基于間充質(zhì)干細胞的乳腺癌治療研究進展

田梅， 高靜， 黃金秋， 王藝錦， 曹進， 戚雪勇

(江蘇大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

乳腺癌是發(fā)生在乳腺腺上皮組織的惡性腫瘤，由于其侵略性和對傳統(tǒng)療法的反應(yīng)不足，引發(fā)了極高的發(fā)病率和病死率[1]。據(jù)WHO統(tǒng)計，乳腺癌全球新增病例數(shù)及其發(fā)病率正逐年上升，預(yù)計到2040年將增至3 020萬[2]。目前，通常采用手術(shù)、放療和化療等傳統(tǒng)方法治療乳腺癌，但是存在各種問題，如手術(shù)切除不徹底易復(fù)發(fā)，放療和化療特異性差、引發(fā)耐藥性和治療副作用較大等，致患者治療及預(yù)后效果不佳。細胞療法作為一種獨特的治療策略，已廣泛用于各種疾病，其中，間充質(zhì)干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)因其獨特的生物學(xué)功能，如向組織損傷和腫瘤部位遷移的趨向性和作為藥物遞送載體的特性，在癌癥治療方面具有很大的潛力。目前MSCs已作為一種新型治療策略廣泛用于乳腺癌的治療，且有望進一步改善乳腺癌患者的預(yù)后。基于此，本文針對脂肪、臍帶、胎盤和骨髓來源的MSCs對乳腺癌細胞的生物學(xué)影響及MSCs在乳腺癌治療策略方面的主要研究進展作一綜述。

1 MSCs特性與潛能

MSCs是一種具有多向分化和自身更新能力的多能細胞，來自胚胎發(fā)育最早期的中胚層，分布范圍廣，可從多種組織中分離培養(yǎng)，包括骨髓、脂肪、臍帶和胎盤等[3]。由不同組織分離培養(yǎng)的MSCs雖在蛋白質(zhì)譜系表達和功能特性方面有差異性，但均符合國際細胞治療學(xué)會制定的干細胞標(biāo)準(zhǔn)：具有黏附性；表達CD73、CD90及CD105細胞表面標(biāo)志物，且不表達CD34、CD45、CD14或CD11b、CD19或CD79α及人類組織相容性抗原-DR(HLA-DR)等表面分子；具備三系分化(成骨、成脂、成軟骨)潛能[4]。MSCs具有向組織損傷或炎癥部位遷移的能力，通常在各種細胞因子、生物活性分子、趨化因子和生長因子的作用下參與免疫調(diào)節(jié)和動態(tài)平衡。研究表明，腫瘤的形成與機體損傷相似，通過不斷沉積生長因子、細胞因子和基質(zhì)重塑蛋白，并伴隨一系列的促纖維化反應(yīng)，從而使腫瘤部位成為“一個永遠不會愈合的傷口”；在此過程中，產(chǎn)生的內(nèi)分泌和旁分泌信號可在腫瘤微環(huán)境中招募MSCs[5]，即MSCs的腫瘤趨向性，也稱之為MSCs對腫瘤細胞的遷移行為。目前已證實多種來源的MSCs均對腫瘤細胞表現(xiàn)出固有的趨向性。

MSCs參與免疫調(diào)節(jié)，通過細胞間相互作用和產(chǎn)生細胞因子進而抑制T細胞增殖和免疫反應(yīng)；MSCs具有分泌趨化因子、細胞因子和生長因子的能力，并能影響周圍組織的生物活性因子的分泌。除此之外，MSCs還具有強大的增殖能力和多向分化潛能，可分化成多種不同類型的細胞，修復(fù)體內(nèi)各種組織和細胞損傷，并作為替代受損組織或病理損傷的主要細胞來源[6]。MSCs由于自我更新能力、多能性、腫瘤趨向性和免疫調(diào)節(jié)等特性，在腫瘤治療領(lǐng)域得到了廣泛的研究及應(yīng)用。

2 MSCs對腫瘤的雙重作用

用MSCs治療癌癥是一把雙刃劍，因其具有抗腫瘤和促腫瘤雙重特性，其促腫瘤特性主要如下。研究表明，在腫瘤微環(huán)境中癌細胞產(chǎn)生多種生長因子、細胞因子和趨化因子誘導(dǎo)MSCs向腫瘤部位募集；MSCs可能通過分泌生長因子、促進血管形成、創(chuàng)造生態(tài)位等抑制機體對癌細胞的免疫反應(yīng)，促進癌細胞增殖和轉(zhuǎn)移[7]。同時，MSCs可能通過影響腫瘤細胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移以及血管生成、癌癥干細胞生成和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化等促進腫瘤進展，其機制主要包括促進腫瘤基質(zhì)細胞功能增強和數(shù)量增加，促進血管生成，抑制對腫瘤的免疫反應(yīng)，增強腫瘤細胞存活、侵襲、轉(zhuǎn)移以及耐藥性等[8]。

除促腫瘤外，MSCs也具有抗腫瘤作用。體內(nèi)外研究表明，MSCs可通過多種機制抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，如調(diào)節(jié)細胞信號通路和誘導(dǎo)細胞凋亡、抑制血管生成和調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)等[9]。He等[10]研究發(fā)現(xiàn)，MSCs的條件培養(yǎng)基在體內(nèi)外均能下調(diào)信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)基因表達水平，抑制腫瘤生長，并減弱腫瘤細胞遷移。由于MSCs對腫瘤細胞的反應(yīng)復(fù)雜，涉及多種機制，因此臨床使用應(yīng)了解MSCs對腫瘤的具體作用。

3 不同來源MSCs對乳腺癌細胞生長的影響

MSCs對腫瘤生物學(xué)的影響可能因其來源和腫瘤類型而異，因此本文針對不同來源的MSCs如骨髓、臍帶、脂肪和胎盤等對乳腺癌的作用機制及影響效果進行分析，并評估其促瘤或抗瘤作用，并對乳腺癌治療潛力進行簡要評析。見表1。

3.1 脂肪干細胞對乳腺癌細胞的作用

脂肪干細胞(adipose-derived stem cells，ASCs)來源于白色脂肪組織，具有分泌活性、多向分化潛能、易獲取和產(chǎn)量高等特點[10]。ASCs越來越多地用于乳腺癌手術(shù)后的重建手術(shù)，如乳房切除術(shù)后的軟組織重建。

研究表明，ASCs分泌的多種因子與乳腺癌的發(fā)展相關(guān)，且ASCs對乳腺癌細胞的作用主要由細胞外信號介導(dǎo)[21]。ASCs與乳腺癌系4T1細胞共培養(yǎng)時，ASCs及其分泌因子顯著刺激腫瘤上皮細胞增殖、遷移和侵襲；并且在三陰性乳腺癌的小鼠乳腺癌移植模型中，ASCs促進乳腺癌細胞生長和轉(zhuǎn)移[11]。

與上述報道相反，部分體外研究表明，ASCs的細胞外信號在乳腺癌的進展中表現(xiàn)出抑制作用。ASCs與乳腺癌SKBR3細胞共培養(yǎng)時，ASCs明顯抑制SKBR3細胞增殖，可能與基質(zhì)衍生因子-1α(stromal-derived factor-1a,SDF-1α)/CXCR4信號軸相關(guān)；同時，ASCs改變腫瘤細胞的形態(tài)，誘導(dǎo)上皮細胞向間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化，增加乳腺球的形成、細胞融合和增強SKBR3細胞遷移，可能與乳腺癌細胞中MSCs分泌的細胞因子和趨化因子的誘導(dǎo)相關(guān)[12]。由此表明，ASCs與乳腺癌細胞之間存在多層次且復(fù)雜的關(guān)系。

3.2 臍帶MSCs對乳腺癌細胞的作用

臍帶間充質(zhì)干細胞(umbilical cord-derived mesenchymal stem cells，UCMSCs)是一種從臍帶組織華通氏膠中分離出來的細胞，具有取材方便、來源廣泛、無倫理學(xué)爭議、細胞量大、易于分離和純化等特點。研究表明，UCMSCs通過多種復(fù)雜的機制及信號通路影響腫瘤的進展；一方面，UCMSCs在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中起抗腫瘤作用，具體表現(xiàn)為① UCMCSs通過分泌因子誘導(dǎo)腫瘤細胞死亡，從而抑制腫瘤進展[22]；② UCMSCs通過增加腫瘤細胞凋亡蛋白酶表達，誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡，從而抑制乳腺癌細胞生長及轉(zhuǎn)移；另一方面，UCMSCs可通過抑制血管生成從而抑制乳腺癌細胞的進展[19]。目前關(guān)于UCMSCs抑制腫瘤生長的具體機制尚未完全清楚，但部分研究指出一些潛在的機制：UCMSCs通過產(chǎn)生因子導(dǎo)致腫瘤細胞凋亡和細胞周期停滯，并以此激活荷瘤動物的抗腫瘤免疫反應(yīng)[23]；另有研究認為，UCMSCs通過細胞因子和生長因子介導(dǎo)的化學(xué)信號與鄰近的癌細胞進行通信[16]。

3.3 胎盤MSCs對乳腺癌細胞的作用

胎盤含有豐富的MSCs，具有采集方便、易于擴增培養(yǎng)，非侵入式手段獲取不會引起倫理問題，移植免疫排斥反應(yīng)小及表達多種造血相關(guān)因子等特點，成為MSCs的極好來源。胎盤間充質(zhì)干細胞(placental mesenchymal stem cells，PMSCs)來源于胚外中胚層，具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎、促血管生成、細胞保護和再生特性[24]。研究表明，未經(jīng)修飾的PMSCs通過分泌細胞因子和與腫瘤細胞相互作用進而抑制腫瘤細胞增殖[17]。與此同時，研究證實PMSCs可顯著降低乳腺癌MDA-MB231細胞系增殖和遷移，并抑制相關(guān)血管生成[18]。研究表明，無論是皮下注射還是靜脈注射PMSCs都不會形成腫瘤，從一定程度上證實了PMSCs的安全性[25]。由此表明，PMSCs在乳腺癌治療中具有一定的潛能。

3.4 骨髓MSCs對乳腺癌細胞的作用

骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs)來源于骨髓基質(zhì)，是一種多能細胞，具有自我更新、多譜系分化、遷移、抗炎和免疫調(diào)節(jié)等能力[26]。研究表明，將BMSCs與乳腺癌細胞4T1共培養(yǎng)，BMSCs可促進體外腫瘤細胞的增殖和體內(nèi)腫瘤的生長，其促進作用可能歸因于腫瘤微環(huán)境中促血管生成因子的表達增加以及血管生成[19]。但是，另有研究顯示，BMSCs同樣具有抑制乳腺癌細胞生長的作用，這可能與神經(jīng)激肽受體-1(neurokinin receptor-1,NK1R-Tr)表達水平下調(diào)有關(guān)；NK1R-Tr是維持骨髓基質(zhì)中乳腺癌細胞靜止表型的關(guān)鍵因素，BMSCs分泌的SDF-1α可能通過下調(diào)NK1R-Tr表達進而維持乳腺癌細胞的靜止表型[20]。在乳腺癌進展中BMSCs表現(xiàn)出抑制或促進的雙重作用，兩者之間明確的作用關(guān)系有待進一步研究。

4 MSCs的乳腺癌治療策略

目前結(jié)合干細胞治療乳腺癌的方法很多，如采用基因編輯、干細胞外泌體修飾、納米藥物遞送等；已有大量研究采用基于基因改造MSCs的腫瘤治療策略，并且也顯示出有效的抗腫瘤活性；與此同時，MSCs在腫瘤靶向治療藥物遞送載體方面也表現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)撃躘13]，如表2所示。

4.1 MSCs作為藥物遞送載體

具有癌癥歸巢能力的納米工程細胞的靶向藥物遞送已成為一種有用的治療策略，而MSCs作為抗癌藥物遞送載體，開辟了治療藥物直接靶向遞送至腫瘤部位的新途徑，這得益于MSCs對腫瘤部位的趨向性和對細胞毒性藥物的相對耐藥性等特點[40]。

研究表明，利用納米顆粒裝載化療藥物可有效保護MSCs免受與有毒藥物的直接相互作用，并在MSCs上形成外排轉(zhuǎn)運蛋白，如轉(zhuǎn)鐵蛋白納米粒；此外，MSCs作為生物治療平臺，遞送免疫基因質(zhì)粒IL-12和光敏劑亞甲藍，實現(xiàn)了治療劑的腫瘤歸巢遞送和光免疫治療效果的增強[28]。同時MSCs作為一種新型納米工程MSCs遞送系統(tǒng)，通過負載多柔比星聚合物偶聯(lián)物用于乳腺癌肺轉(zhuǎn)移的全身治療，采用內(nèi)吞和膜結(jié)合雙重載藥模式進而實現(xiàn)MSCs中多柔比星偶聯(lián)物的最大量，展現(xiàn)了出色的載藥穩(wěn)定性并保留了MSCs的干性和抗腫瘤潛力[29]。由此表明，納米工程MSCs可視為將納米顆粒遞送至轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞的載體。

4.2 基因改造MSCs

對MSCs進行基因工程改造可使其過表達某些所需的元件和可溶性因子，如生長因子、細胞因子、趨化因子、轉(zhuǎn)錄因子、酶和微小RNA等，還可通過遺傳修飾改善各種細胞特性如存活、歸巢和免疫調(diào)節(jié)等，進一步增強其治療潛力[41]。

研究表明，UCMSCs可用作抗腫瘤基因載體，以減緩腫瘤生長，從而延長半衰期并降低目的基因在體內(nèi)的細胞毒性，Shen等[42]研究證實經(jīng)基因轉(zhuǎn)染的UCMSCs通過產(chǎn)生IFN-β抑制乳腺癌細胞增殖并進一步引發(fā)其死亡。此外，可通過慢病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式實現(xiàn)基因改造，使MSCs分泌相關(guān)蛋白或表達目的基因，從而破壞鄰近腫瘤細胞的旁觀者效應(yīng)或抑制腫瘤細胞增殖、侵襲和遷移[43]。

表2 MSCs對乳腺癌的治療策略

4.3 MSCs外泌體

MSCs衍生的細胞外囊泡在腫瘤微環(huán)境中起重要作用，是腫瘤微環(huán)境內(nèi)腫瘤細胞和基質(zhì)細胞的通訊方式。細胞外囊泡包括外泌體、由細胞內(nèi)體產(chǎn)生的最小囊泡部分以及由質(zhì)膜出芽產(chǎn)生的微泡[44]。外泌體通常為多泡體的小腔內(nèi)囊泡，直徑一般為20～200 nm，由多種類型細胞分泌，來源豐富且分布廣泛，通過轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)、mRNA和miRNA等在細胞間通訊中發(fā)揮作用[45]。MSCs外泌體富含mRNA、miRNA和可溶性因子(包括細胞因子和趨化因子)等，并能進一步轉(zhuǎn)移至腫瘤細胞中發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，或靶向腫瘤細胞內(nèi)的某個特定分子進而發(fā)揮激活或沉默其表達的作用[46]。MSCs外泌體已成為靶向腫瘤的潛在治療方法。

外泌體具有低免疫原性、毒性、高生物相容性和循環(huán)穩(wěn)定性等特點，可有效地將治療藥物靶向至腫瘤部位并抑制腫瘤進展。而MSCs外泌體可運載某些分子進入腫瘤細胞，調(diào)控腫瘤細胞增殖、凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移、免疫以及新生血管形成。如表2所示，MSCs外泌體可將各種RNA、mRNA、小分子活性物質(zhì)等轉(zhuǎn)運至乳腺癌細胞中，通過抑制mTOR/HIF-1α/VEGF信號軸，顯著降低相關(guān)因子的表達，抑制內(nèi)皮細胞遷移及增殖，或抑制乳腺癌細胞的活性使其處于休眠狀態(tài)，進而抑制乳腺癌細胞的遷移和增殖[32-36]。

但是，MSCs外泌體也可通過相關(guān)信號通路增強乳腺癌細胞活性，并促進細胞增殖進而影響腫瘤進展。有研究表明，ASCs外泌體可增強乳腺癌細胞的增殖能力和遷移速率，甚至可以在體外保護乳腺癌細胞免受血清衍生物或化療藥物誘導(dǎo)所致的細胞凋亡[37]。另有研究表明，ASCs外泌體通過激活Wnt信號通路促進乳腺癌細胞遷移和增殖[38]。此外，UCMSCs可通過激活ERK通路顯著增強人乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲[39]。這種差異一定程度上可能與腫瘤類型和所處微環(huán)境有關(guān)，很大程度上可能取決于MSCs來源的組織類型，但是具體原因有待于進一步研究。

5 總結(jié)和展望

不同來源的MSCs對乳腺癌細胞的生物學(xué)作用不同，其中ASCs和BMSCs對乳腺癌細胞的影響呈抗腫瘤和促腫瘤雙重作用，而UCMSCs與PMSCs更多表現(xiàn)為抑制作用，抑制乳腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力。MSCs與乳腺癌細胞的相互作用涉及多種復(fù)雜機制，可能包括細胞融合、旁分泌效應(yīng)、細胞外信號介導(dǎo)或免疫調(diào)節(jié)等方式，利用MSCs自身分泌調(diào)節(jié)來實現(xiàn)激活或抑制靶信號通路和分泌相關(guān)細胞因子進而影響腫瘤生長。

總之，MSCs在乳腺癌治療方面展現(xiàn)出了一定的治療潛能。然而MSCs對乳腺癌的發(fā)展具有抑制和促進雙重作用，因此有待深入研究MSCs與乳腺癌進展的作用機制，闡明各信號通路的作用及影響，明確MSCs用于乳腺癌治療的風(fēng)險與挑戰(zhàn)，并制定出相應(yīng)的解決方案。