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MSC和腫瘤相互作用的系列

“MSC和造血干細(xì)胞”的關(guān)系類似“土壤和種子”的關(guān)系，那么MSC在血液腫瘤中的角色如何？這是一個(gè)非常值得研究的領(lǐng)域。

多發(fā)性骨髓瘤（MM）是一種血液系統(tǒng)惡性腫瘤，其特征是骨髓（BM）中漿細(xì)胞克隆性增殖，血液和/或尿液中存在單克隆免疫球蛋白。BM基質(zhì)細(xì)胞支持MM細(xì)胞的增殖、存活、遷移和耐藥性，以及破骨細(xì)胞生成和血管生成。

健康的間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal stem cell，MSC）具有很強(qiáng)的成骨分化能力。多發(fā)性骨髓瘤又是以骨破壞為明顯的臨床表現(xiàn)。那么自身骨髓里面的MSC為何不能通過向成骨細(xì)胞分化來減少或修復(fù)骨破損？

MSC構(gòu)成了BM基質(zhì)的主要細(xì)胞，也參與了MM的病理生理學(xué)和進(jìn)展。因而，MM患者來源的MSC（MM-MSC）與正常供體來源的MSC（ND-MSC）在基因和功能上似乎有所差異。

1，MM患者骨髓MSC出現(xiàn)病理性異常

骨髓MSC是BM微環(huán)境形成和功能的重要組成細(xì)胞類型。雖然MM-MSC的表面免疫表型與ND-MSC相似^[1]，但是MM-MSC的功能出現(xiàn)一些病理性改變，即MM-MSC受傷了。

（1）MSC的增殖功能受損

MM-MSC表現(xiàn)出衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶表達(dá)增加、細(xì)胞大小增加、增殖能力降低以及衰老相關(guān)分泌譜成員的特征性表達(dá)^[2-4]。也有研究顯示骨髓MSC的增殖能力在正常供體、意義未明的單克隆免疫球蛋白增多癥（MGUS）患者和MM患者中沒有差異^[5]。

MM-MSC的增殖能力遠(yuǎn)低于ND-MSC，很可能與MSC細(xì)胞表面的重要生長因子受體表達(dá)減少有關(guān)^[6]。但也有研究表明MM-MSC比健康者M(jìn)SC表達(dá)更高的生長因子（bFGF、HGF、和VEGF）^[7]。

溶血磷脂酸（LPA）信號能決定MSC的功效，LPA受體3基因沉默的MSC在體外表現(xiàn)出細(xì)胞衰老相關(guān)表型，并在體內(nèi)顯著促進(jìn)MM和腫瘤相關(guān)血管生成的進(jìn)展，LPA受體1基因沉默的MSC則在體外表現(xiàn)出抗衰老特性，并在體內(nèi)有效地延緩了MM和腫瘤相關(guān)血管生成的進(jìn)展^[8]。

韓國某實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)有35%的患者骨髓MSC未能在體外培養(yǎng)增殖，有50%的骨髓MSC在第6代時(shí)出現(xiàn)細(xì)胞增殖停止；增殖能力下降的骨髓MSC顯示CDKN2A過表達(dá)和CXCL12下調(diào)，在CDKN2A基因敲除后，患者的骨髓MSC恢復(fù)了高增殖活性^[9]。面對這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需要考慮這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的MSC培養(yǎng)技術(shù)是否過關(guān)。

（2）MSC向成骨細(xì)胞分化減弱

MM是所有惡性疾病中骨受累發(fā)生率最高的疾病。MM的骨病以溶骨性病變?yōu)樘卣鳎蓪?dǎo)致嚴(yán)重骨痛、病理性骨折和高鈣血癥。和健康人骨髓MSC相比，MM患者的骨髓MSC的分化能力出現(xiàn)損傷^[10]。與沒有骨損傷的患者相比，有溶骨性損傷的MM患者的骨髓活檢中關(guān)鍵成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子Runx2/Cbfa1陽性細(xì)胞的數(shù)量顯著減少，這表明Runx2/Cbfa1在MM骨形成減少中起著關(guān)鍵作用^[11]。

作為成骨細(xì)胞的祖細(xì)胞，來自MM患者（而非MGUS患者）的MSC與來自正常供體的MSC相比，顯示出顯著降低的成骨分化潛能^[12]。與MGUS患者的漿細(xì)胞和正常漿細(xì)胞相比，MM細(xì)胞過度表達(dá)多種Wnt抑制劑^[13-15]。除了Wnt信號抑制劑外，還發(fā)現(xiàn)了一些其他的細(xì)胞因子參與了MM細(xì)胞介導(dǎo)骨髓MSC向成骨細(xì)胞分化的抑制，比如IL-7^[11]、IL-3^[16]、激活素A^[17]等。相反，MM-MSC向脂肪細(xì)胞分化得到增強(qiáng)^{[18, 19]}。

（3）MSC分泌細(xì)胞因子譜異常

MM患者的MSC過度表達(dá)生長分化因子15（GDF15）^[5]，GDF15有助于骨髓瘤細(xì)胞的生長和化療耐藥性，而且高水平的GDF15與MM患者的不良預(yù)后相關(guān)^[20]。骨髓瘤細(xì)胞分泌的bFGF與骨髓MSC上的bFGF受體結(jié)合，從而刺激IL-6的產(chǎn)生^[21]。MM-MSC比健康者骨髓MSC表達(dá)更高的TGF-β1、IL-6、IL-3、TNF-α和RANKL，但是TGF-β2、TGF-β3和FasL的表達(dá)降低，伴隨著對T細(xì)胞增殖的抑制作用減弱^[22]。

與對照組相比，MM患者骨髓MSC和骨髓瘤細(xì)胞系RPMI8226細(xì)胞共培養(yǎng)后，骨髓MSC分泌更多的IL-6、IL-10、TNF-α、OPN，尤其是HGF和BAFF的濃度更高，而且MM患者骨髓MSC顯著增強(qiáng)了RPMI8226細(xì)胞產(chǎn)生的sIL-6R^[23]。需要注意的是，這篇文章所用的骨髓MSC純度不高，因?yàn)閷φ战MMSC的CD14表達(dá)高達(dá)9.8%，MM患者骨髓MSC的CD14表達(dá)更是達(dá)到了13.1%，而人MSC的定義要求CD14的表達(dá)不超過2%^[24]。

也有研究顯示MM來源的MSC的增殖和IL-6分泌與健康者骨髓MSC沒有差異，但是MM-MSC在TLR-2激活后IL-8分泌和信號通路分子ERK1/2磷酸化方面存在缺陷^[25]。MM-MSC表達(dá)更高的IL-8，IL-8增強(qiáng)了MM細(xì)胞的NF-κB活性，導(dǎo)致了MM細(xì)胞對硼替佐米的耐藥^[26]。MM細(xì)胞誘導(dǎo)骨髓MSC高表達(dá)多種分子，從而形成更有利于其生存的BM微環(huán)境^[27-31]。

MM-MSC的端粒長度和IL-6和MIP-1α的mRNA表達(dá)明顯長于或高于對照組，而且MM-MSC點(diǎn)端粒長度和IL?6和MIP?1α的mRNA水平表達(dá)呈正相關(guān)^[32]。

MM-MSC免疫調(diào)節(jié)能力的下降與其免疫原性和分泌譜的變化有關(guān)，伴隨著IL-6表達(dá)增強(qiáng)和IL-10的分泌減少，以及CD40/40L、VCAM1、ICAM-1、LFA-3、HO-1、HLA-DR和HLA-ABC的異常表達(dá)^{[33, 34]}。

（4）基因表達(dá)異常

需要注意的是，不同的研究小組在研究對比MM-MSC和N-MSC的基因表達(dá)差異時(shí)，發(fā)現(xiàn)表達(dá)差異的基因數(shù)量不一樣。

通過流式分選技術(shù)，發(fā)現(xiàn)新診斷的活動期MM患者骨髓中MSC的數(shù)量多于健康人群骨髓MSC的數(shù)量（含量0.028%比0.0038%）；MM-MSC和ND-MSC之間有606個(gè)基因出現(xiàn)表達(dá)差異；但是不管是MM患者還是健康人，增殖培養(yǎng)的MSC的基因轉(zhuǎn)錄組表達(dá)譜不同于新鮮分離的MSC^[10]。與正常對照組相比，培養(yǎng)的MM-MSC顯示出不一樣的陣列比較基因組雜交圖譜^[35]。

N-MSC和MM-MSC之間有78個(gè)差異表達(dá)基因，但是這個(gè)研究還需要考慮到基因表達(dá)的個(gè)體差異；對比非溶骨性患者M(jìn)M-MSC，溶骨性患者M(jìn)M-MSC出現(xiàn)相關(guān)的獨(dú)特轉(zhuǎn)錄模式，有35個(gè)基因上調(diào)和9個(gè)基因下調(diào)^[36]。也有研究發(fā)現(xiàn)MM-MSC與ND-MSC具有485個(gè)差異表達(dá)基因，其中MM-MSC有280基因轉(zhuǎn)錄上調(diào)，205個(gè)下調(diào)；下調(diào)的差異基因主要與細(xì)胞周期進(jìn)展、免疫應(yīng)答激活和骨代謝有關(guān)^[37]。

基于陣列的比較基因組雜交（陣列CGH）分析，比較體外培養(yǎng)擴(kuò)增后來自21名骨髓瘤患者M(jìn)M-MSC和12名正常供體ND-MSCs的不平衡基因組改變的程度；ND-MSC沒有檢測到基因組失衡，但在MM-MSC中檢測到一些非復(fù)發(fā)性染色體增加和丟失（>1Mb大小）；但是作者認(rèn)為所有MM-MSC在的基因組改變方面均屬于細(xì)胞遺傳學(xué)的正常變化^[35]。因此，有專家認(rèn)為盡管ND-MSC和MM-MSC之間可能存在染色體畸變，但它們不能解釋觀察到的大多數(shù)功能和基因表達(dá)差異^[38]。然而，MM-MSC的這些基因表達(dá)異常能夠在多大程度上影響MM疾病的進(jìn)展或復(fù)發(fā)仍有待確定。

基于三個(gè)MSC特異性基因COL4A1、NPR3和ITGBL1確定了一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后基因風(fēng)險(xiǎn)提示指標(biāo)，這三個(gè)基因能夠預(yù)測多發(fā)性骨髓瘤患者的無進(jìn)展生存率和從SMM進(jìn)展為多發(fā)性骨髓瘤，COL4A1的高表達(dá)與高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，而NPR3和ITGBL1的低表達(dá)與低風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)^[39]。

自不同MM階段的骨髓MSC出現(xiàn)廣泛DNA甲基化改變，特別是在與異常表達(dá)相關(guān)的成骨分化相關(guān)的Homeobox基因，而小分子抑制劑CM-272的藥理學(xué)靶向可恢復(fù)高甲基成骨調(diào)節(jié)因子的表達(dá)，并促進(jìn)MM-MSC的成骨細(xì)胞分化，從而靶向性逆轉(zhuǎn)骨髓瘤相關(guān)骨病^[40]。

有意思的是，不同于MM患者骨髓MSC出現(xiàn)明顯的病理性異常改變，MM患者脂肪MSC和健康供體脂肪MSC在轉(zhuǎn)錄組、表型和功能方面沒有出現(xiàn)明顯異常改變^[41]。

2，MM細(xì)胞和MSC的相互影響

MSC通過產(chǎn)生高水平的IL-6（一種主要的MM細(xì)胞生長因子）來強(qiáng)烈支持MM細(xì)胞的生長^{[42, 43]}。但是，如果在沒有MSC的情況下，用IL-6受體拮抗劑Sant7或抗gp130單克隆抗體會誘導(dǎo)MM細(xì)胞凋亡；相反，如果MM細(xì)胞與MSC共培養(yǎng)，則不能觀察到MM凋亡^[44]。只有IL-6R/STAT3和MEK1,2/ERK1,2通路的聯(lián)合破壞，才能導(dǎo)致即使在MSC存在的情況下也強(qiáng)烈誘導(dǎo)MM細(xì)胞凋亡^[45]。

MM細(xì)胞通過CCL25趨化吸引MSC，借助于細(xì)胞表面Connexin-43 (Cx43)蛋白與MSC相互接觸交流，從而促進(jìn)MM細(xì)胞生長，MM與MSC相互交流后導(dǎo)致MSC上調(diào)IL-6、IL-10、IGF-1、VEGF和dickkopf homolog 1的表達(dá)^{[28, 46]}。骨髓MSC還可以通過釋放的外泌體來促進(jìn)MM細(xì)胞的增殖和疾病的進(jìn)展^[47-50]。除了細(xì)胞因子之間的交流，MSC亦通過PD-1/PD-L1途徑抑制T細(xì)胞反應(yīng)，從而促進(jìn)MM細(xì)胞增殖和疾病進(jìn)展^[51]。

MM細(xì)胞分泌Wnt抑制劑Dickkopf-1（DDK1），阻止MSC分化為成骨細(xì)胞^[43]。MM細(xì)胞和MM-MSC共培養(yǎng)，導(dǎo)致MM-MSC低表達(dá)miR-223，而miR-223的低表達(dá)反而促進(jìn)了VEGF and IL-6的分泌，同時(shí)抑制了MSC的成骨分化^[52]。MM-MSC高表達(dá)miR-135b也同樣損害了MSC向成骨細(xì)胞分化的能力^[53]。

骨髓MSC和MM細(xì)胞直接相互接觸，MSC表達(dá)的抗凋亡基因抗凋亡蛋白Survivin、Mcl-1和XIAP可以保護(hù)MM細(xì)胞免受CART細(xì)胞的殺傷攻擊，從而導(dǎo)致CART一定程度上的耐藥^[54]。骨髓MSC和MM細(xì)胞直接相互接觸后，骨髓MSC向MM細(xì)胞輸送線粒體，降低胞內(nèi)超氧化物水平，促進(jìn)了MM細(xì)胞的耐藥^[55]。

MM患者的血漿中有七種細(xì)胞因子（ANG1、ENA-78、EGF、PDGF-AA/AB/BB和TARC）的含量升高，這些因子脂肪MSC上調(diào)脂肪分化的關(guān)鍵基因PPARγ的表達(dá)，同時(shí)抑制了成骨細(xì)胞分化^[19]。

3，小結(jié)

有研究發(fā)現(xiàn)MSC能抑制MM的增殖^[56]。健康的MSC能有效抑制體內(nèi)的骨破壞、提高骨密度和MM腫瘤細(xì)胞生長，盡管這些MSC在體外顯著支持MM細(xì)胞生長^{[57, 58]}。與骨髓來源的MSC相比，脂肪組織來源的MSC和臍帶來源的MSC在體外和體內(nèi)顯著抑制MM細(xì)胞克隆形成和生長，該研究者提出臍帶MSC與其他MSC相比具有獨(dú)特的分子特征^[59]。但也有一些報(bào)告顯示MSC對MM細(xì)胞的生長沒有顯著影響^[60]。在MM疾病動物的實(shí)驗(yàn)研究中，經(jīng)過基因改造的MSC可減少破骨細(xì)胞的激活和小梁骨丟失，顯示出較強(qiáng)的抗腫瘤效果^[60-62]。

常見治療的化學(xué)藥物中，沙利度胺（100μM）可以降低了骨髓MSC的IL-6和VEGF表達(dá)量^[63]。如果用CXCR4抑制劑AMD3100阻斷MSC和MM細(xì)胞的相互接觸，則可以增加藥物對MM細(xì)胞的敏感性^{[64, 65]}。也有研究顯示，與骨髓MSC的共培養(yǎng)，并不影響美氟芬、美法侖、硼替佐米和多柔比星對MM細(xì)胞的細(xì)胞毒性；而美氟芬對MSC的脂肪生成、成骨分化和促進(jìn)血管生成都有影響^[66]。

總的來說，健康的MSC可以被認(rèn)為是一種可能的治療工具，或MM患者骨髓的MSC成為一個(gè)治療的靶點(diǎn)。

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