间充质干细胞(Mesenchymalstem cells,MSC),是一类具有多向分化潜能的间叶组织来源干细胞,广泛存在于人体中,可从胎儿脐带、胎盘和人体血液、脂肪等多种组织获得,是一群能向多种组织如骨、肌肉、脂肪、韧带等分化的多潜能细胞。MSC具有自我更新、多向分化、免疫调节和定向趋化(归巢)等能力,而这些能力也是它在再生医学、抗衰老等领域魅力四射的原因。
但是最近有一些朋友问瘦瘦,如果得了肿瘤,是否可以通过干细胞来进行治疗?瘦瘦的建议是,请勿进行这种尝试,干细胞移植是无法治疗肿瘤的。肿瘤的发生,本质上是细胞瘤变的结果,而细胞的老化会加剧肿瘤的发生,肿瘤也就成了细胞变异“积重难返”的最终表现。今天瘦瘦就和大家简单讨论一下间充质干细胞和肿瘤彼此之间“相爱相杀”的错综复杂关系。
要弄清楚间充质干细胞和肿瘤的关系,首先必须要从间充质干细胞的自身特性来了解:
1,间充质干细胞的免疫调节能力。间充质干细胞能直接进行异体移植,主要归因于见充质干细胞强大的免疫调节能力。在非炎症环境下,机体内MSC可以高表达低密度组织相容性复合物(MHC)Ι类分子,低表达MHCⅡ类分子以及共刺激分子CD40、CD80、CD86等,而后两者都是T细胞激活所不可或缺的。共刺激分子缺乏时T细胞活化的第二信号丧失,导致Th细胞的无反应性,进而出现耐受原性和低免疫原性。MSC表达MHCⅠ有极其重要的作用:保护MSC免受NK细胞的杀伤作用,因MHCⅠ可使NK等免疫细胞对异物或者肿瘤细胞杀伤功能下调。此外,MSC也可抑制B细胞和树突状细胞的生长和分化,从而抑制免疫信号呈递;能表达大量细胞因子,如前列腺素E、人白细胞抗原G、干扰素伽马、肝细胞生长因子等,抑制T细胞和NK细胞等免疫细胞的表达,从而发挥减少局部炎症反应和免疫反应的作用。
2,干细胞的归巢效应。归巢效应是指自体或外源性干细胞在多种因素的影响下,自血管内皮细胞迁移至靶向组织并生长的过程。MSC可以归巢到所有发生炎症的部位。研究者认为,干细胞的归巢作用与炎症发生部位分泌的一些粘附因子、趋化因子、生长因子及相关生物轴有着密切的关联。有研究者发现,MSC可以趋化进入微小肿瘤部位,并增值分化成为肿瘤机制的重要组成成分。MSC向肿瘤组织归集可能是按照这两步进行的:1,MSC附着于血管内皮。研究者报道肿瘤组织中的肿瘤坏死因子-阿尔法(TNF-A)表达上调,从而使得, TNF-α上调使得 MSC细胞上的血管细胞黏附分子-1( VCAM-1) 呈高表达,从而促进MSC黏附于血管内皮细胞。也有研究显示,白介素-1 ( Interleukin-1 ,IL-1 ) 和干扰素-γ ( Interferon-γ,IFN-γ) 也具有同样的作用;2,肿瘤部位趋化因子高表达。趋化因子可由肿瘤细胞及炎症细胞等多种细胞分泌,肿瘤组织中趋化因子 CXCL12 CXCL7、CXCL6、CXCL等呈高表达,而MSCs细胞表面有其相应的趋化因子受体如 CXCR3C、XCR4、CXCR5等的表达,肿瘤部位的趋化因子形成的浓度梯度可诱导表达趋化因子受体的 MSC 定向迁移。
间充质干细胞的免疫原性低,这使得间充质干细胞能像“蒙汗药”一样在进入肿瘤病人身体后麻痹肿瘤患者的免疫系统,从而使得NK细胞等免疫细胞会放松对肿瘤细胞的警惕。一般说来,肿瘤细胞在人体一般会经历三个阶段:免疫清除(人体先天免疫系统对肿瘤细胞进行攻击)、免疫监视(肿瘤细胞和免疫系统进入平衡阶段)、免疫逃逸(免疫系统已经对肿瘤细胞形成了耐受,对肿瘤细胞置之不理)。间充质干细胞一旦帮助肿瘤细胞摆脱了免疫系统的监视,则有可能会加快肿瘤细胞的生长或者转移。当然,从另外一个角度而言,许多肿瘤病人本身免疫系统已经薄弱甚至紊乱的情况下,利用间充质干细胞作为一个供药载体,也不失为一种抑制肿瘤细胞生长的好方法;间充质干细胞具有旁分泌效应,能分泌大量的细胞因子,而这些细胞因子就如一把把钥匙,能开启各种各样的代谢途径,不管好坏。基于此,细胞因子会促进肿瘤细胞的生长、促进肿瘤组织血管的生成、参与肿瘤干细胞生子微环境的构建,以及肿瘤在体内的转移,而这些也在许多动物实验中得到证实;
间充质干细胞既能促进肿瘤细胞的生长,也能抑制肿瘤细胞的生长,接下来我们具体看看这种矛盾的事实是如何发生的:
1>MSC促进肿瘤细胞的生长和发展
许多实验观察到MSC可以促进肿瘤的生长发展,但是对于MSC促进肿瘤生长的机制还不清楚,传统认为MSC具有免疫下调效应,可抑制各类型的免疫细胞的增殖和活化作用,并且 MSC可分泌一些免疫抑制性因子及抗炎分子,从而在肿瘤周围形成一个“龛”,抑制机体免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。近几年的研究还表明,MSC促进肿瘤的生长发展主要作用机制是参与肿瘤间质形成及增强肿瘤细胞活性有关。MSC参与构建肿瘤微环境,促进肿瘤血管发生。MSC本身可以分化成为内皮细胞、平滑肌细胞等,直接参与肿瘤新生血管形成;MSC也可表达血管生成因子,如Ang-1、VEGF、PDGF、FGF-2等生长因子及IL-6、PA等细胞因子,可促进肿瘤微环境中血管发生。Zhu等研究发现荷瘤动物体内注射骨髓来源的MSCs可以促进肿瘤的生长,其机制是促使肿瘤组织出现丰富血管系统。MSCs增强肿瘤细胞活性,Karnoub等将骨髓来源的MSCs与转移能力弱的乳腺癌细胞混合注射后,MSCs能够极大增加乳腺癌细胞在动物模型体内的转移能力,并发现这一作用是通过乳腺癌细胞刺激MSCs分泌可溶性细胞趋化因子RANTES,然后这一因子又以旁分泌的方式作用于乳腺癌细胞,从而增强癌细胞的侵袭以及转移能力;邵志红等在大鼠肝癌模型中发现大鼠骨髓来源的MSC移植能影响Walker-256肝癌细胞VEGF、nm23以及PCNA的表达,有利于肿瘤的生长。Hall等也研究发现,MSCs和B淋巴细胞系肿瘤共培养时可过度表达VCAM-1,从而促进肿瘤细胞的生长。
间充质干细胞促进肿瘤生长的体内实验
2> 间充质干细胞可抑制肿瘤增殖、生长
目前,也有大量的研究表明MSCs对肿瘤细胞的生长发展有抑制作用,但是尚未清楚具体的作用机制。据文献报道,干细胞和肿瘤干细胞自我更新与分化有许多相似的信号调节途径,如Wnt MAPK、Notch和BMP等信号转导途径,MSCs对肿瘤细胞产生抑制作用,可能是通过分泌某些生物活性因子作用于肿瘤干细胞信号通路实现的。Khakoo等通过体内外实验发现,MSCs与肿瘤细胞接触时,可通过抑制肿瘤细胞P13K-Akt信号途径中Akt蛋白激酶活性,从而抑制肿瘤细胞生长。这种抑制作用依赖于E-钙黏连蛋白的参与,并且与MSCs的剂量相关。Etheridge等实验发现,MSCs可分泌Wnt通路抑制因子DKK-1,抑制肿瘤细胞Wnt信号途径,从而抑制肿瘤细胞恶性表型, 削弱其增殖能力。Wang等[20]将标记的MSCs细胞中移植入幽门螺杆菌感染的小鼠模型中,发现这些细胞可以移植到胃部后通过抑制Th17依赖性通路,从而抑制胃内的不良性增生发展成早期胃癌。MSCs可以诱导肿瘤细胞产生细胞周期负调节蛋白p21,将肿瘤细胞暂时阻滞在细胞周期的G0/G1期。MSC也可以下调肿瘤细胞抗凋亡因子Bcl-2,并诱导凋亡相关蛋白酶caspase3 mRNA表达,促进肿瘤细胞凋亡。乔玲等发现MSCs可以影响细胞周期进程, 使胃癌细胞停滞在G0/G1期,并且促进胃癌细胞凋亡。Lu等将MSC与小鼠肝细胞癌H22细胞体外共培养后发现H22细胞的凋亡增加,并且多数细胞停滞在G0/G1期,经RT-PCR检测发现,肿瘤细胞的周期蛋白p21表达上调,并且与MSCs的数量呈剂量依赖性。研究表明,在MSCs作用下,恶性肿瘤细胞增殖能力、集落形成减少,凋亡增加,Bcl-2、c-myc及增殖细胞核抗原表达下调。
间充质干细胞抑制肿瘤生长的体内实验
虽然,已经有大量的实验证明,MSC是不具备“致瘤性”的,但是对于一些肿瘤病人而言,如果选择不恰当的使用方式或许可能会促进肿瘤病人体内肿瘤的发展,也就是说间充质干细胞具有一定的“促瘤性”!虽然间充质干细胞也能在一定程度上抑制肿瘤细胞的生长,但是当前研究现状下,许多机制并不明确。所以说,MSC对肿瘤细胞的生长扮演着双重角色,究竟 MSC 在人体内如何影响肿瘤的发生发展,也许最终只有通过大规模的随机临床实验才能明确。但MSC可能促进肿瘤的作用是不容忽视的潜在危险因素,对于希望接受干细胞移植的人群而言,肿瘤筛查十分必要!
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