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乳腺癌骨转移机制的研究进展
浏览次数:2662   发布人:admin   发布时间:2010年05月27日  【字号

                   乳腺癌骨转移机制的研究进展

                           马文静

    乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一,而且70%~85%的晚期患者最终会发生骨转移[1]。由于骨具有独特的解剖结构和生理病理状况,乳腺癌在骨组织形成转移灶时,发生骨的破坏,常引起一系列的症状,如癌性骨疼痛、骨质疏松、高血钙症、脊髓压迫和病理性骨折等,严重影响患者的生存质量。而在乳腺癌骨转移的治疗上,目前尚无理想的根治方法。显然,深入研究乳腺癌骨转移的分子和细胞学机制,为乳腺癌骨转移的预防和治疗提供新的药物靶点,以便在骨转移启动和发展的早期,用药物干预以控制其发展有重要的临床意义。

乳腺癌骨转移有溶骨性、成骨性及混合性,其中溶骨性骨转移占80%~85%[2]。本文就溶骨性骨转移的发生机制作一综述。

1 乳腺癌细胞的脱离和外侵

乳腺癌细胞脱离原发肿瘤,突破细胞外基质(ECM)屏障是形成癌转移的重要步骤。基质金属蛋白酶(MMPs)在这一过程中起重要作用。MMPs是一组依赖于Zn离子的内肽酶家族,自1962年Goss等人首先发现第一种间质胶原酶并命名为MMP-1,至今在MMP家族中至少发现20余种。每种MMPs都有其作用的底物,降解细胞外基质和基底膜大分子物质。正常状态下,MMPs和金属蛋白酶组织抑制因子(TIMPs)保持平衡,调节细胞外基质和基底膜的完整性[11]。当这种平衡被打破时,ECM代谢发生异常,可导致并促进疾病的发生。    

国内外大量研究表明,在乳腺癌中有多种MMPs的高表达,与肿瘤的生长、浸润及转移密切相关,其中又以MMP-2、MMP-9、MMP-7、MMP-3等作用最重要。根据文献报道,MMPs在溶骨性骨转移初始阶段是十分重要的,不仅通过降解细胞外基质,突破基质屏障,促使肿瘤侵袭;还可以调节细胞粘附功能,加强整合素与胶原蛋白、纤维连接蛋白等的结合,对肿瘤细胞在细胞外基质中的移行产生影响;另一方面还通过促毛细血管增生、新生血管生成等,促进肿瘤生长和扩散。Tester等[14]通过基因转染,将pro-MMP-2 基因转入人乳腺癌MDA-MB-231细胞株中,发现转基因后的肿瘤细胞侵袭能力明显增加。转pro-MMP-2基因的肿瘤细胞种植于裸鼠体内,肿瘤生长迅速,成瘤时间明显缩短,出现脑、肝、骨和肾脏转移的几率显著增高,结果提示MMP-2不但参与了原发乳腺癌的生长,而且与肿瘤的远处转移密切相关。

2 乳腺癌细胞的趋化和迁移

肿瘤的转移并不是随机的,而是有选择性的,具有嗜器官性,趋化因子(Chemokine)在其中发挥着重要作用。趋化因子是一类能使细胞发生趋化运动的小分子细胞因子,可以诱导细胞骨架的改变、内皮细胞的粘附和细胞的迁移,参与肿瘤细胞移动、归巢和转移的控制。肿瘤转移好发部位的组织分泌趋化因子,与肿瘤细胞膜表面的特异性趋化因子受体结合,再通过G蛋白偶联受体传导信号,能诱导肿瘤细胞骨架重排,促使肿瘤细胞紧密粘附于内皮细胞,在特定组织中循趋化因子浓度梯度分布,从而引导不同的肿瘤细胞“归巢”入特定的部位。

骨基质细胞中存在着吸引乳腺癌细胞的趋化因子和粘附分子,促使乳腺癌细胞定向迁移至骨。目前研究较多的是成骨细胞分泌的基质细胞衍生因子1(SDF-1)和乳腺癌细胞表面趋化因子受体CXCR4。SDF-1属于趋化因子ELR- CXC亚家族,又名CXCL12。CXCR4是SDF-1唯一受体,高度保守。

Balkwill[16]等研究发现, SDF-1及其受体CXCR4相互作用形成的SDF-1/ CXCR4反应轴至少在23种不同类型的恶性肿瘤中高表达,介导肿瘤转移。Muller等[17]发现CXCR4在正常乳腺上皮组织低表达或不表达,而在人乳腺癌细胞﹑乳腺癌原发灶及转移灶中CXCR4显著高表达。趋化因子SDF-1在淋巴结﹑骨﹑肺等乳腺癌易转移的靶器官中含量丰富,促进乳腺癌细胞伪足形成、定向迁移和浸润。乳腺癌一般不转移到SDF-1含量低的器官如肾脏。

Kang等报道[18],CXCR4是乳腺癌骨转移的必须因子之一,可协同结缔组织生长因子(CTGF)、IL-11、骨桥蛋白(OPN)等共同促进 MDA-MB-231乳腺癌细胞的溶骨性骨转移。用抗体中和CXCR4或RNA干扰技术抑制CXCR4基因,CXCR4下调明显抑制乳腺癌小鼠模型中乳腺癌的侵袭和转移。以上研究结果均表明,CXCR4对乳腺癌生长和转移中具有重要的作用,以此为靶点的药物治疗可能成为一种新的抗癌疗法[19-20]

3 乳腺癌细胞的粘附

粘附分子(cell adhesion molecules,CAMs)通过介导细胞与细胞、细胞与细胞外基质粘附性,在乳腺癌转移过程的每一步都发挥重要作用[21-22]。同时,骨髓微环境也为乳腺癌细胞在骨组织中的粘附和生长提供了有利条件。骨髓中骨小梁呈网状分布,与血管窦紧密相邻,血供丰富,血流缓慢,使乳腺癌细胞与血管窦内皮接触机会增加,易于粘附。进入干骺端微循环系统的乳腺癌细胞,通过促血管生成以及降解细胞外基质,并在细胞粘附分子的作用下,到达骨内膜并粘附下来。迄今发现的细胞粘附分子包括钙粘蛋白家族、整合素家族、透明质酸粘素、选择素家族和免疫球蛋白超家族等,其中整合素家族、透明质酸粘素、钙粘蛋白家族都已经被证实与肿瘤转移密切相关。

整合素家族(integrin family,IF)是一类由α和β亚基以非共价结合的方式构成的跨膜异二聚体分子,主要介导细胞-细胞外基质的异质型粘附。迄今已发现16种α亚基和9种β亚基,按不同组合构成20余种整合蛋白。α和β亚基的不同组合决定了与细胞外配体结合的特异性,及与肿瘤细胞转移的组织特异性。在乳腺癌骨转移中,以整合素αvβ3研究的最多[23-24]。整合素αvβ3在正常的乳腺上皮细胞、乳腺癌细胞以及其他有骨转移倾向的肿瘤细胞中都有表达,在识别、结合、粘附过程中起了重要的作用,可与骨细胞外基质蛋白,如骨桥蛋白(OPN)、骨唾液蛋白(BSP)等羧基端的精-甘-天门冬氨基酸(Arg-Gly-Asp,RGD)即RGD序列结合,使表达αvβ3整合素的乳腺癌细胞容易粘附于骨基质,促进乳腺癌细胞骨转移的进程。而αvβ3拮抗剂和抗 RGD 多肽则能促进乳腺癌细胞凋亡、干扰肿瘤血管生成、减少溶骨性损害的发生率和程度。

透明质酸粘素(hyaladherin,HA)中成员CD44在乳腺癌、前列腺癌、骨髓瘤中均高表达,通过与骨髓内皮细胞表达的透明质酸(hyaluronic acid,HA)结合,介导细胞-细胞间的异质型粘附,参与肿瘤骨转移。Hill等 [29]报道,在CD44高表达的乳腺癌细胞株MDA-MB-231和MDA-MB-157中,用RNA干扰技术影响CD44表达后,可显著减少肿瘤细胞与骨髓内皮细胞粘附,抑制乳腺癌骨转移的发生。

钙粘附素家族(cadherin family,CF)中,目前在肿瘤骨转移方面研究较多的是E-cadherin。大多数研究认为,E-cadherin对肿瘤浸润与转移主要起抑制作用。肿瘤细胞表面的E-cadherin过表达,使肿瘤细胞间紧密接触,难以脱离原发瘤进入周围组织和血管,抑制肿瘤细胞转移。1996年有学者将转染E-cadherin的乳腺癌细胞株MDA-MB-231接种于裸鼠后,发现溶骨性骨转移的发生减少[30]。但最近Saha[31]等的研究提示,17株前列腺癌骨转移的细胞株中有12株(71%)共表达E-cadherin和β-cadherin,而22株无骨转移的前列腺癌细胞株中仅有4株 (18%)共表达E-cadherin和β-cadherin (P<0.001)。该结果与既往研究存在争议,提示E-cadherin在肿瘤骨转移中的作用机制仍需进一步探讨。

4 乳腺癌细胞和骨细胞之间的相互作用

骨骼的完整性包括它的形态学发生和塑形变化,主要由成骨细胞(Osteoblast,OB)和破骨细胞(Osteoclast,OC)两种功能相反的细胞调节。正常情况下,破骨细胞引发的骨吸收和成骨细胞引发的骨形成保持动态平衡,维持骨塑形和骨质稳态。

乳腺癌骨转移常表现为溶骨性骨破坏,是由破骨细胞的骨吸收作用造成。骨保护素(osteoprotegerin,OPG),核因子-κB受体活化因子配体(Receptor activator of nuclear factor kappa beta ligand,RANKL),核因子-κB受体活化因子(Receptor activator of nuclear factor kappa beta,RANK)即OPG/ RANKL/ RANK信号传递途径从分子生物学角度阐述了破骨细胞分化和激活机制。OPG、RANKL 和 RANK均属肿瘤坏死因子(tumor nucrosis factor,TNF)家族成员,前两者在成骨细胞和骨基质细胞表达,后者在破骨细胞前体表面表达。RANKL通过和RANK结合,诱导破骨细胞的成熟和活化,最终导致骨吸收。而OPG作为RANKL的可溶性诱骗受体(decoy receptor),与RANKL 结合后,可抑制RANKL 与 RANK的结合,从而抑制破骨细胞前体的分化和成熟。RANKL 和OPG的表达水平可反映骨吸收的程度:RANKL 过多将增加骨吸收;OPG过多则抑制骨吸收。因此,调节成骨细胞分泌两者的比例则可调节破骨细胞的活性。

另外,OPG也能结合并中和其他TNF配体[35],如TNF相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand,TRAIL),从而抑制其生物学活性。Holen[36-37]等研究发现,在乳腺癌病人体内分离出的骨髓基质细胞和乳腺癌细胞,均具有产生OPG的能力,能抑制TRAIL与肿瘤细胞膜上的凋亡诱导受体结合,使乳腺癌细胞免受TRAIL诱导的凋亡,从而,增加其在骨组织微环境中的生存机会,这可能也是乳腺癌发生骨转移的一种机制。

乳腺癌细胞也分泌一些细胞因子如甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroid hormone-related peptide,PTHrP)、IL-8、IL-11、IL-6 、M-CSF等,参与调节破骨细胞的活化。PTHrP是溶骨性破坏的主要调节因子之一,通过诱导成骨细胞RANKL和减少OPG的表达,间接激活和调控破骨细胞的分化,促进溶骨性骨吸收。同时,PTHrP和骨中的转化生长因子(transforming growth factor beta,TGF-β)还介导了一个刺激溶骨性骨损伤的恶性循环。TGF-β是正常乳腺和前列腺癌细胞的一个重要负生长调节因子,但在晚期肿瘤中却是一个促癌因子。乳腺癌细胞分泌PTHrP刺激破骨细胞的活性,促进骨吸收,导致骨中的生长因子释放,如TGF-β、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF-1)、骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)等,其中含量丰富的TGF-β又可刺激乳腺癌细胞产生PTHrP,进一步活化破骨细胞,促进骨吸收。

Guise [43-44]等通过复制乳腺癌骨转移小鼠模型,发现乳腺癌骨转移灶的PTHrP 明显增加。骨转移灶中80%~90%的的乳腺癌细胞有PTHrP 的表达,而其他非骨器官中则只有17%。并在后来的实验中发现,在小鼠体内注入PTHrP可促进乳腺癌的骨转移,而注入 PTHrP 中和抗体则抑制骨转移形成。

许多研究均一致认为, PTHrP在乳腺癌骨转移过程中起到了非常重要的作用。但Henderson[48]等通过对526例乳腺癌患者的前瞻性研究,却提出PTHrP在乳腺癌原发灶中的表达可以改善预后,使癌细胞侵袭性降低,是骨微环境中的各种因子影响了肿瘤骨转移特性。有关PTHrP在肿瘤骨转移中的具体作用与机制尚存在争议,还需进一步研究。

综上所述,乳腺癌细胞通过直接或间接作用诱导破骨细胞的生长和成熟;反过来,破骨细胞介导的骨吸收破坏又将骨基质中的各种生长因子释放出来,从而促使肿瘤生长和骨破坏。这种肿瘤细胞与骨转移灶微环境之间的交互反应所构成的恶性循环,进一步加剧骨破坏,增加肿瘤负荷。

总之,乳腺癌骨转移是一种比较复杂的过程,不是用单一某一种机制可以解释的,其中有些作用环节还需作进一步研究。随着分子生物学技术的进步,对乳腺癌骨转移的细胞分子水平的机制会有更进一步的了解, 从而进一步开发出合理的预防和治疗手段,给乳腺癌及其骨转移的治疗带来更广阔的前景。

 

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