间充质干细胞在骨肉瘤发生发展中的作用研究进展

孙星星，闵大六

上海交通大学附属第六人民医院肿瘤内科，上海 200000

骨肉瘤是临床常见的骨组织原发性恶性肿瘤，青少年多发，好发于四肢长骨干骺端，尤其是股骨远端及胫骨、肱骨近端，目前临床上的标准治疗方案主要为化疗与手术的联合治疗[1]。尽管近年来随着医疗水平的不断发展，骨肉瘤患者的生存率得到了提高，但由于骨肉瘤极易发生远处转移及化疗耐药，因此患者的预后仍不尽如人意[2]。然而目前关于骨肉瘤的具体发生机制尚不清楚。近年来，肿瘤微环境被越来越多的研究证实与骨肉瘤的发生和发展密切相关。肿瘤微环境包括非肿瘤细胞和细胞外基质。在肿瘤微环境中，非肿瘤细胞如间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）、成纤维细胞、免疫细胞等在肿瘤的发展中发挥着重要作用。值得一提的是，MSC在骨肉瘤发生发展中的作用受到越来越多的关注。本文就MSC与骨肉瘤关系的最新研究进展作一综述。

1 MSC概述

MSC来源于发育早期的中胚层和外胚层，具有强大的自我更新能力和多向分化潜能，在适宜的条件下能够分化为肌细胞、成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞。骨髓和脂肪组织是MSC的丰富来源，成人和胎儿的肾脏、皮肤、脐带和胎盘等都能分离出MSC[3-4]。MSC具有促进伤口愈合的功能，在此过程中，MSC能够感受到伤口周围的环境变化，通过分泌一系列细胞因子和生长因子对伤口发挥作用，包括抑制炎性反应、血管生成、再上皮化、伤口收缩和细胞外基质沉积，从而加速伤口愈合[5]。MSC促进组织修复的这一特性已经在多种疾病中被报道，包括帕金森病、中风和骨性关节炎等[6]。研究表明，处于肿瘤炎性微环境中的MSC同样可分泌一系列细胞因子、炎性因子及趋化因子，促进肿瘤细胞的增殖和血管生成，进而加速肿瘤进展[7]。

2 MSC在骨肉瘤发展中的作用

2.1 MSC在骨肉瘤增殖中的作用

肿瘤细胞能够在组织中不断地生长与增殖，一方面，需要源源不断的新生血管为肿瘤细胞提供充足的能量；另一方面，肿瘤细胞必须逃避由自然杀伤（natural killer，NK）细胞和CD8＋T细胞启动的自体免疫监视，从而达到免疫逃逸的目的。在儿童肉瘤中，MSC通过减少NK细胞受体NKp44和NKp46的表达，抑制NK细胞的细胞毒性作用[8]。此外，MSC分泌的一系列生长因子的促进肿瘤生长的作用同样不可忽略。研究表明，在骨肉瘤中，MSC分泌的白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）具有促进肿瘤生长的作用[9-10]。Du等[11]通过实验证实MSC通过白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）/趋化生长因子受体 1（chemokine receptor 1，CXCR1）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，又称AKT）信号通路增强了骨肉瘤细胞对于失巢凋亡的耐受性，使骨肉瘤细胞不断增殖。此外，外泌体在肿瘤发生发展中发挥的作用也受到越来越多的关注。研究显示，人骨髓来源的间充质干细胞（human bone marrow derived mesenchymal stem cell，hBMSC）分泌的外泌体可通过激活Hedgehog信号通路，促进骨肉瘤MG63细胞的生长[12]。

2.2 MSC在骨肉瘤迁移和侵袭中的作用

研究显示，MSC通过“间充质向阿米巴样运动转变”的形式促进骨肉瘤细胞的侵袭和跨内皮迁移，在此过程中，单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）、生长调节致癌基因-α（growth regulated oncogene-α，GRO-α）及转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）等细胞因子发挥重要作用[13]。另有研究证明，MSC通过水通道蛋白1（aquaporin 1，AQP1）诱导骨肉瘤细胞的迁移与侵袭。当骨肉瘤与MSC共培养时，AQP1的数量上升，MSC介导的肿瘤细胞的迁移和侵袭能力增强。当使用AQP1抑制剂处理后，肿瘤细胞的迁移和侵袭能力明显受到抑制[14]。Hu等[15]比较了骨肉瘤患者肿瘤原发部位和肺转移部位凝血酶敏感蛋白-1（thrombospondin-1，TSP-1）的表达水平，结果发现，肺转移部位的TSP-1表达明显上调，且TSP-1的表达水平与骨肉瘤患者的Enneking分期及肺转移有关。该研究进一步证实了TSP-1主要是通过上调转移相关蛋白如基质金属蛋白酶2（matrix metallopeptidase 2，MMP2）、基质金属蛋白酶 9（matrix metallopeptidase 9，MMP9）和纤连蛋白1（fibronectin 1）的表达，发挥其促转移作用。在此过程中，MSC分泌的转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）可以明显促进骨肉瘤细胞中TSP-1的表达。由此可知，MSC主要是通过分泌细胞因子、转变细胞运动形式等途径促进肿瘤细胞的迁移与侵袭。

2.3 MSC和骨肉瘤的耐药性

化疗耐药是肿瘤治疗的一大瓶颈，严重地影响了肿瘤患者的预后。在肿瘤微环境中，一方面，在MSC的诱导下，更多的免疫细胞聚集到肿瘤部位，增加了肿瘤干细胞的比例；另一方面，MSC可以诱导肿瘤细胞获得干细胞表型[7]。体外实验证明，当卵巢癌细胞与MSC共培养时，肿瘤干细胞的比例明显提高[16]。已有研究表明，肿瘤干细胞可通过一系列机制增强其对化疗药物的耐受性[17]。此外，MSC分泌一些细胞因子，如IL-6和IL-8，诱导骨肉瘤细胞获得干细胞表型，导致骨肉瘤细胞对化疗药物（如多柔比星）的敏感性降低[18]。另一项研究发现，当使用治疗剂量的顺铂和多柔比星处理骨肉瘤细胞后，MSC能够明显增加存活细胞的数量，深入研究发现，MSC分泌的IL-6通过激活信号转导及转录激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）信号通路，促进多药耐药蛋白 1（multidrug resistance protein 1，MDR1）和多药耐药相关蛋白（multidrug resistance associated protein，MRP）的表达，介导骨肉瘤细胞对化疗药物的耐药[19]。由此可知，MSC通过增加MDR1和MRP的表达或诱导骨肉瘤细胞获得干细胞表型，从而介导骨肉瘤的耐药。

2.4 MSC抑制骨肉瘤的生长

尽管上述研究证实了MSC可以促进骨肉瘤的发生发展，但是也有一些研究显示MSC可以抑制骨肉瘤的生长。研究显示，当用冲击波干预成人MSC后，将其与骨肉瘤细胞共培养，MSC诱导产生的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）能够显著诱导骨肉瘤细胞凋亡[20]。造成这种与之前结果截然相反的原因尚不清楚，可能受到多方面因素的影响，包括肿瘤模型不同、MSC的异质性、实验方法和动物模型不同等。因此，MSC在骨肉瘤发生发展过程中的具体作用机制值得进一步探讨。

3 MSC的临床应用前景

3.1 MSC在骨组织工程中的应用

骨缺损导致的骨愈合延迟或不愈合是骨肿瘤患者术后预后不佳的最主要原因，传统的治疗方法主要是自体骨移植，但由于二次创伤及血供不良等原因限制了其在临床中的应用。近年来骨组织工程技术不断发展，MSC因具有一系列重要特性而成为骨组织工程理想的种子细胞，与生物材料及细胞因子等相结合应用于骨组织工程[21]。研究证实，在股骨头坏死早期通过局部注射MSC能够抑制疾病的进展，且是安全有效的，5年随访发现，53例接受MSC治疗的患者中仅2例患者因疾病恶化需要接受关节置换术[22]。MSC越来越多地被应用于各种损伤组织的修复，对于骨肉瘤术后大段骨缺损的患者，可以将MSC结合生物材料用于骨重建以改善患者预后。

3.2 MSC向肿瘤部位运载药物

MSC能够定向趋向肿瘤部位，这一特性使MSC成为抗肿瘤药物的细胞运载工具，可以通过MSC运载治疗药物或转染相关基因，进而更有效地发挥其抗肿瘤作用，目前被运载的药物主要有白细胞介素、干扰素、抗肿瘤前体药物、抗血管生成剂、促凋亡蛋白及生长因子拮抗剂等[23]。有研究者将肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（tumor necrosisfactor-related apoptosisinducing ligand，TRAIL）基因转染至小鼠MSC中并与骨肉瘤细胞共培养，发现MSC可通过激活胱天蛋白酶8（caspase 8）诱导骨肉瘤细胞凋亡[24]。另有研究者通过转染胞嘧啶脱氨酶（cytosine deaminase，CD）/5-氟胞嘧啶（5-fluorocytosine，5-FC）至MSC获得稳定表达CD/5-FC的MSC细胞株，并将其注入骨肉瘤移植瘤大鼠模型中，结果显示MSC能够明显抑制肿瘤生长[25]。将载有骨保护素基因的腺病毒转染至MSC并通过尾静脉注入裸鼠体内时，MSC能够趋向肿瘤部位，抑制肿瘤的生长且减少骨破坏，发挥骨保护作用[26]。MSC为骨肉瘤的治疗提供了一个新的方向，可能是未来肿瘤治疗的新热点。

3.3 靶向MSC的上游和下游调节剂

由于MSC没有特异性的细胞表面抗原，因此难以完全清除肿瘤微环境中的MSC，此时可以考虑在肿瘤的发生发展期间，通过靶向MSC的上游和下游调节剂，阻断其与肿瘤细胞的交互作用，从而抑制肿瘤的发展，为治疗肿瘤提供了一种新的策略[27]。IL-6和AQP1在骨肉瘤的侵袭与转移中具有非常重要的作用，通过药物靶向IL-6和AQP-1，骨肉瘤的侵袭与转移能力受到明显抑制[14,28]。研究发现，岩藻多糖提取物能够通过抑制VEGF和基质细胞衍生因子-1的表达，抑制肿瘤组织的血管新生，进而降低骨肉瘤细胞的增殖能力[29]。由此推测，未来此种治疗理念也将会越来越多地应用于骨肉瘤的治疗。

4 小结与展望

目前，研究者对于肿瘤的关注点已经从肿瘤细胞本身转移到肿瘤微环境，肿瘤微环境中的MSC成为关注的热点。MSC可以定向趋向肿瘤部位并向其运载药物发挥抗肿瘤作用。然而，MSC还可能会表现出促进骨肉瘤发生发展的作用。因此，针对MSC的抗肿瘤和促肿瘤作用，必须给予一套合理规范的评价体系，使患者最大程度地获益。尽管目前MSC还没有被大规模应用于骨肉瘤的临床治疗，但未来MSC对于包括骨肉瘤在内的肿瘤治疗潜力很大，值得进一步深入研究。