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乳腺癌与脂肪来源的间充质干细胞的关系研究

2020-08-05 202 上传者：管理员

摘要：脂肪来源的间充质干细胞(adipose-derived stem cells,ADSCs)对乳腺癌细胞的影响备受关注。尽管大部分基础实验研究证明ADSCs具有“促肿瘤”的作用,但是临床病例调查分析结果却有所不同。本文系统性回顾了ADSCs的生物学特性,ADSCs在乳腺癌肿瘤微环境中的作用,ADSCs对乳腺癌细胞的影响以及自体脂肪填充或移植的临床现状,对实验室基础研究及临床现状进行综述。

关键词：
乳腺癌
促肿瘤
研究进展
脂肪来源的间充质干细胞
自体脂肪填充
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乳腺癌是严重威胁女性身体健康的恶性肿瘤,临床较为多见,在许多国家发病率偏高,部分患者因此而死亡[1]。对于该疾病的治疗,临床上仍以外科手术为主,同时配合其他治疗方式,能够在一定程度上缓解病情,延缓进一步发展。部分患者术后会出现胸壁凹陷畸形或上肢淋巴水肿,因此会采取自体脂肪填充或移植的方式矫正畸形,减轻水肿,提高治疗效果,促进患者恢复并达到美观的效果[2]。对于局部补充ADSCs的作用研究成果众多,部分学者认为可以有助于提高移植成活率[3],促进术后瘢痕恢复[4]。由于其具有抗瘢痕、抗炎和抗凋亡的旁分泌作用,因此可能会成为人体干细胞库重要来源,在组织工程中发挥关键功效,作为种子细胞存在,在再生医学领域中成为细胞治疗的候选者[5]。许多学者认为ADSCs会对肿瘤细胞产生影响,但各自的观念有所差异,部分认为可以促进肿瘤进展,而另一些学者认为其可以对肿瘤产生抑制作用。有针对于ADSCs的研究显示,它可以抑制肿瘤进展,可能通过某些信号通路发挥作用[6]。而一些研究的结果则认为其是通过旁分泌、细胞-细胞信号等作用与肿瘤细胞相互作用以及影响它们的微环境从而促进肿瘤发生发展[5]。由此可见,乳腺癌术后应用自体脂肪移植既可以达到整形的目的,有效改善患者局部外观;又有可能促进残留癌细胞发展,不利于病情控制。有研究针对于乳腺上皮内瘤变患者进行脂肪填充,结果增加疾病的复发率[7]。本文就ADSCs的生物学特性及其对乳腺癌细胞的影响以及作用机制做一简单总结。

1、ADSCs生物学特征

ADSCs生物学特性类似于骨髓来源间充质干细胞(BM-MSCs),其具有自我更新及定向分化的能力,同时又具备归巢特性,趋向于缺损、炎症及肿瘤部位[8]。但ADSCs不完全等同于BM-MSCs,其具有自己的特征,首先体现在取材方面,来源丰富,方便且不会造成供者较大损伤;其次体现在分泌功能方面,可以分泌大量的细胞因子包括趋化因子和生长因子而作用于临近细胞。

1.1来源及表面标志

Rodbell等最早分离出ADSCs。上个世纪60年代,他们对大鼠脂肪组织进行研究,从中分离出含有上述成分的组分[9,10]。本世纪初,Zuk等[11]等对白色脂肪组织进行研究,从中分离出未分化多能干细胞群,发现其具有自我更新特征,命名为ADSCs。他们发现这些干细胞与BM-MSCs具有一定相似性,无论从形态学还是在细胞表型方面皆如此,并且能够进一步分化成其他细胞,包括脂肪细胞、软骨细胞、神经源细胞等[12,13]。

研究中对脂肪组织进行处理,消化后给予密度梯度离心,获得了脂肪组织血管基质组分(stromal vascular fraction,SVF),其中包括了4种细胞亚群,即:内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPs)亚群(CD31+CD34+ CD45-)、成熟的内皮细胞亚群(CD31+ CD34-)、周细胞亚群(CD146+CD90+CD31-CD34-)和动脉外膜外脂肪基质细胞亚群(CD34+CD45-CD31- CD146-)[14]。其中所占比例最小的为周细胞亚群,在1%以下,为ADSCs前体细胞,其表面标志包含有CD73,CD90和CD105等间质细胞表面标志。国际脂肪治疗与科学联合会(IFATS)与国际细胞治疗协会(ISCT)曾对ADSCs进行定义,认为其是CD34+的SVF细胞亚群[15],不同于ISCT单独定义的MSCs细胞表面CD34表达阴性[16]进行脂肪移植后,CD34+细胞比例并不完全相同,与移植物保留程度密切相关,受个体影响而有所差异[3]。

ADSCs可以有多种来源,其中腹部脂肪最为常见[17],也可以来自皮下和大网膜的脂肪组织[18],还包括乳腺癌术后取出的癌周脂肪组织[19]。ADSCs表面标志并不完全相同,不同组织之间存在差异,但也有相同的可能。Hanson等[20]等对ADSCs进行研究,选择两种不同来源的细胞,分别为乳腺组织与腹部,对比细胞表面表型,结果显示具有相似性,阳性表达CD29、CD73、CD90和CD105,阴性表达CD14、CD31、CD34和CD45。而Trivanovic等[21]对ADSCs进行研究,选择正常乳腺脂肪组织和乳腺肿瘤区域组织,从中分析出上述干细胞,结果显示前者CD34表达呈阳性,而后者呈现阴性。Yang等[19]对ADSCs进行研究,选择的是正常乳腺组织,结果显示ADSCs仅少量表达CD34,与上述结果不同。Ong等[18]对ADSCs进行研究,选择的是皮下脂肪来源的细胞,确定细胞表型,结果发现显著表达CD10,而大网膜脂肪来源的细胞则高表达CD200。

关于ADSCs的文献报道很多,结论有所不同,对其进行总结,细胞来源不同则表面标志表达会有所不同,但应表达间质标志,如CD29、CD44、CD73、CD90和CD105,不表达造血和内皮表面标志,如CD31和CD45。CD34的表达在各研究中结果有所不同,学者们将ADSCs细胞群命名为表达或不表达CD34的细胞群。

1.2归巢

目前对于MSCs的研究显示其具有归巢能力,可趋向于损伤、炎症和肿瘤部位[22,23]。当接受肿瘤照射后,会产生促进作用,使MSCs向此处聚集,可能与局部炎症或修复密切相关[24]。MSCs本身具有归巢能力,可以向多种肿瘤细胞显著定向移动,如黑色素瘤、纤维肉瘤、结肠癌、胰腺癌以及发病率并不高的卡波济肉瘤、尤文肉瘤,另外还有肾癌、乳腺癌及胶质瘤等[23,25]。MSCs具有归巢能力,可以趋向于这些癌组织,因此有学者提出其可被用作运载抗肿瘤分子靶向抗癌药物或基因疗法的载体,从而对治疗相关疾病起到重要的作用[26]。MSCs的定向迁移受细胞表面的信号分子、细胞因子和趋化因子影响。在归巢过程中,趋化因子-12(CXCL-12)及其受体CXCR-4发挥着重要作用,不但与MSCs迁移密切相关,而且和肿瘤血管生成紧密相连[27,28,29]。除此之外,许多其他因子也参与其中,如血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1)、单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)和(matrix metalloproteinase,MMP)等。Kidd等[30]发现脂肪和骨髓来源的MSCs均可被乳腺癌诱导至肿瘤部位。Zhang[31]等报道,当皮下注射ADSCs至肿瘤对侧乳腺区域,ADSCs可以通过循环归巢至肿瘤部位。

2、ADSCs和肿瘤微环境

乳腺癌肿瘤微环境包括多种组分,首先即为恶性肿瘤细胞,呈现出高度增殖状态,其次为良性组分,包括细胞外基质(ECM),肿瘤相关血管,另外还包括癌相关成纤维细胞(CAFs),MSCs也是微环境中的关键组成,还有巨噬细胞和肥大细胞[32,33]。肿瘤细胞本身具有诱导作用,通过所分泌的细胞因子促使骨髓源MSCs向病变部位聚集,外周脂肪中的ADSCs也发生了同样的迁移[34]大量集中于肿瘤部位,成为了微环境中关键的组成部分。微环境中ADSCs受到乳腺癌细胞诱导,还会向CAFs形态及表型分化,活力明显提高,对于肿瘤细胞的生长更有利[32]。

许多学者对肿瘤微环境中发生的变化进行研究,结果显示慢性炎症可以促进乳腺癌的发生发展,同时与其复发密切相关。巨噬细胞具有分泌能力,使得MMPs含量提升,进一步增强了肿瘤的侵袭能力[35]。DSCs本身可分泌炎症因子,IL-6、IL-7、前列腺素E2(PGE2),TGFβ等[8,32,36],含量增加,有效的抑制了肿瘤的局部免疫反应,同时使Treg细胞水平提高,抑制自然杀伤细胞,使其数量减少[37]。肿瘤微环境中的促炎因子,同样可作用于MSCs,使其分泌抗炎细胞因子,从而作用于肿瘤细胞,促使其发生免疫逃逸[38]。

3、ADSCs对乳腺癌细胞的影响

ADSCs对乳腺癌细胞的影响多面且复杂,其对乳腺癌细胞呈“促进”还是“抑制”作用,报道各有不同,笔者总结相关文献发现,ADSCs对乳腺癌细胞的EMT及迁移侵袭的影响是呈“促进”作用的,但是对其增殖的影响却有“促进”和“抑制”的不同报道。本文分别从以下几个方面进行总结。

3.1 ADSCs和上皮间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)

乳腺癌细胞从恶性程度低的表型向恶性程度高,侵袭性强的表型转变的一个重要机制就是EMT[39]。细胞本身具备的上皮特征在EMT过程中逐渐被替代,呈现出间质表型,这是一个复杂的动态变化的过程,细胞间质和上皮标志基因都发生了变化,前者呈现表达上调状态,而后者为表达下调,细胞外基质降解,细胞极性消失。发生上述变化后的细胞侵袭能力明显增强,更加有效抵抗细胞凋亡[40]。MSCs能够发生诱导作用,影响上皮样肿瘤细胞,出现形态学变化,功能也有所不同,大大提高了其迁移侵袭能力[34,41,42]。

乳腺癌细胞可受BM-MSCs和ADSCs诱导发生EMT,表现为EMT相关转录因子上调,如Slug、Snail和Twist1[8,41]。同时还会影响EMT相关粘附蛋白,E-cadherin下调, N-cadherin和Vimentin上调[41,43]。

3.2 ADSCs旁分泌和细胞-细胞的作用对乳腺癌进展的影响

目前有显示ADSCs可影响乳腺癌细胞进展,与其旁分泌和细胞-细胞的作用密切相关。Kuceova等[17]发现ADSCs条件培养基可对乳腺癌细胞产生影响,促使其发生EMT变化,促进微球体形成,同时有助于细胞运动能力的提升,这提示ADSCs对乳腺癌细胞的影响是通过旁分泌的方式发挥作用。有学者发现ADSCs促进乳腺癌细胞迁移的机制与外泌体介导的细胞-细胞接触机制密切相关,Wnt信号通路在其中起到重要作用[44]。Kuhbier等[45]将ADSCs与炎性乳腺癌细胞株T47D共培养,发现二者之间可以直接细胞接触。通过免疫荧光检测,显示彼此之间发生了囊泡交换融合,它们通过外泌体囊泡交换进行直接的细胞接触,乳腺癌细胞表型发生变化,恶性程度更高,转移率也随之提升。

3.3 ADSCs对乳腺癌细胞生长增殖的影响

Kucerova等[17,46]研究表明,ADSCs可促进多种乳腺癌细胞系增殖(SKBR3细胞除外)。但是Trivanovic[21]等对来源于正常组织和乳腺肿瘤区域的ADSCs制备条件培养基,其可以有效的抑制乳腺癌MCF7细胞生长增殖。Rowan An等[47]发现, ADSCs不能促进“三阴”乳腺癌细胞MDA-MB-231细胞的增殖,但是可以轻度提高雌激素受体阳性如MCF7和BT-474细胞的增殖。

3.4 ADSCs对乳腺癌细胞迁移和侵袭的影响

对乳腺癌患者进行研究,发现死亡的主要原因在于恶性肿瘤的转移和侵袭[48],以肺、骨、肝和脑转移为主[49]。有学者研究证实ADSCs与乳腺癌的转移和侵袭密切相关,在其中发挥了重要的促进作用[41,47,50]。Orecchion等[50]发现两种不同的CD34+细胞群都具有促肿瘤的作用,EPCs有助于新血管的形成,而ADSCs在局部促进肿瘤发展方面发挥的作用更明显。CD34-细胞的促肿瘤作用相对较弱,几乎不会影响肿瘤转移。ADSCs可以分泌乳腺癌转移的相关因子RANTES,在侵袭和转移方面发挥促进作用[51,52]。ADSCs分泌的MMP,作用于细胞外基质从而提高肿瘤细胞的侵袭和迁移能力[47]。

4、自体脂肪移植或填充的临床现状

自体脂肪移植或填充在整形外科中应用广泛,包括面部塑型、乳房再造、改善糖尿病足等[53],但自体脂肪移植与乳腺癌安全性的关系一直备受争议。Kaoutznis等[54]曾对这一问题进行研究,回顾分析了167例接受乳房重建自体脂肪移植的乳腺癌患者的预后情况,随访期间有近1/3者需要接受影像学检查,部分患者出现了可疑影像学表现,活检进一步明确结果,显示出现脂肪坏死、瘢痕或囊肿,并未发现恶性改变,随访期间未出现肿瘤复发病例。而以往有报道表明保留乳房的乳腺原位癌术后应用脂肪填充局部有较高的复发率[7]。Mann等[55]对自体脂肪移植和癌症复发之间的关系进行研究,认为这种治疗方式并不会增加疾病复发的风险,但却提高了活检的可能性,不必要检查的风险随之增加。而Orbay等[56]认为自体脂肪移植时应谨慎使用富含ADSCs的脂肪移植物,因其有增加乳腺癌复发的风险。笔者认为,尽管有报道临床应用自体脂肪移植或填充未引起乳腺癌复发,但仍缺少完善的评价体系及足够的循证医学证据,需要更大规模的多中心调查体系成立及随机双盲对照临床实验,因此对于携带BRCA1乳腺癌易感基因基因、乳腺癌TNM分级高、HER-2基因的过度表达、三阴乳腺癌的患者不建议自体脂肪移植或脂肪干细胞辅助自体脂肪移植,此类患者应用ADSCs作为基因治疗的载体也应该避免。

5、结语

从目前的基础实验情况来看,大部分认为ADSCs可以促进乳腺癌细胞的增殖与转移,提高其侵袭能力,促进其血管生成,但是很多临床病例调查分析结果却显示出脂肪移植并未促进乳腺癌的转移及复发。对此进行分析,考虑与多种因素有关,研究的局限性可能导致不同结果出现,患者的纳入标准、数量、随访的时间等也会产生影响,因此需要更细致严谨的基础实验研究,更严格的纳入标准以及多中心大样本的临床调查及随访。基于ADSCs定向分化及归巢的生物学特性,其作为靶向治疗肿瘤的载体未来可期,但其潜在的临床效用及风险依然需要更深入的研究。

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