Dickkopf-1与骨髓瘤骨病的关系及其靶向治疗的研究进展*

2012-08-15 00:43袁忠涛综述李惠民审校
重庆医学 2012年16期
关键词:信号转导分化受体

袁忠涛 综述,李惠民审校

(昆明医学院第一附属医院血液科,云南昆明650032)

90%以上的多发性骨髓瘤(m u l t i p l e m y e l o m a,MM)患者在疾病进程中出现骨质破坏,包括全身性骨质疏松、溶骨性破坏和病理性骨折,即骨髓瘤骨病(m y e l o m a b o n e d i s e a s e,MB D),这是MM的标志之一。MB D的骨破坏以溶骨亢进同时不伴新骨形成为主要特点[1]。与其他肿瘤骨转移引起的溶骨病变不同,当骨髓瘤的肿瘤负荷超过50%,成骨细胞(o s t e o-b l a s t,O B)的活性将严重受抑或完全缺失;即使患者达到长期完全缓解,破骨细胞(o s t e o c l a s t,O C)的活性减弱,O B活性仍无恢复,溶骨性病变也无改善[2]。Wn t(W i n g l e s s-t y p e MMTV i n t e g r a t i o n s i t e)信号是O B中的一条重要信号通路,骨髓瘤细胞分泌的D i c k k o p f-1(D KK 1)蛋白可通过抑制Wn t信号转导通路,经多种途径抑制O B分化和功能以及间接激活O C,导致骨代谢失衡[3]。因此,随着对MB D发病机制、Wn t信号通路抑制剂D KK 1与MB D关系的深入研究,D KK 1有望成为MB D治疗的新靶点。现就Wn t信号通路和D KK 1在MB D发病机制中的作用以及靶向D KK 1的干预治疗作一综述。

1 D KK 1与Wn t信号转导通路

1.1 D KK 1的生物学特性 D KK家族是一类含有255~350个氨基酸残基的分泌型糖蛋白,在脊椎动物中由D KK 1、D KK 2、D KK 3和D KK 4四个家族成员组成。D KK 1于1998年被G l i n k a等在非洲爪蟾胚胎发育的研究中发现[4]。人类D KK 1位于染色体10q 11上,其相对分子质量是35×103。D KK 1包括31个氨基酸残基组成的N端(信号肽端)、糖基化的C端和2个富含半胱氨酸的保守区(C y s-1和C y s-2),其中C y s-2位于C端附近,含有10个保守的半胱氨酸残基,呈高度保守状态,在抑制经典的Wn t信号转导通路方面起决定作用。目前已发现两类D KK 1受体:低密度脂蛋白受体相关蛋白(L R P 5/6)和含环状结构域的单跨膜蛋白 K r e m e n 2(K r e m 2)[5]。

1.2 Wn t信号转导通路的概述 Wn t蛋白属于一类富含半胱氨酸残基的分泌性糖蛋白大家族,至今已在人和鼠类发现19个家庭成员。Wn t信号转导通路是一条高度保守的信号通路,不仅在细胞的分化、增殖及肿瘤的发生、发展中发挥重要作用,同时还参与了骨形成和重建的调节。

Wn t信号转导通路主要分为3支:(1)Wn t/β-连环蛋白(β-c a t e n i n)通路,即经典途径,是最早被发现且研究较为透彻的Wn t信号转导通路。β-c a t e n i n是经典Wn t信号通路的关键效应蛋白,它在胞质内的积聚是该信号通路激活的重要标志。正常情况下,胞质内β-c a t e n i n稳定在极低的水平。当胞外的Wn t配体与胞膜表面7次跨膜受体卷曲蛋白(f r i z z l e d p r o t e i n,F z)和单跨膜受体L R P 5/6结合,Wn t信号被激活,继而激活细胞内下游信号分子散乱蛋白(d i s h e v e l l e d s,D v l)使其磷酸化,从而抑制大肠腺瘤息肉病基因(a d e n o m a t o u s p o l y p o s i s c o l i,A P C)、轴蛋白(a x i n)和糖原合成激酶-3β(g l y c o g e n s y n t h a s e k in a s e-3β,G S K-3β)形成的降解复合物磷酸化,导致β-c a t e n i n磷酸化受阻,在胞质内大量积聚,并进入到核内与转录因子淋巴增强因子(l y m p h o i d e n h a n c i n g f a c t o r,L E F)1/T细胞因子(T c e l l f a c t o r,T C F)结合,解除L E F 1/T C F的抑制作用,特异性地启动、激活下游靶基因的转录和表达,促进细胞增殖,减少细胞凋亡[6]。激活的Wn t通路使O B内的β-c a t e n i n增加,转移到细胞核,刺激O B靶基因的表达,促进O B分化,上调护骨素(o s t e o p r o t e g e r i n,O P G)的表达,间接抑制O C的功能,下调细胞核因子κ B(n u c l e a r f a c t o r k a p p a B,N F-κ B)受体激活蛋白配体(r e c e p t o r a c t i v a t o r o f N F-κ B l i g a n d,R ANK L)的表达,从而维持骨代谢的平衡[7]。另外Wn t 1、n t 3a和Wn t 10等参与了骨髓间充质干细胞(b o n e m a r r o w m e s e n c h y m a l s t e m c e l l,BMC)向O B分化的过程[8]。(2)平面细胞极性(t h e p l a n a r c e l l p o l a r i t y,P C P)通路:目前这条通路的作用机制尚不完全清楚。现认为P C P通路主要通过F z受体激活R h o和R a c,使J u n氨基末端激酶(J u n N-t e r m i n a l k i n a s e,J NK)活化,调节不同种类细胞的极性和骨架,同时参与细胞增殖、分化和凋亡[9]。(3)Wn t/C a2+通路:主要通过G蛋白激活磷脂酶C(p h o s p h o l i p a s e C,P L C)、钙调蛋白依赖的激酶Ⅱ(c a l m o d u l i n-d e p e n d e n t p r o t e i n k i n a s eⅡ,C a mKⅡ)和蛋白激酶C(p r o t e i n k i n a s e C,P K C)等调节细胞内C a2+的释放。如Wn t 5a与F z受体结合,使G蛋白解离为ɑ和βγ亚基,ɑ亚基通过激活磷酸二酯酶抑制细胞内c GMP的活化,βγ亚基激活P L C,通过信号级联反应,激活C a mKⅡ、钙调磷酸酶和P K C,释放C a2+,影响基因表达[10]。近期有实验表明内源性和外源性的Wn t 5a能通过Wn t/C a2+通路促进微结构钛表面O B的分化[11]。后两条通路又称非经典途径。

1.3 W n t信号转导通路及其抑制剂D KK 1 Wn t信号转导通路在细胞外受不同的抑制剂调节。根据作用机制分为两类:第一类包括分泌型卷曲相关蛋白(s e c r e t e d F r i z z l e d-r e l a t e d p r o t e i n,s F R P)家族、Wn t信号抑制因子-1和C e r b e r u s,通过直接与Wn t结合,阻止配体与受体结合,从而抑制信号转导,其中s F R P家族参与经典和非经典途径;第二类是D KK家族,D KK 1能直接与L R P 5/6结合,促进L R P 5/6受体胞膜内吞后从Wn t-F r i z z l e d复合物脱离,阻止下游信号的传导;同时D KK 1能与L R P 6和K r e m 2形成复合物,使L R P 6从膜表面清除,进一步抑制Wn t/β-c a t e n i n通路。而且,D KK 1是β-c a t en i n/T C F下游的靶基因,并受其调控[12]。Wn t/β-c a t e n i n通路对调节地塞米松诱导的骨质疏松起关键作用,D KK 1基因表达沉默能解除地塞米松对人原始O B分化的抑制[13]。另外,研究者还发现D KK 1不但参与了Wn t/β-c a t e n i n通路,在P C P通路中也发挥着重要作用,MM的瘤细胞可通过J NK信号通路激活氧化应激反应调节D KK 1的表达[14]。

2 MB D的发病机制

MB D的发生、发展是一个多因素、多系统综合作用的结果,其关键在于MM细胞激活O C的同时抑制O B活性,最终导致骨代谢失衡。

一直以来人们认为,O C是MB D的主要效应细胞,MM细胞以及基质细胞分泌的破骨细胞激活因子,如R ANK L、I L-6和巨噬细胞炎性蛋白-1ɑ(m a c r o p h a g e i n f l a mm a t o r y p r o t e i n 1ɑ,M I P-1ɑ)等在MB D发病机制中起到至关重要的作用。已知骨代谢的动态平衡通过R ANK/R ANK L/O P G系统来维持,R ANK L与R ANK结合后促使O C前体细胞分化成O C而产生溶骨效应,同时R ANK L通过细胞N F-κ B和J NK途径直接活化成熟的O C,促进骨的重吸收。O P G的分泌受抑,导致R ANK L/O P G比值升高,促进O C的分化成熟和持续激活。还有I L-6和M I P-1ɑ等因子可通过不同的方式或作用环节促进溶骨和骨质的重吸收[15]。

近年来,越来越多的证据显示MM患者O B功能缺陷加剧MB D的病理过程。MM分泌的D KK 1和s F R P-2通过抑制Wn t信号途径影响O B的分化。而且,外源性的s F R P-2能抑制骨形态发生蛋白-2(b o n e m o r p h o g e n e t i c p r o t e i n 2,BMP-2)介导的O B分化,相应抗体中和s F R P-2后O B又恢复矿化结节的形成[2]。另外,MM细胞对O B的影响机制还包括:通过干扰早期O B和骨髓基质细胞合成溶骨部位的新骨成分,使新骨形成所需的骨钙蛋白和BMP-2严重缺乏,影响成骨;通过F a s配基和肿瘤坏死因子受体细胞凋亡诱导配体直接促进早期O B凋亡[16]。细胞间的接触上调I L-6的分泌,下调O B的O P G mR NA的表达。MM细胞还可以通过与O B的祖细胞相互接触直接抑制转录因子RUN X 2/C B F A 1的活性,影响骨生成[3]。

3 D KK 1与骨髓瘤骨病

大量临床研究证实D KK 1与MM和MB D有一定的相关性。2003年T i a n等[17]描述了D KK 1基因和蛋白在有溶骨性病变的MM患者浆细胞内高表达,循环中的D KK 1主要来源于MM细胞。MM患者血清和骨髓上清液D KK 1水平明显高于意义未定的单克隆丙种球蛋白病(m o n o c l o n a l g a mm o p a t h y o f u n d e t e r m i n e d s i g n i f i c a n c e,MGU S)患者和对照者,而且D KK 1水平还与骨损害程度和范围有关[18-20]。此外,H e i d e r等[21]研究也显示不论选择何种治疗方式,对治疗有反应的MM患者血清D KK 1水平明显低于治疗前,而无反应的患者治疗前后D KK 1水平无明显变化。近期的研究认为可将血清D KK 1作为诊断MM等多种肿瘤的生物学标志物[22]。

D KK 1作为Wn t信号转导通路的抑制剂,不仅使O B的分化和功能受抑,还间接增加O C形成,最终导致骨代谢失衡。Q i a n g等[23]研究发现重组D KK 1和高水平D KK 1MM患者的血浆能抑制O B Wn t 3a介导的β-c a t e n i n积聚,使β-c a t e n i n自分泌减少,并能抑制BMP-2介导的碱性磷酸酶活性,从而影响前O B的分化。另有实验证实,重组D KK 1明显抑制人和小鼠O B Wn t 3a介导的O P G mR NA和蛋白水平的表达;表达D KK 1的MM细胞株或原始MM细胞与O B共培养,也能抑制O B Wn t 3a介导的O P G的表达,从而上调R ANK L的表达;D KK 1可以通过干扰O B的Wn t信号调节和增加R ANK L/O P G的比值,间接增强O C的活性[24]。G u n n等[25]研究显示M S C培养的条件培养液能促进MM细胞系分泌D KK 1,短期低水平D KK 1可促进M S C s增殖,而长期高水平D KK 1阻止M S C s向O B分化,同时未分化的M S C s产生的I L-6又刺激MM细胞的增殖,由此形成恶性循环。因此,D KK 1在MB D的发生、发展中发挥着不容忽视的作用。

P o l i t o u等[26]报道MM经自体干细胞移植(a u t o l o g o u s s t e m c e l l t r a n s p l a n t a t i o n,A S C T)后,血清D KK 1持续下降;骨吸收标志物N T X和T R A C P-5b随之下降,直至A S C T第3个月恢复正常;骨形成标志物骨钙蛋白和骨碱性磷酸酶逐渐增加,到第8个月正常。这些提示D KK 1对O B的功能有抑制作用,A S C T后可恢复O B功能,借此推测A S C T后随着O B功能的恢复,D KK 1的抑制作用也随之瓦解。W a n g等[27]研究显示去卵巢大鼠给予D KK 1反义寡核苷酸治疗后可解除去卵巢雌激素缺失对股骨重量、矿物质含量、骨密度及O C数量的影响,治疗后骨组织中O B数量和骨小梁增加,O C数量显著减少,因此调控D KK 1可改善雌激素缺乏所致骨量流失。另有实验还证实重组人D KK 1和高浓度水平D KK 1患者的骨髓上清液在体外可抑制O B前体细胞的分化,这种抑制作用可被抗人D KK 1抗体解除[17]。上述这些研究表明抗D KK 1策略有望成为MB D靶向干预的新思路。

4 针对D KK 1的靶向治疗

目前MB D的治疗主要为全身化疗、双磷酸盐类药物治疗和局部放疗等。其中双磷酸盐类药物能有效治疗肿瘤细胞诱导的高钙血症以及骨质疏松,但随着使用人数的增加和时间的延长,双磷酸盐相关的颌骨坏死逐渐引起人们的重视,而且双磷酸盐也不能完全阻断疾病进展,迫切需要不断寻找更为安全有效的治疗方法。针对D KK 1的靶向干预可作为一条潜在的治疗策略。

4.1 硼替佐米 是第一个用于临床的蛋白酶体抑制剂,目前广泛用于治疗初发、难治或复发的MM患者。近年来的研究显示硼替佐米不仅能杀伤MM细胞,同时对O B具有一定的活化作用。多项临床研究显示,MM患者经硼替佐米治疗后,D KK 1水平较治疗前降低,O B的活动标志物水平上升。目前认为硼替佐米可以通过多种作用机制促进新骨形成和抑制骨质破坏,D KK 1为其中一个作用靶点。它能直接作用于D KK 1和抑制MM细胞以减少D KK 1和s F R P-2的分泌,恢复Wn t信号通路功能,促进O B分化,治疗MB D[28]。

4.2 D KK 1的中和抗体 Y a c c o b y等[29]建立负载人MM的S C I D-r a b小鼠模型,给予D KK 1中和抗体治疗4~6周,小鼠的骨矿物质密度明显提高,组织学检查显示表达骨钙素的O B数量增多而表达抗酒石酸酸性磷酸酶的多核O C数量减少,更重要的是该模型中肿瘤负荷显著降低。此外,D KK 1中和抗体M a b B 3以剂量依赖方式促进O B分化和钙质沉积,同时抑制O C的分化和陷窝形成功能[30]。

B HQ 880是一种新型的D KK 1单克隆抗体,具有高亲和力,能中和人和鼠的D KK 1。H e a t h等[31]在C 57B L/K a L w R i j小鼠体内建立MB D的模型,给予D KK 1的中和抗体B HQ 880治疗后,骨表面矿化率和骨形成率增加,骨小梁缺失也明显改善。F u l c i n i t i及同事评估了B HQ 880对MM骨代谢的作用。他们研究发现B HQ 880在体外促进O B的分化,消除MM细胞对成骨形成的不利影响,减少I L-6的分泌;负载I NA 6MM的S C I D-h u小鼠经B HQ 880治疗后,O B和骨小梁数量显著增加,血清骨钙素水平上升;该抗体通过干扰骨髓基质细胞与MM细胞的黏附和减少I L-6的产生间接抑制MM细胞的生长;另外,B HQ 880能上调小鼠体内的β-c a t e n i n,使骨髓基质细胞内的N F-κ B的活性降低。这些实验结果表明D KK 1的中和抗体B HQ 880能改善骨病和抑制肿瘤生长[32]。

目前,B HQ 880联合标准化疗和唑来磷酸治疗初发、难治或复发MM患者的Ⅰ期/Ⅱ期临床试验正在进行中,患者经B HQ 880 40m g/k g,每28d静脉给药1次治疗后,骨形成似乎有所增加,但有待Ⅱ/Ⅲ期临床试验的进一步证实[33]。另有一项单剂量Ⅰ期临床试验研究显示绝经后妇女给予B HQ 880后尚无剂量限制毒性反应事件的报告[34]。B HQ 880用于高风险冒烟型MM以及并发肾功能不全未经治疗MM患者的临床试验即将开始。

4.3 D KK 1多肽疫苗 Q i a n等[35]针对D KK 1蛋白在大多数MM患者和细胞株均有表达,而在正常组织中极少表达的特点,合成D KK 1抗原肽-HL A-A*0201四聚体,并证实其在HL A-A*0201转基因小鼠体内具有免疫原性。研究者利用D KK 1多肽作用于HL A-A*0201阳性的供血者和MM患者外周血细胞,产生负载D KK 1多肽的树突状细胞;D KK 1特异性T细胞反复接受负载D KK 1多肽的树突状细胞的刺激,可以产生和克隆针对MM的活化的特异性细胞毒T细胞,这些细胞能识别和溶解D KK 1阳性/HL A-A*0201阳性的MM细胞株,以及来自MM患者HL A-A*0201阳性的原始肿瘤细胞,而不杀伤其他细胞。这一研究结果为以D KK 1为基础的免疫治疗提供了直接有力的证据。

5 展望

MB D的发病机制复杂,O C和O B参与的不平衡骨重塑是其关键。既往认为O C是主要效应细胞,近年O B在MB D中的作用日益受到重视。其中,D KK 1通过抑制Wn t信号转导通路干扰O B的分化,针对其机制的治疗手段可能具有良好前景。

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