程繼文

(廣西醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院泌尿外科，南寧市 530021)

間充質干細胞(Mesenchymal stem cells，MSCs)是一種發(fā)現于骨髓的非造血成體干細胞［1］，起源于中胚層，可在體外培養(yǎng)、擴增，并具有多向分化及向炎癥部位定向趨化的能力，且培養(yǎng)多代后仍不喪失其多向分化及定向趨化的潛能。基于以上的特點，MSCs在組織工程與再生醫(yī)學中都占有不可忽視的地位。因MSCs可以向炎性組織趨化，而腫瘤微環(huán)境自始至終都充斥著炎癥。因此曾有研究者想將其作為腫瘤藥物載體應用于臨床藥物的研發(fā)。但是，最近越來越多的研究結果提示，在一定條件下，MSCs可能會促進惡性腫瘤細胞的生長。MSCs細胞的傳代及與周圍環(huán)境的相互影響可能與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有一定的關系。在此就MSCs與惡性腫瘤關系的最新研究做一綜述。

1 MSCs的生物學特征

MSCs最早發(fā)現于骨髓，他不是一種單一特性的細胞系，而是由多種特性相似的細胞所組成。由于MSCs缺少統(tǒng)一的標志物，按照目前國際上的標準，確定MSCs必須符合以下的條件:①貼附于培養(yǎng)皿生長，正常情況下呈長梭型;②特殊條件下具有向軟骨細胞、成骨細胞、脂肪細胞分化的能力［2］;③細胞表面抗原CD34、CD11b、HLA-DR、CD45等呈陰性表達，而CD29、CD90、CD105等呈陽性表達。

目前大量的研究已證實MSCs具有免疫抑制功能。多項研究結果顯示，在HLA抗原完全不匹配的條件下，給受體動物輸注同種異體的間充質干細胞，甚至輸注異種的間充質干細胞，一般情況下都不會引起宿主強烈的免疫排斥反應;而給受體動物輸MSCs的同時，在給予皮下注射同種異體或異種的其他細胞時可以減低宿主對其他細胞的免疫排斥反應［3］。因此許多相關領域的研究者正在探索將其用于免疫失調性疾病或移植免疫的治療。在研究MSCs與T細胞的相互關系中發(fā)現，MSCs可以通過接觸抑制及可溶性因子的作用來影響T細胞的免疫作用。當前研究較為深入的相關可溶性細胞因子包括白介素 (Interleukin，IL)相關細胞因子如IL-6、IL-10、IL-2等;誘導型一氧化氮合成酶(Inducible nitric oxide synthase，iNOS)及其相關衍生物、腫瘤生長因子-β (tumor growth factor-β，TGF-β)、前列腺素E2(Prostaglandin E2，PGE2)等［4－6］。

隨著對MSCs研究的日益深入及研究技術不斷成熟，許多研究者開始嘗試將MSCs引入臨床治療中，特別是在組織工程及再生醫(yī)學領域。已有大量的研究報道MSCs可用于治療機體無法自然修復的組織和器官損傷;而MSCs作為免疫調解細胞，已有研究者將其引入治療免疫排斥和自身免疫性疾病的相關研究中。據臨床研究報道，MSCs在系統(tǒng)性紅斑狼瘡、脊髓修復、股骨頭壞死、心腦血管性疾病的治療研究中都取得較好的成效［7－8］。

2 MSCs具有向惡性腫瘤趨化的特性

MSCs具有向炎癥部位定向趨化的特性，很多研究結果提示體外培養(yǎng)的MSCs輸注給有損傷的動物時，MSCs可以定向趨化并募集到受損部位［9－10］，如缺血的心肌組織、受傷皮膚區(qū)域、放療后的胃腸道黏膜等。惡性腫瘤實際上是一種永不愈合的損傷，而實質性腫瘤的微環(huán)境與受損組織的微環(huán)境極為相似，都含有大量的炎癥細胞、炎癥因子［11］。有研究者發(fā)現，MSCs可趨化至進入微小腫瘤灶，并增殖分化成為腫瘤基質的重要組成成分［12］。Cheng等［13］將標記有GFP基因的MSCs通過尾靜脈注射到接種有前列腺癌的小鼠體內時，發(fā)現MSCs可優(yōu)先遷移到腫瘤接種部位。Nakamizo等［14］將綠色熒光蛋白(Green Fluorescent Protein，GFP)標記的人MSCs輸入神經膠質瘤小鼠的動脈時發(fā)現:無論將GFP-MSCs從小鼠的頸部兩側的哪條血管輸注，其最終均可募集到腦部腫瘤組織中。他們還發(fā)現就算將MSCs輸注到神經膠質瘤對側大腦半球時，MSCs也仍可向腫瘤部位遷移。相同的結果也出現在其他腫瘤動物模型中，如肝癌、Kaposi肉瘤、肺癌、乳腺癌等。

對于MSCs發(fā)生定向趨化的機制目前也研究的較為深入，這主要與腫瘤微環(huán)境中的炎癥因子密切相關，如趨化因子、生長因子等均參與了誘導MSCs的募集或歸巢。循環(huán)中的MSCs向腫瘤組織募集的主要有兩步:①MSCs附著于血管內皮。研究者報道腫瘤組織中的腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)表達上調，TNF-α上調使得MSCs細胞上的血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)呈高表達，從而促進MSCs黏附于血管內皮細胞［15］。也有研究顯示，白介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)和干擾素-γ(Interferon-γ，IFN-γ)也具有同樣的作用［16］。②腫瘤部位趨化因子高表達。趨化因子可由腫瘤細胞及炎癥細胞等多種細胞分泌，腫瘤組織中趨化因子CXCL12、CXCL7、CXCL6、CXCL5等呈高表達，而MSCs細胞表面有其相應的趨化因子受體如 CXCR3、CXCR4、CXCR5等的表達，腫瘤部位的趨化因子形成的濃度梯度可誘導表達趨化因子受體的 MSC定向遷移［17－18］。

3 MSCs對惡性腫瘤生長的影響

MSCs對不同惡性腫瘤生長的影響作用，目前各方面的研究結果仍不盡相同，存在爭議。Liu等［19］發(fā)現，骨髓充質干細胞和結腸癌腫瘤細胞共同植入小鼠皮下可以通過促進血管形成加速結腸癌細胞生長。Ye等［20］發(fā)現前列腺癌細胞與MSCs共同皮下移植可以增強前列腺癌細胞的增殖、轉移能力。Hall等［21］的研究也表明MSCs和B淋巴細胞系腫瘤直接作用時，可表達VCAM-1，促進腫瘤細胞的生長。Djouad等［22］在免疫功能正常的Balb/c小鼠皮下移植C57小鼠來源的的B16黑色素瘤細胞，在MSCs存在的條件下可降低免疫排斥反應，最終部分小鼠體內可形成腫瘤。他們還發(fā)現MSCs不論與惡性腫瘤細胞同部位接種，還是在遠離惡性腫瘤接種處皮下或尾靜脈注射，均可引起腫瘤形成。而大量的研究表明，MSCs與腫瘤血管形成有關，他可分泌多種與血管生成有關的因子，包括血管生成因子-1(Angiogenesis-1)、血小板來源的生長因子-BB(Platelet-Derived Growth Factor-BB，PDGF-BB)、血管內皮生長因子(Vascular endothelial cell growth factors，VEGF)、成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor 2，FGF-2)等［23］。

與上述結果不同的是，有研究顯示［24］將大鼠結腸癌細胞和大鼠MSCs共同移植到大鼠腋窩皮下，MSCs有明顯抑制腫瘤生長的作用。Tyciakova等［25］發(fā)現基因工程間質干細胞可以產生TNFα，其對人體黑色素移植瘤的生長有抑制作用。Tang等［26］發(fā)現MSCs可以通過Smad2基因誘導T細胞分化進而抑制炎癥相關的結腸癌細胞的生長;Du等［27］發(fā)現凋亡素修飾的骨髓間充質干細胞可抑制裸鼠體內肺癌的生長。這些結果之間的差異可能是由于不同組織來源、不同的個體變異、不同的微環(huán)境等多種因素導致的，有待于進行更深入探討。

4 MSCs對惡性腫瘤轉移的影響

MSCs對惡性腫瘤轉移的影響目前各方研究結果也存在爭議。Jing等［28］研究發(fā)現，MSCs可通過分泌TGFβ影響肝癌細胞EMT的發(fā)生，進而增強了肝癌細胞的侵襲轉移能力。Waterman等［29］也發(fā)現激活MSCs細胞表面Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)與脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)后，MSCs分泌大量的各種促炎介質，包括 IL-17、IL-3、單核因子誘導的 γ-干擾素(monokine induced by gamma-interferon，MIG)等，這些細胞因子可以影響腫瘤細胞EMT進而影響惡性腫瘤的轉移。而Maestroni等［30］將MSCs與肺癌細胞或惡性黑素瘤細胞同時輸注到動物體內時，發(fā)現MSCs能夠降低腫瘤的轉移。Kaneko等［31］的研究顯示，骨髓來源的干細胞可以通過降低腫瘤細胞遠處轉移來治療轉移性的腦腫瘤。Ye等［20］發(fā)現MSCs可以分泌與惡性腫瘤轉移有關的細胞因子如基質金屬蛋白酶MMP-2、MMP-9，通過TGFβ信號通路影響腫瘤的遷移能力。這些實驗都驗證了MSCs可以通過影響惡性腫瘤的轉移來影響腫瘤的發(fā)展。

5 MSCs與惡性腫瘤間質形成的關系

惡性實體腫瘤的組成成分除了包括腫瘤細胞外還包含了大量的間質組織、間質細胞，其中也浸潤了大量的炎性細胞及炎性因子，他們共同形成了腫瘤炎癥微環(huán)境。腫瘤炎癥微環(huán)境中與間質形成密切相關的生長因子有很多，包括 VEGF、PDGF、成表皮生長因子(Epidermal growth factor，EGF)、FGF、肝細胞生長因子(Hepatocytegrowthfactor，HGF)、轉 化 生 長 因 子(Transform growth factor，TGF)等［32－33］。這些生長因子參與MSCs遷移到腫瘤組織的過程中，并影響MSCs的分化、轉化，進而形成實體腫瘤的間質細胞。有研究者將人源MSCs慢病毒轉染自殺基因I型單純皰疹病毒胸腺嘧啶激酶(herpes simplex virus type 1 thymidinekinase，HSVI-TK)和GFP基因后在免疫缺陷小鼠皮下接種結腸癌細胞，3 d后經靜脈輸注轉染成功的GFP-MSCs，PET檢查腫瘤間質中MSCs的定位和HSV1-TK及GFP表達，結果表明，人MSCs可以定向趨化至結腸癌組織中，并參與結腸癌間質的形成。

6 MSCs向惡性轉化

近年來的研究不斷地提示非腫瘤干細胞在體外長期進行長期的培養(yǎng)可以發(fā)生惡變。有研究顯示，大鼠的多能干細胞克隆株在體外長期培養(yǎng)擴增后(一般擴增大于50代)可發(fā)生惡性增殖，這個結果在人的多能干細胞株中也同樣被證實，并且這些細胞株都可在裸鼠體內形成纖維肉瘤，說明其發(fā)生了惡性轉化。惡性轉化發(fā)生后，與增值相關的細胞因子如細胞周期蛋白1 (Cyclin D1)及細胞增殖細胞核抗原 (Proliferating cell nuclear antigen，PCNA)的表達顯著增強，且此時的干細胞仍保有多向分化潛能。Rubio等［34］報道將人的MSCs在體外長期培養(yǎng)后再接種到裸鼠體內，發(fā)現細胞發(fā)生癌變，MSCs出現癌細胞的形態(tài)學表現，且單純的MSCs細胞株可在裸鼠體內成瘤。

干細胞在體外長期培養(yǎng)、擴增后其成瘤能力的出現或成瘤能力的增加也是“腫瘤干細胞學說”的證據之一，為腫瘤干細胞起源的相關研究提供重要的細胞、動物模型。由于腫瘤細胞形成與端粒酶活性升高有著密切的相關性，研究者［35］用端粒酶逆轉錄酶基因去轉染人MSCs，在延長了MSCs壽命的同時也保持了他原有的功能特性，而研究干細胞永生化的機制也有助于探索特異性根除腫瘤干細胞的靶點。我們知道MSCs的增殖分化受到其生存的微環(huán)境的精密調控。當微環(huán)境遭到破壞或出現變化，誘導細胞成熟分化的信號分子發(fā)生異?；驘o法作用于目的靶細胞，就會導致干細胞分化不成熟，功能細胞數減少。而負反饋的機制又使集體不斷的產生增殖信號，進而分化更多的不成熟細胞，最終就導致干細胞出現惡性增殖。

7 展望

在組織工程、再生醫(yī)學以及免疫調控的基礎研究和臨床應用等方面，MSCs已經取得了較好的成效。但由于其在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的不可確定性，目前將其應用于惡性腫瘤的藥物研發(fā)還為時過早。但我們的研究者也不能因噎廢食，而完全丟棄其作為藥物及藥物載體應用的可能性。研究者目前及未來一段時間的主要工作就是進一步更深入的探討MSCs在腫瘤炎癥微環(huán)境中發(fā)揮的作用及其對惡性腫瘤生長的調控方式，探尋控制MSCs的方法與手段，明確其影響腫瘤生長的調控節(jié)點，將其轉化為有利于控制腫瘤的藥物或藥物載體，這個過程任重而道遠。

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