乳腺癌骨转移分子机制及靶向药物的研究进展

郑亚男，李 梅，2，赵基源*

(1.宁波大学 医学院 浙江省病理生理学技术研究重点实验室，浙江 宁波 315211；2.宁波市医学科学研究所，浙江 宁波 315211)

乳腺癌(breast cancer)是危害全球女性健康最常见的恶性肿瘤，据统计，在2018年全球女性恶性肿瘤新发病例和死亡病例中，乳腺癌分别占24.2%和15.0%，均高居第一位[1]。转移是恶性肿瘤最重要的生物学特性，而骨则是乳腺癌最常见的转移部位，将近一半的乳腺癌患者在患病1～3个月后会发生骨转移[2]。目前，针对乳腺癌骨转移的各种治疗方法并不能明显地延长患者的中位生存期。因此，科研学者们始终坚持从乳腺癌骨转移的相关分子机制着手，寻找全新的靶向治疗药物。

1 骨转移发生机制

乳腺癌骨转移的发生过程极其复杂，从病理生理层面来说，这个过程包括：癌细胞获得转移特性；基底膜破裂；细胞外基质的侵袭；血管内运输；黏附滞留；癌细胞定植与骨破坏[3]。从分子层面来说，这一过程涉及多种细胞因子、化学介质和信号通路。核因子κB受体活化因子(receptor activator of nuclear factor kB，RANK)—核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)——骨保护素(osteoprotegerin，OPG)是最关键的信号通路。

1.1 骨溶解的“恶性循环”

RANK—RANKL—OPG信号通路于20世纪90年代中期首次被发现，这一通路对骨吸收和骨形成的调控至关重要[4]。在生理条件下，OPG与RANK竞争性结合位于破骨细胞上的RANKL，使骨溶解和骨生成处于一种动态平衡。当发生乳腺癌骨转移时，癌细胞释放甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroid hormone-related protein，PTHrP)等可溶性介质，分别上调和下调RANKL、OPG的表达，增加了骨溶解的发生，同时储存在骨基质中的转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)和胰岛素样生长因子-1等得以释放[3]，进一步促进癌细胞增殖，以上过程形成一个正反馈，又被称作溶骨性“恶性循环”(图1)。

1.2 骨转移相关分子

1.2.1 组织蛋白酶K：组织蛋白酶K(cathepsin K，CatK)是一种与骨重塑和乳腺癌相关的溶酶体半胱氨酸蛋白酶。CatK在人原发性乳腺癌细胞及转移到骨组织的乳腺癌细胞中都表达。与原发性乳腺癌细胞相比，发生骨转移的乳腺癌细胞中的CatK表达更高，并且CatK的小分子抑制剂会降低破骨细胞的骨吸收活性[5]。因此推测来源于乳腺癌细胞的CatK通过降解骨基质参与溶骨性骨转移。

1.2.2 类固醇受体共激活因子：原癌基因类固醇受体共激活因子(steroid receptor coactivator,SRC)是一种非受体型的酪氨酸激酶，也是乳腺癌骨转移患者预后不良的独立预测因子。SRC作为CX3CL1/CX3CR1信号通路中的下游传导因子被磷酸化激活，激活的SRC通过与黏着斑激酶上的第397位酪氨酸结合而使该激酶的酪氨酸576/577磷酸化，从而促进乳腺癌细胞向脊柱转移[6]。

1.2.3 内皮素：内皮素-1(endothelin-1，ET-1)是一种结合内皮素A受体(endothelin-1 type A receptors，ETAR)的血管舒张肽。ET-1/ETAR轴的异常激活是包括乳腺癌在内的各种恶性肿瘤发生和发展的共同机制。乳腺癌细胞异常表达的ET-1通过激活成骨细胞上的ETAR，促进成骨细胞恶性增殖，增生的成骨细胞又释放生长因子，反过来作用于肿瘤细胞[7]。低氧和TGF-β也可以通过ET-1/ETAR轴来上调RUNX2的表达，从而使MMP-9表达增加，以此增强乳腺癌细胞对骨的侵袭[8]。

1.2.4 着丝粒蛋白F：着丝粒蛋白F(centromere protein F，CENPF)位于染色体1q41上，是一种与细胞周期相关的核抗原。CENPF表达上调会降低原发性乳腺癌患者的总生存率和无转移生存率，从而提示CENPF是乳腺癌预后不良的相关生物标志物。CENPF在乳腺癌骨转移过程中发挥转移启动子的功能，CENPF通过激活PI3K/AKT/mTORC1信号通路导致PTHrP分泌增加，促进破骨细胞增殖的同时有利于癌细胞向骨转移[9]。

1.2.5 同源C-X-C基序趋化因子配体5：同源C-X-C基序趋化因子配体5(C-X-C chemokine motif ligand 5，CXCL5)属于CXC趋化因子亚家族，CXCL5与G蛋白偶联受体CXC基序受体2(C-X-C chemokine motif receptor，CXCR2)的过度激活与微血管侵犯，淋巴转移和肿瘤的恶性程度相关。乳腺肿瘤相关成骨细胞分泌的炎性CXCL5通过激活ERK、MSK1和Elk-1，使Snail表达增加，E-钙黏着蛋白减少，从而增强了乳腺癌细胞的转移能力[10]。最近利用体外共培养实验模拟癌细胞转移和定植的最后阶段，通过对细胞因子和趋化因子的筛选，将CXCL5确定为骨转移定植的诱导物[2]。

1.2.6 骨唾液酸蛋白：骨唾液酸蛋白(bone sialoprotein，BSP)是一种磷酸化糖蛋白，最初从牛骨中分离得到，同时它也是人乳腺癌细胞分泌的一种常见的细胞外蛋白。乳腺癌对骨的侵袭和转移是通过BSP和αvβ3整联蛋白两者结合实现的，这可能是因为BSP同时含有与羟基磷灰石晶体结合的聚谷氨酸序列和与整联蛋白结合的RGD(Arg-Gly-Asp)序列，它可以通过αvβ3和αvβ5整联蛋白促进癌细胞与骨基质之间的相互作用，从而促进乳腺癌细胞向骨转移[11]。

1.2.7 转录辅因子家族：含Glu/Asp丰富羧基末端结构域的Cbp/P300结合转化激活因子2(Cbp/P300 interacting transactivator with Glu/Asp rich carboxy-terminal domain 2，CITED2)是一种非DNA结合转录共调节因子。CITED2可以通过增强乳腺癌细胞中TGF-β诱导的MMP-9的表达，从而降解细胞外基质并增强乳腺癌细胞的侵袭和转移[12]。通过微阵列技术发现在敲除CITED2的乳腺癌细胞中，IKKα和一些与转移相关的基因均被下调，猜测CITED2可能通过调节IKKα的表达间接影响乳腺癌的转移能力[13]。

乳腺癌骨转移的发生过程错综复杂，不同信号通路既独立存在又相互联系。首先，TGF-β既可以调控ET-1/ETAR信号轴，又可以作为CITED2的下游传导因子间接促进乳腺癌细胞转移。其次，PTHrP作为RANK—RANKL—OPG信号通路的中间信号分子和PI3K/AKT/mTORC1信号通路的下游传导分子在激活破骨细胞时至关重要。最后，RANK—RANKL—OPG信号通路和ET-1/ETAR信号轴都可以通过影响不同的生长因子，从而分别引起溶骨性骨转移和成骨性骨转移。乳腺癌骨转移的不同信号通路之间存在千丝万缕的联系，有待进一步研究发现。

2 靶向治疗药物

基于对乳腺癌骨转移机制的深化认识，科研学者们已经在不断寻找新的分子靶点并开发靶向药物。目前，主要靶向药物如表1所示。

2.1 常规治疗药物

2.1.1 双膦酸盐类：双膦酸盐类(bisphosphonates，BPs)属于焦磷酸盐类似物，它能有效的抑制破骨细胞介导的溶骨作用，因此，又被称作骨靶向剂。一项Cochrane系统评价和分析表明，与安慰剂相比，双膦酸盐在减少骨相关事件(skeletal-related event,SRE)的发生和延迟首次SRE发作的时间间方面发挥了显著作用[21]。在使用BPs治疗早期乳腺癌患者的临床研究中，年龄较大或缺乏雌激素的患者第10年骨转移的发生率会降低2.2%，死亡率降低3.3%[14]。而且，唑来膦酸与其他抗癌疗法结合在预防骨骼并发症方面具有协同作用。

2.1.2 地诺单抗：核因子κ-B配体受体致活剂(receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand,RANKL)的靶向抑制剂地诺单抗属于完全人源化的单克隆抗体，它通过抑制破骨细胞活化与成熟，减少骨吸收和增加骨密度[15]。最近，高剂量地诺单抗(每4周120 mg)已成为骨转移性乳腺癌患者除化疗之外的一种治疗标准，在延迟或预防症状性骨事件方面优于双膦酸盐。对雌激素受体阳性的乳腺癌患者每四周给予120 mg的地诺单抗或4 mg的唑来膦酸，发现地诺单抗组的患者首次发生症状性骨事件的时间延迟了将近3个月；在16个月之内，地诺单抗组的患者比唑来膦酸组的患者的骨事件发生率降低了8.6%[16]。尽管地诺单抗和唑来膦酸能减少SRE的发生，但是也有1.7%的地诺单抗患者和0.10%的双膦酸酯患者会产生颌骨骨坏死等副作用[22]。

2.2 新兴治疗靶点

2.2.1 靶向破骨细胞：组织蛋白酶K(cathepsin K,CatK)通过降解骨基质参与肿瘤引起的溶骨性骨转移，因此，CatK可以作为恶性肿瘤的一个潜在治疗靶点。奥当卡替作为一种抑制CatK的口服制剂，能显著降低乳腺癌骨转移患者的骨吸收标志物[17]。不幸的是，由于它可以增加患者房颤和卒中的风险，相关的临床试验已被中止。最近，青蒿素在恶性肿瘤预防和治疗方面展现出前景。ARTD是青蒿素与糖脂的杂化分子，20 mg/kg的口服剂量可以显著降低小鼠模型的溶骨性病变[18]。SM934是一种新型的水溶性青蒿素类似物，SM934和睾丸激素的联合使用可通过抑制CatK的表达，实现Bcl-xL的抑制，从而抑制乳腺癌细胞的增殖和转移能力[5]。

达沙替尼，塞卡替尼等SRC抑制剂已获批进行临床试验。达沙替尼和唑来膦酸的联合制剂可以将乳腺癌骨转移患者的无进展生存期延长10个月左右，总生存期延长7个月左右，具有良好的临床疗效[19]。另一种抑制剂塞卡替尼可以改善由骨转移引起的骨痛，可能是因为塞卡替尼通过抑制Src减少N-甲基-D-天冬氨酸受体活化，从而减少了与神经性和炎性疼痛相关的超敏反应[20]。尽管临床试验表明这些抑制剂在肿瘤骨转移中具备良好的应用前景，但其相关的作用疗效仍需进一步探究。

2.2.2 靶向成骨细胞：乳腺癌骨转移以溶骨性骨转移为主，仅有10%～20%的骨转移表现为成骨性或混合性[3]，而ET-1/ETAR是介导成骨性骨转移的主要分子。因此，许多临床前试验都利用ETAR的拮抗剂抑制乳腺癌骨转移的成骨性病变。例如，对接种ZR-75-1乳腺癌细胞的裸鼠给予阿曲生坦治疗，发现治疗组小鼠无成骨细胞转移的影像学表现，且总骨和新骨面积均显著低于对照组[7]。淫羊藿是治疗骨质疏松等骨相关疾病的传统中药，其主要活性成分淫羊藿苷能有效提高乳腺肿瘤细胞的放疗敏感性，促进他莫昔芬耐药细胞凋亡[23]。淫羊藿苷通过激活BMP信号通路促进成骨细胞分化，并诱导体内骨组织再生。因此淫羊藿苷或许是治疗乳腺癌骨转移的潜在药物，通过构建淫羊藿苷缓释体系可作用于局部骨组织损伤修复[24]。此外，异槲皮素作为植物雌激素，也能有效促进成骨细胞分化，相比于雌激素和槲皮素具有高效、低毒的特点[25]。

3 问题与展望

乳腺癌骨转移作为威胁全球女性生命健康的主要疾病之一，备受研究人员关注。目前尽管发现许多分子与乳腺癌骨转移的发生与发展密切相关，但大多研究都专注于某一信号通路的阐述，不同信号通路之间相互联系的研究却少之又少，更深入的调控机制需要去探索。

为解决以上问题，本文对乳腺癌骨转移将来的发展方向提出以下几点猜想：对分子机制和靶向药物的研究重心应放在信号通路之间的联系上，比如开发针对PTHrP的靶向药物就可能同时阻断RANK—RANKL—OPG和PI3K/AKT/mTORC1甚至更多的信号通路，从而达到更好的治疗效果；靶向药物是一把双刃剑，在制药过程中应最大程度地提升其疗效并避免靶向药物对人体造成的骨坏死等不良反应；靶向药物与其他抗癌疗法的结合将会是乳腺癌骨转移治疗的必经之路，但是调整治疗手段的先后顺序和治疗周期从而最大程度的优化这种联合治疗也会是今后研究的重点。总之，乳腺癌骨转移这一巨大挑战终究会在科研学者们的努力下见到曙光。