乳腺癌骨转移过程中的分子机制
吴玲，王佳，吴英，夏添松
作者单位： 南京医科大学第一附属医院 乳腺外科
乳腺癌患者容易发生骨转移。乳腺癌骨转移依赖多种细胞因子及蛋白的参与，是癌细胞与骨微环境相互作用的结果。骨转移患者常见骨痛、病理性骨折等骨相关事件，严重影响了患者的生活质量及预后。了解乳腺癌骨转移的分子机制将有助乳腺癌骨转移患者的诊断及治疗。南京医科大学夏添松副教授为您解读参与乳腺癌骨转移相关因子及分子机制。
在发生转移的乳腺癌患者中，骨转移占50%~70%。主要或仅仅发生骨转移的患者虽然生存期长于发生其他部位转移的患者[3]，但常出现骨痛、病理性骨折、高钙血症、脊髓压迫等骨相关事件(skeletal related event，SRE)，产生严重损害，最终导致死亡[4]。1889年，英国Paget提出“种子-土壤”学说，强调了肿瘤细胞和靶组织的相互作用，认为肿瘤的转移不是随机的，乳腺癌细胞就像“种子”，骨微环境就是“土壤”，骨微环境为乳腺癌细胞提供必要的营养支持，乳腺癌细胞与骨微环境有一定的亲和性。研究发现[5]乳腺癌骨转移与生活因素(尤其是缺乏维生素D和服用非甾体类抗炎药)、原发肿瘤细胞RNA的表达、骨微环境中的代谢产物、癌细胞对破骨细胞分化的调节有关。乳腺癌是一全身性疾病已是共识，一些乳腺癌患者早期即出现血运转移。乳腺癌骨转移一旦发生基本无法治愈，且其分子机制至今仍未研究清楚[6]。本文通过查阅相关文献，就参与乳腺癌骨转移相关因子及分子机制综述如下。
1骨转移的相关过程及有关因子
乳腺癌骨转移是多步骤的级联反应过程，是多细胞多因子多分子参与的复杂过程。
1.1 乳腺癌细胞的定向迁移 趋化因子通过与特定细胞表面的特异性G蛋白偶联受体相结合发挥作用，吸引特定细胞定向移动。CXCL12（又称基质细胞衍生因子1）/CXCR4信号轴在乳腺癌骨转移中具有重要作用。此迁移作用依赖细胞自分泌的内皮生长因子（VEGF）。CXCR4和其配体CXCL12结合后能够促进癌细胞的增殖与侵袭，抑制其凋亡[7]。目前很多研究表明肿瘤细胞过度表达CXCR4，癌细胞转移的靶组织（肺、肝、骨）表达高水平的CXCL12，使癌细胞通过CXCL12/CXCR4信号轴向靶组织定向迁移[8-9]。同时，该信号轴能够加强人乳腺癌细胞系中MDA-MB-231细胞伪足形成、定向迁移和浸润作用，提高其侵袭性[10]，这也产生了对癌细胞转移的自然选择现象，使得更适应组织环境的恶性肿瘤细胞留存下来。抗CXCR4中和抗体可以封闭该信号轴对癌细胞的作用，故而该轴可以成为治疗乳腺癌骨转移的治疗靶点，抑制该轴的作用可以抑制乳腺癌细胞的增殖与转移，对肿瘤的生长与骨转移起到一定的抑制作用。
1.2 乳腺癌细胞的粘附 整合素是细胞表面异二聚糖蛋白，参与细胞与细胞外基质的结合反应。具有侵袭性的癌细胞高表达整合素β6，表达越多侵袭性越强[11]，并且，整合素β6的表达与乳腺癌患者的预后密切相关，表达越多预后越差。同时，纤连蛋白与人类的许多肿瘤转移表性有关[12]，在一些肿瘤转移模型中也参与了癌细胞的转移过程[13]，整合素和纤连蛋白间的相互作用促进了癌细胞向靶组织的侵入及转移，如整合素avβ6被发现在早期非小细胞肺癌组织中过度上调[14]。整合素avβ3通过与骨基质蛋白的结合抑制乳腺癌细胞死亡的信号，从而提高转移到骨的乳腺癌细胞的存活率，并通过与骨中的骨唾液蛋白等细胞外基质蛋白结合，介导乳腺癌细胞与骨小梁发生粘附，从而发挥调节乳腺癌细胞的迁移和可能发生的侵袭作用[6]。
1.3 乳腺癌细胞的侵袭 骨唾液酸蛋白（BSP）是细胞外基质中的一种酸性糖蛋白，在骨细胞外基质中参与骨代谢，血清BSP浓度可以反映破骨细胞的活性和骨吸收程度。原发性乳腺癌患者的血清BSP浓度升高提示可能出现早期骨转移，并且提示预后不良，术前血清BSP升高的乳腺癌患者在术后发生骨转移的危险性高。BSP表达阳性的癌细胞可以通过TGF-β1（转化生长因子β1）通路，使细胞外信号调节激酶磷酸化[15]，刺激转录激活蛋白-1产生，增加某些蛋白酶（如基质金属蛋白酶MMPs）的产生，促进癌细胞的血管浸润及转移。BSP也可以通过与整合素的结合促进癌细胞骨转移[6]。此外，由成骨细胞分泌的骨粘连蛋白能够提高乳腺癌细胞的侵袭能力；骨桥蛋白通过相应的整合素受体与破骨细胞结合，增强破骨细胞的活性，促进骨吸收[16]。
以上参与乳腺癌细胞从原发灶向骨组织转移的因子、蛋白等均促进了乳腺癌细胞的亲骨性转移，故而，这些因子及蛋白也可能作为治疗乳腺癌及乳腺癌骨转移的靶点，制备相应的抗体或抑制相应的因子的产生，抑制乳腺癌骨转移的多个途径，可以有效治疗乳腺癌及发生骨转移的乳腺癌。
2乳腺癌细胞与骨微环境
正常的骨稳态的维持依赖于成骨细胞参与的骨形成与破骨细胞参与的骨吸收作用，乳腺癌骨转移的过程就是此稳态逐渐被打破的结果，故而乳腺癌骨转移包括成骨性、溶骨性和混合性骨转移，其中溶骨性骨转移占骨转移乳腺癌患者的65%~70%[17]。
2.1 成骨性转移 哺乳动物成骨细胞特异性转录因子(Runx)家族蛋白与肿瘤密切相关，既能促进肿瘤发生又存在一定的抑癌作用，其调控基因的表达异常会导致肿瘤的发生[18]。过表达的Runx1具有致癌作用[19]，Runx2是成骨细胞的转录因子，参与成骨细胞的分化与骨组织的发育，其缺乏会导致成骨细胞发育受阻进而影响骨骼的合成[20]。Runx2是乳腺癌骨转移的主要激活因子[21]，其表达越高，癌细胞恶性程度越高，在激素受体均为阴性的乳腺癌患者体内常见其高表达，Runx2与雌激素受体表达呈负相关，雌激素主要调控乳腺癌细胞的增殖，Runx2主要调控癌细胞的分化与转移，且Runx2在一定程度上抑制雌激素对乳腺癌细胞的调控作用。Gokulnath等[22]也首次证实Runx2在MDA-MB-231细胞系中是转录激活因子-3（ATF-3）的目的基因。在乳腺上皮细胞恶性转化过程中，PI3K-Akt信号通路具有重要的作用，而该信号通路在其过程中就是通过下游信号分子Runx2实现的[23]。
2.2 溶骨性转移 乳腺癌细胞转移到骨组织后造成溶骨性破坏，并不是癌细胞对骨细胞的直接作用造成的，而是通过癌细胞分泌的一些细胞因子与骨微环境相互作用，造成破骨细胞的破骨作用加强而致的骨质破坏，乳腺癌细胞与骨微环境之间形成恶性循环，造成肿瘤细胞不断增殖生长与骨质的不断被破坏。该恶性循环主要是通过RANK/RANKL-OPG系统实现的。
成骨细胞中的细胞核因子κB受体活化因子配基（RANKL）是肿瘤坏死因子家族中的一种，表达于成骨细胞、骨基质细胞和激活的T细胞并由其释放，在正常骨髓中低水平存在，甲状旁腺激素相关蛋白（PTH-rP）可刺激成骨细胞分泌RANKL，破骨前体细胞分化成破骨细胞时必须的信号分子包括RANKL和巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）。乳腺癌细胞发生骨转移后，绝大多数情况下，骨微环境中的癌细胞受转化生长因子（TGF-β）的刺激产生大量PTH-rP，进而刺激成骨细胞分泌释放RANKL。RANKL与破骨细胞表面的细胞核因子κB受体活化因子（RANK）结合，促进破骨细胞的成熟，破骨作用加强。成骨细胞分泌的骨保护素（OPG）与RANKL之间有竞争关系，可抑制体内外破骨细胞的成熟与骨质的破坏，OPG与RANKL对破骨细胞的活性进行双向调节，两者的相对含量决定了破骨细胞的活性[6]。乳腺癌发生骨转移后，癌细胞可以分泌细胞因子使RANKL的表达增强，成骨细胞及其他与肿瘤相关的细胞如成纤维细胞、免疫细胞等OPG的表达被抑制，破骨作用加强，骨质破坏增多，骨基质中富含的胰岛素样生长因子（IGFs）、TGF-β、成纤维细胞生长因子（FGFs）等细胞因子释放增多，促进骨转移的发生；Ca2+增多，刺激乳腺上皮细胞分泌PTH-rP增多，又进一步造成破骨细胞活性增高，形成恶性循环，即“溶骨性骨转移-骨吸收恶性循环”。
第33届美国圣安东尼奥得克萨斯健康科学大学癌症治疗及研究中心与美国癌症研究学会年会（圣安东尼奥乳癌研讨会）上公布了一项研究结果[24]，与唑来膦酸组相比，地诺单抗(denosumab)（一种完全的人源性RANKL的单克隆抗体，影响RANK与RANKL结合，抑制破骨细胞活化和发展）组乳腺癌和骨转移患者的骨骼相关事件延迟5个月。故可得知此信号转导途径上的分子拮抗剂可以缓解乳腺癌骨转移。
3 结 语
乳腺癌骨转移是一个复杂的过程，为了深入了解其分子机制以更加有效地治疗并预防乳腺癌骨转移，以下问题亟待解决：能否找到敏感性与特异性均较高的血清学标志可以早期发现或连续监测乳腺癌的骨转移，以弥补影像学检查的不足；用药物治疗已发生骨转移的乳腺癌时常见SRE反复出现，能否通过基因工程阻断某条或者某些信号通路从而减少SRE的发生。
来源：选自医学空间战略合作伙伴 《 中国肿瘤外科杂志》2017年第9卷第1期 ， 转载请标明出处！
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