陳芯儀,孫瑞雪,吳 俁
(四川大學(xué)華西醫(yī)院血液科,四川 成都610041)
多發(fā)性骨髓瘤(MM)是來源于終末分化的B淋巴細(xì)胞的惡性腫瘤,以患者骨髓中大量漿細(xì)胞的克隆性增生為顯著特征。骨髓微環(huán)境在MM細(xì)胞的生存、增殖、遷移和耐藥中具有重要作用,并且直接影響疾病的臨床表現(xiàn)和預(yù)后[1]。在骨髓微環(huán)境中,各種細(xì)胞、細(xì)胞因子、細(xì)胞外基質(zhì)以及細(xì)胞內(nèi)外的信號分子形成一個(gè)功能齊備的整體,共同控制著干細(xì)胞的自我更新、分化、移動(dòng)等復(fù)雜精細(xì)的過程。維持骨髓微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)是保證人類正常生命活動(dòng)的必須條件[2]。骨髓基質(zhì)細(xì)胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)是骨髓微環(huán)境中支持MM細(xì)胞生長、增殖和介導(dǎo)骨質(zhì)破壞的關(guān)鍵細(xì)胞成分,而在基質(zhì)細(xì)胞中,炎性細(xì)胞在疾病的進(jìn)展中又起著不可替代的作用,巨噬細(xì)胞是炎性細(xì)胞之一。巨噬細(xì)胞在炎性組織中主要參與組織重建、炎癥和免疫,保護(hù)機(jī)體對抗感染及損傷,在某些特定的細(xì)胞因子作用下向腫瘤微環(huán)境定向移動(dòng),分化為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs),參與腫瘤的生存、增殖、浸潤、轉(zhuǎn)移并與預(yù)后不良相關(guān)。
MM存在多步驟、多階段的復(fù)雜發(fā)病機(jī)制,近年來主要集中在細(xì)胞遺傳學(xué)異常、分子生物學(xué)以及骨髓微環(huán)境與骨髓瘤細(xì)胞相互作用等幾方面的研究。
1.1 MM的細(xì)胞遺傳學(xué)和分子生物學(xué)異常 研究表明,在MM的發(fā)病機(jī)制中,染色體異常有著重要的意義,包括數(shù)目異常和結(jié)構(gòu)異常。90%的多發(fā)性骨髓瘤患者體內(nèi)均可檢測出染色體數(shù)目異常,超過一半為超二倍體,最常見的染色體改變是+3,+5,+7,+9,+11等,非超二倍體中最常見的是-8(8號染色體單體),-13,-14,-16,-17,-22。MM 染色體結(jié)構(gòu)的異常可見于所有染色體,染色體結(jié)構(gòu)異常最常見的是累及14q32(免疫球蛋白重鏈基因,IgH)的染色體易位,例如t(4,14),(14,16),t(14,20)等。IgH 易位常導(dǎo)致癌基因與IgH啟動(dòng)子或增強(qiáng)子毗鄰,在IgH啟動(dòng)子或增強(qiáng)子的控制之下表達(dá)失控,產(chǎn)生疾病表型[3,4]。
二代測序技術(shù)和外顯子測序發(fā)現(xiàn)骨髓瘤中缺乏統(tǒng)一的體細(xì)胞突變。最常見的突變?yōu)镹RAS(23%)和KRAS(26%),其次為 FAM46C(13%)和 TP53(8%)[5],NRAS和 KRAS突變基礎(chǔ)上附加 BRAF突變(4%)。在至少53%的骨髓瘤中ERK途徑至關(guān)重要,該途徑提供了一項(xiàng)迄今未被采用的治療策略。隨著測序樣本數(shù)量的增加,可能鑒定出靶向治療相關(guān)功能或信號通路的基因。例如,DNA和組蛋白甲基化是骨髓瘤中非常重要的生物學(xué)過程,它以t(4;14)骨髓瘤中組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶MMSET過表達(dá)為特點(diǎn),同時(shí)也存在其它甲基轉(zhuǎn)移酶的突變,如EZH2和MLL3。此外,組蛋白賴氨酸脫甲基酶,如KDM6A(也稱為UTX)在骨髓瘤中也能檢出缺失或發(fā)生突變,這些使得組蛋白甲基化成為藥物治療的共同靶點(diǎn)。
1.2 骨髓微環(huán)境與骨髓瘤細(xì)胞的相互作用 研究表明骨髓瘤細(xì)胞的生長、存活及耐藥的產(chǎn)生與骨髓微環(huán)境密切相關(guān)。骨髓瘤細(xì)胞定位于骨髓微環(huán)境后,通過瘤細(xì)胞和BMSCs的黏附觸發(fā)了白細(xì)胞介素-6(IL-6)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、腫瘤壞死因子(TNFA)、轉(zhuǎn)化生長因子B(TGF-β)等多種細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄和分泌,它們互相促進(jìn)分泌,形成龐大網(wǎng)絡(luò),與骨髓瘤細(xì)胞的增殖、生存、耐藥及骨髓瘤骨病的發(fā)生有密切關(guān)系,還促進(jìn)血管的生成[6]。
IL-6是MM最主要的通過自分泌和旁分泌產(chǎn)生的生長因子,目前認(rèn)為是促進(jìn)MM細(xì)胞生長和生存的關(guān)鍵性細(xì)胞因子。已證實(shí)部分MM細(xì)胞可自分泌IL-6,但骨髓環(huán)境中的IL-6主要來自BMSCs,在 MM細(xì)胞的增殖、凋亡,溶骨性改變及骨髓微環(huán)境中血管新生及耐藥等方面發(fā)揮重要作用[7,8]。IL-6活化 RAS依賴的MAPKL級聯(lián)信號途徑刺激瘤細(xì)胞的生長,活化JAK-STAT途徑維持瘤細(xì)胞生存;體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)IL-6可阻止皮質(zhì)類固醇激素、血清starvation和Fas效應(yīng)誘導(dǎo)的瘤細(xì)胞凋亡,提高瘤細(xì)胞的生存能力[9]。VEGF是目前發(fā)現(xiàn)的作用最強(qiáng)、特異性最高的促血管生成因子 ,研究發(fā)現(xiàn),MM細(xì)胞不僅表達(dá)VEGF而且表達(dá)其受體,在MM中,由于VEGFR在多種細(xì)胞表面表達(dá),導(dǎo)致了VEGF作用的多樣性。除刺激血管新生外,VEGF可刺激骨髓瘤細(xì)胞在纖維結(jié)合蛋白上遷移、增殖和存活,影響造血細(xì)胞的分化;增加B細(xì)胞的產(chǎn)生和髓系細(xì)胞的增殖;增加破骨細(xì)胞活性;抑制樹突狀細(xì)胞成熟等[10]。MM病理生理機(jī)制中也涉及一些其他重要的細(xì)胞因子,它們通過不同的機(jī)制或作用于不同的環(huán)節(jié)共同促進(jìn)了MM的發(fā)生與發(fā)展。骨髓微環(huán)境中,除細(xì)胞因子之間相互影響,還包括內(nèi)皮細(xì)胞、破骨細(xì)胞等細(xì)胞成分也可相互影響。
2.1 巨噬細(xì)胞功能 巨噬細(xì)胞來自于血液中的單核細(xì)胞,而單核細(xì)胞是由骨髓中的粒-單系祖細(xì)胞分化發(fā)育而成,以不成熟的形式從骨髓中釋放入血,然后從循環(huán)血遷移至組織 ,并在組織中進(jìn)一步發(fā)育成熟,分化成巨噬細(xì)胞。巨噬細(xì)胞存在于機(jī)體中幾乎所有的組織并得以不同的名稱,包括肝臟的kuffer cell、肺臟的肺泡巨噬細(xì)胞等,在局部微環(huán)境的作用下,巨噬細(xì)胞獲得其特殊表型特征[11]。巨噬細(xì)胞吞噬微生物和呈遞抗原至T細(xì)胞,從而構(gòu)成防御病原體入侵的第一道防線。還可通過多種細(xì)胞因子、趨化因子、蛋白水解酶和清道夫受體的表達(dá)來調(diào)控組織生長、平衡、修復(fù)和重塑。巨噬細(xì)胞組成一個(gè)極大的異質(zhì)性群體,且功能活性又不盡相同,有些功能甚至是互為相反的,例如巨噬細(xì)胞既可促進(jìn)炎癥亦可抑制炎癥;既具有免疫原性又可誘導(dǎo)免疫耐受;既導(dǎo)致組織破壞又有助于組織修復(fù)。
2.2 巨噬細(xì)胞表型的異質(zhì)性 巨噬細(xì)胞復(fù)雜多變的表型是由其在組織中的不同定位及激活狀態(tài)決定的,巨噬細(xì)胞在不同的刺激信號和調(diào)節(jié)性細(xì)胞因子的刺激下發(fā)生不同性質(zhì)的活化,從而產(chǎn)生兩種不同的類型,包括M1型巨噬細(xì)胞和M2型巨噬細(xì)胞[12]。細(xì)菌及其產(chǎn)物和機(jī)體分泌的干擾素-γ(IFN-γ)、腫瘤壞死因子(TNF)均可刺激巨噬細(xì)胞表達(dá)M1表型,M1型巨噬細(xì)胞具有較高的抗原提呈能力,大量分泌促炎性細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-1(IL-1),IL-6,IL-12,IL-23以及一氧化氮(NO)等,所以M1被認(rèn)為具有促進(jìn)炎癥反應(yīng)和抑制腫瘤的能力[13]。誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型分化的因子包括Th2細(xì)胞分泌的IL-4、IL-13等,每一特定的因子均可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞發(fā)生獨(dú)特的表型變化[14]。M2型巨噬細(xì)胞高表達(dá)抗炎細(xì)胞因子IL-4、IL-10、IL-13等,較低的表達(dá)促炎細(xì)胞因子;常高表達(dá)細(xì)胞表面清道夫受體,如甘露糖受體(MRC1/CD206)及血紅蛋白/結(jié)合珠蛋白清道夫受體(CD163)。M2巨噬細(xì)胞被認(rèn)為具有對抗炎癥和促進(jìn)腫瘤的能力[15]。但是,需要注意的是,這樣分類并不絕對,在一定條件下,M1與M2呈動(dòng)態(tài)變化,并且可以相互轉(zhuǎn)化的。
2.3 TAMs與腫瘤 巨噬細(xì)胞參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展,巨噬細(xì)胞不同極化類型對腫瘤的作用不同。M1型通過多種途徑殺傷腫瘤細(xì)胞,而M2型卻參與了腫瘤的發(fā)生生長侵襲和轉(zhuǎn)移的過程,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長,腫瘤血管生成以及腫瘤細(xì)胞遷移等作用[16]。腫瘤局部微環(huán)境使腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)向M2型巨噬細(xì)胞分化,有研究[17]認(rèn)為TAMs在腫瘤的起始階段表現(xiàn)為M1型,進(jìn)展階段則表現(xiàn)為M2型。大量研究顯示,存在于腫瘤組織中的TAMs大部分表現(xiàn)出M2的表型,且與腫瘤的治療和預(yù)后密切相關(guān)研究表明。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞促進(jìn)腫瘤生長的機(jī)制大多是對實(shí)體瘤的研究建立,研究顯示[18~21]TAMs的廣泛浸潤與乳腺癌、腎癌及膀胱癌等的不良預(yù)后相關(guān),在前列腺癌、肺癌及腦腫瘤中的作用尚有爭議。最近對于TAMs在血液系統(tǒng)腫瘤中作用的研究達(dá)到一個(gè)巔峰。在大多數(shù)淋巴瘤中,,高巨噬細(xì)胞浸潤與不良預(yù)后相關(guān),這種相關(guān)性在霍奇金淋巴瘤中更突出,而在非霍奇金淋巴瘤不明顯[22,23]。而非霍奇金淋巴瘤中,研究顯示[24]血管免疫母T細(xì)胞淋巴瘤中M2型的高表達(dá)與其不良預(yù)后相關(guān)。
3.1 腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移的機(jī)制 證據(jù)顯示,骨髓瘤相關(guān)的巨噬細(xì)胞來源于招募的單核細(xì)胞,而不是來自骨髓的單核細(xì)胞前體[25]。一旦單核細(xì)胞招募到早期腫瘤的微環(huán)境中,單核細(xì)胞可能會活化為M1。早期病灶內(nèi)巨噬細(xì)胞活化可能是多因素的:骨髓瘤細(xì)胞分泌炎性因子,促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化[25];腫瘤擴(kuò)散導(dǎo)致的局部組織破壞可能誘發(fā)或者增強(qiáng)先天免疫反應(yīng)和適應(yīng)性炎癥反應(yīng);骨髓瘤微環(huán)境構(gòu)成了局部的微小炎癥,既促進(jìn)骨髓瘤細(xì)胞表達(dá)Toll樣受體,又促使骨髓瘤細(xì)胞對Toll樣受體應(yīng)答.Toll樣受體是一種模式識別受體,既可以結(jié)合外源性配體(比如特異識別病原微生物進(jìn)化中保守的抗原分子,即pathogen-associated molecular patterns(PAMPS),病原相關(guān)分子模式)也可結(jié)合內(nèi)源性配體(例如常見的來自宿主細(xì)胞,如熱休克蛋白,在細(xì)胞應(yīng)激或組織損傷時(shí)產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)降解成分等。Toll樣受體結(jié)合各種配體通過不同的信號通路激活的癌基因和及其產(chǎn)物可導(dǎo)致強(qiáng)效的促炎反應(yīng)[27,28]?;罨陌┗颍ㄓ绕涫荝AS等)或者癌基因產(chǎn)物(融合蛋白)也可以直接誘發(fā)促炎反應(yīng)。通過上述不同信號刺激途徑,巨噬細(xì)胞活化增強(qiáng)促炎因子的合成和分泌,如 TNFα,IL-1β,IL-6,IL-8等,這些因子可促進(jìn)惡性細(xì)胞的生長、遺傳的不穩(wěn)定性及惡性細(xì)胞的克隆演變等[29],隨著腫瘤的生長及進(jìn)展,選擇壓力誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向 M2型分化[29]。在不同腫瘤類型,腫瘤不同部位,M1和M2的表型都不是絕對的,往往存動(dòng)態(tài)變化。
有研究表明,巨噬細(xì)胞具有殺瘤的內(nèi)在潛力,這是不利于惡性漿細(xì)胞生長的。但事實(shí)上,骨髓瘤細(xì)胞可上調(diào)整合素相關(guān)受體蛋白的表達(dá),即CD47。CD47則通過與骨髓瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞表面的信號調(diào)節(jié)蛋白α(SIRPa)相互作用,產(chǎn)生強(qiáng)效的抗吞噬信號[30]。絲裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase8,MAP3K8),又稱為腫瘤進(jìn)展位點(diǎn)2(tumor progressionlocus2,TPL2),為一種絲/蘇氨酸激酶,在固有免疫應(yīng)答及巨噬細(xì)胞的細(xì)胞因子分泌方面起重要作用,可調(diào)控多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,并維持多種抗炎及促炎因子的平衡[31,32]。TPL2的促炎或是抗炎是組織及環(huán)境特異的。研究數(shù)據(jù)[33]表明骨髓瘤相關(guān)細(xì)胞的TPL2依賴的抗炎或促炎通路是構(gòu)成性激活,TPL2激酶通過腫瘤細(xì)胞自主和非自主機(jī)制調(diào)節(jié)骨髓瘤的增長,TPL2是骨髓瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。巨噬細(xì)胞通過與腫瘤細(xì)胞的接觸與非接觸機(jī)制促進(jìn)瘤細(xì)胞的生存。巨噬細(xì)胞是骨髓瘤微環(huán)境中的一種重要成分,通過巨噬細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的相互作用從而激活信號通路保護(hù)瘤細(xì)胞免于藥物誘導(dǎo)的凋亡。研究發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞能夠通過抑制細(xì)胞凋亡蛋白酶途徑來阻斷藥物誘導(dǎo)的瘤細(xì)胞凋亡,尤其是細(xì)胞凋亡蛋白酶3和多聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)[34]。據(jù)觀察,巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的防止骨髓瘤細(xì)胞系或是原代骨髓瘤細(xì)胞凋亡均需要細(xì)胞與細(xì)胞之間的直接接觸。其機(jī)制可能為骨髓瘤細(xì)胞上的P-選擇素糖蛋白配體1(PSGL-1)、細(xì)胞間粘附分子1(ICAM-1)分別和和巨噬細(xì)胞上的 E/P選擇素和CD18之間的相互作用,刺激了SRC,ERK1/2激酶和c-MYC,并抑制了藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡蛋白酶的激活,使巨噬細(xì)胞保護(hù)骨髓瘤細(xì)胞免于藥物誘導(dǎo)的凋亡[35]。
巨噬細(xì)胞和破骨細(xì)胞屬同一造血細(xì)胞譜系,并且可以支持骨髓瘤細(xì)胞生存和發(fā)展,可通過共同的分子機(jī)制(促炎細(xì)胞因子和生長因子的產(chǎn)物),保護(hù)骨髓瘤細(xì)胞免于藥物誘導(dǎo)的凋亡[36]。這說明,定位于局部骨損部位且接近于骨表面的瘤細(xì)胞可受巨噬細(xì)胞的保護(hù),位于骨髓內(nèi)的瘤細(xì)胞也可能受到巨噬細(xì)胞的保護(hù)。破骨細(xì)胞和巨噬細(xì)胞也可以在骨髓瘤病灶通過共同途徑誘導(dǎo)血管新生[37]。近年發(fā)現(xiàn)[38],一類與骨表面具有相關(guān)性的巨噬細(xì)胞亞群稱為骨性巨噬細(xì)胞,可能參與骨的重塑及局部免疫監(jiān)視,但在骨髓瘤龕和骨髓瘤骨病中的發(fā)病機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。
3.2 血管生成 骨髓瘤是高度血管化的腫瘤,且血管密度的增加與疾病預(yù)后不良相關(guān)。骨髓瘤骨髓中微血管密度與CD163陽性巨噬細(xì)胞具有相關(guān)性,而CDl63僅表達(dá)于M2巨噬細(xì)胞[39]。因此,在多發(fā)性骨髓瘤中,巨噬細(xì)胞可能在"血管生成開關(guān)"中起重要的協(xié)調(diào)作用[40]。巨噬細(xì)胞也可通過細(xì)胞因子的分泌和血管網(wǎng)絡(luò)的生成以促進(jìn)血管生成。其誘導(dǎo)血管生成的主要機(jī)制是通過在腫瘤中血管生長不良的區(qū)域分泌血管內(nèi)皮生長因子A(VEGF-A)[41]。當(dāng)骨髓瘤病灶擴(kuò)大時(shí),瘤細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞之間的旁分泌通路確保了強(qiáng)大的血管新生:巨噬細(xì)胞分泌的VEGF促進(jìn)骨髓瘤細(xì)胞的生長和血管生成,導(dǎo)致骨髓瘤細(xì)胞不斷的分泌可直接促進(jìn)血管生成的VEGF-A和堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF),也誘導(dǎo)間質(zhì)細(xì)胞分泌VEGF-C和-D,通過與 VEGFR-3結(jié)合刺激骨髓瘤細(xì)胞的生長[42]。此外,活化巨噬細(xì)胞合成一氧化氮,能導(dǎo)致血管擴(kuò)張,增強(qiáng)血管生成[43]。最后,巨噬細(xì)胞分泌的血管生成因子可刺激肥大細(xì)胞遷移,而肥大細(xì)胞也可促進(jìn)血管生成[44]。Vacca和 Ribatti[45]等的研究表明,巨噬細(xì)胞通過"血管生成擬態(tài)"促進(jìn)MM血管網(wǎng)的形成;Scavelli[46]等也提出,骨髓巨噬細(xì)胞受 VEGF 和bFGF刺激而活化后,可獲得一種血管內(nèi)皮樣表型,這種能力與漿細(xì)胞腫瘤的進(jìn)展水平相一致,這在正常人和非活動(dòng)性MM和MGUS患者中是不存在的。
3.3 巨噬細(xì)胞在骨髓瘤治療中的地位 近十年來,多發(fā)性骨髓瘤不斷有新療法的問世,除了細(xì)胞毒性藥物化療,還包括高劑量化療后自體干細(xì)胞移植,蛋白酶體抑制劑和免疫調(diào)節(jié)劑(沙利度胺,來那度胺),這些方法為許多骨髓瘤病人延長了生存期,多發(fā)性骨髓瘤的治療主要是采取通過直接抗增殖對腫瘤細(xì)胞的影響[47]。盡管傳統(tǒng)的和新型制劑的成功,骨髓瘤仍然幾乎無法治愈。目前的治療方法,包括自體移植在內(nèi),在大多數(shù)患者中也不能治愈該病,甚至在同種異體移植后,復(fù)發(fā)也是常見的。據(jù)推測[48]這種持續(xù)嵌套在具有腫瘤保護(hù)性作用的壁龕內(nèi)殘留的腫瘤細(xì)胞構(gòu)成了主要復(fù)發(fā)機(jī)制,巨噬細(xì)胞 -腫瘤細(xì)胞的相互作用是維持骨髓瘤龕的動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵因素。因此,靶向治療可克服目前的治療方法的局限性,也有治愈該病的可能性。沙利度胺等免疫調(diào)節(jié)劑的體內(nèi)作用機(jī)制尚不清楚,LPS誘導(dǎo)的單核細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α的體外研究發(fā)現(xiàn),沙利度胺和它的類似物具有非常強(qiáng)烈抑制TNF-α產(chǎn)生的作用,提示沙利度胺及其類似物可能直接參與骨髓瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的活化或者極化。
可以根據(jù)巨噬細(xì)胞導(dǎo)致骨髓瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制設(shè)想利用骨髓龕中巨噬細(xì)胞活化及其功能的方法來治療骨髓瘤[49]:①通過M1極化信號分子,例如CD40激動(dòng)劑抗體,對巨噬細(xì)胞重編程使其保持M1表型。②通過抑制IL-10和阻斷TPL2,干擾M1向M2轉(zhuǎn)化的信號分子。③通過抗CD47抗體抑制骨髓瘤細(xì)胞的保護(hù)性信號,對瘤細(xì)胞和巨噬細(xì)胞相互作用的抑制從而增強(qiáng)殺瘤細(xì)胞效應(yīng)。④通過干擾MAP3K8的活性可以阻斷骨髓瘤龕位中巨噬細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的相互作用。⑤干擾骨髓微環(huán)境中單核細(xì)胞的募集或選擇性消耗的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞等,任何這些方法的組合可能具有累加或協(xié)同作用。
最新研究表明,巨噬細(xì)胞在惡性血液腫瘤的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用,因此,闡明巨噬細(xì)胞在骨髓微環(huán)境中功能變化的分子機(jī)制,將可能為未來腫瘤生物治療提供新的線索。而利用這些相互作用的治療方法可能是改善疾病預(yù)后并最終治愈骨髓瘤患者的關(guān)鍵。
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