肿瘤微环境对骨肉瘤发生发展的影响

韩修国 汤亭亭

骨肉瘤是临床上最常见的骨组织恶性肿瘤，好发于四肢长骨干骺端，由于骨肉瘤极易发生转移，且治疗手段有限，因此预后极差［1－3］。骨肉瘤的肿瘤微环境在其进展中发挥重要作用。以往对于骨肉瘤的研究主要集中于肿瘤细胞自身分子生物学变化，而忽视了由众多非肿瘤细胞组成的微环境在肿瘤发生中的作用。近年来越来越多的研究［4－8］表明，肿瘤微环境在肿瘤发生发展及转移中扮演重要角色。

正常情况下骨组织是骨的结构主体，由不同细胞及细胞外基质构成，细胞外基质中有大量骨盐沉积，这使得骨组织成为人体最坚硬的组织之一。而在骨肉瘤发生发展过程中，正常骨皮质遭破坏，骨肉瘤细胞不断侵蚀、破坏正常骨组织，导致骨组织中各种细胞特性发生明显改变，此时的骨肉瘤肿瘤微环境组成包括大量活化的成纤维细胞、新生血管、浸润的免疫细胞及细胞外基质成分。骨肉瘤细胞通过分泌大量生长因子如转化生长因子－β（TGF－β）［9］、血管内 皮 生 长 因 子 （VEGF）［10－11］、基 质 金 属 蛋 白 酶（MMP）［12］等促进成纤维细胞增生、血管生成及炎性细胞浸润。而这些组分又能通过旁分泌反馈途径刺激骨肉瘤细胞增殖，增强其转移和侵袭能力。

1 肿瘤微环境中的主要细胞成分

1.1 间充质干细胞

近年研究发现，间充质干细胞（MSC）能促进肿瘤生长，并在肿瘤基质形成中发挥重要作用［13］，而MSC也是骨肉瘤肿瘤微环境中的主要细胞之一。研究［14－15］发现，MSC可通过分泌白细胞介素（IL）－6激活骨肉瘤细胞内的信号转导和转录激活因子3（STAT3）信号转导通路，从而促进其增殖和转移。骨肉瘤细胞也可通过TGF－β信号转导通路维持MSC的未分化特性，从而使其分泌更多肿瘤生长形成所需的细胞因子如IL－6、VEGF等［16］。有研究比较正常骨髓中的MSC与骨肉瘤组织中的MSC，发现两者细胞表面标志相似，但对酪氨酸激酶抑制剂（TKI）的反应却不相同，骨肉瘤组织中的 MSC对TKI的反应更为敏感。鉴于MSC对骨肉瘤转移的重要作用，有必要探究与酪氨酸激酶相关的信号分子表达变化，从而发现抑制骨肉瘤转移的新靶点［17］。Mohseny等［18］研究发现，CDKN2基因非整倍体化和缺失可使MSC转化为骨肉瘤细胞，表明骨肉瘤细胞可能来源于骨髓间充质干细胞（BMSC）。Karnoub等［19］对乳腺癌原位肿瘤模型注射MSC，结果显示促进了乳腺癌转移。而经IL－2处理后的脂肪来源间充质干细胞（ADSC）可明显促进黑色素瘤细胞增殖［20］。

1.2 破骨细胞

破骨细胞在正常骨组织中数量很少，散布于骨组织表面，是一种巨大的多核细胞，一般认为它是由单核细胞融合而成。破骨细胞具有很强的溶骨、吞噬和消化能力，在骨组织内破骨细胞与成骨细胞相辅相成，共同参与骨的生长和改建［21－22］。研究表明，破骨细胞在骨肉瘤肿瘤微环境中发挥重要作用。由于破骨细胞有较强的溶骨作用，在骨肉瘤溶骨性破坏中破骨细胞数量较其在正常骨组织明显增多，抑制破骨细胞增殖可明显减少骨肉瘤造成的骨破坏［23－24］。但也有研究［25］发现，在骨肉瘤早期用唑来膦酸抑制破骨细胞增殖却促进了骨肉瘤转移。因此，破骨细胞在骨肉瘤肿瘤微环境中的具体作用机制有待深入探讨。

1.3 免疫细胞

在骨肉瘤组织中可见到大量免疫细胞浸润，但这些免疫细胞并未发挥应有的免疫监测作用。骨肉瘤细胞能通过对自身表面抗原修饰及改变周围微环境来逃避机体免疫识别与攻击，达到免疫逃逸的目的。在骨肉瘤肿瘤微环境中，自然杀伤（NK）细胞和巨噬细胞是主要的免疫细胞，两者具有极为重要的作用。

Tarek等［26］研究报道，NK细胞可通过识别骨肉瘤细胞表面标志物来识别骨肉瘤细胞，随后释放大量细胞因子来诱导靶细胞裂解。Guma等［27］研究发现，IL－2能通过促进NK细胞增殖来提高裸鼠骨肉瘤肺转移生存率。因此，促进NK细胞增殖或分泌细胞因子可抑制骨肉瘤发展。

肿瘤相关巨噬细胞（TAM）是在肿瘤中浸润的巨噬细胞。体外实验研究［28］证实，TAM对骨肉瘤具有杀伤作用。然而从骨肉瘤的发展过程来看，TAM的杀伤作用并不明显。TAM是个多效应细胞，在肿瘤微环境影响下，它很可能为骨肉瘤细胞建立稳定的生存环境，如清理坏死肿瘤细胞并建立新的血运、抑制其他免疫细胞功能、分泌促肿瘤生长因子、溶解基质等，因此也有研究指出抑制TAM能抑制骨肉瘤发生发展［29］。TAM对骨肉瘤的作用尚需进一步研究来证实。

1.4 成纤维细胞

成纤维细胞也是肿瘤基质中最主要的细胞之一，但肿瘤基质中的成纤维细胞却是一种“被激活的成纤维细胞”［30］，被称为肿瘤相关成纤维细胞（CAF）。与正常成纤维细胞相比，CAF中高表达平滑肌细胞的表面标志，因此又称为肌成纤维细胞［31］。目前猜测CAF由正常成纤维细胞突变、内皮细胞或MSC转化而来，但学者们对其具体来源观点尚不一致。CAF可促进肿瘤生长、血管化、产生炎症及转移［32］。它可通过分泌基质细胞衍生因子（SDF）－1α和 MMP－1来影响肿瘤细胞的迁移；通过激活TGF－β和血小板衍化生长因子C（PDGF－C）信号转导通路来影响肿瘤细胞生长。David等［33］研究发现，成纤维细胞与骨肉瘤细胞共培养后，与炎症相关的IL－6、粒细胞集落刺激因子（G－CSF）和粒细胞巨噬细胞集落刺激因子（GM－CSF）等水平明显升高，因此认为成纤维细胞可促进骨肉瘤形成过程的炎症反应。

2 新生血管

在骨肉瘤发生过程中，骨肉瘤组织快速生长使其处于缺氧、营养匮乏的状态，这就要求血管新生以满足其生长需要。肿瘤组织血管生成需要肿瘤细胞或基质细胞分泌刺激因子，引起内皮细胞增殖及基底膜和细胞外基质降解，然后内皮细胞迁移、重构，以出芽方式形成新的毛细血管。VEGF是肿瘤血管生成中最重要的因子，它在许多骨肉瘤细胞系中高表达。Tzeng等［34］研究表明，IL－6可通过激活骨肉瘤细胞中的凋亡信号调节激酶1（ASK－1）／p38／激活蛋白－1（AP－1）表达来激活 VEGF，促进肿瘤血管生成。另有研究［35］表明，CCL5／CCR5轴也可促进VEGF诱导的血管生成。实际上，在肿瘤缺氧的情况下，CCL5／CCR5轴不但能够诱导血管生成，还可以诱导高侵袭肿瘤细胞亚型生成［36］，在此过程中低氧诱导因子（HIF）起了关键作用。与正常血管相比，肿瘤新生血管十分异常，其组织混乱、层次感缺乏，这是由于在肿瘤组织中营养分布不均匀造成的。因此，抗血管生成治疗可使肿瘤血管生成正常化，并提高肿瘤的化疗敏感性［37］。

巨噬细胞在骨肉瘤肿瘤微环境的血管生成中发挥重要作用。近年研究发现，在IL－34作用下巨噬细胞可聚集并使血管生成加速［38］，而IL－8也有异曲同工之处，这在非小细胞肺癌中尤为明显［39］。在骨肉瘤中何种细胞因子与巨噬细胞关系最为密切，尚需进一步探讨。

3 骨肉瘤肿瘤微环境靶向治疗

随着对骨肉瘤肿瘤微环境认识的加深，学者们认识到靶向肿瘤微环境可能是骨肉瘤治疗的新方向。目前针对骨肉瘤肿瘤微环境的靶向治疗方法主要有靶向MSC介导的基因［40］、通过靶向抑制破骨细胞分化来抑制骨肉瘤造成的骨破坏［23，41－42］及靶向血管生成等。MSC介导的基因靶向治疗是基于MSC对肿瘤组织的趋向性，使基因修饰的MSC作为投送药物的细胞载体。破骨细胞在骨肉瘤形成过程中的作用仍具有争议，但研究［43］证实靶向作用于破骨细胞形成过程中的巨噬细胞集落刺激因子（M－CSF）和 核 因 子－κ B 受 体 活 化 因 子 配 体（RANKL）可抑制骨肉瘤所造成的骨破坏。双膦酸盐类药物可通过抑制破骨细胞分化和功能来抑制骨丢失。有研究显示，这些药物靶向作用于骨肉瘤细胞同样具有抑制肿瘤生长作用，且能增强骨肉瘤对化疗药物的敏感性［44－45］，同时还能抑制骨肉瘤血管生成［46］。但这类药物能否用于骨肉瘤的临床治疗还存在争议。贝伐单抗作为血管生成靶向治疗中的VEGF抗体目前正处于二期临床研究，其与化疗药物同时治疗肺癌已通过临床验证［47］，但是否能用于骨肉瘤的临床治疗还有待更多研究。值得一提的是，趋化因子受体家族成员CXCR4与VEGF关系十分密切，可能可成为抑制肿瘤血管生成的靶点［48］。HIF－1α是肿瘤血管生成的关键因子，在低氧条件下 HIF－1α能增加 VEGF表达［49］，因此其为潜在靶点毋庸置疑。此外，过表达STAT3与肿瘤进展密切相关，STAT3抑制剂CDDD－Me能明显抑制骨肉瘤细胞增殖且诱导细胞凋亡［50］，新的STAT3抑制剂LLL12能直接抑制骨肉瘤肿瘤模型中的血管生成［51］。因此，STAT3可能是骨肉瘤血管靶向治疗的新靶点。除STAT3外，雷帕霉素靶蛋白（mTOR）抑制剂FIM－A可抑制骨肉瘤细胞增殖并减少 VEGF和 HIF－1α的分泌［52］。

综上所述，肿瘤微环境可能在骨肉瘤发生发展中发挥重要作用。对骨肉瘤肿瘤微环境的深入研究将为骨肉瘤早期诊断及有效治疗带来希望。肿瘤微环境靶向治疗在体外实验和动物实验上已显示出了有效作用，但还缺乏确切的临床资料来支持。这些靶向治疗在抗骨破坏及抗血管生成的同时，是否会对机体正常组织造成影响和产生不良反应，仍有待深入研究。

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