的研究中，模型組與空白組比較，紅系基本不可見，巨核細胞數及血竇數可見顯著減少，幼稚粒系前體細胞彌漫性顯著增生，核固縮及核分裂易見，脂肪組織明顯增多。

3.2 造血生長因子的破壞

現代研究證明[14]，造血生長因子(hematoPoieticgrowth factor，HGF)的存在和刺激對造血細胞的增殖分化具有重要作用。造血細胞的增殖分化需要造血生長因子的調控，不同的造血生長因子構成復雜的網絡系統共同調控著造血干/祖細胞的增殖和分化，對成熟的血細胞也存在調控作用。在造血過程中，細胞因子通過與造血細胞表面的相應受體結合，從而發揮其調節造血細胞存活、增殖、分化和凋亡的作用。研究發現[15]，環磷酰胺所致的骨髓抑制實驗中，小鼠骨髓干細胞的促紅細胞生成素 （EPO）、TGF-β、IL-6、IL-4 蛋白含量降低，表明環磷酰胺所導致的骨髓抑制能夠影響到EPO、TGF-β、IL-6、IL-4 分泌，同時EPO、TGF-β、IL-6、IL-4的異常又能夠影響到骨髓干細胞的異常增殖和分化。

3.3 骨髓基質細胞的損傷

骨髓基質細胞（bone marrow stromal cells，BMSCs）是一類具有間充質干細胞 （marrow mesenchymal stemcells，MSCs）特性的細胞，具有較強的增殖能力和多向分化潛能。BMSCs 作為造血微環境重要的組成成份，能夠表達細胞間粘附分子和血管細胞間粘附分子，從而使干細胞識別基質微環境促進造血干細胞的增值與分化。BMSCs 通過不同的信號通路調控 HSC 的靜止狀態與增殖和分化。有研究表明[16]，將正常小鼠的BMS Cs 移植到骨髓抑制的小鼠身上，能夠加速骨髓抑制小鼠造血功能的恢復。相反，將接受過百消安或放射線治療的小鼠骨髓基質細胞移植到骨髓抑制小鼠身上，骨髓造血功能則并未恢復。劉靜[17]等對長期化療的10 例患者進行自身前后對照，在同一化療方案下，單純化療與化療后回輸體外擴增的自體骨髓基質細胞（ABMSC）對造血功能恢復影響的研究中發現，ABMSC 輸注后的 CFU-GM、CFU-E、BFU-E、CFU-F 顯著高于未輸注組，表明長期化療明顯損傷造血祖細胞、基質祖細胞，化療后給予ABMSC 可加速造血功能的恢復。

4.結語與展望

放化療作為治療惡性腫瘤性疾病的主要手段，在治療惡性腫瘤的同時容易導致機體多系統的損傷，而放化療導致的骨髓抑制常常影響患者后續治療與疾病的轉歸。因此，對于放化療導致骨髓抑制機制的探討具有重要意義。近年來，中西醫對于骨髓抑制機制的認識與治療都取得了顯著的進展。但仍然缺乏更進一步的研究。治療方面也存在一些明顯的副作用。相信隨著科學技術的進步與提高，人類對化放療導致骨髓抑制的機制會有更深入的認識，并采取更積極有效的防治手段以改善患者生存質量及提高臨床生存率。