CXCL12/CXCR4在乳腺癌轉(zhuǎn)移中的研究進展

吉 茹 綜述，劉易欣 審校

（天津醫(yī)科大學病理學教研室，天津 300070）

惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移機制一直是癌癥診治研究領(lǐng)域中的重要課題，1987年第一個趨化因子IL-8被正式命名后，趨化因子成為了國內(nèi)外醫(yī)學生物學研究的熱點之一。根據(jù)其特征性保守Cys基序的組成與排列差異分為CXC、CC、C、CX3C 4類60余種。一般認為CXC族趨化因子主要作用于中性粒細胞，而C、CC和CX3C族趨化因子則主要作用于單核/巨噬細胞及淋巴細胞[1]。趨化因子通過作用于趨化因子受體參與多種生理和病理過程，如介導免疫及炎性反應(yīng)；調(diào)控造血干細胞遷移及歸巢；介導HIV感染；參與胚胎發(fā)育過程；惡性腫瘤的生長、浸潤、轉(zhuǎn)移等。近年來提出了CXCL12/CXCR4生物學軸(CXCL12/CXCR4biological axis)的概念。不少研究指出,CXCL12/ CXCR4生物學軸在多種腫瘤的生長、播散、器官特異性轉(zhuǎn)移及腫瘤免疫抑制中發(fā)揮著重要的作用[2-3]?，F(xiàn)就CXCL12及其受體CXCR4在乳腺癌轉(zhuǎn)移中的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 CXCL12/CXCR4的結(jié)構(gòu)及生物學功能

CXCL12是通過表達克隆的方法分離到的cDNA，長1776bp，3′端1451bp的非編碼序列內(nèi)有多個在調(diào)節(jié)細胞因子基因表達中起重要作用的富含A+U的序列，編碼區(qū)僅含有1個267bp的核苷酸序列的開放讀框，編碼89個氨基酸多肽，根據(jù)其氨基酸序列含有4個半胱氨酸及N端含2個半胱氨酸被1個其他氨基酸隔開，將其歸為趨化因子CXC亞家族，命名為CXCL12[4]。

CXCR4最初是用IL-8R基因探針從人血單核細胞基因庫中分離提純出的一個具有7個跨膜G蛋白偶聯(lián)的受體，被稱為白細胞表達的七次跨膜受體（Leukocyte expressed seven-transmemberance domain receptor，LESTR），與IL-8R有32%同源性。此外，因其配體CXCL12為CXC家族成員，故按CXC受體編號命名為CXCR4。

CXCL12是目前已知唯一能與CXCR4結(jié)合并能激活它的天然趨化因子，3′端的非編碼序列內(nèi)有多個在調(diào)節(jié)細胞因子基因表達中起重要作用的開放讀框，需與CXCR4的N端結(jié)合并與CXCR4的第二胞外環(huán)相互作用后才能啟動下游信號轉(zhuǎn)導通路[5]。趨化因子受體的主要作用是通過與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合引導淋巴細胞進入炎癥灶從而引發(fā)宿主防御反應(yīng)。炎癥因子、生長因子及一些病理性的有害刺激可誘導趨化因子的產(chǎn)生。但是近幾年的研究發(fā)現(xiàn)其作用與病毒感染，腫瘤的發(fā)生與轉(zhuǎn)移等過程有關(guān)。

2 CXCL12/CXCR4軸與乳腺癌轉(zhuǎn)移的關(guān)系

腫瘤轉(zhuǎn)移是一個嚴密的、非隨機的、器官選擇性的過程。人乳腺癌細胞系和乳腺癌原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶都高表達趨化因子受體CXCR4，而在乳腺癌最常見的轉(zhuǎn)移部位如淋巴結(jié)、肺、肝、骨等器官則高水平地表達其配體CXCL12[6]，研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌一般不轉(zhuǎn)移到CXCL12含量低的器官如腎臟中。Salvucci等[7]利用組織芯片技術(shù)對1808例侵襲性乳腺癌和214例原位癌分析后發(fā)現(xiàn)，從正常乳腺組織到導管原位癌再到浸潤性癌，CXCR4在細胞核的陽性表達比例依次為20%、30%和67%，呈逐步上升的趨勢，顯示CXCR4與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。而功能性阻斷這一受體或敲除CXCL12基因后，不僅在體外實驗中乳腺癌細胞株的侵襲能力和轉(zhuǎn)移能力顯著下降、生長速度較低，而且體內(nèi)試驗中發(fā)現(xiàn)免疫缺陷小鼠不能在皮下形成腫瘤[8]。上述研究提示對誘發(fā)乳腺癌細胞的增殖分化和侵襲轉(zhuǎn)移來說，CXCL12/CXCR4有著極為重要的作用。

CXCL12/CXCR4與腫瘤細胞遷移侵襲等有關(guān)，可能的原因是趨化性細胞因子通過與乳腺癌細胞膜上特定的趨化性細胞因子受體結(jié)合,激發(fā)了細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導，導致下游效應(yīng)分子的聚集，使細胞內(nèi)骨架蛋白重排，從而誘導了細胞的趨化遷移，進而形成了腫瘤侵襲的特性[9-10]。體外實驗用激光共聚焦顯微鏡觀察到，100nmol/L的CXCL12可使乳腺癌細胞內(nèi)的F2肌動蛋白顯著增加2倍左右，細胞形成明顯的偽足，并呈現(xiàn)劑量依賴性誘導乳腺癌細胞定向遷移和侵襲，而CXCR4的拮抗劑可以阻斷這一效應(yīng)[11]。Murphy[12]則認為首先癌變的乳腺上皮細胞克隆增殖，侵入局部組織，誘導血管生成，同時在其表面表達CXCR4，繼之癌細胞與原發(fā)瘤分離，穿過淋巴管壁和血管壁，進人循環(huán)系統(tǒng)，定植于能產(chǎn)生高水平CXCL12的器官的血管床，CXCL12與CXCR4結(jié)合，導致腫瘤細胞進人正常組織，促進細胞增生和新生血管生成，形成轉(zhuǎn)移瘤。

3 CXCL12/CXCR4介導轉(zhuǎn)移的信號通路

盡管目前對趨化運動有了一定程度的了解，但其精確機制尚不甚清楚。CXCL12與CXCR4結(jié)合，激活了CXCR4受體偶聯(lián)的G蛋白，通過激活磷脂酰激醇-3激酶(PI3)，絲裂原結(jié)合蛋白酶(MAPK)和轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，即CXCL12/CXCR4-PI3-MAPK-NF-κB信號通路[13]，具體如下：(l)CXCL12刺激可使PI-3激酶P85亞單位及PLC-γ酪氨酸磷酸化，PLC-γ可激活PKC，PKC進一步激化一系列局部粘附蛋白，從而介導細胞遷移。CXCL12誘導的細胞趨化可被PI-3激酶抑制劑 wortmannin和 PKC抑制劑GF109203X所阻斷。(2)CXCL12刺激引起核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB活化，支持CXCL12/CXCR4在細胞增殖及維持生存中發(fā)揮作用。(3)CXCL12刺激還經(jīng)MEK激活P44/42ERK，但不能激活P38或JNK MAPK?？紤]MEK可能在CXCL12/CXCR4誘導的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導中起調(diào)節(jié)作用。

4 CXCL12/CXCR4軸的調(diào)節(jié)

CXCR4表達的調(diào)節(jié)涉及很多因素，對于這些影響因素的調(diào)節(jié)也可以對CXCL12/CXCR4介導的乳腺癌轉(zhuǎn)移達到有效的控制。（1）研究發(fā)現(xiàn)低氧誘導因子HIF-1a能上調(diào)CXCR4的表達[14]。分子水平的研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細胞中HIF-1a可以上調(diào)SDF-1/CXCL12的表達，支持這一理論的依據(jù)為：在SDF-1的啟動序列中發(fā)現(xiàn)了HIF-1a的結(jié)合位點，并利用染色質(zhì)免疫沉淀法檢測到HIF-1a與該位點結(jié)合。HIF-1a在低氧或組織損傷的情況下可導致CXCL12的表達增強[15]。（2）VEGF-C誘導腫瘤淋巴管生成及腫瘤淋巴轉(zhuǎn)移已成為不爭的事實，但VEGF-C通過何種機制促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移,特別是某些腫瘤的器官特異性轉(zhuǎn)移目前仍不清楚。有學者通過實驗研究發(fā)現(xiàn), VEGF-C可以通過自分泌的方式誘導CXCR4的表達,驅(qū)使腫瘤細胞“歸巢”至靶器官淋巴結(jié)，引發(fā)淋巴轉(zhuǎn)移[16]。有報道采用反義技術(shù)或RNA干擾技術(shù)可以阻斷VEGF-C或CXCR4的表達,抑制腫瘤的生物學惡性表型[11]。（3）有研究發(fā)現(xiàn)雌二醇和CXCL12之間有相互協(xié)同的作用。在對雌二醇受體陽性的乳腺癌的觀察中發(fā)現(xiàn)，雌二醇可以上調(diào)CXCR4的表達，而應(yīng)用CXCL12的抗體也可以中和雌二醇的促有絲分裂的作用[17]。（4）核因子受體κB(NF-κB)通過直接上調(diào)CXCR4的表達而調(diào)整乳腺癌細胞的活性，NF-kB抑制劑使CXCR4的表達降低而失去CXCL12介導的轉(zhuǎn)移能力，將CXCR4cDNA導入表達N F-kB的乳腺癌細胞將會重啟CXCL12介導的轉(zhuǎn)移[18]。此外，CXCR4可以被血漿及造血微環(huán)境中的某些蛋白酶所調(diào)解。例如組織蛋白酶G、彈性蛋白酶、二肽基肽酶可以降解CXCR4,而基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）降解周圍的基質(zhì)，有利于CXCR4穿透基底膜進入血液循環(huán)播散到遠隔器官。

5 SDF-1/CXCR4軸與腫瘤治療

CXCL12-CXCR4軸在乳腺癌器官特異性轉(zhuǎn)移中的作用為近幾年研究的熱點，最新的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)該軸不僅在乳腺癌的發(fā)展、轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，而且在乳腺非典型增生向乳腺癌的轉(zhuǎn)化過程中也發(fā)揮作用。有研究者據(jù)此將其作為乳腺癌輔助治療新藥研發(fā)的靶點。在小鼠實驗中利用CXCR4抗體的中和作用可以抑制乳腺癌肺轉(zhuǎn)移，在體外實驗中發(fā)現(xiàn)T140類似物能抑制CXCL12誘導乳腺癌細胞的遷移，且其抑制作用呈劑量依賴性。對MDA-MB-231小鼠應(yīng)用T140類似物治療也發(fā)現(xiàn)其能顯著降低乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移。此實驗證明CXCR4的對抗物如T140類似物對抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移有重要的作用[19]。盡管CXCR4對抗物在抑制轉(zhuǎn)移中的作用十分明顯，但是CXCR4在胚胎發(fā)育、人體正常細胞歸巢和炎癥反應(yīng)中都發(fā)揮十分重要的作用，在抑制CXCL12/CXCR4軸對調(diào)整腫瘤的轉(zhuǎn)移和生長具有積極的作用的同時也因為抑制淋巴細胞的歸巢和干擾造血過程而對免疫應(yīng)答具有消極作用[20]。

Duffy抗原是紅細胞膜上能夠結(jié)合CXC族和CC族趨化因子的雜合性受體，也稱Duffy抗原趨化因子受體(DARC)。已有研究證實多種腫瘤中都表達DARC，如紅白血病、惡性膠質(zhì)瘤、血管肉瘤等，在以人乳腺癌細胞MDA-MB435為對象進行的研究中，已從基因和蛋白質(zhì)水平上證實人乳腺癌細胞也表達DARC，且其表達水平與瘤內(nèi)血管生成、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀態(tài)及腫瘤遠處轉(zhuǎn)移呈負相關(guān)，與患者的存活時間呈正相關(guān)，并且在具有肺高轉(zhuǎn)移潛能的癌細胞中DARC表達降低[21]。Addison等[22]用ELISA方法對肺癌進行的研究表明，將DARC陰性非小細胞肺癌A549細胞轉(zhuǎn)染DARC后，上清液中的CXC族趨化因子CXCL8和CXCL15均較對照組顯著降低。劉小豐等[23]的研究結(jié)果進一步表明，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性組DARC的表達明顯低于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性組，提示DARC可能是人乳腺癌的一種負性調(diào)控因子。因此，DARC有望成為乳腺癌等實體腫瘤抗血管生成治療的新靶點。另外，放射性核素、細胞毒素等多種手段對高表達CXCR4的腫瘤的分子靶向治療正在研究中，一些抑制CXCR4基因活化的小分子化合物、核酶、干擾素、反義核酸等也有望成為針對CXCL12/ CXCR4生物學軸的抗腫瘤新藥。

6 展望

盡管有關(guān)CXCL12/CXCR4的生物學作用在乳腺癌、肺癌、胃腸道腫瘤中得到了有力的證實，但其生物學功能、分子機制及其與其他細胞因子之間的相互作用機制仍未完全明了。CXCL12/CXCR4在腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移中的生物學過程如何進行，表達如何調(diào)節(jié)等問題仍有待進一步的研究證實。此外，檢測腫瘤患者外周血中相關(guān)趨化因子的變化，篩選預(yù)測腫瘤轉(zhuǎn)移的早期診斷指標，對腫瘤轉(zhuǎn)移防治具有重要的意義。

［1］ Vandercappellen J,Van Damme J,Struyf S.The role of CXC chemokines and their receptors in cancer[J].Cancer Lett,2008,267(2):226

［2］ Iwasa S,Yanagawa T,Fan J,et al.Expression of CXCR4and its ligandSDF-1in intestinal-type gastric cancer is associated with lymph node and liver metastasis[J].Anticancer Res,2009,29(11):4751

［3］ Müller A,Homey B,Soto H,et al.Involvementof chemokine receptors in breast cance rmetastasis[J].Nature,2001,410(6824):50

［4］ Jaszczy?ska-Nowinka K,Markowska A.New cytokine:stromal derived factor-1[J].Eur J Gynaecol Oncol,2009,30(2):124

［5］ Harvey JR,Mellor P,Eldaly H,et al.Inhibition of CXCR4-mediated breast cancer metastasis:a potential role for heparinoids[J].Clin Cancer Res,2007,13(5):1562

［6］ Hassan S,Baccarelli A,Salvucci O,et al.Plasma stromal cell-derived factor-1:host derived marker predictive of distant metastasis in breast cancer[J].Clin Cancer Res,2008,14(2):446

［7］ Salvucci O,Bouchard A,Baccarelli A,et al.The role of CXCR4receptor expression in breast cancer:a large tissuemicroarray study[J]. Breast Cancer Res Treat,2006,97(3):275

［8］ Kang H,Mansel RE,Jiang WG.Genetic manipulation of stromal cell derived factor-1attests the piotal role of the autocrine SDFCXCR4pathway in the aggressiveness of breast cancer cells[J].Int Oncol,2005,26(5):1429

［9］ Liang Z,Yoon Y,Votaw J,et al.Silencing of CXCR4blocks breast cancer metastasis［J].Cancer Res,2005,65(3):967

［10］Lapteva N,Yang AG,Sanders DE,et al.CXCR4knockdown by small interfering RNA abrogates breast tumor growth in vivo[J]. Cancer Gene Therapy,2005,12(1):84

［11］Yin Y,Huang L,Zhao X,et al.AMD3100mobilizes endothelial progenitor cells in mice,but inhibits its biological functions by blocking an autocrine/paracrine regulatory loop of stromal cell derived factor-1in vitro[J].J Cardiovasc Pharmacol,2007,50(1):61

［12］Murphy PM.Chemokines and the molecular basis of cancer metastasis[J].N Engl J Med,2001,345(11):833

［13］Lu DY,Tang CH,Yeh WL,et al.SDF-1alpha up-regulates interleukin-6throughCXCR4,PI3K/Akt,ERK,and NF-kappaB-dependentpathwayinmicroglia[J].EurJPharmacol,2009,613(1/3):146

［14］Wang X,Li C,Chen Y,et al.Hypoxia enhances CXCR4expression favoring microglia migration via HIF-1alpha activation[J].Biochem Biophys Res Commun,2008,371(2):283

［15］Ratajczak MZ,Zuba-Surma E,Kucia M,et al.The pleiotropic effects of the SDF-1CXCR4axis in organogenesis,regeneration and tumorigenesis[J].Leukemia,2006,20(11):1915

［16］Fernandis AZ,Prasad A,Band H,et al.Regulation of CXCR4-mediated chemotaxis and chemoinvasion of breast cancer cells[J]. Oncogene,2004,23(1):157

［17］Sauvé K,Lepage J,Sanchez M,et al.Positive feedback activation of estrogen receptors by the CXCL12-CXCR4pathway[J].Cancer Res,2009,69(14):5793

［18］Corcoran KE,Rameshwar P.Nuclear factor-kappaB accounts for the repressor effects of high stromal cell-derived factor-1alpha levels on Tac1expression in nontumorigenic breast cells[J].Mol Cancer Res,2007,5(4):373

［19］Tamamura H,Tsutsumi H,Fujii N,et al.The chemokine receptor CXCR4as a therapeutic target for several diseases[J].Mini Rev Med Chem,2006,6(9):989

［20］Juarez J,Bendall L,Bradstock K.Chemokines and their receptors as therapeutic targets:the role of the SDF-1/CXCR4axis[J].Curr Pharm Des,2004,10(11):1245

［21］Wang J,Ou ZL,Hou YF,et al.Enhanced expression of Duffy antigen receptor for chemokines by breast cancer cells attenuates growth and metastasis potential[J].Oncogene,2006,25(54):7201

［22］Addison CL,Belperio JA,Burdick MD,et al.Overexpression of the duffy antigen receptor for chemokines (DARC)by NSCLC tumor cells results in increased tumor necrosis[J].BMC Cancer,2004,4:28

［23］劉小豐，歐周羅，邵志敏，等.漢族女性乳腺疾病患者的Duffy表型多態(tài)性與乳腺癌的關(guān)系[J].中國癌癥雜志，2007，17(12):935