乳腺癌分子机制及器官特异性分析范文

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【摘要】尽管人们在恶性肿瘤的治疗方面已经取得了重大进展，但仍有相当一部分患者会发生转移。转移是一个复杂的，多步骤的生物过程，涉及大量的基因和生物分子。但人们对其机制的认识是零散的，我们需要扩大研究以改善转移的预防及治疗，从而改善癌症患者的生存。为了提高癌症患者的长期生存率，必须重点针对转移性疾病的预防和治疗以及转移级联的具体步骤，通过在目前的治疗中增加新的方式来根除已确定的转移灶，如免疫疗法或靶向疗法。或是通过靶向转移级联和器官特异性的特定步骤来防止肿瘤细胞向二级器官的播散，同时干扰散播癌细胞适应新微环境的能力来阻断其在次生器官的定植和随后的生长。总之，转移过程中组织特异性信号的识别将为新的治疗策略开辟道路。在这里，我们将回顾最近在该领域的进展，特别强调乳腺癌转移形成的分子机制及器官特异性进展。

【关键词】乳腺癌；转移；器官特异性；机制

尽管最近对乳腺癌发展机制的理解和治疗方式的发展取得了重大进展，但乳腺癌仍然是女性癌症死亡的第二大主要原因［1］，并且总是由于转移而导致死亡。转移性乳腺癌患者的预后通常是不好的，平均5年生存率仅为27％［2］。乳腺癌的不同组织学亚型和分子标记物表达具有较强的预后预测价值。例如，三阴性乳腺癌患者具有较高的转移和进展的风险。尽管进行了大量的临床研究工作，但是在乳腺癌转移的治疗方面只取得了有限的进展。治疗方案主要基于化疗或放射治疗和孤立病灶的手术，但对生存的长期影响有限［3］。虽然化疗、放射治疗和手术可以控制原发性肿瘤的生长，但对于预防复发并不是很有效。为了形成临床上可检测的转移，癌细胞须完成时间和功能上相互关联的步骤，被称为转移级联。首先是局部侵袭、血管内渗透和随后通过循环系统和（或）淋巴系统传播［4］。接下来，播散的肿瘤细胞渗入远端器官的实质，最终导致微转移灶的形成，继而形成继发性肿瘤［5］。然而，转移过程是非常低效的，因为只有一小部分进入循环的癌细胞会成功地产生继发性肿瘤。研究者认为这种低转移效率是在血液循环中，肿瘤细胞由于血液动力学作用以及缺乏基质黏附等死亡的结果［6］。传统上认为转移扩散发生在肿瘤进展晚期，此时原发肿瘤已经达到相当大的体积［7］。事实上，对于大多数癌症来说，原发性肿瘤体积是转移的一个危险因素。这个模型也被称为转移的线性模型。然而，这种转移的线性模型最近已被质疑，癌细胞，特别是乳腺癌细胞，可能在肿瘤发展的早期就开始播散（平行转移模型），这个模型意味着播散细胞独立于原发肿瘤进展［8］。同时有研究表明，在乳腺癌细胞播散到骨髓中时，其发生基因改变并通常不会与相应的原发肿瘤相似［9］。根据这个模型，播散肿瘤细胞的基因改变更能有效地预测转移性疾病的治疗反应［10］。转移扩散的一个显著特征是器官特异性。例如：表达ERB－B癌基因的乳腺癌优先在中枢神经系统中形成转移瘤，表达CXCR2的乳腺癌细胞倾向于转移到组织，如富含CXCL12的肺组织［11］。最近的发现表明，癌细胞和靶组织的分子特征都能证实转移的器官特异性［12］。对转移的器官特异性机制的剖析及所涉及的分子和通路的识别是当前癌症研究的一个新兴课题。阐明这些分子和途径可能会为临床治疗开辟道路。在这里，我们将回顾最近在该领域的进展，特别强调乳腺癌转移的器官特异性及分子机制进展。

1转移发生的过程

1．1突破障碍进入血液循环循环肿瘤细胞进入远处器官遇到的第一个障碍是血管壁，特别是内皮细胞。在大多数其他器官中，内皮细胞形成连续的屏障，从而使癌细胞不能自由穿透。转移是由血小板和白细胞促进的，它们通过L－或P－选择蛋白与肿瘤细胞形成复合物，从而有助于肿瘤细胞通过脉管系统［13］。循环肿瘤细胞通过紧密的血管床还需要相关基因的表达增加血管通透性［14］。基质细胞衍生的TGF－β（转化生长因子）通过诱导ANGPTL4基因表达增强乳腺癌细胞对肺转移的取向，并重塑脉管系统和促进肿瘤细胞的外渗［15］。器官特异性还涉及靶细胞组织中表达的细胞因子和趋化因子，并与肿瘤细胞表达的同源受体相互作用。例如，乳腺癌细胞特异性使用CXCR4和CCR7受体及其配体CXCL12和CCL21阻滞或迁移到次级器官［16］。

1．2从血液循环进入靶器官适应新环境是播散癌细胞形成转移的第二个障碍。生理上，正常细胞在其特定的原始组织内存活和增殖，而在其外部则无法实现。这是维持特定组织的器官特异性的关键机制［12］。相比之下，散播的癌细胞可以在器官和组织中生长，这些器官和组织通常与其来源不同。为此癌细胞必须获得新的能力，特别是具有能够与细胞外基质和新微环境的细胞相互作用的能力。肿瘤细胞在侵袭初期就与周围的基质形成双向关系。此后，肿瘤－基质相互作用有助于肿瘤向转移方向发展。肿瘤细胞本身可以选择定植的组织基质，并且影响许多有利于肿瘤生长和发展的生理学事件，例如：抑制免疫反应，促进血管生成［17］。

2癌前转移灶形成的过程

肿瘤细胞最初在器官中生存的关键是建立癌前转移灶［1］。临床证据表明，从前列腺癌，乳腺癌等患者手术切除的前哨淋巴结（LNs）中观察到癌前转移灶的存在，其逐步形成始于局部改变，如诱导血管渗漏、基质重塑及随后对免疫系统产生显著的全身作用［18，19］。此外，Kaplan等人强调了骨髓来源细胞（BMDC）在为肺部转移定植产生适合的微环境中的作用。原发肿瘤释放的因子作用于骨髓间充质干细胞，并在播散的肿瘤细胞到达之前到达预期的转移部位［20］。骨髓间充质干细胞表达VEGFR1、CD133、CD34、c－kit、所有造血祖细胞（HPCs）标记特征。肿瘤细胞在淋巴结和肺内遇到免疫细胞，并通过肿瘤分泌因子或EVS与免疫细胞相互作用［9，10］。从而可能调节针对CTC的免疫应答。

3癌前转移灶形成的主要相关分子及机制

3．1血管内皮生长因子人们已经报道了几种涉及癌前转移灶形成的分子机制。Hiratsuka等人表明VEGFR1信号通路是转移前肺内皮细胞和巨噬细胞诱导MMP－9所必需的［21］。在BMDC和基质细胞中VEGFR1信号传导促进肿瘤吸收BMDCs、促进血管外渗、促进肿瘤细胞的跨内皮迁移、存活及上皮间质转化（EMT）［22］。在癌前转移灶中，由VEGFR1引起的BMDCs的VLA－4（α4β1整合素）的表达对于它们与纤维结合蛋白相互作用至关重要，VEGFR1和VLA4（整合素α4β1）到转移前器官为进入循环肿瘤细胞提供支持性微环境，一经动员，BMDC刺激分泌基质金属蛋白酶（MMPs），这一过程中基质和基质结合物释放VEGF等因子。通过VEGFR1抗体介导的阻断VEGFR1可以减少转移。

3．2趋化因子趋化因子在转移形成中更为关键。趋化因子是一类小的细胞因子样分子，可以控制各种各样的生物和病理过程，如免疫反应，病毒感染和癌症转移［23］。趋化因子通过与靶细胞膜上的特定受体结合，可将免疫细胞募集到肿瘤微环境中，从而调节免疫监视，血管生成，侵袭和转移［24］。炎症趋化因子和S100A9也有助于髓系细胞CD11b的肺转移和通过Toll样受体TLR4依赖NF－κB信号促进肿瘤细胞存活［25］。例如CXCL12有利于靶向器官归巢，特别是骨髓中表达同源受体CXCR4的循环肿瘤细胞。CXCL12／CXCR4轴为骨性癌症（尤其是乳腺癌等）提供骨转移前的巢［26］。类似地，已经描述了CCL12／CCR7和CCL22／CCR4轴分别促进乳腺癌和肺癌细胞的传播。

3．3其他埃勒等人提出赖氨酰氧化酶（LOX）是癌前转移灶形成的关键分子。LOX与纤维连接蛋白在肺基底膜中共定位，和交联胶原IV以产生合适的细胞外基质，促进CD11b及骨髓细胞吸收和肿瘤细胞存活［27］。最近有报道称骨膜蛋白通过吸收Wnt配体和诱导Wnt信号通路来促进肺部播散的乳腺癌干细胞的维持，同时人们已经发现Wnt信号传导抑制剂DKK可以抑制肺转移的形成。DKK1可通过拮抗肿瘤细胞中非经典Wnt／PCP－RAC1－JNK信号通路，从而抑制肺转移瘤中PTGS2诱导的巨噬细胞和嗜中性粒细胞的募集［28］。此外，成骨细胞表达血管生成素（Ang－1）和骨桥蛋白，能够吸引并招募肿瘤细胞到骨。我们需要额外的研究证实癌前转移灶形成的其他分子机制，特别是其他相关的靶器官，如脑或肝脏。

4介导器官特异性转移的分子机制

为了识别器官特异性转移的分子介质，研究者在实验模型和临床标本上进行了不同取向癌细胞的基因表达谱实验，其结果表明乳腺癌细胞获得遗传程序和特定模式，使得它们优先定植于特定靶器官，并且只需要少量额外的事件来获得全部的转移能力。功能实验验证了许多介导乳腺癌器官特异性转移的关键基因［29］，这些基因在原发肿瘤中的表达似乎可以预测患者的器官特异性复发［30］。然而，对这些观察结果的另一种解释在最近的实验中体现出来，即在实验肿瘤中，转移细胞可以通过再接种机制从转移部位再循环回到原发肿瘤部位［31］。这种情况与原发肿瘤大小、高增殖率和侵袭性转移行为之间存在相关性，导致预后不良［32］。

4．1骨转移相关基因及机制骨是许多类型实体瘤转移的常见部位。原发性肿瘤及其衍生的循环因子可影响骨中的靶细胞，以支持癌前转移灶的形成和转移性细胞定植［33］。如：肿瘤细胞表达趋化因子受体，同时肿瘤细胞的成骨细胞分泌特异性趋化因子配体，两者相互作用形成合适的骨微环境。在骨转移的BoM1细胞系中，通过心脏内注射亲本乳腺癌细胞系MDA－MB－231进行一轮体内选择后，骨转移标记揭示了43个过表达的和59个低表达的基因［34］。同时，骨转移癌细胞利用由骨骼重塑的生理周期（由IL－11，PTHrP和OPN等基因介导）在骨的微环境内生存和生长。

4．2肺转移相关基因及机制有研究发现在原发性肿瘤来源的外泌体内的RNA参与肺上皮细胞中TLR3依赖性信号传导的活化，诱导肺中的趋化因子分泌，并通过招募嗜中性粒细胞促进癌前转移灶的形成。同时在相关蛋白中，TGF－β是乳腺癌细胞向肺部转移的主要细胞因子［15］。已显示TGF－β在乳腺癌进展期间表现出不同的作用。通过抑制正常乳腺上皮细胞的增殖，TGF－β通常会抑制乳腺癌的发生，同时增强晚期乳腺癌的恶性程度。Smad蛋白是TGF－β下游效应子，可将TGF－β信号由细胞膜转导进入细胞核。TGFβ－Smad信号转导通路促进乳腺癌肺转移的发生。Huang等人［35］发现TGF－β介导的原代B16／F10肿瘤中血管生成素2（Angpt2），基质金属蛋白酶（MMP）－3和MMP－10的上调不稳定，并促进了肺部转移的形成。专家们由肺转移LM2细胞系确定了由48个过度表达和47个低度表达的基因组成的肺转移特征，经过两轮筛选由同一父母系乳腺癌细胞株和从肺静脉内注射分离回收［36］。在这些基因中，只有六个共同出现在骨转移和肺转移的标志基因中。肺转移基因与肿瘤侵袭性密切相关，而与肺组织功能无关，而促进骨转移基因与骨微环境更密切相关［37］。

4．3脑转移相关基因及机制大脑作为受血脑屏障（BBB）保护的免疫位点，脑转移是治疗失败最致命的并发症之一。最近的几项研究提供了对癌转移过程中BBB血管渗透性的演变及其对治疗效果的影响的深入研究［38］。例如，当BBB渗透性受损时，观察到星形胶质细胞基底膜成分层粘连蛋白－α2和CD13＋周细胞亚群表达的降低［38］。此外，肿瘤来源的微泡可通过转移miR－122和抑制丙酮酸激酶来抑制脑PMNs中基质细胞的葡萄糖摄取。这增加了PMN的葡萄糖利用率，吸引肿瘤细胞，从而有利于脑转移［39］。使用类似的方法，专家描述了脑转移特征。在这个模型中，乳腺癌细胞被直接注射到动脉循环中，然后从脑中分离出来。经过体内的两轮选择筛选出脑转移的队列（BrM2）。脑转移队列的基因表达谱确定了243个基因，在临床乳腺癌数据集中进一步分析其与脑复发的相关性。由此产生的17个脑转移特征的基因与基底型ER阴性乳腺癌亚型相关。三分之一的脑转移特征基因与肺转移特征基因重叠。虽然这些共同的基因不能解释具体和独特的脑转移取向，但他们揭示了脑转移与骨转移标记的不同。同时也发现ST6GALNAC5基因仅在脑转移灶中表达。功能验证实验表明，癌细胞通过促进血脑屏障通路促进脑转移［40］。

4．4肝转移相关基因及机制肝脏癌前转移灶的形成也依赖于BMDC的募集。同时研究证明外泌体是肝脏癌前转移灶形成的生物标志物［41］。另一种外泌体生物标志物磷脂酰肌醇蛋白聚糖1也可能在肝PMN形成中起作用，以及作为早期胰腺癌指标［42］。因此，内脏转移部位PMN形成的机制具有共同的特征。证据表明CLDN2为乳腺癌肝转移进展基因，使循环性乳腺癌细胞在肝微环境中黏附，存活和增殖的能力增强［43］。Tabariès等人的结论与其相似，也提示Claudin－2对促进乳腺癌肝转移的重要作用。

5结语和展望

尽管原发性乳腺癌治疗很成功，但仍有相当一部分患者会发生转移。由于患者在转移早期不能接受有效的靶向治疗（因为在检测到时转移时已经发生），所以在远处发生转移的早期阶段，有定植和生长的时期进行早期干预将更有益于患者的生存。对器官特异性转移机制的理解将有助于有效治疗转移策略的发展。然而，需要更多的研究来进一步验证所确定的相关基因及分子机制，使其在将来应用于临床实践。

作者：郭继雪 康欣梅 张清媛 单位：哈尔滨医科大学