乳腺癌分子機制及器官特異性分析范文

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【摘要】盡管人們在惡性腫瘤的治療方面已經取得了重大進展，但仍有相當一部分患者會發生轉移。轉移是一個復雜的，多步驟的生物過程，涉及大量的基因和生物分子。但人們對其機制的認識是零散的，我們需要擴大研究以改善轉移的預防及治療，從而改善癌癥患者的生存。為了提高癌癥患者的長期生存率，必須重點針對轉移性疾病的預防和治療以及轉移級聯的具體步驟，通過在目前的治療中增加新的方式來根除已確定的轉移灶，如免疫療法或靶向療法。或是通過靶向轉移級聯和器官特異性的特定步驟來防止腫瘤細胞向二級器官的播散，同時干擾散播癌細胞適應新微環境的能力來阻斷其在次生器官的定植和隨后的生長。總之，轉移過程中組織特異性信號的識別將為新的治療策略開辟道路。在這里，我們將回顧最近在該領域的進展，特別強調乳腺癌轉移形成的分子機制及器官特異性進展。

【關鍵詞】乳腺癌；轉移；器官特異性；機制

盡管最近對乳腺癌發展機制的理解和治療方式的發展取得了重大進展，但乳腺癌仍然是女性癌癥死亡的第二大主要原因［1］，并且總是由于轉移而導致死亡。轉移性乳腺癌患者的預后通常是不好的，平均5年生存率僅為27％［2］。乳腺癌的不同組織學亞型和分子標記物表達具有較強的預后預測價值。例如，三陰性乳腺癌患者具有較高的轉移和進展的風險。盡管進行了大量的臨床研究工作，但是在乳腺癌轉移的治療方面只取得了有限的進展。治療方案主要基于化療或放射治療和孤立病灶的手術，但對生存的長期影響有限［3］。雖然化療、放射治療和手術可以控制原發性腫瘤的生長，但對于預防復發并不是很有效。為了形成臨床上可檢測的轉移，癌細胞須完成時間和功能上相互關聯的步驟，被稱為轉移級聯。首先是局部侵襲、血管內滲透和隨后通過循環系統和（或）淋巴系統傳播［4］。接下來，播散的腫瘤細胞滲入遠端器官的實質，最終導致微轉移灶的形成，繼而形成繼發性腫瘤［5］。然而，轉移過程是非常低效的，因為只有一小部分進入循環的癌細胞會成功地產生繼發性腫瘤。研究者認為這種低轉移效率是在血液循環中，腫瘤細胞由于血液動力學作用以及缺乏基質黏附等死亡的結果［6］。傳統上認為轉移擴散發生在腫瘤進展晚期，此時原發腫瘤已經達到相當大的體積［7］。事實上，對于大多數癌癥來說，原發性腫瘤體積是轉移的一個危險因素。這個模型也被稱為轉移的線性模型。然而，這種轉移的線性模型最近已被質疑，癌細胞，特別是乳腺癌細胞，可能在腫瘤發展的早期就開始播散（平行轉移模型），這個模型意味著播散細胞獨立于原發腫瘤進展［8］。同時有研究表明，在乳腺癌細胞播散到骨髓中時，其發生基因改變并通常不會與相應的原發腫瘤相似［9］。根據這個模型，播散腫瘤細胞的基因改變更能有效地預測轉移性疾病的治療反應［10］。轉移擴散的一個顯著特征是器官特異性。例如：表達ERB－B癌基因的乳腺癌優先在中樞神經系統中形成轉移瘤，表達CXCR2的乳腺癌細胞傾向于轉移到組織，如富含CXCL12的肺組織［11］。最近的發現表明，癌細胞和靶組織的分子特征都能證實轉移的器官特異性［12］。對轉移的器官特異性機制的剖析及所涉及的分子和通路的識別是當前癌癥研究的一個新興課題。闡明這些分子和途徑可能會為臨床治療開辟道路。在這里，我們將回顧最近在該領域的進展，特別強調乳腺癌轉移的器官特異性及分子機制進展。

1轉移發生的過程

1．1突破障礙進入血液循環循環腫瘤細胞進入遠處器官遇到的第一個障礙是血管壁，特別是內皮細胞。在大多數其他器官中，內皮細胞形成連續的屏障，從而使癌細胞不能自由穿透。轉移是由血小板和白細胞促進的，它們通過L－或P－選擇蛋白與腫瘤細胞形成復合物，從而有助于腫瘤細胞通過脈管系統［13］。循環腫瘤細胞通過緊密的血管床還需要相關基因的表達增加血管通透性［14］。基質細胞衍生的TGF－β（轉化生長因子）通過誘導ANGPTL4基因表達增強乳腺癌細胞對肺轉移的取向，并重塑脈管系統和促進腫瘤細胞的外滲［15］。器官特異性還涉及靶細胞組織中表達的細胞因子和趨化因子，并與腫瘤細胞表達的同源受體相互作用。例如，乳腺癌細胞特異性使用CXCR4和CCR7受體及其配體CXCL12和CCL21阻滯或遷移到次級器官［16］。

1．2從血液循環進入靶器官適應新環境是播散癌細胞形成轉移的第二個障礙。生理上，正常細胞在其特定的原始組織內存活和增殖，而在其外部則無法實現。這是維持特定組織的器官特異性的關鍵機制［12］。相比之下，散播的癌細胞可以在器官和組織中生長，這些器官和組織通常與其來源不同。為此癌細胞必須獲得新的能力，特別是具有能夠與細胞外基質和新微環境的細胞相互作用的能力。腫瘤細胞在侵襲初期就與周圍的基質形成雙向關系。此后，腫瘤－基質相互作用有助于腫瘤向轉移方向發展。腫瘤細胞本身可以選擇定植的組織基質，并且影響許多有利于腫瘤生長和發展的生理學事件，例如：抑制免疫反應，促進血管生成［17］。

2癌前轉移灶形成的過程

腫瘤細胞最初在器官中生存的關鍵是建立癌前轉移灶［1］。臨床證據表明，從前列腺癌，乳腺癌等患者手術切除的前哨淋巴結（LNs）中觀察到癌前轉移灶的存在，其逐步形成始于局部改變，如誘導血管滲漏、基質重塑及隨后對免疫系統產生顯著的全身作用［18，19］。此外，Kaplan等人強調了骨髓來源細胞（BMDC）在為肺部轉移定植產生適合的微環境中的作用。原發腫瘤釋放的因子作用于骨髓間充質干細胞，并在播散的腫瘤細胞到達之前到達預期的轉移部位［20］。骨髓間充質干細胞表達VEGFR1、CD133、CD34、c－kit、所有造血祖細胞（HPCs）標記特征。腫瘤細胞在淋巴結和肺內遇到免疫細胞，并通過腫瘤分泌因子或EVS與免疫細胞相互作用［9，10］。從而可能調節針對CTC的免疫應答。

3癌前轉移灶形成的主要相關分子及機制

3．1血管內皮生長因子人們已經報道了幾種涉及癌前轉移灶形成的分子機制。Hiratsuka等人表明VEGFR1信號通路是轉移前肺內皮細胞和巨噬細胞誘導MMP－9所必需的［21］。在BMDC和基質細胞中VEGFR1信號傳導促進腫瘤吸收BMDCs、促進血管外滲、促進腫瘤細胞的跨內皮遷移、存活及上皮間質轉化（EMT）［22］。在癌前轉移灶中，由VEGFR1引起的BMDCs的VLA－4（α4β1整合素）的表達對于它們與纖維結合蛋白相互作用至關重要，VEGFR1和VLA4（整合素α4β1）到轉移前器官為進入循環腫瘤細胞提供支持性微環境，一經動員，BMDC刺激分泌基質金屬蛋白酶（MMPs），這一過程中基質和基質結合物釋放VEGF等因子。通過VEGFR1抗體介導的阻斷VEGFR1可以減少轉移。

3．2趨化因子趨化因子在轉移形成中更為關鍵。趨化因子是一類小的細胞因子樣分子，可以控制各種各樣的生物和病理過程，如免疫反應，病毒感染和癌癥轉移［23］。趨化因子通過與靶細胞膜上的特定受體結合，可將免疫細胞募集到腫瘤微環境中，從而調節免疫監視，血管生成，侵襲和轉移［24］。炎癥趨化因子和S100A9也有助于髓系細胞CD11b的肺轉移和通過Toll樣受體TLR4依賴NF－κB信號促進腫瘤細胞存活［25］。例如CXCL12有利于靶向器官歸巢，特別是骨髓中表達同源受體CXCR4的循環腫瘤細胞。CXCL12／CXCR4軸為骨性癌癥（尤其是乳腺癌等）提供骨轉移前的巢［26］。類似地，已經描述了CCL12／CCR7和CCL22／CCR4軸分別促進乳腺癌和肺癌細胞的傳播。

3．3其他埃勒等人提出賴氨酰氧化酶（LOX）是癌前轉移灶形成的關鍵分子。LOX與纖維連接蛋白在肺基底膜中共定位，和交聯膠原IV以產生合適的細胞外基質，促進CD11b及骨髓細胞吸收和腫瘤細胞存活［27］。最近有報道稱骨膜蛋白通過吸收Wnt配體和誘導Wnt信號通路來促進肺部播散的乳腺癌干細胞的維持，同時人們已經發現Wnt信號傳導抑制劑DKK可以抑制肺轉移的形成。DKK1可通過拮抗腫瘤細胞中非經典Wnt／PCP－RAC1－JNK信號通路，從而抑制肺轉移瘤中PTGS2誘導的巨噬細胞和嗜中性粒細胞的募集［28］。此外，成骨細胞表達血管生成素（Ang－1）和骨橋蛋白，能夠吸引并招募腫瘤細胞到骨。我們需要額外的研究證實癌前轉移灶形成的其他分子機制，特別是其他相關的靶器官，如腦或肝臟。

4介導器官特異性轉移的分子機制

為了識別器官特異性轉移的分子介質，研究者在實驗模型和臨床標本上進行了不同取向癌細胞的基因表達譜實驗，其結果表明乳腺癌細胞獲得遺傳程序和特定模式，使得它們優先定植于特定靶器官，并且只需要少量額外的事件來獲得全部的轉移能力。功能實驗驗證了許多介導乳腺癌器官特異性轉移的關鍵基因［29］，這些基因在原發腫瘤中的表達似乎可以預測患者的器官特異性復發［30］。然而，對這些觀察結果的另一種解釋在最近的實驗中體現出來，即在實驗腫瘤中，轉移細胞可以通過再接種機制從轉移部位再循環回到原發腫瘤部位［31］。這種情況與原發腫瘤大小、高增殖率和侵襲性轉移行為之間存在相關性，導致預后不良［32］。

4．1骨轉移相關基因及機制骨是許多類型實體瘤轉移的常見部位。原發性腫瘤及其衍生的循環因子可影響骨中的靶細胞，以支持癌前轉移灶的形成和轉移性細胞定植［33］。如：腫瘤細胞表達趨化因子受體，同時腫瘤細胞的成骨細胞分泌特異性趨化因子配體，兩者相互作用形成合適的骨微環境。在骨轉移的BoM1細胞系中，通過心臟內注射親本乳腺癌細胞系MDA－MB－231進行一輪體內選擇后，骨轉移標記揭示了43個過表達的和59個低表達的基因［34］。同時，骨轉移癌細胞利用由骨骼重塑的生理周期（由IL－11，PTHrP和OPN等基因介導）在骨的微環境內生存和生長。

4．2肺轉移相關基因及機制有研究發現在原發性腫瘤來源的外泌體內的RNA參與肺上皮細胞中TLR3依賴性信號傳導的活化，誘導肺中的趨化因子分泌，并通過招募嗜中性粒細胞促進癌前轉移灶的形成。同時在相關蛋白中，TGF－β是乳腺癌細胞向肺部轉移的主要細胞因子［15］。已顯示TGF－β在乳腺癌進展期間表現出不同的作用。通過抑制正常乳腺上皮細胞的增殖，TGF－β通常會抑制乳腺癌的發生，同時增強晚期乳腺癌的惡性程度。Smad蛋白是TGF－β下游效應子，可將TGF－β信號由細胞膜轉導進入細胞核。TGFβ－Smad信號轉導通路促進乳腺癌肺轉移的發生。Huang等人［35］發現TGF－β介導的原代B16／F10腫瘤中血管生成素2（Angpt2），基質金屬蛋白酶（MMP）－3和MMP－10的上調不穩定，并促進了肺部轉移的形成。專家們由肺轉移LM2細胞系確定了由48個過度表達和47個低度表達的基因組成的肺轉移特征，經過兩輪篩選由同一父母系乳腺癌細胞株和從肺靜脈內注射分離回收［36］。在這些基因中，只有六個共同出現在骨轉移和肺轉移的標志基因中。肺轉移基因與腫瘤侵襲性密切相關，而與肺組織功能無關，而促進骨轉移基因與骨微環境更密切相關［37］。

4．3腦轉移相關基因及機制大腦作為受血腦屏障（BBB）保護的免疫位點，腦轉移是治療失敗最致命的并發癥之一。最近的幾項研究提供了對癌轉移過程中BBB血管滲透性的演變及其對治療效果的影響的深入研究［38］。例如，當BBB滲透性受損時，觀察到星形膠質細胞基底膜成分層粘連蛋白－α2和CD13＋周細胞亞群表達的降低［38］。此外，腫瘤來源的微泡可通過轉移miR－122和抑制丙酮酸激酶來抑制腦PMNs中基質細胞的葡萄糖攝取。這增加了PMN的葡萄糖利用率，吸引腫瘤細胞，從而有利于腦轉移［39］。使用類似的方法，專家描述了腦轉移特征。在這個模型中，乳腺癌細胞被直接注射到動脈循環中，然后從腦中分離出來。經過體內的兩輪選擇篩選出腦轉移的隊列（BrM2）。腦轉移隊列的基因表達譜確定了243個基因，在臨床乳腺癌數據集中進一步分析其與腦復發的相關性。由此產生的17個腦轉移特征的基因與基底型ER陰性乳腺癌亞型相關。三分之一的腦轉移特征基因與肺轉移特征基因重疊。雖然這些共同的基因不能解釋具體和獨特的腦轉移取向，但他們揭示了腦轉移與骨轉移標記的不同。同時也發現ST6GALNAC5基因僅在腦轉移灶中表達。功能驗證實驗表明，癌細胞通過促進血腦屏障通路促進腦轉移［40］。

4．4肝轉移相關基因及機制肝臟癌前轉移灶的形成也依賴于BMDC的募集。同時研究證明外泌體是肝臟癌前轉移灶形成的生物標志物［41］。另一種外泌體生物標志物磷脂酰肌醇蛋白聚糖1也可能在肝PMN形成中起作用，以及作為早期胰腺癌指標［42］。因此，內臟轉移部位PMN形成的機制具有共同的特征。證據表明CLDN2為乳腺癌肝轉移進展基因，使循環性乳腺癌細胞在肝微環境中黏附，存活和增殖的能力增強［43］。Tabariès等人的結論與其相似，也提示Claudin－2對促進乳腺癌肝轉移的重要作用。

5結語和展望

盡管原發性乳腺癌治療很成功，但仍有相當一部分患者會發生轉移。由于患者在轉移早期不能接受有效的靶向治療（因為在檢測到時轉移時已經發生），所以在遠處發生轉移的早期階段，有定植和生長的時期進行早期干預將更有益于患者的生存。對器官特異性轉移機制的理解將有助于有效治療轉移策略的發展。然而，需要更多的研究來進一步驗證所確定的相關基因及分子機制，使其在將來應用于臨床實踐。

作者：郭繼雪 康欣梅 張清媛 單位：哈爾濱醫科大學