間充質干細胞與腫瘤轉移

李改蘭，閻新龍，高嬌，史高娜 ，范祖森

1.解放軍第264醫院 中醫科，山西 太原 030012；2.中國科學院 生物物理研究所感染與免疫研究中心，北京100101；3.解放軍第306醫院 檢驗科，北京 100101；4.軍事醫學科學院 野戰輸血研究所干細胞與再生醫學研究室，北京 100850

腫瘤組織中除了占主體地位的腫瘤上皮細胞外，還包括組成腫瘤微環境的多種基質細胞，如間充質干細胞（mesenchymal stem cells或multipotent mesenchymal stromal cells，MSC）、內皮細胞、成纖維細胞、肌成纖維細胞、炎癥細胞、脂肪細胞和巨噬細胞等，及其分泌的活性因子如生長因子、炎癥因子和胞外基質等[1]。其中，MSC是一類能夠自我更新、具有多向分化潛能的成體干細胞，在特定誘導條件下能夠分化為成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞等[2]。MSC具有造血支持、免疫調節及特異遷移到損傷組織、慢性炎癥及腫瘤部位的能力，這些特性使得MSC在組織工程和再生醫學方面有廣泛的應用，作為載體在細胞治療及基因治療方面也有著廣闊的前景。但同時MSC也有著不祥的黑暗一面（ominous dark side），有證據認為MSC是腫瘤相關成纖維細胞（can?cer associated fibroblasts，CAF）的祖先，MSC分化產生的上述終末分化細胞及分化過程中的前體細胞可構成腫瘤基質的重要組分，同時MSC還可分泌多種活性因子參與調控腫瘤細胞增殖、轉移及耐藥等[3]。但迄今對MSC在腫瘤轉移中的作用仍知之甚少，到底MSC是促進還是抑制腫瘤，與MSC的來源及特性、腫瘤細胞特性，以及輸注的MSC與腫瘤細胞的比例和腫瘤轉移所采取的模型有關。在本綜述中，我們將主要探討MSC參與腫瘤轉移的研究進展。

1 MSC促進腫瘤轉移的研究

1.1 成體骨髓來源的MSC促進腫瘤轉移的研究

Karnoub等于2007年首次證明骨髓來源的MSC能夠促進乳腺癌細胞轉移，MSC與乳腺癌細胞按一定比例混合后共移植入裸鼠皮下，發現MSC能顯著促進乳腺癌細胞的體內轉移能力；進一步的機制探討發現，乳腺癌細胞能促進骨髓MSC從頭（de novo）分泌趨化因子CCL5（也稱作RANTES），進而CCL5通過旁分泌作用促進腫瘤細胞的運動性、侵襲能力及體內的轉移能力，并且發現MSC微環境對腫瘤轉移的促進作用是可逆的[4]。Albarenque等發現小鼠骨髓MSC與人源MSC具有相似特性，經靜脈注射后小鼠MSC在組織內的分布與人源MSC幾乎相同。并且發現尾靜脈注射MSC后能增強小鼠脂肪墊荷瘤轉移模型中的腫瘤轉移能力，大約一半的MSC注射組的裸鼠具有轉移結節，而對照組只有17%的比例[5]。Chaturvedi等發現低氧誘導因子（HIF）介導了乳腺癌細胞和MSC之間的旁分泌信號通路而促進轉移。在小鼠脂肪墊原位腫瘤模型中，MSC能夠被招募到腫瘤原發灶，進而以HIF依賴的方式促進腫瘤轉移到淋巴結和肺部。MSC與乳腺癌細胞共培養時能夠增強腫瘤細胞的HIF活性，另外，低氧還可以增強共培養體系中MSC分泌的CXCL10及乳腺癌中CXCR3的表達。有趣的是，當共培養體系中加入CXCL10的中和抗體時，乳腺癌細胞中的CXCR3的表達缺失；相反在共培養體系中，當敲低乳腺癌細胞中CXCR3或HIF的表達時，MSC不能表達CXCL10，因此HIF介導了復雜的雙向的乳腺癌和MSC之間的旁分泌作用，進而調控乳腺癌細胞轉移[6]。美國杜克大學王小凡教授領導的團隊在動物模型中發現miR-126/miR-126*能抑制乳腺癌的轉移，其下游機制可能主要是通過抑制招募腫瘤微環境中的MSC和單核細胞而實現的。miR-126/miR-126*能直接抑制SDF-1a的表達，進而間接抑制腫瘤細胞中CCL2的表達，上述研究展示了miRNA如何參與腫瘤微環境的改變從而使其能更有利于腫瘤的轉移[7]。Lis等將MSC與GFP標記的卵巢癌細胞系按2∶1的比例共培養，24 h后用細胞流式儀將腫瘤細胞重新分選出來，未經共培養的腫瘤細胞作為對照。與MSC共培養后，經基因轉錄高通量分析和生物學功能比較，發現卵巢癌細胞轉移能力增強，而與轉移相關的基因表達上調[8]。Shinagawa等考察了MSC與結腸癌的相互作用，發現MSC靜脈注射后，能遷移到結腸癌原位腫瘤灶和轉移灶。把MSC與腫瘤細胞共移植入脾臟內，發現MSC能顯著促進結腸癌的肝轉移[9]。El-Haibi等[10]發現骨髓來源的MSC能誘導乳腺癌細胞分泌賴氨酸氧化酶（LOX），而LOX足夠增強轉移能力弱的腫瘤細胞的侵襲能力，使其能夠轉移到肺和骨部位。并且發現LOX是CD44-Twist信號軸上的重要組成部分，細胞外的透明質酸促使CD44遷移入核，與LOX的啟動子部位結合，啟動LOX的表達，隨后促進Twist表達，引發腫瘤細胞上皮-間質轉化（EMT）。Jung等發現人和小鼠來源的前列腺癌細胞能分泌CXCL16，而MSC表達CXCL16的受體CX?CR6，一旦腫瘤細胞分泌的CXCL16結合到MSC的受體CXCR6上，將促進MSC分化成為腫瘤細胞激活的成纖維細胞，進而分泌大量SDF-1a，從而誘導腫瘤細胞發生EMT，促進腫瘤細胞侵潤其他器官[11]。

1.2 肝癌組織微環境中的MSC促進肝癌細胞體內轉移

Yan等發現肝癌組織中存在被腫瘤細胞激活的MSC，能夠促進肝癌細胞增殖和轉移，進一步的機制研究表明肝癌相關MSC高表達S100A4，后者能促進肝癌侵襲和轉移，下游機制可能是通過上調腫瘤細胞中miR-155和MMP9的表達而促進轉移[12]。Jing等發現在炎癥條件下MSC能夠促進肝癌細胞轉移，并且MSC促轉移的效應能夠被IFN-γ和TNF-α預處理的MSC條件培養基模擬，并且上述條件培養基處理腫瘤細胞后，能夠促進腫瘤細胞發生EMT[13]。

2 MSC抑制腫瘤轉移的研究進展

Ganta等利用大鼠脂肪上皮腺癌細胞系MatBⅢ異位移植到同品系的Fisher344大鼠乳腺脂肪墊下構建荷瘤模型，4 d后將大鼠臍帶組織MSC經腫瘤內注射或靜脈注射，14 d后發現臍帶MSC移植組具有明顯的腫瘤抑制效應，34～38 d時臍帶MSC能完全抑制腫瘤生長，100 d后也無轉移和復發傾向[14]。Sun等利用MDA-MB-231注射裸鼠乳腺脂肪墊構建腫瘤轉移模型，22 d后將1×106臍帶血MSC和脂肪組織來源的MSC經尾靜脈注入小鼠體內，結果顯示上述輸注MSC后減少乳腺癌肺轉移結節，并且通過誘導腫瘤細胞凋亡來抑制腫瘤增殖[15]。

表1 間充質干細胞促進腫瘤轉移

表2 間充質干細胞抑制腫瘤轉移

Ren等將黑色素瘤B16F10細胞經尾靜脈注射構建小鼠肺轉移模型，10 d后分別按未處理組、小鼠骨髓MSC組和MSC轉染IFN-α組經尾靜脈注射入小鼠體內，發現單純MSC組與未處理組對黑色素瘤細胞的轉移能力差異不大，而MSC轉染IFN-α組顯著抑制腫瘤細胞轉移能力[16]。Waterman等將用TLR4預處理的MSC稱作MSC1，其能夠分泌促炎癥的介質，體內MSC1能抑制腫瘤生長和轉移；將用TLR3預處理的MSC稱作MSC2，能夠分泌免疫抑制的活性因子，進而能夠促進腫瘤轉移[17-18]。

3 結語

深入理解MSC與腫瘤轉移的關系，將為探討腫瘤微環境與腫瘤的復雜關系提供簡單可行的模型，在該模型中，MSC本身特性的改變（組織來源、供者年齡、MSC本身傳代次數及狀態、基因改變等）、腫瘤細胞的特性、腫瘤模型的構建（皮下注射、尾靜脈注射、腫瘤異位移植等）、腫瘤細胞與MSC的比例都與最后的結果密切相關。因此，深入理解MSC與腫瘤關系的分子機制，將有可能利用MSC作為治療腫瘤的藥物載體，以及為阻斷腫瘤微環境對腫瘤的促進作用提供新的靶點。

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