乳腺癌骨转移的特异性相关因子

　　作者：顾长江综述， 张春辉， 倪启超审校 作者单位：(南通大学附属医院普外科， 南通 226001)

　　【关键词】 乳腺癌;骨转移;特异性相关因子

　　乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，其发病率占女性恶性肿瘤的6.7%～14.9%，死亡率仅次于肺癌，居第二位。相关资料报道女性乳腺癌的发病率由20世纪80年代的17/10万，增长到目前的53/10万。在经济发达地区，乳腺癌已成为危害妇女生命健康的主要恶性肿瘤。对乳腺癌的已手术为主的治疗虽然取得了很好的疗效，但术后的复发和转移仍是影响生存率和死亡率的主要因素。乳腺癌术后的远处转移以骨、肺、肝多见。有数据表明：骨转移的发生率较肝、肾高[1-2]。骨转移可导致骨痛、病理性骨折、神经压迫症状和高钙血症等并发症，目前对此只能采取姑息治疗。

　　由Paget提出的“种子和土壤”学说可能是乳腺癌经常侵袭骨的原因之一。但临床发现不同类型的肿瘤在定位生长和与骨基质的结合方面有明显差异。该学说不能解释为什么只有特定类型的肿瘤细胞优先转移到骨。对乳腺癌骨转移的机制研究发现：除一些肿瘤转移的普遍因素在骨转移中起作用外，乳腺癌有特异性的分子细胞学机制促进骨转移。对这些机制的研究已成为中外研究的热点。深入研究乳腺癌骨转移的特异性分子细胞学机制将会为骨转移的预防和治疗提供新的药物靶点。

　　1 特异性分子细胞学机制

　　1.1 趋化因子及其受体 趋化因子(chemokine)是一个促炎多肽细胞因子的超家族，是不同类型细胞分泌的低分子量(8～10 kD)的细胞因子。趋化因子受体属于G蛋白偶联受体超家族，其结构中有7个疏水的α螺旋跨膜片段。乳腺癌具有向特定部位转移的特点，尤其是向骨髓、肺、局部淋巴结和肝的转移。“土壤和种子”学说认为不同器官提供的癌细胞生长条件不同，适合于不同特异性癌生长;而“归巢理论”认为器官特异性阻滞或吸引特异类型癌细胞的能力是通过趋化因子完成的[3]。趋化因子及其受体通过细胞骨架蛋白重排、内皮细胞黏附，促使细胞定向迁移，在造血细胞的骨髓等特定器官组织的肿瘤靶向迁移过程中起着重要作用。骨基质中趋化因子与乳腺癌细胞上的受体相互作用，促进了乳腺癌的专一性骨转移。

　　Müller等[4]报道了在大鼠模型中CXCR趋化因子受体4(CXC chemokine receptor-4，CXCR4)与基质细胞衍生因子-1(stormal cell-derived factor-1，SDF-1)又称CXCR4的配体(CXCL12)共同作用导致乳腺癌转移后，为“归巢学说”的化学引诱理论提供了重要依据。Müller等对所有已知的趋化因子受体进行了分析，发现CXCR4和CCR7在原发灶及转移灶的乳腺癌细胞中均高度表达，CXCR4的配体CXCL12(SDF-1)在乳腺癌常见的转移部位淋巴结、肺、骨髓高表达。CXCR4介导癌细胞向SDF-1迁移，这种迁移依赖细胞自分泌血管内皮生长因子VEGF[5]。VEGF调节CXCR4的表达，这种作用为癌细胞侵犯时所必需但无助于细胞生存。另外研究表明，SOF-1趋化因子具有促进人乳腺癌细胞系MDA-MB-231细胞伪足形成、定向迁移和浸润的作用，而抗CXCR4中和抗体可封闭该作用[6]。虽然迄今为止已经提示CXCR4、CCR7、CXCL12(SDF-1)等可能成为乳腺癌治疗的靶分子或工具，但还需进一步研究以确认其有效性。

　　1.2 RANKL、RANK(RANKL的受体)、OPG 从上世纪80年代，人们已认识到成骨细胞对破骨细胞的调节作用。但到上世纪90年代才发现其分子学说基础。间质细胞表达的核转录因子κB配基激活剂(receptor activator of nuclear faxtor-κB ligand，RANKL)与巨噬细胞集落刺激因子(M-CSP)结合，可以在没有细胞和其他因子参与的情况下诱导造血干细胞产生破骨细胞[7]。与RANKL作用相对的是可溶性骨保护素(osteoprotegerin，OPG)，它抑制破骨细胞分化。成骨细胞可产生RANKL和OPG，然后通过两种相对因子比例的变化，从而调节破骨细胞的形成和活性。乳腺癌产生的PTHrP可通过上调成骨细胞的RANKL及下调OPG的表达介导骨质溶解，从而揭示乳腺癌溶骨性转移相关的分子机制[8]。RANKL的受体RANK在癌变和正常组织都表达。因此，肿瘤细胞产生的RANKL并不是诱导破骨细胞增殖的分子因素。Jone等[9]发现RANKL能促进RANK(receptor activator of nuclear faxtor-κB)的上皮细胞的迁移。在肿瘤转移的动物模型中，阻断RANKL能选择性阻断肿瘤细胞发生骨转移，但不能阻断向其他组织的转移。不分泌RANKL的肿瘤细胞可通过两种方式刺激破骨细胞分化：(1)刺激局部基质细胞产生RANKL;(2)分泌其他的细胞因子促进不依赖RANKL的破骨细胞分化。破骨细胞调节途径中的核心成分：RANKL、RANK和OPG为抗乳腺癌骨转移的分子治疗提供了新的机会。

　　1.3 甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroid hormone related protein， PTHrP) 1987年，Burtis等[10]从与高钙血症相关的恶性肿瘤组织中分离出一种具有全身作用的体液因子，其基因结构与甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)相类似，且具有与PTH相似的生物活性，后称之PTHrP[11]。PTHrP是在生命过程中广泛表达的一种分泌性蛋白质，生物作用多样，参与多种组织器官的生长发育，除正常组织外，PTHrP在人肿瘤组织如鳞癌、乳腺癌、肾癌和前列腺癌也表达，与其起源正常组织相比，呈持续性大量分泌。

　　乳腺癌细胞骨转移机制：　(1)乳腺癌细胞的脱离和外侵;(2)乳腺癌细胞的趋化和迁移;(3)乳腺癌细胞的黏附。Shen等[12]利用人乳腺癌细胞MCF27克隆，制备过表达野生型PTHrP的MCF27和过表达核定位突变型PTHrP的MCF27，以研究PTHrP在肿瘤细胞迁移、黏附和侵袭中的作用，发现前者较后者以及无PTHrP表达的细胞整合素水平升高，细胞迁移、黏附和侵袭能力增强，同时利用外源性PTHrP片段干预，未能产生类似的影响，说明了PTHrP是通过胞分泌途径上调细胞黏附、迁移和侵袭能力的。Anderson等[13]研究也得出PTHrP上调整合素转录活性的结论。

　　PTHrP阳性的乳腺癌患者更容易发生骨转移，发生骨转移的乳腺癌患者90%表达PTHrP，而未发生骨转移的仅17%表达PTHrP，表明了PTHrP与骨转移有着密切联系，可能为肿瘤细胞选择性地在骨中的生长提供了优势条件[14]。

　　在人乳腺癌细胞转移中，PTHrP是主要的破骨细胞活性的介导因子。它并非直接作用与破骨细胞，而是通过RANKL、RANK和OPG系统发挥作用。PTHrP刺激成骨细胞或基质细胞合成RANKL，通过破骨细胞前体表面的RANK信号系统，刺激转录因子起始转录，诱导破骨细胞前体分化为成熟的破骨细胞，从而具有骨吸收活性，同时减少了OPG的合成，使OPG对RANKL促进破骨细胞活化的抑制作用减弱。

　　Hiraga等[15]对亲代MDA-MB-231人乳腺癌细胞和特异性发生脑转移或骨转移的子代细胞中的PTHrP进行了检测发现，特异性发生骨转移的子代乳腺癌细胞PTHrP表达量比另外二者量要高。Saito等[16]用人类乳腺癌细胞株MDA-MB-231制备出有高骨转移活性的MDA25a亚系，制造裸鼠骨转移模型，利用抗人-PTHrP(1～34)抗体干预以观察骨转移情况。结果显示拮抗后可有效地阻止肿瘤骨转移的发生发展。Deng等[17]在肺癌骨转移模型研究中也得出同样的结论。这些研究为临床上研制开发抗肿瘤骨转移药物提供了新方向。

　　1.4 骨唾液蛋白 浸润能力是癌细胞转移的基本因素。已有理论提示乳腺癌细胞和血管内皮细胞的特异性黏附可促进肿瘤转移的发生，但并不能解释肿瘤特异性组织器官发生的转移现象。研究发现，骨、骨髓和乳腺癌细胞可产生促使瘤细胞向骨特异转移的骨黏连蛋白、骨桥蛋白和骨唾液蛋白(bonesialoprotein，BSP)，及参与乳腺癌细胞向血管外浸润与骨基质黏附的机制。BSP是细胞外基质中的一种酸性糖蛋白，主要分布在矿质化的组织中，由成骨细胞、破骨细胞以及软骨细胞表达和分泌。研究发现乳腺癌细胞和骨基质的黏附可能是引起特异性骨转移的前提。BSP被证实是通过C端的高度保守的RGD序列的调节，被成骨细胞和破骨细胞表面的整合素αvβ3识别，起了细胞黏附的作用，将细胞与细胞外基质联系起来，优先连接到胶原的α2链上，引起破骨细胞内短暂的钙离子浓度升高，加速骨分解过程[18]。BSP近年被证实参与了血管生成和体液免疫。Bellahecene等[19]发现BSP具有明显的促血管增生作用，而整合素αvβ3在血管生成内皮细胞中高表达，BSP的RGD是αvβ3的最佳配基。它们的这种相互作用致肿瘤细胞在骨中浸润、侵袭成为可能。体液免疫方面研究认为BSP可先与细胞表面的整合素αvβ3结合后，再与补体因子H形成复合物而保护肿瘤细胞免受攻击，以上被认为是BSP参与免疫逃避的关键步骤。Waltregny等[18]研究显示内脏转移的BSP表达水平远低于骨转移水平。Diel等提示血清BSP是最重要的独立预测乳腺癌骨转移发生的指标，其特异性为96.7%，灵敏性为89.5%，术前血清有BSP高水平患者在术后一年内发生骨转移风险相当高。

　　1.5 整合素αvβ3 整合素是细胞表面异二聚糖蛋白，主要参与细胞和细胞外基质的结合反应。研究发现75%乳腺癌骨转移为破骨细胞所致的溶骨性骨转移，提示表达αvβ3的破骨细胞在溶骨性骨转移中发挥重要作用。在正常的乳腺上皮细胞、原发乳腺肿瘤、侵袭性乳腺癌细胞以及骨转移的肿瘤细胞中都发现了有αvβ3的表达[20]。αvβ3整合素在骨转移过程中通过以下两点发挥作用(1)αvβ3整合素参与抑制乳腺癌细胞死亡的信号调控，通过与BSP的结合，再与补体因子H形成复合物，保护肿瘤细胞逃避体液攻击，提高了转移到骨的乳腺癌细胞的存活率;(2)αvβ3整合素可以和BSP等细胞外基质的蛋白三肽结构RGD(Arg-Gly-Asp)结合，它们相互作用介导乳腺癌细胞与骨小梁发生黏附，致肿瘤细胞在骨中浸润、侵袭成为可能。

　　1.6 转化生长因子β 骨组织的丰富血供及特殊的生长微环境使乳腺癌骨转移有了有利条件。尽管IGF(胰岛素生长因子)信号传导可以调节乳腺癌细胞的骨转移，但已有研究表明，仅有转化生长因子β(transforming growth factor，TGF-β)可以直接刺激肿瘤细胞[14]。TGF-β在肿瘤发生的早期阶段具有抑制作用;而在晚期癌，其可以调节促进转移的某些基因如CTGF、IL-11和PTHrP，成为一个促癌因子，能增强癌细胞的侵袭、转移和血管生成。在MDA-MB-231乳腺癌骨转移模型中，实验研究表明TGF-β是PTHrP最重要的调节因子，PTHrP的表达是TGF-β主要的作用靶点。这些实验也显示在肿瘤细胞中向细胞核的TGF-β信号传导的双重途径，一是通过p38的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)传导;另一是通过Smad蛋白传导，进而刺激PTHrP表达，促进溶骨性骨转移。当溶骨破坏发生时，骨基质中含量丰富的大量TGF-β被释放，促进了肿瘤转移(这一阶段可能是双磷酸盐抗骨转移作用的有效靶点之一)。因此TGF-β拮抗作用将是又一有效的治疗靶点。

　　1.7 血清抗酒石酸盐酸性磷酸酶5b 乳腺癌骨转移确诊唯一方法是穿刺病理学检查。但是乳腺癌骨转移大多为破骨性病变，穿刺成功率低，且是有创检查，临床少用。目前诊断骨转移主要通过临床症状、实验室检查以及影像学检查等，敏感性和特异性均不高。血清抗酒石酸盐酸性磷酸酶5b(serum tartrate resistant acid phosphatase，TRACP5b)是酸性磷酸酶6种同工酶(0～5型)中的一种，即第5型。它是一种结构高度保守的含铁糖蛋白，在肺泡巨噬细胞和破骨细胞中含量最丰富，主要来源于破骨细胞，并具有降解骨基质中钙磷矿化底物的酶活性[21]。故血清TRACP5b水平可反映破骨细胞活性和骨吸收状态[22-23]。骨吸收时，破骨细胞附着在骨表面分泌酸和溶酶体蛋白酶。随后基质降解产物通过入胞作用进入破骨细胞内，融合为TRACP囊泡，而其中的TRACP可以攻击和破坏基质成分。最后，基质降解产物和有活性的TRACP分泌进入血循环中。研究发现正常人体血清中存在着TRACP5a和TRACP5b，两者水平大体相等。只有破骨细胞来源的TRACP5b具有酶活性。TRACP5b从破骨细胞中释放入血，在被循环清除之前已经灭活并降解成肽片段。因此TRACP5b血清含量不受昼夜饮食及肝肾功能衰竭的影响，体内水平波动小，重复性高[24-25]。CA-153是一种乳腺癌相关抗原，CEA是一种广谱肿瘤标志物，CA-153和CEA水平的升高多提示内脏转移，对于乳腺癌多处骨转移患者可见升高，其敏感性和特异性均较低。故检测血清TRACP5b具有采样简便，抗干扰能力好，骨转移发现早等特点。王水等[26]研究结果显示乳腺癌骨转移患者血清TRACP5b水平显著高于乳腺癌无骨转移患者和健康人，其敏感性较CA-153和CEA显著提高。Halleen等[23]研究指出80%乳腺癌骨转移患者此值均升高，证实血清TRACP5b可以作为乳腺癌早期监测骨转移的标志物。

　　2 展 望

　　在大多数国家，乳腺癌发病率日益增高，尽管手术为主的综合治疗取得了很好的疗效，但乳腺癌的骨转移仍然影响着近20%的患者。许多学者在用各种机制来解释乳腺癌特异性骨转移的过程中发现其并非是现有的研究结果可以完全解释的。骨转移是一复杂的过程，其中的机制尚需进一步研究。由于目前缺乏合适的动物模型及骨组织结构的复杂性，使乳腺癌特异性骨转移机制研究受限。相信随着分子生物学技术的进步，结合组织和基因芯片技术，对骨转移的分子生物学机制的研究将进一步深入，可快速检测骨转移并提供新的药物治疗靶点，研究出相应的靶向治疗药物，使预防和控制乳腺癌骨转移成为可能。

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