向茜茜 綜述,張 曦,楊世杰 審校
(全軍血液病中心/第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院血液科,重慶 400037)
·綜 述·
骨髓基質(zhì)細(xì)胞相關(guān)分子在急性髓系白血癥發(fā)生、發(fā)展中的表達(dá)及意義*
向茜茜 綜述,張 曦△,楊世杰 審校
(全軍血液病中心/第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院血液科,重慶 400037)
白血病,髓細(xì)胞,急性;黏附分子;細(xì)胞外基質(zhì)
造血微環(huán)境是由骨髓基質(zhì)細(xì)胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)構(gòu)成,其對(duì)造血干細(xì)胞定居、增殖、分化、發(fā)育和成熟起到重要的支持和調(diào)節(jié)作用[1]。BMSCs是起源于胚胎發(fā)育的間充質(zhì)干細(xì)胞,可分化產(chǎn)生成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等,在造血干/祖細(xì)胞的定居、增殖、分化、發(fā)育、成熟、釋放、遷移、凋亡等生理病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。正常的造血過(guò)程需要造血干細(xì)胞和造血微環(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(huì)對(duì)造血干細(xì)胞的性狀和功能產(chǎn)生較大的影響,導(dǎo)致白血病的發(fā)生。急性髓系白血病(acute myelogenous Leukemia,AML)是造血系統(tǒng)的克隆性疾病,源于造血干細(xì)胞的惡性增殖,產(chǎn)生無(wú)效造血,具有較強(qiáng)的植入和侵襲能力。較多的研究指出AML患者的BMSCs出現(xiàn)了重要的性質(zhì)和功能的改變,且其數(shù)量有明顯地減少,對(duì)未成熟的造血細(xì)胞支持能力減弱。BMSCs是造血微環(huán)境的重要組成部分,通過(guò)與白血病細(xì)胞的黏附作用、分泌細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM),在AML的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。
BMSCs 和白血病細(xì)胞表面均表達(dá)多種黏附分子,根據(jù)黏附分子其編碼基因結(jié)構(gòu)的同源性及產(chǎn)物的功能特點(diǎn),將其分為6個(gè)家族,包括免疫球蛋白家族、鈣黏素家族、選擇素家族、血管附著素家族、整合素家族及CD44等黏附分子家族。這些黏附分子介導(dǎo)了細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的直接接觸,通過(guò)這些黏附作用發(fā)揮各自的作用。正是BMSCs和白血病細(xì)胞間的相互接觸,使BMSCs對(duì)白血病細(xì)胞的存活和增殖發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用。
血管細(xì)胞黏附分子1(VCAM1)是免疫球蛋白超家族中的重要成員,表達(dá)于骨髓間質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及一些造血細(xì)胞,主要為BMSCs所分泌。VCAM1是整合素家族B1組VLA-4 的配體,VCAM1與VLA-4共同介導(dǎo)了造血細(xì)胞對(duì)間質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)的黏附,在干細(xì)胞的歸巢方面起重要作用。間質(zhì)細(xì)胞表面黏附分子的改變,引起了骨髓龕中造血細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞的交互作用,導(dǎo)致機(jī)制信號(hào)的損害,出現(xiàn)腫瘤基因突變和基因的不穩(wěn)定性,從而形成不正常的間質(zhì)微環(huán)境,使造血細(xì)胞分化受阻。國(guó)內(nèi)外均有報(bào)道顯示,在初診AML骨髓基質(zhì)細(xì)胞中VCAM1呈低水平表達(dá)[2-5]。VCAM-1及VLA-4兩者相互作用后還可能使干細(xì)胞不能接受正常的增殖分化信號(hào),從而出現(xiàn)白血病干細(xì)胞的無(wú)限增生和分化受阻,促進(jìn)了白血病細(xì)胞的惡性增殖[4,6]。國(guó)內(nèi)李學(xué)剛等[2]研究表明,AML患者復(fù)發(fā)期骨髓基質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)液中VCAM-1的水平高于緩解期,其在有髓外浸潤(rùn)患者中表達(dá)增高,推測(cè)可能與AML的復(fù)發(fā)及髓外浸潤(rùn)具有一定的相關(guān)性。
細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1,CD54),是目前研究最多的黏附分子,表達(dá)于骨髓造血細(xì)胞和BMSCs,主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞上,其配體為L(zhǎng)FA-1(CD11a)。兩者通過(guò)參與BMSCs與腫瘤細(xì)胞的黏附和對(duì)腫瘤細(xì)胞免疫殺傷這兩個(gè)過(guò)程,影響腫瘤細(xì)胞的存活與侵襲力。國(guó)內(nèi)有研究報(bào)道,通過(guò)對(duì)AML基質(zhì)細(xì)胞上ICAM-1分子進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示其陽(yáng)性率高于正常對(duì)照組;且經(jīng)DA方案化療后,ICAM-1陽(yáng)性率高的患者比陽(yáng)性率低的患者療效差[7]。ICMA-1這種黏附特性的增強(qiáng),有利于白血病細(xì)胞在受損的微環(huán)境下的增殖、侵襲能力增強(qiáng),白血病細(xì)胞的自我保護(hù)及抗藥性提高,可能使殘留白血病細(xì)胞重新獲得增殖優(yōu)勢(shì)。
黏附分子對(duì)誘導(dǎo)白血病細(xì)胞耐藥和抑制其凋亡產(chǎn)生了重要的作用[8]。已有研究表明,骨髓中神經(jīng)細(xì)胞黏附分子(NCAM,CD56)、ICAM-1、VCAM-1表達(dá)的增高,與白血病細(xì)胞的髓外浸潤(rùn)密切相關(guān),AML細(xì)胞可能通過(guò)黏附機(jī)制介導(dǎo)其浸潤(rùn)的發(fā)生[9-10]。
鈣黏素是介導(dǎo)Ca2+依賴性細(xì)胞間黏附的一大類黏附分子,屬于跨膜糖蛋白家族,已知一定類別和分化階段的造血細(xì)胞及BMSCs表達(dá)E-鈣黏素、N-鈣黏素、VE-鈣黏素。E-鈣黏蛋白(E-cadherin,CDH1)是黏附分子鈣黏蛋白超家族的重要成員,主要表達(dá)于上皮細(xì)胞,為一種膜糖蛋白,形成關(guān)鍵的細(xì)胞間黏附。有研究報(bào)道E-cadherin在AML的BMSCs中被檢測(cè)到,其mRNA水平增高[11]。近期的研究還發(fā)現(xiàn)E-cadherin也表達(dá)于幼紅細(xì)胞及向下分化的成熟紅細(xì)胞,在紅系白血病中出現(xiàn)特征性表達(dá)[12-13]。在骨髓造血微環(huán)境中,N-鈣黏蛋白(N-cadherin)表達(dá)于正常造血干細(xì)胞龕中的成骨細(xì)胞,同時(shí)也在部分造血干細(xì)胞中表達(dá),介導(dǎo)成骨細(xì)胞與造血干細(xì)胞間的相互作用[14]。在AML發(fā)生時(shí),白血病干細(xì)胞定位于骨髓造血干細(xì)胞龕中,并處于靜息狀態(tài),使得白血病干細(xì)胞能夠耐受化療藥物的殺傷作用,出現(xiàn)抗藥性[15-16]。
CD44屬于黏附分子大家族,是細(xì)胞表面的跨膜糖蛋白,表達(dá)于選擇素E的一種透明質(zhì)酸受體。早期已有研究發(fā)現(xiàn)其通過(guò)與骨髓微環(huán)境中龕內(nèi)的選擇素和透明質(zhì)酸結(jié)合,參與白血病細(xì)胞的歸巢、浸潤(rùn)[17]。近期有研究發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)CD44表達(dá)水平增高的白血病干細(xì)胞具有較強(qiáng)的侵襲力,且與白血病復(fù)發(fā)有關(guān)[18]。另外有研究指出CD44可能通過(guò)與BMSCs的黏附,從而阻止AML細(xì)胞凋亡,增強(qiáng)白血病細(xì)胞的增殖、存活能力[19]。
選擇素是血管黏附分子大家族中的一大類成員,屬于跨膜糖蛋白家族,為典型的Ⅰ型穿膜糖蛋白。骨髓內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)E-選擇素和P-選擇素,而選擇素配體在造血細(xì)胞表達(dá)。選擇素與其配體結(jié)合,形成BMSCs與造血細(xì)胞的黏附。在Ca2+的參與下,P選擇素介導(dǎo)造血細(xì)胞黏附到內(nèi)皮細(xì)胞的表面,從而在腫瘤的轉(zhuǎn)移中起到的重要作用。有研究報(bào)道E-選擇素、P-選擇素在初診AML患者中活性增高,可能與預(yù)后相關(guān)[8]。
基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(SDF-1,CXCL12)是趨化因子CXC亞家族成員,由BMSCs及內(nèi)皮細(xì)胞分泌釋放,又名CXCL12,趨化因子受體(CXCR4)為其受體。SDF-1與骨髓基質(zhì)細(xì)胞緊密相連,黏附后為白血病細(xì)胞提供生長(zhǎng)和耐藥的信號(hào),在白血病發(fā)生和發(fā)展中起了非常重要作用[20]。SDF-1與CXCR4共同介導(dǎo)了AML 細(xì)胞黏附至基質(zhì)細(xì)胞,與白血病干細(xì)胞歸巢、殘留、增殖相關(guān)[21]。兩者的共同作用還保護(hù)AML細(xì)胞免于自身凋亡及藥物誘發(fā)的凋亡[22]。曾東風(fēng)等[23]報(bào)道,CXCR4高表達(dá)于AML細(xì)胞中,其表達(dá)的程度與AML浸潤(rùn)、耐藥等存在相關(guān)性。國(guó)外也有研究報(bào)道,CXCR4的表達(dá)上調(diào),使BMSCs對(duì)化療藥物產(chǎn)生耐藥性[24]。
BMSCs有豐富的胞漿,并產(chǎn)生ECM。BMSCs分泌到細(xì)胞表面的ECM部分為一些蛋白多糖和氨基葡聚糖。BMSCs及其ECM多與造血細(xì)胞的黏附有關(guān)。整合素的大部分配體是細(xì)胞外基質(zhì)成分,如纖維連接蛋白、層黏連蛋白及膠原等。
纖維蛋白1(FN1)是一種重要的基質(zhì)蛋白,與細(xì)胞黏附、遷徙及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。有研究報(bào)道與健康人群的BMSCs比較,初診AML的BMSCs中FN1的表達(dá)下調(diào)[25]。細(xì)胞黏附分子緩慢抗原-4(VLA-4)是一種重要的黏附分子,它屬于整合素家族,大量表達(dá)于白血病細(xì)胞。VLA-4通過(guò)與BMSCs表面的FN1相互作用,激活PI3K/AKT/BCL-2信號(hào)通路,提高bcl-2的表達(dá),從而保護(hù)白血病細(xì)胞免于失巢凋亡及藥物誘導(dǎo)的凋亡,誘導(dǎo)白血病細(xì)胞產(chǎn)生抗藥性[26-27]。
Ⅳ型膠原纖維(collagen Ⅳ)是構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分,而變性的Ⅳ型膠原纖維促進(jìn)了AML細(xì)胞的遷移和黏附[28]?;|(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)有助于ECM的更新,對(duì)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移起了關(guān)鍵作用。MMP-2是降解Ⅳ型膠原的主要酶,屬于鋅離子依賴性內(nèi)肽酶家族成員。Wang等[29]研究證實(shí)MMP-2及其抑制物TIMP-2在AML中出現(xiàn)異常表達(dá)。朱希山等[30]報(bào)道在AML細(xì)胞和BMSCs共培養(yǎng)中,AML細(xì)胞的高侵襲力和MMP-2及TIMP-2高表達(dá)相關(guān)。MMP-7是MMPs家族中重要成員之一,亦稱基質(zhì)溶素,其主要作用底物為層黏連蛋白(LN)、纖維蛋白、蛋白多糖和核心蛋白。MMP-7與腫瘤脈管生成可能有關(guān)[31]。組織金屬蛋白酶抑制因子3(TMP3)能拮抗MMP活性,抑制腫瘤的生長(zhǎng)、血管形成、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移。國(guó)內(nèi)有研究報(bào)道正常BMSCs表達(dá)較高水平的TMP3,但在AML的BMSCs中出現(xiàn)其表達(dá)缺失[25]。
死亡關(guān)聯(lián)蛋白激酶1(DAPK1)是一種細(xì)胞凋亡前鈣調(diào)蛋白介導(dǎo)的絲氨酸/蘇氨酸鈣調(diào)蛋白激酶,從細(xì)胞外基質(zhì)中分離出來(lái),參與數(shù)個(gè)由IFN-γ、IFN-α、活化的Fas蛋白啟動(dòng)的細(xì)胞凋亡途徑[32]。有研究報(bào)道在AML中DAPK1被大量、頻繁地甲基化,從而可能導(dǎo)致在白血病的轉(zhuǎn)化中出現(xiàn)成熟受損及髓外浸潤(rùn)[33]。
Cx43是存在于細(xì)胞膜上的一種連接蛋白,是GJIC的主要成分。Cx43在急性白血病BMSCs間的GJIC表達(dá)是缺失的,可在有效的化療后恢復(fù)。GJIC在白血病BMSCs中,對(duì)細(xì)胞的增殖、細(xì)胞凋亡及共培養(yǎng)白血病細(xì)胞的藥物敏感性等方面起了重要的作用。目前大量的研究表明Cx43表達(dá)的強(qiáng)弱及GJIC功能的高低與腫瘤細(xì)胞的增殖能力成負(fù)相關(guān)。正常BMSCs可通過(guò)GJIC抑制白血病細(xì)胞增殖,且使白血病細(xì)胞停滯在G0期[34]。國(guó)內(nèi)外的研究均表明AML的BMSCs中Cx43的水平較健康對(duì)照組及化療后達(dá)到完全緩解的患者明顯減低,并出現(xiàn)定位異常,其GJIC亦明顯減弱[35-36]。
AML的發(fā)生、發(fā)展與造血微環(huán)境的功能及性質(zhì)的改變密切相關(guān)。BMSCs作為造血微環(huán)境的主要組成部分,通過(guò)與白血病細(xì)胞的黏附作用、分泌細(xì)胞外基質(zhì),在AML的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。BMSCs作為目前研究的熱點(diǎn),其功能及作用還有很多尚不明確,本文僅對(duì)其中部分機(jī)制和功能做了綜述。對(duì)其進(jìn)一步的研究有望為急性白血病的治療提供更多科學(xué)依據(jù)及方法。
[1]陳幸華,張曦,劉林.造血微環(huán)境異常與白血病研究進(jìn)展[J].重慶醫(yī)學(xué),2002,31(12):1172.
[2]李學(xué)剛,候麗君.復(fù)發(fā)性急性白血病患者血清和骨髓基質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)上清液中血管細(xì)胞黏附分子1的變化[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2010,14(6):1101-1104.
[3]Lubkova ON,Tzvetaeva NV,Momotyuk KS,et,al.VCAM-1 Expression on Bone Marrow Stromal Cells from Patients with Myelodysplastic Syndromes[J].Bull Exp Biol Med,2011,151(1):13-15.
[4]張曦,陳幸華,劉林,等.急性白血病骨髓基質(zhì)細(xì)胞生物學(xué)特點(diǎn)的觀察[J].重慶醫(yī)學(xué),2005,34(9):1299-1303.
[5]付相建,陳幸華.急性白血病骨髓基質(zhì)細(xì)胞體外培養(yǎng)的生長(zhǎng)特性及細(xì)胞外基質(zhì)的檢測(cè)[J].西部軍醫(yī),2006,8(1):28-30.
[6]Hall BM,Fortney JE,Taylor L,et al.Stromal cell expressing elevated VCAM-1 enhance the survival of B lineage tumor cells[J].Cancer Lett,2004,207(2):229-239.
[7]張宇明,江黎明,陳永振.急性髓性白血病患者骨髓基質(zhì)細(xì)胞ICAM_1的檢測(cè)及臨床意義[J].實(shí)用腫瘤學(xué)雜志,2004,18(3):28-210.
[8]Konopleva M,Konoplev S,Hu W,et al.Stromal cells prevent apoptosis of AML cells by up-regulation of anti-apoptosis proteins[J].Leukemia,2002,16(9):1713-1724.
[9]Liu K,Caldwell SA,Abrams SI,et al.Cooperative disengagement of Fas and intercellular adhesion molecule-1 function in neoplastic cells confers enhanced colonization efficiency[J].Cancer Res,2005,65(3):1045-1054.
[10]Stucki A,River AS,Gikic M,et al.Endothelial cell activation by myeloblasts:molecular mechanisms of leukostasis and leukemic cell dissemination[J].Blood,2001,97(7):2121-2129.
[11]Chen Q,Yuan Y,Chen T.Morphology,differentiation and adhesion molecule expression changes of bone marrow mesenchymal stem cells from acute myeloid leukemia patients[J].Mol Med Rep,2014,9(1):293-298.
[12]Armeanu S,Müller CA,Klein G.Involvement of E-cadherin in the Development of Erythroid Cells;Subject Heading[J].Hematology,2000,5(4):307-316.
[13]Ohgami RS,Chisholm KM,Ma L,et al.E-cadherin is a specific marker for erythroid differentiation and has utility,in combination with CD117 and CD34,for enumerating myeloblasts in hematopoietic neoplasms[J].Am J Clin Pathol,2014,141(5):656-664.
[14]Taichman RS.Blood and bone:two tissues whose fates are intertwined to create the hematopoietic stem-cell niche[J].Blood,2005,105(7):2631-2639.
[15]Calvi LM,Adams GB,Weibrecht KW,et al.Osteoblastic cells regulate the haematopoietic stem cell niche[J].Nature,2003,425(6960):841-846.
[16]Pajcini KV,Speck NA,Pear WS.Notch signaling in mammalian hematopoietic stem cells[J].Leukemia,2011,25(10):1525-1532.
[17]Stucki A,Cordey AS,Monai N,et al.Activation of vascular endothelial cells by leukemic blast cells:a mechanism of leukostasis[J].Blood,1995,86:435.
[18]Quéré R,Andradottir S,Brun ACM,et al.High levels of the adhesion molecule CD44 on leukemic cells generate acute myeloid leukemia relapse after withdrawal of the initial transforming event[J].Leukemia,2011,25:515-526.
[19]Yang CM,Luo SF,Hsieh HL,et al.Interleukin-1beta induces ICAM-l expression enhacing leukocyte adhesion in human rheumatoid arthritis synovial fibroblasts involvement of ERK,JNK,AP-l and NF-kappaB[J].J Cell Physiol,2010,224:516-526.
[20]Battula VL,Chen Y,Cabreira Mda G,et al.Connective tissue growth factor regulates adipocyte differentiation of mesenchymal stromal cells and facilitates leukemia bone marrow engraftment[J].Blood,2013,122(3):357-366.
[21]Perry JM,Li L.Disrupting the stem cell niche:good seeds in bad soil[J].Cell,2007,129(6):1045-1047.
[22]Blau O.Bone marrow stromal cells in the pathogenesis of acute myeloid leukemia[J].Front Biosci(Landmark Ed),2014,19:171-180.
[23]曾東風(fēng),孔佩艷,陳幸華,等.SDF-1及其受體CXCR4在急性白血病與淋巴瘤表達(dá)的初步研究[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)血液學(xué)雜志,2005,13(2):274-277.
[24]Yordanos Tesfai,Jette Forda,Carterb KW,et al.Interactions between acute lymphoblastic leukemia and bone marrow stromal cells influence response to therapy[J].Leukemia Res,2012,36:299-306.
[25]曹維克,許文榮,朱偉,等.骨髓間質(zhì)干細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞中FN1、NME2、TIMP3基因表達(dá)檢測(cè)[J].臨床檢驗(yàn)雜志,2006,24(2):106-109.
[26]Matsunaga T,Fukai F,Miura S,et,al.Combination therapy of an anticancer drug with the FNⅢ14 peptide of fibronectin effectively overcomes cell adhesion-mediated drug resistance of acute myelogenous leukemia[J].Leukemia,2008,22(2):353-360.
[27]Mahlknecht U,Schonbein C.Histone deacetylase inhibitor treatment downregulates VLA-4 adhesion in hematopoietic stem cells and acute myeloid leukemia blast cells[J].Haematologica,2008,93(3):443-447.
[28]Favreau AJ,Vary CP,Brooks PC,et al.Cryptic collagen IV promotes cell migration and adhesion in myeloid leukemia[J].Cancer Med,2014,3(2):265-272.
[29]Wang C,Chen Z,Li Z,et al.The essential roles of matrix metalloproteinase-2,membrane type 1 metalloproteinase and tissue inhibitor of metalloproteinase-2 in the invasive capacity of acute monocytic leukemia SHI-1 cells[J].Leuk Res,2010,34(8):1083-1090.
[30]朱希山,張斌,劉瑞,等.基質(zhì)金屬蛋白酶9在慢性粒細(xì)胞白血病患者骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中表達(dá)及其對(duì)造血干細(xì)胞黏附的影響[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13(14):2705-2708.
[31]Koskensalo S,Mrena J,Wiksten JP,et al.MMP-7 overexpressin is an independent prognostic mafker in gastric cancer[J].Tumour Biol,2010,31(3):149-155.
[32]Voso MT,Scardocci A,Guidi F,et al.Aberrant methylation of DAP-kinase in therapy-related acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndromes[J].Blood,2004,103(2):698-700.
[33]Greco M,D′Alò F,Scardocci A,et al.Promoter methylation of DAPK1,E-cadherin and thrombospondin-1 in de novo and therapy-related myeloid neoplasms[J].Blood Cells Mol Dis,2010,45(3):181-185.
[34]Zhang X,Liu Y,Si YJ,et al.Effect of Cx43 gene-modified leukemic bone marrow stromal cells on the regulation of Jurkat cell line in vitro[J].Leuk Res,2012,36(2):198-204.
[35]Rivedal E,Witz G,Leithe E.Gap junction intercellular communication and benzene toxicity[J].Chem Biol Interact,2010,184(1/2):229-232.
[36]劉耀,張曦,李忠俊,等.急性白血病化療前后基質(zhì)細(xì)胞上連接蛋白43表達(dá)及功能改變的研究[J].臨床血液學(xué)雜志,2008,21(3):117-120.
10.3969/j.issn.1671-8348.2015.29.009
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81270569)。
:向茜茜(1985-),碩士,主治醫(yī)師,主要從事造血微環(huán)境、急性白血病的基礎(chǔ)及臨床研究?!?/p>
,Tel:(023)68755609;E-mail:zhangxxi@sina.com。
R733.71
A
1671-8348(2015)29-4056-03
2015-04-07
2015-06-15)