骨髓微环境与骨髓增生异常综合征

吕扬扬，赵智刚

骨髓微环境是一个复杂的网络系统，主要由基质细胞，包括间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）、骨祖细胞、血管内皮细胞、单核细胞和巨噬细胞等以及细胞因子等组成。通过与造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）相互作用来调控其增殖和分化，维持正常的造血功能。异常的骨髓微环境在调控血液髓系肿瘤细胞的侵袭和抗凋亡、MDS细胞克隆扩增、骨髓无效造血以及促进疾病进展方面起着重要作用，这使其成为一个潜在的治疗靶标。本文就骨髓微环境中基质细胞、细胞因子、基因及信号通路的异常及其与MDS发病、进展、预后的关系作一概述。

1 基质细胞异常

1.1 MSC MSC是骨髓微环境的重要组成部分，在促进HSC自我更新、增殖分化、调控及维持正常造血方面发挥重要作用。Medyouf等[1]的共培养试验表明MDS患者的造血细胞使得健康MSC获得MDS样特征，骨髓微环境发生重塑。反过来，健康MSC产生的多种细胞因子及其他因子又进一步促进MDS患者HSC的分化和扩增。Wu等[2]研究发现，与健康对照组相比，低危MDS患者的MSC细胞体积大、呈扁平状、形状不规则，表现出与细胞衰老、凋亡无关的生长和克隆形成能力受损，黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）的下调和活化减少，表明FAK缺陷造成MSC异常，异常的MSC导致造血干/祖细胞（hemopoietic stem progenitor cell，HSPC）分化或成熟障碍，进而导致无效造血，从而促进向高危MDS甚至急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）的转化。既往研究发现，MDS患者的骨髓MSC在免疫调节及支持造血功能方面存在异常[3]。因此，形态和功能异常的MSC通过影响正常造血，促进MDS的发病和进展。

1.2 成骨细胞 成骨细胞是骨髓HSC龛的重要组成部分，其通过调节骨组织重塑来调控成骨细胞龛的形成和重建，参与调节HSC的功能和活性以及血液髓系肿瘤的发生和发展。Raaijmakers等[4]发现，在敲除成骨祖细胞Dicer1的小鼠中，不仅成骨细胞分化受损，而且出现了骨骼异常、骨髓衰竭伴轻度骨髓增生、造血祖细胞髓内凋亡增加、促进MDS的克隆演变及向继发性AML发展的倾向。Kode等[5]研究发现，成骨细胞的β−catenin激活突变时出现骨髓髓系细胞分化阻滞、髓外异常造血及染色体畸变，进而诱导MDS、AML发病。Mosialou等[6]的研究发现，成骨细胞中β−catenin活化水平的增加与MDS恶化及向AML的转化有关。可见分化受损的成骨细胞在MDS的发病、预后及MDS向AML转化中具有重要作用。

1.3 血管内皮细胞 血管内皮细胞位于血管龛，可以调控HSC的增殖和分化。Balderman等[7]发现，与野生型小鼠相比，MDS模型小鼠骨髓中的内皮细胞数量增加、结构异常、骨髓HSC减少、造血功能下降，表明内皮细胞在维持骨髓正常造血方面具有重要作用。Teofili等[8]的研究发现，与健康对照组相比，低危MDS患者内皮细胞数量增多，黏附力增强，导致造血细胞异常附着于内皮环境，从而干扰其正常增殖与分化，影响正常造血功能；与内皮集落形成相关的基因，如p15INK4b、DAPK1、CDH1和SOCS1等，至少一种呈现出不同程度的甲基化。因此去甲基化药物对低危MDS患者有效。综上，血管内皮细胞数量增加、黏附力增强，影响正常造血，在MDS的发病中发挥重要作用。

1.4 单核/巨噬细胞 巨噬细胞是人体内的先天免疫细胞，由单核细胞衍生而来，参与摄取和降解异常细胞、碎片、异物并协调炎症过程。Han等[9]研究发现，与正常对照相比，MDS患者的单核细胞数量增加，但是诱导产生巨噬细胞的能力受损，从而导致巨噬细胞数量减少；MDS来源的巨噬细胞表面识别受体CD206和信号调节蛋白SIRPα的表达水平降低，进而导致巨噬细胞吞噬能力减弱。因此，MDS患者体内异常的巨噬细胞不能识别、吞噬和杀灭MDS克隆细胞。Nybakken等[10]研究表明，MDS患者的巨噬细胞存在与输血无关的铁超载现象，提示预后不良，巨噬细胞表达的血红素加氧酶−1（heme oxygenase−1，HO1）和铁蛋白也增加，高水平的HO1与总生存期缩短显著相关，为MDS提供了一种新型预后指标。综上，巨噬细胞数量减少、功能异常对MDS的发病、进展及预后有重要影响。

2 细胞因子异常

2.1 血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF） VEGF是一种具有高度生物活性的功能性糖蛋白，具有促进血管内皮细胞增殖、增加血管通透性及促进血管形成的作用。Kim等[11]研究发现，与对照组相比，MDS患者的骨髓原始细胞VEGF表达和血管生成增加，骨髓微血管密度（microvessel density，MVD）增加，MVD和VEGF的高表达与MDS患者生存率降低有关，提示预后不良。Invernizzi等[12]对188例MDS患者和96例非血液病患者的骨髓细胞分析发现，MDS患者的VEGF表达高于对照组，其在骨髓细胞的过表达导致无效造血，进而促进疾病进展；而与高危MDS患者相比，低危MDS患者骨髓细胞的VEGF表达更高，高水平的VEGF与更长的总生存期和无进展生存期相关，提示VEGF对预后具有潜在的预测价值。因此，VEGF高表达与MDS预后的关系有待进一步研究。

2.2 肿瘤坏死因子−α（tumor necrosis factor−α，TNF−α） TNF−α是一种由巨噬细胞产生的负性造血调控因子，在MDS患者中过量产生。Kondo等[13]研究发现，γ干扰素（IFN−γ）和TNF−α的过量产生激活核因子（NF）−κB，诱导MDS患者的骨髓原始细胞表达免疫抑制分子B7−H1，B7−H1+的MDS原始细胞具有内在的增殖优势并且可以抑制T细胞增殖、诱导T细胞凋亡，这可能与MDS疾病进展有关。Cluzeau等[14]研究发现TNF−α抑制MDS患者促红细胞生成素的产生，血清促红细胞生成素浓度与TNF−α浓度呈负相关，血清TNF−α浓度降低可以作为重组促红细胞生成素治疗有效的生物标志物。Shikama等[15]研究发现，mi−R34a的过表达导致 c−Fos蛋白水平降低，与健康对照组相比，c−Fos低表达者分泌更多的TNF−α，进而诱导低危MDS患者造血细胞凋亡，促进无效造血。综上，TNF−α过表达与MDS疾病进展密切相关。

2.3 基质细胞衍生因子−1（stromal cell−derived factor 1，SDF−1） SDF−1/趋 化 因 子 受 体 4（chemokine receptor 4，CXCR4）轴是介导骨髓微环境和造血细胞增殖分化的关键枢纽。SDF−1（又称CXCL12）由骨髓基质细胞分泌，CXCR4在造血细胞上表达，两者特异性结合，在HSPC的归巢、定居，正常造血的维持及动员过程中发挥重要作用。Wu等[2]研究发现，与健康对照组相比，低危MDS患者的MSC中SDF−1表达水平明显下调，导致MSC生长受阻和克隆形成能力受损，进而影响正常造血。Abe−Suzuki等[16]研究发现，MDS患者的骨髓表现出比对照组更高的CXCL12+细胞密度，且与骨髓原始细胞比例呈正相关；体外共培养分析显示CXCL12过表达使白血病细胞系的Bcl−2表达上调；与低CXCL12组相比，高CXCL12组有更高的Bcl−2+/CD34+细胞比例和更低的细胞凋亡率。上述结果表明，SDF−1与MDS的关系有待进一步研究。

3 基因异常

3.1 Dicer1 Dicer1基因与表观遗传调控密切相关，编码蛋白属于RNA酶Ⅲ家族。Dicer1异常可以导致不同组织、不同发育阶段的miRNA表达异常。Ozdogan等[17]研究发现，MDS和AML患者的MSC中Dicer1基因表达低于健康对照组，且miRNA表达异常；随着疾病进展，Dicer1表达逐渐下降，Dicer1基因的下调和一些差异表达的miRNA造成MSC发生改变，进而造成HSC功能受损，最终导致无效造血。Zhao等[18]研究发现，MDS患者的MSC中Dicer1表达下调且MSC有衰老倾向，MDS患者MSC中的Dicer1敲低可促进细胞衰老并抑制MSC的分化和造血支持能力，而Dicer1的过度表达可逆转细胞衰老并增强干细胞的性能。上述研究表明，Dicer1表达下调与MSC的衰老及MDS的无效造血有关。

3.2 AURKA AURKA基因是Aurora激酶家族成员之一，编码一个进化上保守的丝氨酸/苏氨酸激酶。Heredia等[19]研究发现，与对照组相比，MDS患者骨髓的AURKA基因呈高表达，显示出输血依赖和更多的血细胞减少，提示高表达的AURKA基因可能与MDS的不良预后有关。Oliveira等[20]研究发现，与造血细胞和正常的MSC相比，MDS患者的MSC中AURKA呈高表达，AURKA高表达可以诱导无效造血及向AML的转化。因此，AURKA的高表达影响MDS的疾病进展及预后。

3.3 SPINT2 SPINT2是肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）激活剂的内源性抑制剂，编码跨膜蛋白肝细胞生长因子激活抑制剂−2（hepatocyte growth factor activator inhibitor,HAI−2）。Roversi等[21]研究发现，与健康对照组相比，MDS和AML患者的骨髓MSC中HAI−2/SPINT2表达水平较低，用DNA甲基转移酶抑制剂5−阿扎胞苷（5−Azacitidine，5−Aza）处理后，HAI−2/SPINT2 mRNA和蛋白水平上调，表明在MDS和AML中该基因的甲基化可能导致表观遗传学沉默，并且可能是肿瘤抑制基因。既往研究发现，MDS患者的MSC中SPINT2表达降低导致HGF和SDF−1细胞因子分泌增加，进而导致MSC与HSC或恶性细胞黏附增加，影响造血细胞的自我更新、归巢和增殖[22]。MDS患者MSC中SPINT2低表达造成MDS恶性克隆持续存在，促进MDS发病。

4 信号通路异常

4.1 Wnt/β−catenin信号通路 Wnt/β−catenin信号通路的异常激活与肿瘤的发生发展密切相关。Bhagat等[23]研究发现，MDS 患者 Wnt通路拮抗剂FRZB高甲基化和表达下调，进而激活HSC的Wnt/β−catenin通路，通过5−Aza处理可以达到表观遗传学逆转（去甲基化）。Wnt/β−catenin通路的激活导致MDS向侵袭性髓系疾病转化。高危MDS患者的Wnt通路活化水平较高，且较高的Wnt活化标记与较短的总生存期有关，提示Wnt活化与MDS的进展及不良预后有关。Stoddart等[24]研究发现，骨髓微环境中异常的Wnt/β−catenin信号导致MDS发病。Apc是经典Wnt/β−catenin信号通路的关键性负调控因子。实验发现，Apcdel/+小鼠中Ctnnb1水平下降可以逆转MDS表型，使用Wnt抑制剂pyrvinium治疗Apcdel/+小鼠可以抑制MDS进展，即使在贫血出现后给予Wnt抑制剂仍然可以延缓疾病进展[24]。

4.2 PI3K/AKT信号通路 AKT是一种PI3K下游的效应物，在抗凋亡过程中发挥重要作用，参与了MDS、AML等多种血液肿瘤的发生、发展。Falconi等[25]研究发现，MDS患者的骨髓 MSC 中与PI3K/AKT信号通路有关的基因GSK3β、SOS1、RASA1和MTCP1表达下调，PI3K/AKT信号通路的失调造成MDS患者的骨髓MSC表型异常、功能障碍并影响其与正常造血细胞相互作用的能力，导致骨髓衰竭。Jiang等[26]研究发现，白花蛇舌草总香豆素（total coumarins of hedyotisdiffusa，TCHD）处理人MDS细胞系SKM−1后，PI3K、AKT、p−AKT和p−P65蛋白水平显著下降，进而抑制肿瘤细胞增殖和诱导细胞凋亡，表明TCHD通过抑制PI3K/AKT信号通路诱导MDS细胞凋亡，具有治疗MDS和AML的潜能。

4.3 Hedgehog（Hh）信号通路 Hh信号通路主要由信号分子HH、膜受体PTCH、SMO以及转录因子GLI等组成。Lau等[27]研究发现，异常的Hh信号传导在MDS中频繁出现，导致造血祖细胞自我更新异常，促进疾病进展和向白血病转化，分别用SMO和GLI1抑制剂处理人TF−1和MDS−L细胞系，发现GLI1抑制剂（GANT61）具有更强的抑制细胞生长作用，其在体外抑制克隆形成的能力更强，表明针对转录因子GLI的治疗可能比使用SMO抑制剂更有效。Savona等[28]发现，SMO抑制剂Glasdegib联合标准化疗方案治疗高危MDS及AML显示出良好的耐受性，是一种新的治疗选择。

5 展望

MDS是常见的血液系统恶性肿瘤，其发病机制至今尚不明确。骨髓微环境尤其是其中的基质细胞、细胞因子、基因、信号通路等的异常在MDS的发病、进展和预后中发挥着至关重要的作用。对它们的深入研究不仅有助于对MDS的发病机制、预后判断有更全面、清晰的认识，而且还有助于为MDS患者提供新的治疗靶点。与此同时，不断加强对骨髓微环境和MDS相互作用的基础研究还将有助于推动转化医学的发展，促进MDS临床决策的更新，使MDS患者获得更精准的治疗。