乳腺癌骨转移机制与靶向治疗进展

作者：鲁光平1，殷咏梅2，周雪峰1，潘骥群1，陈进1
单位：南通大学附属东台医院1，江苏省人民医院2

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，全球每年约140万新发病例。鉴于乳腺癌的恶性生物学行为特征，最终多会出现局部复发与远处转移。乳腺癌转移具有器官选择性，约70％会发生骨转移。乳腺癌骨转移常引起顽固性骨痛、高钙血症、病理性骨折、功能障碍等一系列骨相关事件（skeletal-related events，SREs），严重影响生活质量，甚至导致死亡。乳腺癌骨转移分子机制至今尚未完全明确，目前常用的治疗手段主要为姑息性治疗，包括局部治疗及系统性治疗，但均不能延长生存期。因此，深入研究乳腺癌骨转移的分子机制，寻找有效的治疗新靶点显得尤为重要。近年来国内外有关乳腺癌骨转移的机制和临床应用研究取得诸多成果，现综述相关进展。

恶性肿瘤骨转移的生物学特征
正常成人骨骼在生理状况下，骨的形成与吸收保持动态平衡，该稳态由成骨细胞介导的骨形成因素和破骨细胞所介导的骨吸收因素共同维持。调节骨稳态的系统主要是骨保护素（osteoprotegerin，OPG）、核因子κB受体活化因子配体（receptor activator of nuclear factor－κBligand，RANKL）和核因子κB受体活化因子（receptor activator of nuclear factor－κB，RANK）系统，其中OPG、RANKL主要由成骨细胞和骨基质细胞表达，RANK由未活化的破骨细胞表达。RANKL系骨吸收促进因子，通过与未活化的破骨细胞表面的RANK结合，启动和诱导破骨细胞分化和成熟，发挥骨吸收作用。OPG系可溶性的骨吸收抑制蛋白，OPG过表达可抑制骨吸收，而RANKL过表达促进骨吸收。OPG与RANKL结合后，阻遏了RANKL与RANK的结合，抑制破骨细胞前体的分化和成熟。一旦骨稳态失衡，骨的结构和功能严重损伤，将导致骨骼相关性疾病患病率升高。

恶性肿瘤骨转移一般经历步骤：原发肿瘤细胞浸润周围组织进入脉管系统（血液和淋巴）；肿瘤细胞脱落释放于血循环内；肿瘤细胞在骨髓内的血管壁停留；肿瘤细胞再透过内皮细胞逸出血管，继而增殖于血管外；转移癌病灶内血运建立，形成骨转移病灶（图1）。骨转移按照放射学检查可分成四类，即溶骨型、成骨型、骨质疏松型及混合型转移，临床上也有分为溶骨型、成骨型及混合型转移，乳腺癌的骨转移以溶骨型为主，前列腺癌则以成骨型为主。

图1 原发肿瘤转移至骨步骤示意图

恶性肿瘤骨转移的具体作用机制尚不明晰，目前主要有三种学说。一是1889年Paget提出“种子－土壤”学说，该学说认为尽管癌细胞可以向全身器官组织转移，但由于骨局部微环境中特异性细胞因子的表达，大大增加了对肿瘤细胞趋化和黏附能力，使之更容易形成骨转移灶。该学说突出了肿瘤细胞与转移靶器官微环境之间的相互作用，很好地解释了肿瘤骨转移的器官选择性。随着分子生物学理论及技术的进步，近年来出现的“克隆进展”学说和“肿瘤干细胞”学说正日益为学术界所接受。“克隆进展”学说认为，肿瘤细胞在侵袭转移过程中其基因表达、蛋白分泌及生物学行为特征都是处在动态变化进程中，每一个转移步骤都需要特定的条件支持。而“肿瘤干细胞”学说则强调肿瘤干细胞（CSC）具有维持肿瘤特征及赋予不同肿瘤细胞不同特性的功能。

乳腺癌骨转移分子机制
乳腺癌骨转移是一个极其复杂精细的多步骤过程，这个过程包括：乳腺癌原发灶的生长和增殖并获得转移特征；突破基底膜侵入细胞外基质；血管内渗与转运；黏附滞留；迁徙至血管外，形成微转移；最后定植于骨并在其中克隆生长，引起骨质改变。近来，越来越多的证据表明，miRNA在正常骨吸收及骨重塑的过程中发挥重要的作用。同样地，miRNA在乳腺癌转移过程中也发挥着关键作用，侵袭性乳腺癌细胞通过外分泌等方式产生miRNA调控乳腺癌转移的启动和进程。乳腺癌细胞与骨基质细胞在相关基因的调控下，产生肿瘤生长因子，促进癌细胞的生长与转移，同时，基质细胞接受癌细胞分泌的生长因子的信号，细胞外基质降解，协助癌细胞的迁徙与转移。乳腺癌细胞进入血流循环形成循环肿瘤细胞（CTCs），通过外分泌等方式与特殊蛋白或者分子的相互作用，转移到达特定的器官，突破血管形成播散肿瘤细胞（DTCs），定植于特异性器官，在众多基质细胞所构成的局部肿瘤微环境（niche）的营养支持下形成转移灶。同时，肿瘤局部微环境也对乳腺癌DTCs通过外分泌等方式进行选择性调控，决定乳腺癌细胞转移是否成功。事实上，乳腺癌骨转移过程漫长，需要经过一系列分子事件，转移成功率低下。乳腺癌骨转移最常见的转移部位是富含红髓的骨骼干骺端，其原因可能与骨骼内结构复杂，血流缓慢，干骺端红骨髓血供丰富有关，骨髓产生特异的黏附分子能够捕获乳腺癌DTCs，DTCs在形成克隆性增殖前，在富血供的微环境中通过适应性“休眠”，逃避化疗杀伤。同时乳腺癌骨转移灶局部微环境内低氧、低ｐＨ及高钙，也有利于DTCs的定植与“休眠”。那么，乳腺癌DTCs是通过什么分子机制来识别骨髓内血管，进入骨髓且与骨髓内微环境紧密锚定在一起形成适应性“休眠”并且在多年后伺机转移到外周循环中去的呢？2016年5月25日，杜克癌症研究所的Price等在Science子刊上报道了这一问题的答案，并据此提出阻止乳腺癌骨转移的新策略。他们通过在乳腺癌异种移植模型骨髓的实时活体显微成像研究中，发现处于休眠和增殖状态的DTCs占据不同的区域，休眠状态的DTCs主要存在于富含Ｅ－选择素和基质细胞衍生因子1（SDF－1）的窦周血管区，使用E－选择素和C－X－C趋化因子受体类型4（CXCR4）（SDF－1受体）的高度特异性抑制剂能够阻止DTCs进入骨骼，可见Ｅ－选择素与肿瘤细胞的相互作用是乳腺癌细胞进入骨髓的关键，而SDF－1/CXCR4则锚定DTCs细胞于骨微环境，抑制其进入外周循环。DTCs细胞归巢研究还表明，Ｅ－选择素通过调节窦周区域决定细胞是否进入骨骼，免疫组化染色表明处于休眠状态的骨微转移病灶与SDF－1

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的血管毗邻。在该研究中，研究人员选用E－选择素抑制剂GMI－1271，该化合物能成功阻止乳腺癌细胞进入小鼠的骨髓中。研究人员还研究了一种将休眠状态下的乳腺癌细胞从骨骼中“动员”使其返回到血液中的策略，他们通过给小鼠注射AMD3100后发现，AMD3100能使处于休眠状态的乳腺癌细胞从骨组织中动员进入血液中，理论上可增加其被化疗药物和或免疫系统杀死的概率。关于乳腺癌骨转移发生前，骨骼部位是如何“迎接”DTCs？KaplanRN等的研究详细回答了该问题：VEGFR1+的骨髓造血祖细胞具有炎症信号通路生理性传导一样的特征，能够为乳腺癌细胞定植于骨提供一系列必要的黏附分子、蛋白酶、趋化因子、生长因子，在乳腺癌细胞到达骨转移灶前就建立好所需的骨转移微环境。另外，需要特别提出的是，CoxTR等近期通过体内外研究发现ER－乳腺癌在缺氧条件下癌细胞会分泌赖氨酰氧化酶（LOX）导致乳腺癌尚未出现转移前就出现缺氧性骨损伤，超前为乳腺癌DTCs的定植与克隆及骨转移灶形成提供好“平台”，该研究是近年来乳腺癌骨转移早期形成机制的重要进展之一。

乳腺癌细胞骨转移克隆性增殖一旦形成，癌细胞分泌骨吸收促进因子甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP）以及白细胞介素1（inter luekin－1，IL－1）、IL－6、IL－11等产生溶骨性骨破坏。其中PTHrP是主要的破骨细胞活性因子之一，它通过刺激成骨细胞和或基质细胞合成RANKL，与破骨细胞前体表面的RANK相结合，激活信号通路，诱导破骨细胞分化成熟，从而启动骨吸收。PTHrP还可以抑制OPG的合成，使OPG对RANKL的抑制作用减弱。

当乳腺癌骨转移克隆性增殖形成后，骨组织受损，骨基质细胞释放生长因子促进修复，骨基质分泌的生长因子［如转化生长因子β（TGF－β）］正反馈性地促进肿瘤细胞生长，骨组织内骨的形成与吸收平衡进一步被打破，形成破骨细胞分化与活化为主导的溶骨进程，导致乳腺癌骨转移进程进一步加速，此即乳腺癌骨转移的“恶性循环”。由此可见，OPG/RANKL/RANK细胞信号系统在乳腺癌骨转移的发生、发展过程中起到的关键作用，通过调控OPG/RANKL/RANK细胞信号表达，可以为乳腺癌骨转移的预防与治疗提供新的靶点。KieseiL等通过临床大样本分析，新发现与乳腺癌骨转移密切相关的15条基因，该研究将有助于从基因水平协助乳腺癌骨转移的诊断与治疗。

乳腺癌骨转移的靶向治疗
乳腺癌骨转移的倾向性及发生骨转移对预后影响的重要性均提示抗骨转移治疗可以使患者得到临床获益。如上所述，有针对性的对骨转移的各个关键环节使用抗骨转移药物可以改善治疗疗效，常用药物包括如下五类。

针对破骨细胞类：有帕米膦酸、唑来膦酸、伊班膦酸等，这类药物不仅能够通过抑制焦磷酸合成酶和扰乱蛋白质异戊烯化来抑制骨吸收，而且能够影响促进骨转移的γδ－T细胞、单核细胞、肌源性干细胞和内皮细胞的细胞表型，以抑制骨转移。临床研究表明，双膦酸盐不仅能够抑制乳腺癌骨转移，而且对循环乳腺癌细胞具有杀伤作用；地诺单抗，通过皮下注射人源化的中和抗体，破坏RANKL，能够显著性地减轻骨转移的并发症和骨转移性疼痛。Vadhan-RajS等针对多发性骨髓瘤以及除乳腺癌及前列腺癌外的其他实体瘤骨转移进行了抗骨转移Ⅲ期临床研究，比较地诺单抗（n＝886）和唑来膦酸（n＝890）的疗效，得出地诺单抗较唑来膦酸能减少22％的患者接受放疗，预防疼痛加重效果好，减少了非甾体镇痛药及弱阿片药物调整为强阿片类药物的频率，同时，作者还发现早期应用地诺单抗能够延缓轻度疼痛向重度疼痛的转变，但两组的健康相关生活质量评分无显著性差异。其它正在进行临床试验的抗骨吸收药物包括组织蛋白酶Ｋ抑制剂、Src抑制剂和整合素avβ3和avβ5抑制剂，研究表明，这些药物同时对参与骨转移的肿瘤细胞及基质细胞也有抑制作用，值得期待。

针对TGFβ和骨基质蛋白类（针对晚期恶性肿瘤）：抑制TGFβ通路的治疗策略已经在临床前及临床研究过程中得到实践，具体包括TGFβ单克隆中和抗体、可溶性TβRⅡ和TβRⅢ，它可以阻止TGFβ与其受体相结合，从而阻滞肿瘤生长，另外小分子TGFβ抑制剂LY2157299，可作用于晚期转移性乳腺癌、黑色素瘤、嗜铬细胞瘤、结肠癌和前列腺癌，研究显示耐受性好，毒副反应小。WrightLE等通过姜黄素对乳腺癌细胞MDA－MB－231及其小鼠骨转移瘤体内外作用研究表明，姜黄素通过下调Smad2/3磷酸化和降低ETS-1蛋白水平抑制TGFβ介导的PTHrP和促进乳腺癌骨转移后的骨吸收。

针对成骨细胞类：BendinelliP等研究了内皮素1及其受体ETAR和ETBR在乳腺癌溶骨骨转移中作用及其是如何被肝细胞生长因子（HGF）、TGFβ和缺氧诱导因子（HIF）所调控。结果表明，乳腺癌骨转移微环境中的HGF、TGFβ、HIF能够刺激内皮素1、ETAR和ETBR信号通路，促进乳腺癌的侵袭和转移性骨拟态的形成，这些分子标志物可以被用来作为侵袭行为和侵袭／转移表型的预测指标。有关内皮素1中和抗体及ETAR的阻滞剂（ABT-627）治疗前列腺癌骨转移的临床研究正在进行中。

针对骨转移灶血管：抗肿瘤血管生成治疗一直是肿瘤的研究重点之一，应该说疗效肯定，但在骨转移领域，鲜有临床报道。在乳腺癌骨转移的模型中，有研究使用抗血管生成剂angiostatin能够靶向抑制破骨细胞间接抑制乳腺癌骨转移灶的生长。SchroederM等的动物实验研究表明，舒尼替尼抑制乳腺皮下移植瘤及骨转移瘤的生长，降低肿瘤血管密度，使存在的肿瘤血管直径增加，能够很好地减轻外科切除乳腺移植瘤后出现的肿瘤加速生长和转移的影响。Bachelier等采用贝伐单抗联合瓦拉他尼能够很好地抑制乳腺癌移植瘤及其骨转移病灶的生长。一般来说，不论肿瘤的位置在哪里，阻断或者切割供应肿瘤的血管，控制肿瘤的成效显而易见。然而，在血管丰富的骨髓部位实现这一目标具有挑战性，况且，目前对骨髓血管的生物学功能知之甚少，这一策略应用于临床仍需要进一步研究。

针对骨转移性疼痛：随着恶性肿瘤诊断及治疗的进步，患者生存时间得到延长，慢性疼痛正日益成为越来越严重的问题，显著影响着患者的生活质量。乳腺癌骨转移的疼痛病因尚不明确，可能与如下因素相关：肿瘤导致的骨溶解，肿瘤产生的生长因子和细胞因子，肿瘤浸润神经组织，刺激离子通道以及局部组织产生的内皮素及神经生长因子。乳腺癌骨转移灶内的骨膜及骨髓密布交感神经元，部分病例疼痛治疗难度大，往往需要依赖高剂量阿片类药物。临床常用的骨吸收抑制剂如双膦酸盐以及RANKL拮抗剂地诺单抗和OPG均能够减轻骨转移性疼痛。

绝大部分乳腺癌出现骨转移后生存期均较短，所以治疗均是姑息性的。关于临床上对乳腺癌骨转移灶的局部处理，70％以上多采用骨转移灶外照射，因为这种方法能够很好地减轻患者的疼痛及相关症状。局部手术治疗未获得广泛认可及指南推荐，但有作者认为在审慎原则下，患者依然能够获得好的效果。其它的治疗方法还包括热疗，在一定的范围内得到推广。事实上，目前临床上单纯的局部治疗应用较少，大多与抗骨吸收的双膦酸盐或者RANKL靶向抑制剂联合。其中，放射治疗联合靶向抑制骨吸收值得期待，有望在一定程度上延长部分患者的生存期。当然，这取决于良好的联合治疗模式设计及很好的临床执行。

展望
综上所述，乳腺癌骨转移是晚期转移性乳腺癌病程中常见的最严重并发症之一，近年来全球进行的大量基础及药物研发研究，进一步阐明了其发病机制，为临床治疗提供了新手段。期望不久的将来能够更多地见到：乳腺癌骨转移发生前的肿瘤微环境如何精细调控接受癌细胞定植；乳腺癌细胞与肿瘤微环境如何密切协调进行“休眠”逃避化疗杀伤；能够准确预测乳腺癌骨转移发生的特异性的分子标志物及疗效评价检测方法。相信，随着乳腺癌骨转移研究的进一步深入，人类终将能够及时准确监测乳腺癌骨转移的发生、发展，能够寻找到有效的防治方案，减少和控制乳腺癌骨转移的发生，改善生活质量，延长患者生存。

来源：Modern Oncology 2017, 25（02）：0314-0318
肿瘤医学论坛综合整理

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