白血病發(fā)病與骨髓微環(huán)境的關(guān)系

陸 榮(綜述)，黃慧芳(審校)

(1.福建醫(yī)科大學(xué)協(xié)和臨床醫(yī)學(xué)院，福州350001;2.福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院血研所，福州350001)

白血病病死率較高，危害較大，是醫(yī)學(xué)研究中的重大課題。白血病是一種克隆性起源，骨髓造血干細胞或早期祖細胞突變所引起的造血系統(tǒng)惡性腫瘤。其異常主要表現(xiàn)在骨髓中白血病細胞增殖失控、凋亡障礙和分化受阻，抑制了骨髓的正常造血。盡管近年來隨著新的化療藥物的應(yīng)用和造血干細胞移植技術(shù)的進展，白血病患者的緩解率和無病生存期較前有所提高，但是始終無法解決遠期復(fù)發(fā)的問題，其主要原因在于體內(nèi)殘留的白血病干細胞(leukemia stem cell，LSC)。

LSC約占白血病細胞的百萬分之一，具有強大的自我更新能力，能在免疫缺陷型小鼠體內(nèi)誘發(fā)各亞型的白血病 。有文獻報道白血病干細胞與骨髓微環(huán)境密切聯(lián)系，相互作用，躲避化療藥物等的殺傷作用，最終導(dǎo)致白血病復(fù)發(fā)及耐藥的產(chǎn)生［2-4］。因此，深入探討白血病細胞與骨髓微環(huán)境的關(guān)系將有利于揭示白血病的發(fā)病機制并制訂相應(yīng)的治療方案。

1 白血病細胞的生存——骨髓微環(huán)境

Schofield首次提出造血干細胞(hematopoietic stem cell，HSC)增殖、發(fā)育需要微環(huán)境支持的假說，隨后大量研究均證明了干細胞生態(tài)位區(qū)的存在［5，6］，提出HSC微環(huán)境的概念。正常的造血過程需要HSC和微環(huán)境之間復(fù)雜的雙向相互作用，一旦微環(huán)境的性質(zhì)和功能發(fā)生改變，將會影響定居于此的HSC的性狀。“供體細胞白血病”的發(fā)生進一步證實了造血微環(huán)境對HSC的重要作用［7，8］。骨髓造血微環(huán)境不僅是正常造血細胞發(fā)育的微環(huán)境，也是LSC賴以生存的基礎(chǔ)，對LSC的生存、耐藥具有重要意義。

骨髓造血微環(huán)境是由骨髓內(nèi)的基質(zhì)細胞(如成骨細胞、脂肪細胞、間充質(zhì)干細胞等)與細胞外物質(zhì)(如細胞因子、骨橋蛋白、鈣離子等)所組成的結(jié)構(gòu)單位，具有解剖和功能上兩方面含義，包括骨內(nèi)膜區(qū)和血管周圍結(jié)構(gòu)即成骨龕和血管龕。目前對骨髓造血微環(huán)境的成分及其功能的研究還不是很透徹，有研究表明骨內(nèi)膜區(qū)的間質(zhì)細胞是成人骨髓造血微環(huán)境的重要成分，對HSC的歸巢及維持HSC的靜止?fàn)顟B(tài)具有關(guān)鍵作用［9］。血管周圍結(jié)構(gòu)即血管龕在造血微環(huán)境中同樣具有重要作用。Passegue等［10］研究提示，血管龕能刺激干細胞的增殖、分化及遷移。此外，血管龕還能協(xié)助HSC的跨內(nèi)皮遷移，這在HSC的歸巢和動員過程中起著重要作用。成骨龕和血管龕根據(jù)機體生理的需要，相互協(xié)調(diào)，共同調(diào)節(jié)HSC的動員和歸巢過程，從而維持龕內(nèi)外HSC的動態(tài)平衡。

2 白血病細胞與骨髓微環(huán)境相互作用

Ninomiya等［11］應(yīng)用免疫組化等方法，研究來源于人體的白血病細胞在動物體內(nèi)的歸巢及植入情況，發(fā)現(xiàn)白血病細胞最初分布于干骺端的骨內(nèi)膜區(qū)，隨后增殖于血管區(qū)和骨干中段。移植后8周，干骺端白血病細胞明顯增加。給予大劑量化療藥物處理后，發(fā)現(xiàn)白血病細胞殘留于骨內(nèi)膜區(qū)及血管內(nèi)皮細胞周圍，表明此區(qū)域可能為白血病細胞提供抗凋亡信號。Dazzi等［12］的研究結(jié)果也提示，骨髓間充質(zhì)干細胞可通過產(chǎn)生細胞因子或細胞間的直接接觸激活LSC中的相關(guān)信號通路，促進LSC生存、增殖及對化療藥物的抵抗。以上結(jié)果均提示白血病細胞與骨髓造血微環(huán)境相互作用，但其機制尚不完全明了，目前所揭示的機制主要有以下幾個方面。

2.1 整合素、CD44研究發(fā)現(xiàn)白血病細胞通過其表面的β1整合素(如極遲抗原4、5)等與微環(huán)境中基質(zhì)細胞表面的層連蛋白結(jié)合，通過細胞間接觸激活急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia，AML)細胞內(nèi)的PI3K/AKT/Bcl-2信號通路，對維持微小殘留白血病有關(guān)鍵作用［13，14］。Mudry 等［15］發(fā)現(xiàn)，急性淋巴白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)細胞先通過與骨髓基質(zhì)細胞表面的血管細胞黏附分子1作用遷移至微環(huán)境，激活A(yù)LL細胞內(nèi)的整合素連接激酶(integrin-linked kinase，ILK)。在ILK的作用下，磷酸化PI3K/AKT，激活I(lǐng)LK/AKT/GSK3β信號通路，使得下游信號分子Notch及STAT3表達增加，提供白血病細胞促生存信號。另外，白血病細胞也能誘導(dǎo)骨髓基質(zhì)細胞內(nèi) AKT、ERK1/2的活化，顯著增強Hes1及Bcl-2蛋白的表達。上述研究結(jié)果提示，白血病細胞及骨髓基質(zhì)細胞相互激活I(lǐng)LK/AKT信號，ILK/AKT信號途徑可能在維持白血病細胞在骨髓造血微環(huán)境中的生存具有重要作用;而這一信號通路可被PI3K及ILK的抑制劑所阻斷。因此，運用抑制劑干擾此通路可為根除骨髓微環(huán)境中的白血病細胞提供一條新思路。

近年研究發(fā)現(xiàn)，CD44幾乎表達于所有AML細胞表面，作為黏附分子參與AML-LSC歸巢至骨髓造血微環(huán)境，影響 LSC的生長發(fā)育、增殖分化及凋亡等［16，17］。CD44屬于黏附分子家族的Ⅰ型跨膜糖蛋白，介導(dǎo)細胞與細胞、細胞與細胞外基質(zhì)間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在AML細胞與微環(huán)境的相互作用中扮演重要角色。據(jù)所含外顯子類型不同，CD44可分為兩類:標(biāo)準(zhǔn)型CD44(CD44s)和變異型CD44(CD44v)。CD44s廣泛分布于正常組織細胞中，CD44v僅分布于幾種特定的細胞中，尤其是腫瘤細胞。高表達CD44v的AML患者第一次緩解后有較高的復(fù)發(fā)率，這可能是因為CD44v可特異性地激活某些生長因子受體，上調(diào)抗凋亡蛋白如Mcl-1和Bcl-xL的表達，活化Akt激酶，并使促凋亡蛋白Bad磷酸化而失活。A3D8、H90是目前較常用的CD44v特異性單克隆抗體。Jin等［18］利用針對CD44的單克隆抗體H90，能在體外誘導(dǎo)AML細胞分化，使移植到NOD/SCID小鼠的白血病細胞數(shù)明顯降低，但相同劑量的H90對正常HSC不產(chǎn)生影響。H90處理過的AML細胞不能進行二次移植，提示H90抗體改變了AML干細胞的命運。CD44與LSC的歸巢和自我更新能力之間存在密切的關(guān)系，因而，CD44有望成為清除LSC的重要靶點。

2.2 CXCR4/CXCL12途徑 基質(zhì)細胞衍生因子1(stromal cell-derived factor-1，SDF-1)又稱CXCL12，屬于CXC趨化蛋白超家族，SDF-1在多種細胞和組織表達分泌，骨髓基質(zhì)細胞是SDF-1產(chǎn)生的主要來源之一，其高度特異性受體為 CXCR4。CXCL12與CXCR4相互作用構(gòu)成了一個與細胞間信息傳遞、細胞遷移有密切關(guān)系的耦聯(lián)分子對，是實現(xiàn)其生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。Jin等［19］研究發(fā)現(xiàn)，CXCR4的上調(diào)能促進慢性髓系白血病細胞遷移至骨髓微環(huán)境，并與之相互作用，使慢性髓系白血病細胞周期阻滯于G0/G1期，從而維持慢性髓系白血病細胞的生存。另有研究證實，SDF-1可促進CXCR4高表達的AML細胞與基質(zhì)細胞的黏附和遷移，并通過激活PI3K通路加強這一作用［20］。SDF-1還可活化其他多種與細胞黏附、遷移等相關(guān)的信號分子，如 Rho［21］、Rac［22］等，且這些分子的作用大多與PI3K相關(guān)。Colmone等［23］還發(fā)現(xiàn)，白血病細胞最先通過SDF-1/CXCR4耦聯(lián)遷移至骨髓造血前體細胞的微環(huán)境中并大量增殖，建立起更適合自己的微環(huán)境，下調(diào)微環(huán)境中SDF-1的表達，同時高表達SCF(stem cell factor)因子，在SCF的誘導(dǎo)下移植至小鼠體內(nèi)的細胞遷移至此微環(huán)境中，其正常的造血功能被擾亂，結(jié)果提示白血病細胞通過改變正常骨髓造血微環(huán)境的信號通路，“劫持”了歸巢的HSC。目前針對CXCR4/CXCR12的靶向治療研究主要集中于抑制白血病細胞向骨髓微環(huán)境黏附、遷移，從而降低微環(huán)境對白血病細胞的保護作用［24，25］，因此有可能為體內(nèi)殘留白血病細胞的清除提供新的治療策略。

2.3 低氧誘導(dǎo)因子1α/血管內(nèi)皮生長因子途徑 低氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)是一種氧依賴激活地轉(zhuǎn)錄因子，通過與低氧反應(yīng)元件結(jié)合，從而引發(fā)下游基因的轉(zhuǎn)錄。HIF-1α既是HIF-1的調(diào)節(jié)亞基又是活性亞基，其蛋白穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性均受細胞內(nèi)氧濃度的調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，骨髓微環(huán)境低氧可誘導(dǎo)HIF-1α合成增加，HIF-1α調(diào)節(jié)下游血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達，促進白血病微環(huán)境中血管的生成。隨著白血病細胞大量增殖及繼發(fā)性貧血的發(fā)生，可能使骨髓內(nèi)處于更加缺氧的狀態(tài)。與正常造血細胞相比，白血病細胞更能適應(yīng)低氧環(huán)境，能在低氧環(huán)境中生長增殖。Wellmann等［26］研究發(fā)現(xiàn)，兒童ALL骨髓組織處于缺氧狀態(tài)且高表達HIF-1α，陽性細胞主要集中于成簇存在的ALL細胞且HIF-1α陽性的白血病細胞存在VEGF的共表達。VEGF作為生理和病理狀態(tài)下血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在白血病細胞的生長中發(fā)揮著重要作用。Okuyama等［27］報道，HIF-1α是誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)細胞中VEGF表達必不可少的。在嚴(yán)重缺氧的骨髓組織內(nèi)，白血病細胞可能通過HIF-1α調(diào)控血管生成因子VEGF的轉(zhuǎn)錄與表達，促進骨髓組織中異常血管的新生，以適應(yīng)快速生長的白血病細胞對氧和養(yǎng)分的需要。

2.4 其他 骨髓造血微環(huán)境也為白血病細胞提供其他促生存信號，如 Notch/Hes、Wnt/β-catenin等信號分子通路，維持LSC的靜止?fàn)顟B(tài)、抑制其凋亡。

3 結(jié)語

白血病是一個復(fù)雜的多基因的疾病，至今還不能完全治愈。LSC是白血病難以治愈及復(fù)發(fā)的根源。隨著研究手段的日新月異，眾多學(xué)者對LSC的特性、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制及其與造血微環(huán)境的相互作用等進行深入研究，已取得較大進展，但仍有許多機制尚不明了。目前已研制出針對LSC及其微環(huán)境為靶點的藥物，在動物實驗及體外實驗中取得較理想效果，而對正常HSC影響較小，使得臨床應(yīng)用成為可能。隨著研究方法的不斷革新，有理由相信對LSC將有更進一步的認(rèn)識，新的治療靶點也會不斷被發(fā)現(xiàn)，為最終清除LSC、治愈白血病開辟新的途徑。

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