骨轉(zhuǎn)移相關機制的研究進展

骨轉(zhuǎn)移相關機制的研究進展

乳腺癌是女性最常見的腫瘤之一。近年來，發(fā)病率在女性腫瘤中占據(jù)第一位。骨骼是乳腺癌最常見轉(zhuǎn)移靶部位之一,大約有70%乳腺癌患者會發(fā)生骨轉(zhuǎn)移。關于腫瘤轉(zhuǎn)移分子機制,19世紀英國Paget提出的“土壤和種子”學說已得到廣泛認可,認為靶器官內(nèi)適宜血液中播散的腫瘤細胞生存微環(huán)境是腫瘤發(fā)生的必要條件。目前許多研究證據(jù)表明,腫瘤轉(zhuǎn)移取決于骨微環(huán)境提供的生長支持和癌細胞對這一環(huán)境的適應能力。骨微環(huán)境包括細胞外基質(zhì)和細胞,如成骨細胞、破骨細胞、基質(zhì)細胞、內(nèi)皮細胞、造血細胞等,這些細胞可以產(chǎn)生多種因子,促進腫瘤細胞生長和骨轉(zhuǎn)移進程,而乳腺癌細胞也釋放多種因子并與微環(huán)境內(nèi)細胞相互作用,進而造成對骨結構的破壞。本文就骨髓微環(huán)境內(nèi)各種細胞和相關因子在乳腺癌骨轉(zhuǎn)移機制中的作用作一綜述,為今后發(fā)展抑制乳腺癌骨轉(zhuǎn)移方法提供參考。1破骨細胞激活骨是一動態(tài)平衡結構,要通過不斷重塑來適應活動和負荷的要求,并在此過程中維持體內(nèi)鈣水平穩(wěn)態(tài)。骨質(zhì)吸收和沉積是一嚴格調(diào)控過程,主要有成骨細胞、骨細胞和破骨細胞等3種細胞協(xié)調(diào)作用。成骨細胞來源于骨髓間充質(zhì)干細胞(BMSC)。它們合成新的骨基質(zhì),如膠原蛋白和非膠原蛋白,也參與骨基質(zhì)的礦化作用。在給予骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)和局部生長因子刺激后,BMSC增殖并隨后分化為成骨細胞。在形成新的骨基質(zhì)之后,成骨細胞要么凋亡,要么變?yōu)楣羌毎练e于骨組織中。Bodenstine等最近報道將成骨細胞與乳腺癌細胞共同注射于小鼠股骨內(nèi),發(fā)現(xiàn)前成骨細胞MC3T3-E1能夠促進乳腺癌生長。Bussard等經(jīng)體內(nèi)和體外研究發(fā)現(xiàn),成骨細胞在乳腺癌細胞作用下能釋放一些炎癥因子,且這些炎癥因子有助于骨轉(zhuǎn)移的乳腺癌細胞的侵襲和生存,同時能促進破骨細胞生成,加重對骨的破壞。破骨細胞參與骨質(zhì)吸收過程,來源于骨髓內(nèi)單核細胞。成骨細胞分泌的核因子κB受體活化因子配體(RANKL)與單核細胞表面的核因子κB受體活化因子(RANK)受體相結合,并在巨噬細胞集落刺激因子存在的情況下,促進一些單核細胞的融合,以形成多核破骨細胞?；罨钠乒羌毎ㄟ^其膜表面的整合素αvβ3、αvβ5結合到骨基質(zhì),同時分泌一些溶酶體酶等來降解骨。Mundy于1997年首先提出骨轉(zhuǎn)移惡性循環(huán)理論,即腫瘤細胞和破骨細胞之間相互作用不僅會激活破骨細胞并破壞骨,也會導致腫瘤細胞生長和侵襲性變化;在此過程中,腫瘤細胞分泌的甲狀旁腺激素相關肽(PTHrP)使成骨細胞開始分泌RANKL,RANKL激活破骨細胞后導致骨溶解,而溶解骨會釋放出一些生長因子,如骨轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β和胰島素樣生長因子(IGF)-1;這些生長因子會和腫瘤細胞表面的受體結合,通過Smad和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等信號通路促進腫瘤細胞增殖和更多PTHrP產(chǎn)生。破骨細胞大量表達的整合素αvβ3,在破骨細胞介導的溶骨性骨轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用。整合素αvβ3參與抑制乳腺癌細胞死亡的信號調(diào)控,通過與骨基質(zhì)蛋白結合,能提高轉(zhuǎn)移到骨的乳腺癌細胞的存活率。整合素αvβ3還可與骨中骨唾液蛋白等細胞外基質(zhì)蛋白的三肽結構結合,并能介導乳腺癌細胞與骨小梁發(fā)生黏附,調(diào)節(jié)乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移和可能發(fā)生的侵襲作用。Harms等研究發(fā)現(xiàn),整合素αvβ3抗體(S147)抑制MDA-MB-231細胞的骨轉(zhuǎn)移,可起到預防乳腺癌骨轉(zhuǎn)移的作用。2治療乳腺癌細胞增殖其他類型細胞也參與了乳腺癌骨轉(zhuǎn)移骨髓微環(huán)境的形成。這些細胞大體上可分為基質(zhì)細胞和瞬態(tài)細胞兩類。BMSC屬于基質(zhì)細胞,可分化為脂肪細胞、軟骨細胞和成骨細胞。研究發(fā)現(xiàn),BMSC為造血細胞和腫瘤細胞的生存、增殖和分化提供了支持。研究發(fā)現(xiàn),BMSC能通過中心細胞樣細胞(CCL)5-中心細胞樣細胞受體(CCR)5信號通路促進乳腺癌遷移,以及以依賴單核細胞趨化因子受體(CXCR)2的方式促進乳腺癌遷移。還有,BMSC在成骨分化過程中有一系列細胞因子分泌水平變化,其中CCL2可能對乳腺癌遷移起到促進作用。BMSC與乳腺癌相互作用后,能促進乳腺癌細胞增殖,還能降低乳腺癌細胞E-鈣黏素的表達,這可促進乳腺癌進展,也有可能為轉(zhuǎn)移到骨髓的乳腺癌細胞提供保護,并與其在骨髓中休眠有一定的關系。另外,有研究發(fā)現(xiàn),脂肪細胞可分泌腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL-6和瘦素(leptin),均能刺激骨質(zhì)吸收,同時抑制成骨細胞增殖。脂肪細胞分泌的多種細胞因子也參與乳腺癌細胞增殖、侵襲以及轉(zhuǎn)移到骨髓后的存活和血管生成過程。研究表明,基質(zhì)細胞衍生因子(SDF)-1α/CXCL12在乳腺癌細胞和骨髓相互作用機制中的重要性越來越受到重視,骨髓SDF-1α表達是乳腺癌細胞進入并整合到骨髓的一個重要因素?；|(zhì)細胞在骨內(nèi)膜上表達SDF-1α,并與CXCR4相互作用。有研究表明,SDF-1α趨化因子具有促進人乳腺癌細胞系MDA-MB-231細胞偽足形成、定向遷移和浸潤的作用,而抗CXCR4中和抗體可抵抗該作用;抗CXCR4中和抗體可抑制由MDA-MB-231細胞靜脈注射誘發(fā)的乳腺癌生長、肺和淋巴結轉(zhuǎn)移。Guise等研究發(fā)現(xiàn)SDF-1與CXCR4之間相互作用,促進人干細胞增殖和遷移到重癥聯(lián)合免疫缺陷病(SCID)小鼠骨髓中,在乳腺癌骨轉(zhuǎn)移灶中也發(fā)現(xiàn)相似的作用結果。有研究發(fā)現(xiàn)間質(zhì)中成纖維細胞能促進乳腺癌細胞侵入骨組織,并幫助其形成轉(zhuǎn)移性骨疾病;也有體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)成纖維細胞分泌的多聚體蛋白聚糖(syndecan)-1能促進乳腺癌細胞增殖。還有一項研究證明成纖維細胞通過依賴RANKL方式,介導破骨細胞引起的骨質(zhì)吸收。眾所周知,腫瘤細胞的生存依賴于血液循環(huán)為其提供營養(yǎng)等必需養(yǎng)分,血管內(nèi)皮細胞也為腫瘤細胞生存提供良好的微環(huán)境。骨髓內(nèi)有高密度的微血管,與轉(zhuǎn)移到骨的腫瘤細胞生存有密切關系。瞬態(tài)細胞對于骨髓形成轉(zhuǎn)移性微環(huán)境也起到一定作用。瞬態(tài)細胞包括T淋巴細胞、紅細胞和血小板等,均起源于造血干細胞。有研究顯示,MDA-MB-231細胞介導血小板分泌有多種生物學活性的溶血磷脂酸(LPA)。也有研究顯示,過表達LPA及其受體能促進腫瘤生長和轉(zhuǎn)移;血小板可與血液循環(huán)內(nèi)腫瘤細胞相黏附,從而躲避自然殺傷細胞的免疫監(jiān)視,也可促進腫瘤細胞與血管內(nèi)皮細胞的黏附。另外,T淋巴細胞能夠表達RANKL,從而促進破骨細胞形成和激活。3外基質(zhì)蛋白細胞及其活性物質(zhì)轉(zhuǎn)移瘤的作用3.1系統(tǒng)前激活劑系統(tǒng)opn乳腺癌細胞、骨細胞和骨髓內(nèi)細胞能夠表達可促進腫瘤細胞向骨特異轉(zhuǎn)移的骨涎蛋白(BSP)、骨橋蛋白(OPN)和骨黏連蛋白(ON),以參與乳腺癌細胞向血管外浸潤轉(zhuǎn)移并黏附到骨的過程。BSP主要由成骨細胞、破骨細胞及軟骨細胞合成,分布在礦化組織中。BSP作為骨細胞外基質(zhì)參與骨代謝,可與成骨細胞和破骨細胞表面的整合素αvβ3識別并結合,導致乳腺癌細胞和骨小梁黏附,活化破骨細胞產(chǎn)生溶骨性骨吸收,促進乳腺癌細胞骨轉(zhuǎn)移進程。有研究表明,BSP可激活黏著斑激酶(FAK)相關信號通路,促進腫瘤細胞高表達基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-2、MMP-9和MMP-14,提高乳腺癌細胞侵襲和存活能力。OPN可由成骨細胞、乳腺上皮細胞、乳腺癌細胞產(chǎn)生。OPN過表達可激活MMP-2、MMP-9及尿激酶型纖溶酶原激活物(u-PA)等表達,加快細胞外基質(zhì)降解,促進腫瘤生長、浸潤和轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)骨高轉(zhuǎn)移的乳腺癌細胞系MDA-MB-231細胞分泌高水平OPN,而在轉(zhuǎn)染乳腺癌轉(zhuǎn)移抑制因子(BRMS)1的MDA-MB-231細胞中,OPN表達明顯減少,骨轉(zhuǎn)移受到抑制。因此,BRMS1可能通過抑制OPN而抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。最近一項研究表明,乳腺癌細胞產(chǎn)生的OPN能夠促進BMSC產(chǎn)生CCL5,同時BMSC向腫瘤相關成纖維細胞(CAF)轉(zhuǎn)變,可促進腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。這進一步提示OPN在乳腺癌的轉(zhuǎn)移中起著至關重要的作用。ON由成骨細胞分泌產(chǎn)生,是骨組織中含量豐富的非膠原蛋白之一。ON通過控制細胞外基質(zhì)分解與合成,調(diào)節(jié)細胞因子活性和細胞形態(tài),協(xié)調(diào)細胞與外環(huán)境的反應。ON與血管內(nèi)皮細胞結合后,可導致血管通透性增加。經(jīng)ON刺激的MDA-MB-23l細胞,其MMP活性增強,MMP抑制劑(TIMP)表達水平下調(diào),表明ON可提高乳腺癌細胞的侵襲能力。有研究觀察ON對乳腺癌細胞遷移的作用,結果顯示ON能夠增加乳腺癌細胞的運動力,也能增加乳腺癌細胞對玻連蛋白(VN)的化學趨向性;單純ON并不對乳腺癌細胞產(chǎn)生化學趨向性,即不能直接誘導乳腺癌遷移到骨髓微環(huán)境,但不排除有間接作用。3.2f-和tgf-TGF-β在正常骨基質(zhì)中的含量占第三,由上文提到的乳腺癌骨轉(zhuǎn)移病灶內(nèi)惡性循環(huán)可知,TGF-β含量雖不是最多,但對骨轉(zhuǎn)移進程起到關鍵性作用。研究發(fā)現(xiàn),TGF-β可刺激乳腺癌細胞產(chǎn)生PTHrP,并可調(diào)節(jié)PTHrP,從而進一步活化破骨細胞,促進骨吸收;TGF-β也是一種促血管生成因子,參與轉(zhuǎn)移灶新生血管的形成,加速骨轉(zhuǎn)移發(fā)生。BMP屬于TGF-β家族成員(除BMP-1)之一,能誘導特定的間充質(zhì)細胞,不可逆地分化為軟骨和骨細胞。BMP誘導成骨與周圍環(huán)境密切相關。有研究顯示,增加乳腺癌患者體內(nèi)BMP表達,也許能夠誘導溶骨性破壞的骨質(zhì)再形成新骨,間接抑制腫瘤細胞的侵襲;BMP還能夠抑制MMP-9活性,以抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移。4乳腺癌細胞間相互作用由以上分析可知,乳腺癌骨轉(zhuǎn)移過程復雜,其中骨內(nèi)微環(huán)境發(fā)揮了