崔舒悅 湯帥 丁曉玲 丁剛

根據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究署發(fā)布的2020年全球最新癌癥負擔數(shù)據(jù)[1]顯示：中國癌癥新發(fā)人數(shù)和癌癥死亡人數(shù)均位居全球第一。研究[2]發(fā)現(xiàn)，腫瘤微環(huán)境對腫瘤的發(fā)生發(fā)展產生重要影響。間充質干細胞（mesenchymal stem cells, MSCs）由于其良好的多向分化、自我更新潛能以及免疫調節(jié)特性，已被廣泛應用于多種組織、器官的修復以及再生治療。研究[3]表明，MSCs能夠通過旁分泌作用產生外泌體這一生物活性物質，外泌體通過傳遞多種信號通路影響腫瘤細胞的增殖、遷移和血管生成。目前，在關于MSCs及其外泌體是抑制腫瘤還是促進腫瘤的報道中，出現(xiàn)了不一致的結論。本文將探討MSCs及其外泌體對腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響及其潛在作用機制。

1 間充質干細胞

來源于發(fā)育早期中胚層和外胚層的MSCs具有良好的多向分化潛能、自我更新能力和免疫調節(jié)性能，已經從骨髓、脂肪、臍帶、胎盤、皮膚、外周血、牙齒等多種組織中分離并培養(yǎng)[4]。國際細胞治療學會間充質和組織干細胞委員會提出了定義人類MSCs的最低標準：首先MSCs在標準培養(yǎng)條件下培養(yǎng)時必須貼壁，其次MSCs陽性表達CD105、CD73和CD90，不表達CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79a或CD19及HLA-DR表面分子，最后MSCs在體外標準誘導條件下分化為成骨細胞、脂肪細胞和軟骨細胞[5]。由于MSCs良好的生物學性能，已被應用于多種疾病的基礎和臨床研究，在心臟病、自身免疫病等疾病中具有良好的臨床應用前景[2]。MSCs發(fā)揮生物學作用主要通過以下機制實現(xiàn)，一是MSCs的遷移和歸巢特性，MSCs能夠歸巢到相應的病變區(qū)域；二是旁分泌特性，MSCs通過分泌旁分泌因子促進組織修復與再生；三是免疫調節(jié)特性，MSCs通過抑制免疫細胞，如T細胞、B細胞、巨噬細胞等的激活和功能參與免疫調節(jié)[6]。

2 間充質干細胞與腫瘤

MSCs在人體內分布廣泛，因此，MSCs在體內會與腫瘤細胞等各種細胞進行接觸，能夠識別腫瘤的信號并產生相應的反應，同時MSCs會被招募并成為腫瘤微環(huán)境的一部分。有研究[7]表明，MSCs在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉移及預后中發(fā)揮著重要作用。

2.1 肺癌 數(shù)據(jù)[1]顯示，肺癌是全球男性和女性癌癥死亡的主要原因，同時也是男性最常見的癌癥。研究者將人骨髓MSCs與肺癌細胞株A549共培養(yǎng)，結果顯示MSCs可以抑制A549細胞的遷移和增殖，并將細胞周期阻滯在G1期，同時可以誘導細胞凋亡，MSCs條件培養(yǎng)基取得了相同的效果，然而將MSCs聯(lián)合A549細胞注入BALB/c小鼠背部皮下，檢測腫瘤生長情況，結果顯示MSCs組80%-90%形成肉眼可見的腫瘤，且體積明顯大于對照組，在MSCs組腫瘤表面分布了豐富的血管，說明在腫瘤微環(huán)境中，MSCs促進了血管生成，從而利于腫瘤的生長[8]。將MSCs聯(lián)合Lewis肺癌LL3細胞注入C57BL/6小鼠背部左側皮下，結果顯示聯(lián)合應用MSCs與LL3細胞可顯著促進腫瘤生長。MSCs可抑制腺病毒Fas配體在原發(fā)腫瘤中誘導的炎癥反應，排除排斥反應，MSCs還可減少腫瘤特異性T細胞的擴增[9]。將臍帶MSCs與肺癌細胞系H1299共培養(yǎng)后，檢測其增殖、凋亡、侵襲及細胞周期，結果顯示臍帶MSCs能顯著抑制H1299細胞侵襲，并誘導H1299細胞凋亡，但對H1299細胞增殖和細胞周期無明顯影響，說明臍帶MSCs對肺癌細胞具有抗腫瘤的作用，進一步研究[10]表明可能是AKT/PI3K/STAT3信號通路在調控過程中起作用。

2.2 肝癌 按照全球癌癥相關死亡數(shù)排序，肝癌已經上升到第二位[1]，如不及時診治，患者的存活概率很低[11]。研究者將骨髓MSCs與人肝癌細胞系通過Transwell共培養(yǎng)體系培養(yǎng)，檢測肝癌細胞的侵襲和增殖能力，結果[12]顯示，與MSCs共培養(yǎng)后的肝癌細胞的侵襲能力下降，增殖能力上升。將MSCs和人肝癌細胞H7402細胞注射入SCID小鼠體內，與對照組相比，MSCs治療組腫瘤形成時間延遲且腫瘤體積明顯縮小，腫瘤組織內有廣泛的壞死區(qū)，可見成纖維細胞樣細胞，并在腫瘤區(qū)域內可見原位鈣化，說明MSCs可以抑制腫瘤生長[13]。肝癌裸鼠模型經尾靜脈注射MSCs，然后評估血管生成能力，與對照組相比，MSCs治療組微血管密度增加，促進血管生成，其機制可能與轉化生長因子-β1（transforming growth factor-β1, TGF-β1）/Smad信號通路有關[14]。

2.3 胃癌 胃癌是一種常見的消化道惡性腫瘤，在中國其發(fā)病率及病死率均位居惡性腫瘤第三位[1]。將人包皮MSCs與胃癌細胞系SGC-7901共培養(yǎng)，體內體外結果顯示均抑制胃癌細胞的增殖，并且發(fā)現(xiàn)人包皮MSCs條件培養(yǎng)基能夠抑制SGC-7901細胞bcl-2的表達，上調bax和caspase-3的表達，提示人包皮MSCs可通過抑制胃癌細胞增殖和促進胃癌細胞凋亡來抑制腫瘤細胞生長[15]。將胃癌來源的MSCs與胃癌細胞系BGC-823和MKN-28共培養(yǎng)，結果[16]顯示：與骨髓MSCs及鄰近非癌組織來源MSCs相比，胃癌來源MSCs促進了胃癌細胞的增殖和遷移，促血管生成因子如血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）、巨噬細胞炎性蛋白-2、TGF-β1、白介素（interleukin, IL）-6的表達水平顯著升高，進一步研究表明可能是胃癌來源MSCs分泌的IL-8參與了腫瘤的形成，通過中和抗體阻斷IL-8的分泌，結果顯示削弱了MSCs的成瘤作用，AKT及ERK1/2信號通路參與了此過程。研究[17]表明，MSCs能夠激活Wnt5a/Ror2信號軸產生CXCL16，進而激活相應的趨化因子受體（chemokine receptor, CXCR）6，通過激活STAT3增加Ror1的表達，最終促進胃癌細胞的增殖和遷移，從而促進腫瘤的進展。

2.4 結直腸癌 結直腸癌是嚴重威脅人類健康的腫瘤之一，在所有腫瘤中其發(fā)病率和死亡率分別位于第二位和第五位[1]。將過表達CXCR4的MSCs（MSCs-CXCR4）注射到結腸癌小鼠模型，結果顯示，注射MSCs-CXCR4小鼠的體重減輕得到緩解，結腸長度延長，腫瘤數(shù)目減少，腫瘤負荷減少，結腸組織中的促炎細胞因子水平和STAT3磷酸化水平降低，提示MSC-CXCR4具有有效的抗腫瘤作用[18]。另有研究[19]表明，注射MSCs可以將結直腸癌細胞周期阻滯于G1期從而誘導細胞凋亡，導致體內Wnt和TGF-β-Smad信號通路失調，進而干擾腫瘤的發(fā)生。在裸鼠皮下注射結腸癌HCT116靶向腫瘤干細胞，形成異種移植腫瘤，大鼠MSCs治療后的結果顯示，MSCs促進了腫瘤的生長，同時體外實驗[20]發(fā)現(xiàn)大鼠MSCs增加了HCT116靶向腫瘤干細胞的侵襲和遷移。

2.5 乳腺癌 2020年，女性乳腺癌首次超過肺癌，成為全球最常見的癌癥，在中國女性癌癥患者中，發(fā)病的主要類型為乳腺癌[1]。與乳腺癌細胞MDA-MB-231共培養(yǎng)的MSCs條件培養(yǎng)基，通過抑制STAT3的激活，從而抑制MDAMB-231細胞的遷移、增殖和血管生成[21]。將臍帶MSCs與乳腺癌細胞共培養(yǎng)，與單純乳腺癌細胞組相比，MSCs促進了腫瘤細胞的增殖，且共培養(yǎng)后腫瘤細胞表達間充質細胞的標志物，說明MSCs與腫瘤細胞相互作用促進了腫瘤細胞的生長[22]。將小鼠骨髓MSCs與小鼠乳腺癌細胞4T1共培養(yǎng)后可促進4T1細胞增殖，將MSCs與4T1注射到裸鼠體內，結果顯示促進腫瘤細胞增殖，腫瘤體積增大，腫瘤的血管面積增多，同時減少了腫瘤中央的壞死[23]。

2.6 胰腺癌 胰腺癌是消化系統(tǒng)惡性程度最高的腫瘤之一，其臨床表現(xiàn)為：隱匿性、進展快、預后差[24]。將表達NK4的MSCs與胰腺癌細胞株SW1990共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，對SW1990細胞的增殖和遷移有明顯的抑制[25]。腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體工程化的胰腺來源的MSCs能夠顯著抑制胰腺癌細胞的生長[26]。MSCs能夠通過上調雙調蛋白促進胰腺癌細胞的局部侵襲，特異性小干擾RNA阻斷雙調蛋白的產生后消除了胰腺癌細胞的局部侵襲，說明雙調蛋白可能參與了這個過程[27]。來源于MSCs的肌成纖維樣細胞能夠調節(jié)癌細胞內胚層的狀態(tài)，提高各種干細胞相關基因的表達水平，增強胰腺癌細胞形成球體的能力，促進小鼠胰腺癌腫塊的形成，增加對抗癌藥物的耐藥性，促進胰腺癌的進展[28]。

以上研究結果表明，MSCs與腫瘤細胞相互作用可以調節(jié)腫瘤微環(huán)境，一方面MSCs由于其歸巢特性能夠有效地進入腫瘤微環(huán)境，通過激活多種信號通路抑制腫瘤生長，克服了藥物傳遞效率低及腫瘤微環(huán)境滲透的限制，因此，移植預編輯與修飾后的MSCs成為治療腫瘤的新手段[29]；另一方面MSCs通過重塑腫瘤微環(huán)境產生支持組織新生血管、腫瘤侵襲和轉移的腫瘤細胞生態(tài)位，促進腫瘤的進展[30]?；谝陨弦蛩?，更深入地了解MSCs與腫瘤細胞的串擾將成為未來腫瘤治療的新策略。

3 外泌體

細胞外囊泡（extracellular vesicles, EVs）是由多種哺乳動物細胞主動釋放的納米級胞外小泡，根據(jù)其生物起源、大小、生物物理特性可分為外泌體、微囊泡及凋亡小體。外泌體自1983年首次在綿羊網織紅細胞中發(fā)現(xiàn)，最初被認為是細胞碎片或細胞廢棄物，它的作用一直被低估，研究[31]發(fā)現(xiàn)外泌體是細胞間通訊的重要載體。外泌體是一種由脂質雙分子層包裹的膜性囊泡，直徑30 nm-200 nm，主要參與細胞之間的物質交換和信號轉導，外泌體內容物豐富，包括蛋白質、核酸和脂質等在內的生物活性分子，并通過這些生物活性分子調節(jié)受體細胞的生物活性，microRNA（miRNA）被認為是外泌體的重要組成部分[32]。MSCs來源的外泌體具有與母細胞相似的生物學功能，但與MSCs相比具有以下優(yōu)勢：①外泌體穩(wěn)定，可長期保存在-80oC，內容物不易降解；②外泌體更安全，不存在異倍體的可能性；③外泌體可以跨膜轉運，直接靶向作用于病變部位；④“無細胞”治療，降低了免疫排斥的風險，致瘤性降低，解決了MSCs在體內存活率低的問題[6,33]。

4 外泌體與腫瘤

有研究[34]發(fā)現(xiàn)，MSCs發(fā)揮作用主要是由于其旁分泌機制，而外泌體作為旁分泌機制的重要因子在腫瘤發(fā)生發(fā)展及治療方面受到越來越多的關注。有研究[35]表明，外泌體在腫瘤免疫中起著雙刃劍的作用，在腫瘤微環(huán)境中，外泌體能夠在腫瘤細胞、免疫細胞和其他細胞之間傳遞生物活性分子，幫助癌細胞逃避免疫監(jiān)視誘導免疫耐受，同時，來自免疫細胞的外泌體能夠發(fā)揮抑制腫瘤生長、增殖和轉移的作用。

4.1 肝癌 收集來自肝癌細胞系Hep3B、HuH7來源的癌癥干細胞（cancer stem cells, CSCs），用骨髓MSCs來源的外泌體處理CSCs后，降低了Hep3B-CSCs和HuH7-CSCs的增殖、遷移、侵襲、血管生成和自我更新能力。裸鼠皮下注射Hep3B-CSCs誘導成瘤，經骨髓MSCs外泌體治療后顯示，外泌體可抑制CSCs形成的異種移植瘤的生長速度和重量，進一步研究表明外泌體通過C5orf66-AS1/miR-127-3p/DUSP1/ERK軸阻斷肝癌細胞的惡性行為[36]。將肝癌CSCs和骨髓MSCs來源的外泌體分別注射到二乙基亞硝胺誘導的Albino大鼠肝癌模型，與注射磷酸鹽緩沖溶液的對照組相比，肝癌CSCs可顯著增加肝臟相對重量和血清腫瘤標志物以及肝酶水平，肝癌標志物GST-P的免疫染色增強，腫瘤結節(jié)的數(shù)量和面積增加，腫瘤細胞凋亡減少（bax和p53表達下調，bcl2表達上調），血管生成活性增強，轉移和侵襲性增強（P13K和ERK蛋白及其下游靶MMP9表達上調，TIMP1 mRNA和蛋白表達下調），并誘導上皮間質轉化。但是注射MSCs來源的外泌體后，這些功能的改變都被逆轉，說明CSCs和MSCs外泌體在體內分別誘導和抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展，提示MSCs外泌體在調節(jié)腫瘤中發(fā)揮著重要作用[37]。將N1S1大鼠肝癌細胞接種至肝左葉誘導腫瘤，經脂肪MSCs來源的外泌體治療后，促進了大鼠自然殺傷細胞的抗腫瘤反應，從而抑制了肝癌發(fā)展[38]。

4.2 肺癌 將骨髓MSCs來源的外泌體與肺癌細胞共培養(yǎng)，結果表明MSCs外泌體miR-190a-5p通過靶向抑制Krüppel樣因子15抑制肺癌細胞的遷移和侵襲，從而為治療肺癌提供新思路[39]。將負載外源miR-130a-3p的人臍帶MSCs來源的外泌體與肺癌A549細胞共培養(yǎng)，結果顯示肺癌細胞能夠成功攝取外源miR-130a-3p，并抑制肺癌細胞的增殖、遷移，誘導A549細胞凋亡，提示MSCs外泌體可作為一種miRNA載體在腫瘤治療中發(fā)揮作用[40]。將來源于缺氧骨髓MSCs的外泌體與肺癌細胞共培養(yǎng)，結果顯示外泌體能夠被鄰近的癌細胞攝取并促進癌細胞的侵襲和上皮間充質轉化，進一步研究[41]表明缺氧骨髓MSCs來源的外泌體通過特定的miRNA激活STAT3信號通路誘導上皮間充質轉化從而促進肺癌細胞的侵襲。

4.3 胃癌 將Lipocalin型前列腺素D2合成酶（Lipocalin type prostaglandin 2 synthase, L-PGDS）轉染MSCs，分離富含L-PGDS的EVs。在體外，EVs-L-PGDS與胃癌細胞SGC-7901共培養(yǎng)后可內化并抑制胃癌細胞SGC-7901的克隆形成、遷移和侵襲能力，并促進細胞的凋亡。在體內，裸鼠皮下腫瘤模型注射EVs-L-PGDS后抑制了移植瘤的生長，進一步研究[42]表明胃癌的抑制是通過抑制STAT3的磷酸化來實現(xiàn)的。MSCs來源的外泌體與胃癌細胞系SGC-7901聯(lián)合植入裸鼠皮下誘導成瘤，結果顯示外泌體聯(lián)合治療組縮短了體內成瘤的時間，促進腫瘤細胞增殖，腫瘤組織中VEGF、CD34、VIII因子血管生成標志物表達明顯高于對照組，腫瘤細胞磷酸化ERK1/2、CXCR4、Bcl-2和VEGF的蛋白水平以及α-SMA、CXCR4、VEGF和MDM2 mRNA的表達均高于對照組，提示MSCs來源的外泌體促進了腫瘤細胞的增殖和轉移，促進血管生成，使腫瘤生長速度加快，進一步研究[43]表明可能是ERK1/2和p38 MAPK通路的激活參與了此過程。將臍帶MSCs來源的外泌體與HGC-27胃癌細胞共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，外泌體可以通過誘導上皮間充質轉化增強HGC-27細胞的遷移和侵襲能力，上調胃癌細胞間充質標志物的表達，增強胃癌細胞的體外致瘤性，可誘導胃癌細胞的干細胞化，進一步研究[44]表明臍帶MSCs來源的外泌體可能是通過激活Akt信號通路誘導胃癌細胞發(fā)生上皮間充質轉化并賦予其干性。

4.4 結直腸癌 miR-16-5-p已被發(fā)現(xiàn)與結直腸癌的進展有關，從轉染miR-16-5p的骨髓MSCs中分離外泌體并與結直腸癌細胞共培養(yǎng)，檢測到過表達miR-16-5p的骨髓MSCs來源的外泌體能夠抑制結直腸癌細胞的增殖、遷移和侵襲，同時能夠通過下調ITGA2刺激結直腸癌細胞凋亡。體內實驗結果證實，過表達miR-16-5p的MSCs來源的外泌體抑制了結直腸癌的腫瘤生長[45]。另有研究[46]表明，miR-3940-5p可能是結直腸癌中一個重要的MSCs來源的外泌體miRNA，MSCs來源的外泌體攜帶miR-3940-5p進入結直腸癌細胞和組織，過表達miR-3940-5p抑制了結直腸癌細胞的上皮間充質轉化和侵襲，并抑制了腫瘤的轉移，整合素α6的下調和TGF-β1信號缺失參與了這一過程。MSCs產生的EVs攜帶的miR-222能夠通過靶向ATF3，抑制AKT1的轉錄活性，從而促進大腸癌細胞的惡性侵襲和免疫逃逸，而抑制miR-222在體外能夠降低大腸癌細胞的惡性侵襲，在體內能夠減少腫瘤的形成和免疫逃逸[47]。

4.5 乳腺癌 研究[48]發(fā)現(xiàn)，骨髓MSCs來源的外泌體能夠抑制乳腺癌細胞的血管生成，進一步研究發(fā)現(xiàn)外泌體miR-100能夠通過調節(jié)mTOR/HIF-1α信號軸下調乳腺癌細胞中VEGF的表達，從而達到抗腫瘤的目的。將骨髓MSCs來源的外泌體與乳腺癌細胞4T1共培養(yǎng)，測定VEGF的表達情況，結果顯示外泌體能夠被4T1內化，下調VEGF的表達，建立小鼠腫瘤細胞模型，皮下注射乳腺癌細胞4T1，經外泌體治療后，腫瘤重量減輕，腫瘤組織中VEGF的mRNA表達降低，組織切片結果顯示VEGF和CD31的表達相對較弱，體內體外實驗均證實外泌體能夠通過抑制腫瘤細胞血管生成抑制腫瘤的進展[49]。將從MSCs分化的脂肪細胞中分離的外泌體與乳腺癌細胞MCF7共培養(yǎng)，測定其增殖與遷移能力，結果顯示外泌體在體外能夠主動被MCF7細胞攝取，并促進MCF7細胞的增殖和遷移，保護MCF7免受血清饑餓或化療藥物誘導的凋亡，而外泌體耗盡后則導致更多的腫瘤細胞凋亡。研究者又利用體內小鼠異種移植模型評估外泌體對腫瘤生長的影響，當使用外泌體釋放抑制劑耗竭脂肪細胞外泌體時，結果顯示與對照組相比，MSCs分化的脂肪細胞的促腫瘤作用減弱，進一步研究[50]發(fā)現(xiàn)Hippo信號通路與脂肪細胞外泌體促腫瘤作用有關。

4.6 胰腺癌 研究[51]表明，hsa-miR-143-3p在人MSCs外泌體中高表達。將hsa-miR-143-3p抑制劑轉染人MSCs后收集外泌體，并與人胰腺癌細胞系CFPAC-1共培養(yǎng)，結果顯示抑制劑組的活細胞數(shù)明顯高于對照組，凋亡細胞數(shù)明顯低于對照組；將hsa-miR-143-3p模擬物轉染人MSCs后收集外泌體，與人胰腺癌細胞系CFPAC-1注射到裸鼠體內，結果顯示模擬物組腫瘤體積小于對照組且部分區(qū)域可見細胞壞死，這些結果表明，人MSCs外泌體中的miR-143-3p可促進胰腺癌CFPAC-1細胞的凋亡，抑制細胞的生長、侵襲和遷移，從而起到抑制腫瘤的作用。骨髓MSCs來源的外泌體能夠通過miR-126-3p靶向ADAM9抑制胰腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲，提高胰腺癌細胞的凋亡率。體內實驗[52]證實miR-126-3p轉染骨髓MSCs治療組腫瘤體積較小，提示外泌體miR-126-3p通過靶向ADAM9抑制腫瘤的生長和轉移。另有研究[53]證實，骨髓MSCs來源的外泌體能夠通過circ_0030167靶向miR-338-5p/wif1/Wnt 8/β-catenin抑制胰腺癌細胞的侵襲、增殖和遷移，并降低了腫瘤的干性從而為胰腺癌的治療提供了新視角。

基于以上研究發(fā)現(xiàn)，MSCs來源的外泌體在腫瘤的治療中也表現(xiàn)出雙重作用，外泌體作為藥物、mRNA、miRNA的遞送載體進行腫瘤治療，其靶向性和生物相容性具有巨大潛力，同時外泌體參與腫瘤進展與抑制的未知分子機制、人工合成技術仍不成熟也成為外泌體靶向腫瘤治療不可忽視的問題[54,55]。

5 總結與展望

近年來，關于MSCs及MSCs來源的外泌體對腫瘤的作用一直是研究熱點，一方面MSCs及其外泌體可以通過抑制與細胞增殖、周期、血管生成的基因的表達，抑制腫瘤的生長和進展；另一方面MSCs通過旁分泌作用產生的miRNA和促腫瘤生成分子改變了與腫瘤生長、血管生成及耐藥性相關的信號通路，促進腫瘤進展[56]。MSCs及其外泌體對腫瘤的雙重作用可能是由于多種因素調節(jié)的，如細胞來源、培養(yǎng)條件及MSCs與腫瘤細胞間的相互串擾。盡管MSCs及其外泌體在腫瘤治療中存在爭議，但是科學家們利用MSCs移植前預編輯或者修飾靶向治療腫瘤、利用外泌體與抗腫瘤藥物聯(lián)合治療作為腫瘤靶向治療的理想載體，克服了一些障礙[34,56]。今后，在MSCs及其外泌體用于靶向腫瘤治療的過程中，應關注MSCs及其外泌體的注射時機、給藥途徑、細胞類型及特性，同時還應確定有關治療方案的黃金標準，從而為腫瘤的靶向治療提供新策略[56-58]。