SDF-1/CXCR4与血液系统恶性肿瘤的关系研究进展
【摘要】 基质细胞衍生因子(SDF-1)及其受体CXCR4相互作用转导特定信号,在许多生理和病理过程中都发挥了重要的效应。CXCR4在多种血液系统肿瘤中高表达，与疾病的预后、耐药、复发密切相关。用SDF-1抗体或CXCR4抗体能有效的抑制肿瘤细胞的生长，为血液系统肿瘤开辟了新途径。本文就SDF-1/CXCR4在血液系统肿瘤中的表达，及其与预后、耐药、复发和治疗关系的研究进展作一综述。
【关键词】 SDF-1;CXCR4;血液系统肿瘤;12G5
Research Advance on SDF-1/CXCR4 Axis Associated with Hematological Malignancies ——Review
Depatment of Hematology, Clinical Medical College， Southeast University, Nanjing 210009,China
AbstractThe stromal cell-derived factor 1(SDF-1) interacts with its receptor CXCR4 to transduction signals, playing important roles in most physiological and pathological processes. It is reported that CXCR4 is highly expressed in many kinds of hematological malignancies and closely related to the prognosis, drug resistance and relapse of deseases. The growth of tumor cells can be inhibited by the anti-SDF-1 antibody or anti- CXCR4 antibody, supporting a new way for the therapy against hematological malignancies. Their expression in relation with prognosis and drug resistance of hematological malignancies are summarized in this review.
Key wordsSDF-1;CXCR4; hematological malignancy; 12G5
基质细胞衍生因子（stroma cell-derived factor 1，SDF-1）与其特异性受体CXCR4作用不仅参与胚胎、血管、神经、心脏形成，还参与T、B等免疫细胞和造血干细胞发生及迁移等正常生理活动。近年来的大量研究表明，SDF-1和CXCR4与慢性炎症、多种肿瘤的特异性转移,尤其是血液肿瘤的耐药、浸润等病理过程有密切的关系，因此SDF-1/CXCR4已成为目前肿瘤研究的热点之一。
CXCR4在血液系统恶性肿瘤的表达
SDF-1是趋化因子CXC亚家族中的一员，命名为CXCL12,又称前Ｂ细胞刺激因子,分子量为8 000，其特征是Ｎ端的2个半胱氨酸中间隔1个其它氨基酸。基因序列高度保守，人与小鼠 SDF-1仅有1个氨基酸的差别。人SDF-1编码基因位于10号染色体长臂，Ｎ端1-8氨基酸为受体结合区,Ｃ端可增强Ｎ端作用。通过不同的剪接方式SDF-1可分为SDF-1α和SDF-1β二型。 SDF-1β在Ｃ端，比SDF-1α多4个碱基。二者的水解方式也不同，全长的SDF-1α（1-68）先水解掉Ｃ端的一个碱基，再水解掉Ｎ端的2个碱基，变成SDF-1α（3-67），而全长的SDF-1β（1-72）只进行Ｎ端的水解，然后成为SDF-1β(3-72)［1］。Ｎ端的水解均由与CXCR4共同表达于细胞表面的一种丝氨酸蛋白酶CD26/二肽基肽酶完成，N端水解将导致SDF-1的失活，但硫酸乙酰肝素可保护SDF-1免受CD26水解［2］。这个相互制约的过程对机体的调控是具有重要意义的。SDF-1可由许多器官构成性产生,但在骨髓中主要由骨髓内皮细胞和不成熟的成骨细胞分泌。CXCR4属于Ｇ蛋白偶联的7次跨膜的趋化因子受体,编码基因位于第4号染色体上。在体内许多细胞,如内皮细胞、基质细胞、神经细胞，尤其在造血干/祖细胞的表面,均有CXCR4的构成性表达,在大多数Ｔ细胞、所有的单核细胞和几乎所有的Ｂ细胞上均有表达。
白血病
CXCR4大量表达于各种血细胞和各型白血病原代细胞即白血病细胞株［3］。研究表明，急性白血病原代细胞不同程度的表达CXCR4,其中急性淋巴细胞白血病(ALL)和急性髓性白血病(AML)原代细胞均高表达CXCR4,尤其是 ALL原代细胞CXCR4表达明显高于正常对照组［3,4］。刘峥嵘等［5］应用流式细胞术检测70例B细胞急性淋巴细胞白血病(B-ALL)患者的免疫分型和细胞上的CXCR4的表达水平,发现92.9%的B细胞急性淋巴细胞白血病（B-ALL）患者高表达CXCR4,且CXCR4在B-ALL细胞的不同发育阶段有不同的表达水平。在早期免疫表型为CD10-/CD34+, CD10+/CD34+阶段的表达低于向成熟阶段分化的免疫表型CD10+/CD34-,CD10-/CD34-的B-ALL细胞上的表达,而且在较成熟表达CD10-/CD34-的急性B-ALL细胞上的表达最高。可见CXCR4在B-ALL细胞上的表达与细胞的分化程度相关。随着细胞分化阶段的增高,CXCR4表达也相应的增加。当B-ALL细胞上有CD13, CD33等髓系抗原表达时,CXCR4表达率明显降低，其原因可能是髓系抗原的表达提示该阶段细胞已向髓系分化，呈现髓系阶段特征。不同亚型的AML原代细胞CXCR4表达不同［3］，其中M3、M4、M5型表达显著增高,而在低分化型的M0、M1、M2和M6型的表达较低。 CXCR4是SDF-1的唯一受体,二者必须结合才能发挥其生物学效应。新近,曾东风等［4］用ELISA法检测了急性白血病患者外周血SDF-1的含量，发现白血病患者明显高于正常人,尤以ALL为甚,并进一步证实外周血SDF-1水平与骨髓细胞CXCR4表达具有一定的相关性，其具体机制尚待进一步研究。鉴于血液肿瘤中血清SDF-1和骨髓细胞CXCR4表达水平普遍升高, SDF-1/CXCR4可作为血液肿瘤的相关标志物并可用于临床检测，尤其是ALL原代细胞CXCR4高表达与其髓外浸润有关。Crazzolara等［6］对73例儿童ALL骨髓样本研究发现，髓外浸润组CXCR4的平均荧光强度高于无浸润组。 CXCR4的高表达可以预示有髓外浸润而不依赖于外周血白血病细胞的高低。不仅急性白血病细胞表达CXCR4,慢性白血病细胞也功能性地表达CXCR4。Barretina等［7］采用流式细胞术检测了51例B细胞慢性淋巴细胞白血病(B-CLL)患者细胞 CXCR4的表达，发现B-CLL患者CXCR4表达水平为正常人的5倍。他将51个病人按Binet分期系统分成3组：A组为35人，B组为3人，C组为13人。测定并比较3组患者的CXCR4的表达情况，结果发现各组间并无明显差异，提示在B-CLL患者中存在其它因素，而不是高表达CXCR4促进B-CLL白血病细胞浸润骨髓。Durig等［8］报道，慢性髓性白血病(CML)患者骨髓和外周血CD34+造血干细胞和正常人骨髓CD34+造血干细胞CXCR4表达无明显差异，也高表达CXCR4受体。
淋巴瘤
除在白血病细胞上异常表达外,相对成熟的淋巴瘤也大量表达CXCR4。 Bertolini等［9］报道，非霍奇金淋巴瘤(NHL)细胞也大量表达CXCR4,并发现NHL 细胞内SDF-1 mRNA仅比骨髓基质细胞L87/4和L88/5内SDF-1 mRNA表达稍低,是正常人的2-4倍。Hopken等［10］报道，霍奇金淋巴瘤细胞株大量表达CXCR4和CXCR7,并能在各自配体的诱导下发生趋化迁移。 Moller等［11］报道，多发性骨髓瘤细胞株U266 1970,U266 1984,Karpas 707, U-1958, L363,LP-1均功能性表达CXCR4和CCR1。SDF-1α与细胞株共同培养时虽然能诱发大多数细胞株(除U266 1984)发生迁移活动,但仅观察到LP-1, U-1958,L363有钙离子内流效应,提示钙离子内流效应在多发性骨髓瘤细胞的迁移机制中并不是必须的。
骨髓增生异常综合征
Matsuda等［12］检测了19例低风险的骨髓增生异常综合征(MDS)患者细胞表面CXCR4的表达和骨髓中SDF-1的水平,患者按FAB标准进行了分型:12例难治性贫血(RA),3例环行铁粒幼红细胞性难治性贫血(RARS),4例难治性贫血伴原始细胞增多(RAEB),发现RA型细胞表面CXCR4的表达在7例增高,5例降低。RARS型有2例增高,1例下降。RAEB型4例均降低。所有的患者骨髓SDF-1水平显著增高,但MDS各型细胞对SDF-1产生的趋化效应比正常人要小的多,且在MDS各型间无差别。还发现MDS患者凋亡细胞明显增多,在凋亡细胞与SDF-1产生的趋化作用和骨髓SDF-1水平相关性的研究中发现，骨髓SDF-1水平越高,凋亡细胞就越多,对SDF-1产生的趋化作用就越小。
SDF-1/CXCR4在造血系统肿瘤预
后判断和耐药评定中的作用早已证实，在AML病人中如出现FLT3/ITD、AML-1-CBFβ、PML-RAR等特定基因,则提示预后差,其机制尚不清楚。Rombouts等［13］研究发现，FLT3/ITD AML患者CD34+细胞CXCR4表达比FLT3/wt AML患者高。FLT3/ITD AML细胞既能提高细胞CXCR4的表达,又能提高表达CXCR4的细胞数量。当把FLT3/ITDs作单变量研究它与无复发患者(RFS)的相关性时发现，它能明显抑制RFS,但当把FLT3/ITDs与表达CXCR4的CD34+细胞联合分析时,它的作用就不再明显了。此现象提示AML患者CD34+细胞的CXCR4高表达预示预后差,儿童ALL患者CXCR4的高表达可能提示预后差［14］。Ishibe等［15］研究发现，CXCR4与IgVH基因的表达有一定的相关性，在表达IgVH基因的CLL患者同时表达较高水平的CXCR4 ，而IgVH基因的表达提示CLL预后较差。因此，检测成本相对较低的CXCR4检测有望代替IgVH而为判断CLL预后的一个重要因素。SDF-1与白血病细胞膜上的CXCR4结合,可诱导白血病细胞快速转移到骨髓成纤维细胞层,SDF-1能激活大分子VLA-4和VLA-5,并在此协同作用下选择性的定位于骨髓基质层,进而免受化疗药物的作用并维持其生长能力,参与骨髓微小残留病变,引起白血病的耐药和复发［16,17］。
SDF-1/CXCR4在造血系统肿瘤治疗
中的应用SDF-1/CXCR4不仅与造血系统肿瘤细胞生长、迁移、浸润、耐药密切相关,还与实体瘤的生长、转移、血管新生等方面起着重要的作用。采用生物学策略治疗肿瘤是当前肿瘤研究中的热点。近年来有大量报道用SDF-1抗体和CXCR4抗体对血液系统肿瘤进行免疫治疗的研究［18-20,25］。
白血病
Lataillade等［18］报道，SDF-1可通过PI3-K途径以自分泌／旁分泌的方式发挥抗凋亡作用，SDF-1还能上调白血病细胞抗凋亡基因bcl-2的表达,下调细胞凋亡标志物膜联蛋白V的表达,促使更多的G0期细胞进入G1期，并能加强TPO/SF增多S+G2/M期细胞的效应。用CXCR4单克隆抗体12G5阻断SDF-1生物活性能促使更多的HL-60细胞进入生长静止期,抑制白血病细胞的增殖活性,影响髓内残留白血病细胞的生存,阻止白血病细胞在正常骨髓基质层的黏附，使其失去基质层的支持而暴露于化疗药物被杀死［19］。Tavor等［20］将脐血单个核细胞和AML干细胞分别移植到2组NOD/SCID小鼠模型中,采取第一种方案:移植2天后对2组小鼠注射12G5(每周10 μg/ml)分别治疗3周和7周并观察疗效,发现经治疗后2组小鼠骨髓中植入细胞数、脾和外周血的细胞数均明显减少,尤其是治疗7周的小鼠AML 干细胞几乎检测不到。这一结果提示SDF-1/CXCR4在AML干细胞移植模型中对AML干细胞的归巢和繁殖有重要作用。在另一组实验中,采取第二种方案:移植3周后用相同剂量的12G5治疗2组小鼠，4-5周发现AML干细胞移植组的细胞数量仍显著减少,但是脐血单个核细胞移植组的细胞数量却没有太大变化。这表明CXCR4在造血干细胞移植的早期阶段发挥着重要作用。更重要的是AML干细胞对12G5的治疗比正常造血干细胞要敏感的多，提示12G5有可能作为治疗AML患者的一种新方法，如联合放化疗则可能取得良好的效果［21］。SDF-1除直接作用于抑制白血病细胞的活性外，还能协同化疗药物增强其杀伤白血病的效应。 Juarez等［22］报道，12G5及CXCR4拮抗剂TC140012等能够显著增强长春新碱和地塞米松对前B细胞株NALM6的杀伤作用,与化疗药物合用可减少药物用量。魏力等［23］报道了12G5和阿糖胞苷(Ara C)杀伤HL-60细胞的协同效应。在药物实验早期,12G5一方面使白血病基质对HL-60细胞的粘附减少,减弱其对白血病细胞的屏蔽作用,但另一方面12G5能促使更多的HL-60细胞进入生长静止期使化疗敏感性下降,导致Ara C 对HL-60细胞的早期杀伤作用减弱。随着12G5作用时间延长,更多的白血病细胞暴露于化疗药物,致使Ara C 对HL-60细胞的后期杀伤效应增强,且HL-60对Ara C的耐药性出现延迟,延长了化疗药物对白血病细胞的杀伤作用,提示12G5对骨髓残留白血病的治疗起着积极作用。
淋巴瘤
Bertolini等［7］将分别用CXCR4抗体和SDF-1抗体孵育过的淋巴瘤细胞株Namalwa，用经腹腔和经静脉二种方式注入小鼠建立了肿瘤模型，结果发现在腹腔注射组中注射了经孵育过的Namalwa细胞的小鼠比注射未孵育过的Namalwa细胞小鼠的体内肿瘤体积小,重量轻,以CXCR4抗体的作用最明显。而在静脉注射组中发现，所有注射未孵育过的Namalwa细胞的小鼠在36天内死亡,注射经SDF-1抗体孵育过的Namalwa细胞的小鼠在60天内死亡。而83%的注射CXCR4抗体孵育过的Namalwa细胞小鼠仍然存活，在150天内未发病，对此类小鼠的注射24小时后的外周血检测显示，32%-47%的Namalwa细胞表达凋亡标志物-膜联蛋白V,提示CXCR4抗体能有效地促使淋巴瘤细胞凋亡。为了证实CXCR4抗体非霍奇金淋巴瘤的可行性,Bertolini等［7］还做了有关CXCR4抗体毒性实验,结果证实体内实验和尸检中均未发现其毒性作用。研究表明，EB病毒在Burkitt淋巴瘤、霍奇金病、B细胞淋巴组织增生性疾病的发病机制中发挥着重要作用［24］。其中,仅经腹腔注射EBV(+)患者外周血单个核细胞的SCID小鼠长出 EBV(+)的人B细胞淋巴瘤(hu/SCID),且肿瘤多向高表达SDF-1的腹膜、肝脏和淋巴结处转移,其机制尚不清楚，推测SDF-1/CXCR4在淋巴瘤的生长和转移过程中起着积极作用。Piovan等［25］在体内对hu/SCID肿瘤细胞CXCR4的表达情况进行研究发现，hu/SCID肿瘤细胞可分为CD23low和 CD23int 2种亚型。CD23low细胞表面大量表达功能性的CXCR4受体,而CD23int细胞则以分泌 SDF-1为主。在SDF-1的刺激作用下CD23int细胞可向CD23low细胞转变。这一结果提示SDF-1/CXCR4轴在维持此二型细胞的稳态中起了关键的作用,很好地促进了hu/SCID肿瘤的生长。用SDF-1抗体或小分子CXCR4拮抗剂TC14012均能显著抑制hu/SCID肿瘤细胞的增殖。随着近年来RNA干扰技术的兴起和， Lapteva等［26］报道了用干扰性小分子RNA（siRNA）干扰乳腺癌细胞MDA-MB-231的CXCR4表达，结果发现乳腺癌细胞的侵袭力和黏附力明显下降，肿瘤生长缓慢，并且进一步证明缺乏CXCR4表达的乳腺癌细胞不能在SCID小鼠体内生长，此研究结果提示CXCR4对体内肿瘤生长和转移起着重要的作用，有可能作为乳腺癌治疗的靶点。总之,SDF-1/CXCR4在许多生理和病理过程中都发挥着重要的效应。随着其在血液系统肿瘤生长、浸润和耐药过程中作用机制的研究深入，SDF-1/CXCR4可能成为血液系统肿瘤治疗上的新靶点。
【】
1 De-La-Luz-Sierra M, Yang F, Narazaki M, et al. Differential processing of stromal-derived factor-1alpha and stromal-derived factor-1beta explains functional diversity. Blood, 2004; 103: 2452-2459
2 Sadir R, Imberty A, Baleux F, et al. Heparan sulfate/heparin oligosaccharides protect stromal cell-derived factor-1 (SDF-1)/CXCL12 against proteolysis induced by CD26/dipeptidyl peptidase Ⅳ. J Biol Chem, 2004; 279: 43854-43860
3 Mohle R, Schittenhelm M, Failenschmid C, et al. Functional response of leukaemic blasts to stromal cell-derived factor-1 correlates with preferential expression of the chemokine receptor CXCR4 in acute myelomonocytic and lymphoblastic leukaemia. Br J Haematol, 2000; 110: 563-572
4 曾东风,孔佩艳,陈幸华等. SDF-1及其受体CXCR4在急性白血病与淋巴瘤表达的初步研究.实验血液学杂志,2005; 13: 274-277
5 刘峥嵘,孔慧,张秋堂. 在急性淋巴细胞白血病的表达及其意义. 中国实验血液学杂志,2004;12: 441-444
6 Crazzolara R, Kreczy A, Mann G, et al. High expression of the chemokine receptor CXCR4 predicts extramedullary organ infiltration in childhood acute lymphoblastic leukaemia. Br J Haematol,2001;115: 545-553
7 Barretina J, Junca J, Liano A, et al. CXCR4 and SDF-1 expression in B-cell chronic lymphocytic leukemia and stage of the disease. Ann Hematol, 2003; 82: 500-505
8 Durig J, Rosenthal C, Elmaagacli A,et al. Biological effects of stromal-derived factor-1 alpha on normal and CML CD34+ haemopoietic cells.Leukemia, 2000;14:1652-1660
9 Bertolini F, Dell′ Agnola C, Mancuso P, et al. CXCR4 neutralization,a novel therape- utic approach for non-Hodgkin′ s lymphoma.Cancer Res, 2002; 62: 3106-3112
10 Hopken UE, Foss HD, Meyer D, et al. Up-regulation of the chemokine receptor CRR7 in classical but not in lymphocyte predominant Hodgkin disease correlates with distinct dissemination of neoplastic cells in lymphoid organs. Blood, 2002; 99: 1109-1116
11 Moller C, Stromberg T, Juremalm M, et al. Expression and function of chemokine receptors in human multiple myeloma.Leukemia, 2003; 17: 203-210
12 Matsuda M, Morita Y, Hanamoto H, et al. CD34+ progenitors from MDS patients are unresponsive to SDF-1, despite high levels of SDF-1 in bone marrow plasma. Leukemia, 2004; 18: 1038-1040
13 Rombouts E, Pavic B, Lowenberg B, et al. Reration between CXCR4 expression, FLT3 mutations, and unfavorable prognosis of adult myeloid leukemia. Blood, 2004; 104: 550 -557
14 Schneider P, Vasse M, AL Bayati A, et al. Is high expression of the chemokine receptor CXCR-4 of predicative value for early relapse in childhood acute lymphoblastic leukaemia? Br J Haematol, 2002; 119: 579-580
15 Ishibe N, Albitar M, Jilani IB, et al. CXCR4 expression is associated with survival in familial chronic lymphocytic leukemia,but CD38 expression is not. Blood, 2002; 100: 1100-1101
16 Matsunaga T, Takemoto N, Sato T, et al. Interaction between leukemic-cell VLA-4 and stromal fibronectin is a decisive factor for minimal residual disease of acute myelogenous leukemia. Nat Med, 2003;9: 1158-1165
17 Burger JA, Kipps TJ. Chemokine receptors and stromal cells in the homing and homeostasis of chronic lymphocytic leukemia B cells. Leuk Lymphhoma, 2002; 43: 461-466
18 Lataillade JJ, Clay D, Bourin P, et al. Stromal cell-erived factor 1 regulates primitive hematopoiesis by suppressing apoptosis and by promoting G0/G1 transition in CD34+ cells: evidence for an autocrine/paracrine mechanism. Blood, 2002; 99: 1117 -1129
19 魏力, 孔佩艳, 陈幸华等. 抗CXCR4单克隆抗体对细胞HL-60粘附性及Bcl-2、Fas蛋白表达的影响. 中国实验血液学杂志, 2004; 12: 436-440
20 Tavor S, Petit I, Porozov S, et al. CXCR4 regulates migration and development of human acute myelogenous leukemia stem cells in transplanted NOD/SCID mice.Cancer Res, 2004; 64: 2817-2824
21 Ponomaryov T, Peled A, Petit I, et al. Induction of the chemokine stromol-derived factor-1 following DNA damage inproves human stem cell function.J Clin Invest, 2000; 106: 1331-1339
22 Juarez J, Bradstock KF, Gottlieb DJ, et al. Effects of inhibitors of the chemokine receptor CXCR4 on acute lymphoblastic leukemia cells in vitro. Leukemia, 2003; 17: 1294-1300
23 魏力,孔佩艳,陈幸华等.抗CXCR4单克隆抗体12G5对阿糖胞苷杀伤HL-60细胞效应的影响.中国实验血液学杂志,2005; 13: 269-273
24 Rickinson AB, Kieff E. Epstein-Barr vinus. In: Fields BN,Knipe DM,Howley PM, eds. Fields virology. Philadelphia, PA: Lippincott-Raven. 2001: 2511-2627
25 Piovan E, Tosello V, Indraccolo S, et al. Chemokine receptor expression in EBV associated lymphoproliferation in hu/SCID mice: implications for CXCL12/CXCR4 axis in lymphoma generation. Blood, 2005; 105: 931-939
26 Lapteva N, Yang AG, Sanders DE, et al. CXCR4 knockdown by small interfering RNA abrogates breast tumor growth in vivo. Cancer Gene Ther, 2005; 12: 84-89
