肌纤维母细胞及其在口腔黏膜病损中的研究进展

2018-9-27 09:09  来源:广东医学
作者:杨引申 余挺 罗刚 葛林虎 阅读量:16417

    1971年,学者Gabbiani发现了一种兼顾成纤维细胞和平滑肌细胞特性的新型细胞-肌纤维母细胞(myofibroblast,MF)。MF是一种受细胞因子诱导而来,被激活的细胞状态,伴随着各种病理变化而生,它的转分化,增殖和凋亡处于动态的平衡之中。MF最重要的生物学特性就是胞浆内布满了弹性纤维蛋白,因此它获得了收缩、移动的能力。

    除了拥有与成纤维细胞同样的分泌胶原蛋白,修复组织损伤的能力,MF已知的功能有分泌细胞外基质,参与炎症反应,参与免疫反应的调节,参与多种肿瘤的形成和发展,但机制研究尚不完善,其他的功能也尚未完全清楚。

    在口腔的疾病研究中,MF参与了巨细胞肉芽肿、巨细胞瘤、牙龈增生等异常修复的过程。口腔鳞状细胞癌(OSCC)是最常见的口腔肿瘤,常由口腔黏膜疾病恶变而来,其形成、增殖和浸润与MF的促进作用密切。本文就MF的来源、生物学特性及与口腔黏膜病损的关系进行综述。

    1.MF

    1.1MF的概念和来源

    MF的概念是随着它的发现过程而逐渐形成的。Gabbiani等于1971在研究损伤修复的肉芽组织中发现了一种“被修饰过的成纤维细胞”。在电镜观察下,这些细胞与成纤维细胞(Fibroblast,NF)相比,结构上出现了3点差异:(1)细胞质内出现成捆的纤维束,类似在其他细胞中出现的平滑肌肌丝;(2)胞核边缘形态褶皱明显而非成纤维细胞胞核平滑边缘;(3)细胞表面通过纤维复合体附着于细胞外基质,类似于平滑肌细胞表面。

    1998年,Gabbiani将这种同时具有成纤维细胞与平滑肌细胞特性的细胞命名为MF。MF可以由多种细胞经诱导分化而来,如骨髓来源的细胞、间充质干细胞、上皮-间充质转化的上皮细胞、内皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)的内皮细胞、成纤维细胞(NF)、脂肪组织细胞,甚至一些周围性细胞。

    这些细胞作为前体细胞分化为MF需要经历两步骨架蛋白的修饰过程:(1)获得具有收缩功能的细胞质肌动蛋白组成的应力纤维和具有黏附作用的黏附纤维蛋白(adhesion fibrin);(2)在转化生长因子(TGF-β)为主的细胞因子诱导下,表达平滑肌肌动蛋白α(SMA-α)。在NF分化为MF及MF的稳定表达过程中,TGF-β家族中TGF-β1起主要作用,其诱导作用明显高于TGF-β家族中另外两种成员TGF-β2和TGF-β3。

    结缔组织生长因子(CCN2)对TGF-β1有协同作用,CCN2在多种纤维化疾病的血清中表达增高,在纤维化疾病中,转化而来的MF参与细胞外基质改建以及Ⅰ型胶原沉淀。血小板生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)、白细胞介素-1(interleukin,IL-1)也与SMA-α和黏附纤维蛋白的表达相关。γ干扰素通过引起阻遏蛋白(YB-1)穿梭至核内干扰TGF-β1基因转录而拮抗TGF-β1的诱导作用。

    1.2MF的鉴定及分型

    在炎症、损伤修复、纤维化、及癌前微环境的研究中,发现了MF可以表达不同类型的细胞骨架蛋白。基于在表型上的精确定义和鉴别,可对MF分化的程度和功能特点进行判断。这些蛋白中最主要的为表达在胞浆的波形蛋白(Vimentin)和SMA-α,其次为纤维型肌动蛋白(F-actin)、黏着斑蛋白(vinculin)、ED-A纤维黏着蛋白(ED-A fibronectin)。免疫组化分析结合形态学分析可以将MF鉴定区分。1.3MF的生物学作用自MF被发现,对于它的研究经历了来源、鉴定、功能、机制的阶段。在不同疾病中,MF的功能由于其来源和所处环境差异存在较大变异,同起源的MF之间的功能差异仍未知,这提示我们对于它的功能研究还有很大空间。

    MF具有收缩、合成和降解细胞外基质,产生胶原,分泌细胞因子、生长因子和炎性介质的作用。对于其功能的研究多分布在肿瘤的发生、发展,心肌纤维化,损伤修复和炎性肌纤维母细胞瘤。MF具有广泛的促炎作用,它可以分泌趋化因子、炎性细胞因子和前列腺素、黏附分子。黏附分子中的细胞间黏附分子(ICAM-1)、血管细胞黏附分子(VCAM)有助于淋巴细胞、肥大细胞和中性粒细胞促进免疫和炎症反应。小鼠MF分泌的白细胞介素-6(interleukin,IL-6)可以增强血液中巨噬细胞活化标记物精氨酸1和精氨酸酶1的表达,同时抑制脂多糖(LPS)诱导的一氧化氮的产生,从而加重白细胞释放氧自由基,增加血管通透性和炎性渗出。

    在实验性自身免疫性心肌炎模型中,心肌层的MF通过自分泌晚期炎症递质高迁移率族蛋白1(HMGB1)引起炎性级联反应和心肌胶原沉淀,导致心肌层纤维化。在胃食管返流病的食道黏膜中,MF上表达了跨膜受体Toll样受体4(TLR4),TLR4此前被认为广泛表达于参与宿主防御功能的单核巨噬细胞、粒细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞上。在TLR4配体LPS的激惹下,TLR4依赖的MyD88信号转导通路被激活,通过NF-κB信号激活了白细胞介素家族mRNA水平转录及其下游蛋白的翻译。在苯妥英钠引起的牙龈增生组织中,巨噬细胞信号受药物影响上调表达血小板生长因子PDGF,从而诱导结缔组织中MF形成参与后续修复过程。

    2.MF在口腔黏膜疾病的研究进展

    口腔黏膜上皮下结缔组织中含有大量间充质细胞如成纤维细胞、内皮细胞和周围细胞,这些细胞和细胞外基质在诱导细胞分化、损伤修复、炎症反应方面发挥重要作用。在口腔组织中,MF处于多因子调控网络中的动态平衡状态。根据其来源的环境,MF展现了不同的调节功能,其与疾病的相关程度已有较多报道,近2年来开始涌现出分子机制探索。

    2.1MF与口OSCC

    OSCC是具有不同程度鳞状分化的上皮性侵袭性肿瘤,占口腔恶性肿瘤的90%。从传统的成瘤机制理解,OSCC的发生的根本原因是基因水平改变,表现在组织内为靶内上皮异常增生。越来越多的研究证实:MF与上皮异常增生的程度和OSCC的病死率呈正相关。上皮与其基质的交互作用(epithelial mesenchymal interactions,EMIs)是肿瘤发生、发展的重要环节。在肿瘤基质细胞中,MF占绝大多数比例。正常上皮细胞处于增殖和凋亡的动态平衡中,癌变的上皮细胞动态平衡遭到破坏,上皮细胞逃离免疫监视而无限增殖都与MF的诱导作用有关。

    结缔组织中NF,一部分内皮细胞、周围细胞、平滑肌细胞和前脂肪细胞受TGF-β诱导分化为MF,此时,肿瘤组织当中的MF又被称为肿瘤相关纤维细胞(Carcinoma-associated fibroblasts,CAF)。由于MF具有收缩和黏附功能,因此MF获得向基质层和成瘤区迁移的能力。由MF介导的微环境可以诱导上皮细胞发生EMT,促进上皮永生化和恶性增殖。

    正常组织中,功能性细胞外基质(ECM)屏蔽了外界刺激,在损伤和组织稳态受损时,间质炎症信号使得前体细胞表达收缩微丝束,ECM开始僵化,在TGF-β1进一步刺激下,前体细胞表达SMA-α。SMA-α的产生导致ECM进一步收缩,从而建立机械反馈回路。在MF诱导的环境中,原始黏膜上皮细胞发生EMT转化、侵袭和恶性增殖。

    在癌前微环境中,MF在复杂的多细胞相互作用网络中也发挥着促瘤作用。MF通过自分泌和旁分泌趋化因子,生长因子和细胞外基质降解酶,协同免疫细胞一起促进血管形成,破坏基底膜屏障,并诱发肿瘤细胞向远处迁移。此作用与MF分泌肝细胞生长素(hepatocyte growth factor,HGF)、Ki67、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、金属基质蛋白(matrix metalloproteinase,MMP)-1、MMP-3、MMP-2、MMP-9、趋化因子2、趋化因子配体7有关。

    VEGF促进内皮细胞形成血管样结构,MMP能调节肿瘤细胞释放血管内皮生长因子以及招募血管周细胞促进肿瘤血管生成。另外MF分泌金属蛋白酶解聚素,与肿瘤细胞表面的整合素结合,促进肿瘤细胞的浸润和转移。

    2.2MF与口腔黏膜白斑和黏膜下纤维变性

    2005年WHO给出的口腔黏膜白斑(oral leukoplakia,OLK)的临床定义为:发生在黏膜表面的白色斑块,不能被擦掉,也不能诊断为其他任何疾病。口腔黏膜白斑是一种常见的癌前病变,具体机制尚不明确。主要病理改变是上皮轻、中、重度增生,重度异常增生实际就是未突破基底层的原位癌。关于MFs与OLK的关联性存在争议,有的研究在多样本OLK免疫组化切片中未发现SMA-α表达。如果将病变按上皮异常增生程度和侵袭性分型,则发现组织切片中SMA-α和成纤维激活蛋白(FAP)的表达与增生程度和侵袭性成正相关关系。

    将正常组织、OLK、OSCC组织分别进行SMA-α免疫组化染色后计数,发现表达依次递增且具有统计学意义,这提示我们可以将SMA-α染色指标作为癌前病变及癌变的预测性指标。口腔黏膜下纤维性变(oral submucous fibrosis,OSF)是一种慢性、具有癌变倾向的慢性炎症性口腔黏膜病,主要病理变化包括上皮组织增生或萎缩、上皮下结缔组织层胶原纤维堆积,玻璃样变。综合流行病学、病例对照研究的结果得知,咀嚼槟榔是OSF发病最主要的因素槟榔中的槟榔碱诱导NF分化为MF,此外它还可以诱导上皮细胞发生EMT。

    除了槟榔碱,NF表面的toll样受体被配体激活后也会促进其本身分化为MF,促进Ⅰ型胶原沉积。与正常组相比,OSF组纤维化程度与MF的表达量呈正相关。当黏膜受到反复的机械刺激,MFs分泌细胞外基质蛋白如胶原蛋白和纤维黏连蛋白增多,导致细胞外基质重组,胶原沉积。

    3.展望

    综上所述,伴随着疾病发生,细胞因子增多或减少诱导组织中的特定细胞分化为MF。MF通过参与非特异性炎症和免疫逃离直接或间接影响着癌前微环境,除了兼顾平滑肌细胞收缩功能和成纤维细胞的修复功能,MF在炎症、免疫调节中也发挥着重要的调控作用。探索肌纤维母细胞在癌前损害中的作用,寻找它与疾病发生、发展的关联,可以为肿瘤发展监测和治疗提供前瞻性的判断标准。

编辑: 陆美凤

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