骨髓基质细胞在白血病发病中的作用

【中图分类号】R733.7【文献标识码】A【文章编号】1672－3783(2012)05－0033－02

【摘要】白血病是起源于造血干/祖细胞瘤性转化的克隆性疾病，转化后的细胞的生存或增殖依赖于造血微环境中的调节信号。骨髓基质细胞是造血微环境的重要组成成分，通过与造血细胞密切接触、分泌细胞外基质和多种细胞因子参与造血调控。白血病骨髓基质细胞支持和保护白血病细胞；参与其增殖、分化及迁移；减少其凋亡及增强其耐药性等。现就骨髓基质细胞在白血病发生发展中的作用做一综述。 

【关键词】骨髓基质细胞；白血病

白血病是一种造血系统的恶性疾病，在儿童和青少年恶性肿瘤中白血病死亡率居首位，严重威胁儿童的身体健康。白血病的治疗仍然是一个巨大的难点，化疗和造血干细胞移植和是常用的方法，前者由于其毒副作用大，耐药现象逐年增加；后者治疗费用极高，又往往受年龄与供着来源的限制，存在着排斥反应最终导致移植失败，因此临床上寻找更白血病有效的治疗方法迫在眉睫。骨髓基质细胞是造血微环境的主要成分，分泌细胞外基质和多种细胞因子，在在造血调控中起着重要作用。同理，异常的骨髓基质细胞对恶性克隆造血实质细胞的选择、增殖、分化甚至迁移也发挥着重要作用。深入研究骨髓基质细胞的功能及它与白血病复发、耐药等之间的关系，为寻找白血病治疗药物新靶点提供新思路。

1.骨髓基质细胞

骨髓造血微环境(hematopoietic inductive microenvironment,HIM)是造血干细胞赖以生存的“土壤”，其最主要的支柱是骨髓基质细胞（bone marrow stromal cells,BMSCs）。BMSCs分泌细胞外基质（extracellular matrix,ECM）与多种细胞因子,通过与造血干细胞直接接触来参与造血调控，无论是在生理状态下还是在应激条件下，其结构和功能的完整性对于保护机体造血的稳定性具有十分重要的作用［1］。德国病理学家Cohnhein 在1867年首次提出骨髓中存在有非造血实质细胞的干细胞，1976年Friedenstein等［2］首次报道从骨髓中分离出克隆源性的基质细胞，并证实了它是一类具有自我更新能力的干细胞，所占的比例相当小，在骨髓有核细胞中所占的比例约为1/10万。BMSCs既能产生造血刺激因子，也能产生造血抑制因子［3］，使得造血调控维持动态平衡。骨髓基质细胞通过与造血细胞密切接触而起到支持和营养造血实质细胞的作用，通过粘附分子受体与配体相结合二者相互粘附，产生一系列细胞反应与调节信号的传递，调控造血干/祖细胞归巢、移行及向外周血的释放。正常的BMSCs具有部分免疫监视功能,可通过Fas/FasL系统发挥抗白血病作用,抑制了白血病细胞的生长［4］。正常BMSCs诱导白血病细胞“G0/G1”阻滞，使其处于相对静息状态下，从而避免了细胞毒药物的杀伤作用，这也是引起白血病复发的主要原因之一。

2.骨髓基质细胞参与白血病发病的主要途径

2.1 GJIC

间接连接细胞间通讯（gap junction interacetlular communication，GJIC）允许细胞间代谢产物、离子及小信号分子物质（如环核苷酸和肌醇衍生物等）通过，是相邻细胞间进行物质交换和信号传递的主要方式。这些细胞间通道是由独特的结构单元缝隙连接蛋白(Connexin,Cx)构成，Cx又由多基因家族编码而成，并作为胞膜蛋白存在于多细胞生物以内，通过相互间的GJIC调节其生长发育，保持机体内稳态。BMSCs参与造血调控的手段主要是通过基质细胞间，基质细胞与造血细胞间频繁的信号传导得以实现。Cx43蛋白在绝大多数的造血组织中均有表达，由它所构成的GJIC是BMSCs之间进行交流和小分子信号传递的主要方式［5］。研究发现，Cx43介导的GJIC存在于骨髓基质细胞、基质细胞与造血细胞之间［6］。国内外研究表明，Cx43介导的GJIC是骨髓基质细胞参与造血调控的重要条件。恶性肿瘤的发生发展可能与Cx蛋白基因表达缺陷、GJIC功能抑制有关［7］，而且Cx43蛋白表达量与肿瘤恶性程度及转移能力呈负相关。国内有文献报道［8］，急性白血病BMSCs中Cx43含量较正常及化疗完全缓解后明显减低，GJIC的功能也明显减弱。刘耀等［9］通过将外源性Cx43转染到Cx43表达缺陷的白血病BMSCs中，并证实了其上调了BMSCs之间的GJIC功能。除此之外，与白血病BMSCs共培养的Jurkat细胞在甲氨蝶呤作用下的存活率较单纯培养的Jurkat细胞存活率明显下降，而凋亡率明显提高。上调白血病BMSCs之间GJIC功能从而逆转了骨髓微环境对白血病细胞的保护效应，提示Cx43介导的GJIC可能与白血病的发生、发展有关。

2.2 SDF-1/CXCR4轴

骨髓基质细胞分泌的化学趋化因子----基质细胞衍生因子(stromal cell derived factor-1,SDF-1)，系统命名为CXCL12，已被证实参与造血干细胞的增殖、分化、迁移和归巢等。CXCR4是一种7次跨膜G蛋白耦联受体，属于趋化因子亚家族成员，又名CD184，是目前已知唯一的SDF-1受体［10］。二者相互作用后参与肿瘤细胞的存活、转移与局部浸润，因此在恶性肿瘤的发生发展中扮演着重要角色。肿瘤患者接受化疗时，肿瘤细胞通过CXCR4粘附于基质细胞，使之免于细胞毒性药物的作用，从而产生微小残留病灶，导致肿瘤的复发。近年来，SDF-1/CXCR4反应轴在白血病侵袭和转移中的作用越来越受到人们的重视［11］。SDF-1/CXCR4轴参与AML的进展、耐药及髓外转移，化疗后CXCR4高表达提示疾病预后不良［12］，有学者已将CXCR4水平作为AML预后的独立危险因素［13］。温泉等［14］研究发现，小儿白血病CXCR4与SDF-1高表达，与白血病的类型、白血病细胞的迁移和浸润密切相关。魏立等［15］用抗CXCR4单克隆抗体12G5阻断SDF-1活性，从而有效地阻止HL-60细胞在骨髓基质层上的粘附，证实了SDF-1在白血病细胞向骨髓基质层迁移和粘附过程中起重要作用。SDF-1通过与白血病细胞膜上的CXCR4相结合，诱导细胞迁移至骨髓成纤维层；同时它又能激活粘附分子迟现抗原4和迟现抗原5，在两者相协同作用下，使得白血病细胞躲避了细胞毒药物的杀伤，形成微小残留病灶，引起复发和耐药的形成［16］。林梅等［17］研究表明，抑制SDF-1的活性从而抑制了白血病细胞的增殖。CXCR4拮抗剂不仅可以阻断肿瘤粘附机制的作用，而且使白血病细胞失去骨髓基质细胞提供的营养支持，使常规药物对其起作用。随着SDF-1/CXCR4反应轴在血液系统恶性肿瘤生长、浸润和迁移等作用机制的深入探索，该轴很有可能成为血液系统肿瘤临床治疗的新靶点。

3.骨髓基质细胞与白血病耐药

多药耐药（multiple drug resistance,MDR）是指白血病细胞在对一种细胞毒药物耐药的同时，对其他多种结构不同，作用靶点各异的细胞毒性药物也产生交叉耐药［18］。白血病细胞的耐药是白血病治疗失败的主要原因，同时也是目前尚待突破的瓶颈问题。肿瘤细胞对周围微环境的依赖及二者相互作用与其耐药的产生有关，该现象不仅存在于实体瘤，也普遍存在于血液系统肿瘤。 BMSCs是骨髓造血微环境的主要成分，随着骨髓微环境与白血病耐药性关系的深入研究，BMSCs作为抗肿瘤耐药新靶点的潜能备受关注。骨髓基质细胞主要通过可溶性因子及细胞间粘附作用介导肿瘤细胞耐药［19］。

肿瘤细胞与周围微环境的粘附作用与其耐药产生有关，称之为细胞粘附介导的药物耐药（cell adhesion mediated drug resistance,CAM-DR）,且该机制在血液肿瘤耐药机制中起重要作用。甲磺酸伊马替尼对初治慢粒患者疗效明显，随着病程进展及耐药的产生，疗效也随之下降。Vianello等［20］将暴露于伊马替尼的慢性髓细胞白血病细胞与骨髓基质细胞共培养，观察到两种细胞表达一定水平的CXCR4和SDF-1；而阻滞SDF-1/CXCR4轴，恢复或部分恢复白血病细胞对伊马替尼的敏感性。陈幸华等［21］采用人淋巴细胞白血病Jurkat细胞株与60Co照射后的ALL骨髓基质细胞共培养构建CAM-DR模型，证实了BMSCs促进白血病细胞抵抗柔红霉素毒性的屏蔽作用。骨髓基质细胞及其分泌的多种可溶性因子均参与CAM-DR的发生，使肿瘤细胞初始暴露于细胞毒药物同时在肿瘤微环境中受到庇护，最终导致肿瘤细胞残留和经典耐药的发生。

微小残留病变（minimal residual diease,MRD），又称残留白血病细胞，是白血病治疗达到完全缓解后体内残留的白血病细胞，多处于G0期，对化疗药物不敏感，是白血病难治、复发的主要根源［22-23］。白血病骨髓基质细胞微环境有助于白血病细胞的庇护、生长和逃避化疗药物的杀伤逃避［24-25］， 是MRD产生的重要机制之一。针对MRD，目前缺乏有效低毒的清除措施，已成为严重束缚白血病治疗取得突破性进展的关键之一。向莎丽等［26］发现，正常BMSCs具有促进残留耐药Jurkat/DNR细胞凋亡的作用，其机制与多表达的DAPK1诱导Jurkat/DNR细胞凋亡和bcl-2转录下调，caspase3/7活性升高有关。DAPK1是一个细胞凋亡正调节因子，能以P19ARF依赖与非依赖的方式激活P53，后者激活caspase级联反应并导致DNA断裂而引起细胞凋亡［27］。林玉梅等［28］通过将人单核细胞白血病细胞系U937细胞与骨髓间充质干细胞粘附培养后，发现U937细胞生长受抑，凋亡率下降，提示白血病细胞与骨髓间充质干细胞的粘附作用可能在白血病的耐药机制中其重要作用。亦有研究提示，BMSCs促进了白血病细胞的抗药、抗凋亡等特性，并且能抑制白血病细胞生长，这与白血病细胞被阻滞于G0/G1期有关［29-30］。

4.结语

近年来，人们对白血病的研究逐渐转向骨髓造血微环境。CAM-DR在血液系统肿瘤耐药形成中具有主要作用，直接或间接地阻断/干预粘附来发挥抗CAM-DR效应，从而为战胜多药耐药和解决微小残留病奠定基础。骨髓基质细胞在白血病的发生发展中起着举足轻重的作用，通过多种途径逆转异常的微环境将为白血病的治疗带来更为广阔的前景。

参考文献

［1］Li Xian-feng, Ren Ming-ji. Research progress about Hematopoietic Regulation of Bone Marrow Stromal Cells. Medical Recapitulate,2008,14(1): 45-47.

［2］Mateizel I,De Temmerman N,Ullmann U,et al.Derivation of human embryonic stem cell lines from embryos obtained after IVF and after PGD for monogenic disorders.Human Reproduction,2006,21(2):503-511. 

［3］Cheng LM,Yan Y,Wang QR. Eexpression of hematopoietie inhibitory factors in mouse fibmblasts, macmphages and endothelial cells［J］.Cell Biol Int,2003,27(9):739-745. 

［4］张明徽,陶群,曹雪涛,等.骨髓基质细胞对白血病的直接抑制作用及其机制探讨［J］中华血液学杂志, 1999, 20(3):317-319.

［5］Dobrowolski R,Willecke K.Connexin-caused genetic diseases and corresponding mouse models［J］.Antioxid Redox Signal 2009,11(2):283-95.

［6］Hurtado SP,Balduino A,Bodi EC,et al.Connexin expression and gap junction-mediated cell interactions in an in vitro model of haemopoietic stroma.Cell Tissue Res.2004;316(1):65-76.

［7］Li Z,Zhou Z,Welch DR,et al.Expressing connexin 43 in breast cancer cells reduces their metastasis to lungs［J］.Clin Exp Metastasis,2008,25(8):893-901. 

［8］刘耀.急性白血病骨髓基质细胞GJIC变化及其机制的研究.学位论文，重庆：第三军医大学新桥医院血液内科，2007年：6-8.

［9］刘耀,张曦,陈幸华,等.上调白血病骨髓基质细胞GJIC功能对Jurkat细胞药物 敏感性的影响［J］重庆医学,2010,39(14):1836-1838.

［10］Fierro FA,Brenner S,Oelschlaegel U,et bining SDF/CXCR4 antagonism and chemotherapy in relapsed acute myeloid leukemia［J］.Leukemia,2009,23(2):393-396. 

［11］Burger JA,Peled A.CXCR4 antagonists:targeting the microenvironment in leukemin and other cancers［J］.Leukemin,2009,23(1) :43-52. 

［12］Kittang AO,Hatfield K,Sand K,et al.The chemokine network in acute myelogenous leukemia:molecular mechanisms involved in leukemogenesis and therapeutic implications［J］.Curr Top Microbiol Immunol,2010(341):149-172. 

［13］ Spoo AC, Labbert M,Wierda WG,et a1.CXCR4 is a prognostic marker in acute myelogenous leukemia［J］.Blood,2007,109(2):786—791.

［14］温泉,陈日玲,蔡康荣,等.SDF-1/CXCR4在小儿白血病中的表达及意义［J］.中国实验血液学杂志,2011,19(2):324-326