CXCL12/CXCR4生物軸與乳腺癌關(guān)系研究進展

余小芬 綜述），雷雙根 ，黃小陸 審校）

（1.南昌市第三醫(yī)院a.腫瘤科；b.乳腺外科,南昌 330000；2.南昌大學(xué)第四附屬醫(yī)院腫瘤科,南昌 330006）

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，侵襲力強，易發(fā)生淋巴轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)，是導(dǎo)致女性癌癥死亡的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計，全球每年約新增120～140萬女性乳腺癌病例，每年約有50萬患者死于該?。?］。近年來，研究乳腺癌生物學(xué)特性、侵襲及轉(zhuǎn)移的機理，發(fā)現(xiàn)阻斷腫瘤細胞生長、轉(zhuǎn)移的靶點，成為當(dāng)前研究的熱點之一［2］。

趨化因子是一類具有趨化活性的分子質(zhì)量為8～12 ku的細胞因子，含有4個保守的半胱氨酸，依據(jù)特征性保守半胱氨酸基序組成及排列分為CXC、CC、C和CX3C等4類亞族。趨化因子可選擇性趨化和活化不同的細胞類型，參與多種病理生理過程，如細胞的生長、發(fā)育、分化、凋亡等，趨化吸引白細胞、調(diào)節(jié)其效應(yīng)功能等參與免疫應(yīng)答過程。目前大量研究表明，趨化因子CXCR12及其受體CXCR4信號通路在多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要而復(fù)雜的作用［3］。

1 CXCL12/CXCR4的生物學(xué)特性

CXCL12也稱為基質(zhì)細胞衍生因子-1（stromal cell derived factor-1，SDF-1），首先發(fā)現(xiàn)于小鼠骨髓基質(zhì)細胞分泌的細胞因子中，廣泛分布于免疫器官、腦、心、肝、腎和肺等組織，含有4個保守的半胱氨酸及N端含有2個半胱氨酸，為CXC家族趨化因子成員。CXCL12編碼基因位于10q11.1，開放讀碼框為270 bp，編碼89個氨基酸殘基。CXCR4是CXCL12的特異性受體，是一個由352個氨基酸構(gòu)成的7次跨膜G蛋白偶聯(lián)受體，其編碼基因位于人染色體2q21，其氨基酸序列高度保守，含α-螺旋跨膜7次、1個胞外N端、3個胞外環(huán)和胞內(nèi)環(huán)及1個胞內(nèi)C端，主要分布在淋巴組織、腦、脾、胃、小腸和胸腺等組織中，也存在于含乳腺肝細胞在內(nèi)的干細胞中。

CXCL12與CXCR4具有高度的親和力，能與CXCR4的N端結(jié)合，引發(fā)CXCR4的二聚作用，激活G蛋白，啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，參與多種病理與生理過程。近年來 CXCL12/CXCR4 生物軸的研究［4］表明，CXCL12/CXCR4軸的生物學(xué)功能主要包括以下幾個方面:1）介導(dǎo)和調(diào)節(jié)免疫及炎癥反應(yīng)；2）調(diào)控造血干細胞遷移和歸巢；3）與HIV感染有關(guān)；4）參與胚胎發(fā)育過程；5）參與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及浸潤轉(zhuǎn)移。其中，CXCL12/CXCR4生物軸與惡性腫瘤關(guān)系的研究已日益受到重視。

惡性腫瘤細胞基本的生物學(xué)特性是增殖失控和分化異常，具有侵襲和轉(zhuǎn)移能力，有研究［5］表明，惡性腫瘤的生長、侵襲及轉(zhuǎn)移是一個復(fù)雜的，連續(xù)的涉及多階段的過程，同時表現(xiàn)出高度的組織特異性、非隨機性和器官選擇性。CXCL12/CXCR4生物學(xué)軸能通過激活多種信號通路而介導(dǎo)腫瘤細胞的運動、趨化、黏附、分泌、血管生成、生長及增殖等生物學(xué)行為，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移過程中起著重要作用［6－7］。 目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn) CXCR4 在 23 種不同類型腫瘤中均有表達，且和患者的預(yù)后有關(guān)。關(guān)于結(jié)直腸癌的研究發(fā)現(xiàn)，CXCR4高表達與腫瘤的復(fù)發(fā)、肝臟轉(zhuǎn)移相關(guān)，且患者生存率也較低［8］。另外，在對卵巢癌、黑色素細胞瘤、前列腺癌、神經(jīng)母細胞瘤等的研究中也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果［9］。

2 CXCL12/CXCR4生物軸在乳腺癌中的作用

近年來大量研究發(fā)現(xiàn)，趨化因子CXCL12與其受體CXCR4信號通路在乳腺癌生長及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮了重要作用，且與癌細胞的定向播散及器官特異性轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

2.1 CXCL12/CXCR4生物軸與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展

CXCR4在正常乳腺上皮細胞中是低表達或缺失的，但是目前國內(nèi)外大量臨床研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)乳腺癌組織中存在CXCR4的高表達，且其表達水平與病變程度相關(guān)。O.Salvucci等［10］利用組織學(xué)芯片技術(shù)分析正常乳腺組織、原位癌、浸潤性癌CXCR4的表達，發(fā)現(xiàn)CXCR4在細胞核的陽性表達比例依次為20%、30%和60%，呈逐步上升的趨勢。B.C.Schmid等［8］通過免疫組化方法，也發(fā)現(xiàn)CXCR4在正常乳腺組織、乳腺導(dǎo)管上皮增生、重度不典型增生、乳腺導(dǎo)管內(nèi)癌、浸潤性乳腺癌的組織中表達，且隨病變惡性程度加重而增加。郭滿盈等［11］采用免疫組化方法檢測發(fā)現(xiàn)，乳腺癌組織中CXCR4表達率為62.2%，而乳腺纖維腺瘤組織中未發(fā)現(xiàn)CXCR4的表達。功能性阻斷CXCR4或敲除CXCL12基因后，體外實驗發(fā)現(xiàn)乳腺癌細胞株的侵襲和轉(zhuǎn)移能力顯著下降，且生長速度較低；同時體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)不能在免疫缺陷小鼠皮下形成腫瘤［12］。 M.Z.Dewan 等［13］通過將低表達CXCR4的MCR-F細胞接種到SCID鼠，8～9周后僅在接種部位形成較小的腫瘤病灶，且未發(fā)生器官轉(zhuǎn)移。然而，SCID鼠接種了高表達CXCR4的MDA-23細胞后，3周內(nèi)形成了較大的腫瘤病灶，同時可見明顯遠處及內(nèi)臟轉(zhuǎn)移，進一步顯示CXCR4表達與乳腺癌發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

在原位接種的乳腺癌模型中，研究發(fā)現(xiàn)CXCR4的表達在乳腺癌的生長過程中起關(guān)鍵作用。M.C.Smith等［14］采用RNA干擾的方法降低CXCR4在4T1小鼠乳腺癌細胞系中的表達，當(dāng)將RNA干擾與正常的乳腺癌細胞接種到同源免疫活性的Bal b/c小鼠中時，發(fā)現(xiàn)RNA干擾的腫瘤生長緩慢。而穩(wěn)定干擾的情況下甚至?xí)霈F(xiàn)腫瘤的退化或消失。N.Lapteva等［15］也證實在231細胞中對CXCR4的RNA干擾會導(dǎo)致細胞分裂減慢，甚至無法形成腫瘤。F.L.Muehlberg等［16］研究發(fā)現(xiàn)，脂肪組織衍生干細胞（adipose tissue-derived stem cells，ASCs） 明顯增加 CXCR12 的自分泌和旁分泌，促進小鼠乳腺癌T41細胞的增殖及遷移，同時，敲除CXCR4基因能阻斷ASCs促進腫瘤細胞生長和轉(zhuǎn)移作用。

2.2 CXCL12/CXCR4生物軸與乳腺癌的轉(zhuǎn)移

盡管早期發(fā)現(xiàn)和輔助治療的應(yīng)用使得乳腺癌患者生存率有所提高，但是轉(zhuǎn)移仍然是乳腺癌主要的致死原因。

CXCR4在乳腺癌原發(fā)灶及遠處轉(zhuǎn)移灶均高度表達。臨床研究證實，CXCR4表達水平與腋窩淋巴結(jié)和遠處轉(zhuǎn)移存在顯著性相關(guān)。H.Yasuoka等［17］通過免疫組化方法，對113例原發(fā)性乳腺癌患者進行CXCR4表達水平檢測，發(fā)現(xiàn)CXCR4高表達與區(qū)域淋巴結(jié)及遠處轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，而與總生存期呈負相關(guān)。陳智勇等［18］應(yīng)用免疫組化檢測發(fā)現(xiàn)，乳腺癌伴淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組CXCR4的陽性表達率高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組；不同病理分型、不同臨床分期乳腺癌中CXCR4的陽性表達率差異無統(tǒng)計學(xué)意義?；A(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)，Slit蛋白及其Robo受體能夠通過調(diào)節(jié)CXCL12/CXCR4生物軸參與乳腺癌細胞腦轉(zhuǎn)移［19］。

2001 年，A.Muller等［20］首次研究了趨化因子在轉(zhuǎn)移性乳腺癌中的功能，發(fā)現(xiàn)乳腺癌常轉(zhuǎn)移至高表達CXCL12的部位（如淋巴結(jié)、骨髓、肺和肝臟等），而很少轉(zhuǎn)移到低表達CXCL12的部位（如腎臟、皮膚、肌肉等）。乳腺癌轉(zhuǎn)移的靶器官蛋白提取液對乳腺癌細胞有趨化活性，且CXCR4抗體能夠特異性阻斷這一趨化作用。因此，研究人員認為CXCR12/CXCR4能介導(dǎo)腫瘤細胞向特異性的部位“歸巢”，即誘導(dǎo)腫瘤細胞器官特異性的轉(zhuǎn)移。CXCL12/CXCR4生物軸介導(dǎo)乳腺癌細胞增生、浸潤和侵襲轉(zhuǎn)移的分子機制極為復(fù)雜。有研究發(fā)現(xiàn)，高侵襲性的乳腺癌中常表達功能性CXCR4受體，與CXCL12結(jié)合后可引起細胞內(nèi)骨架蛋白纖維肌動蛋白束數(shù)量及厚度的增加、磷脂酰肌醇-3-激酶激活、鈣流量的增加以及細胞偽足的形成，使高表達CXCR4的腫瘤細胞運動能力增強，從而誘導(dǎo)了細胞的趨化遷移，進而形成了腫瘤的特異性遷徙［21］。 Yin Y.等［22］在體外用激光共聚焦顯微鏡觀察到，100 nmol·L-1的CXCL12可使乳腺癌細胞內(nèi)的肌動蛋白顯著增加，同時細胞形成明顯的偽足，且呈現(xiàn)劑量依賴性誘導(dǎo)乳腺癌細胞定向遷移和侵襲，而CXCR拮抗劑可阻斷該效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，活化后的CXCR4受體能夠選擇性地調(diào)節(jié)促凋亡蛋白Bmf和抗凋亡蛋白Bcl-xL的功能和活性，降低乳腺癌細胞失巢凋亡的敏感性，從而阻斷腫瘤的失巢凋亡，促進乳腺癌細胞的遠處轉(zhuǎn)移［23］。

2.3 CXCL12/CXCR4生物軸與乳腺癌的預(yù)后

近年來，臨床研究表明CXCR4的表達與腫瘤細胞的惡性程度及預(yù)后相關(guān)。S.Hassan等［24］在2008年的乳腺癌會議上首次提出將磷酸化-CXCR4（phosphorylated-CXCR4，p-CXCR4）作為乳腺癌不良預(yù)后的指標。他們研究發(fā)現(xiàn)，高表達p-CXCR4的患者其死亡風(fēng)險較高表達CXCR4患者增高約4倍，而高表達CXCR4的患者，如同時伴有CXCL12低表達和p-CXCR4的高表達，則更容易發(fā)生轉(zhuǎn)移。N.T.Holm等［25］通過對54例局部進展期乳腺癌患者新輔助化療后的研究發(fā)現(xiàn)，化療后CXCR4的高表達預(yù)示著更差的生存時間。D.J.Hiller等［26］研究也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果，認為CXCR4的表達可以作為預(yù)測患者生存率的指標。楊永德等［27］通過對86例局部進展期乳腺癌趨化因子受體CXCR4的表達與新輔助化療療效的相關(guān)性及預(yù)后研究發(fā)現(xiàn)，新輔助化療后，高表達CXCR4的患者其遠期生存率明顯低于低表達CXCR4患者，且復(fù)發(fā)和死亡的風(fēng)險更大。

3 CXCL12/CXCR4與乳腺癌的治療

CXCL12/CXCR4生物軸在調(diào)節(jié)乳腺癌細胞生長、增殖及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此，阻斷CXCL12/CXCR4生物軸則可能抑制乳腺癌的生長及轉(zhuǎn)移，達到治療的目的。近年來，阻斷CXCL12/CXCR4生物軸的抗腫瘤藥物研發(fā)備受人們關(guān)注。

有研究發(fā)現(xiàn)，AMD3l00、T140、TN14003 等 CXCR4小分子拮抗劑等能競爭性地參與CXCL12骨架蛋白的表達，從而抑制肌動蛋白的多聚化和解離，同時促使偽蛋白體的形成和抑制乳腺癌細胞在體外的遷移反應(yīng)［28-29］。 Huang E.H 等［30］進行動物模型實驗時發(fā)現(xiàn)，CXCL12類似物 CTCE-9908能抑制CXCL12/CXCR4生物軸的作用，抑制乳腺癌原發(fā)灶及轉(zhuǎn)移灶的生長。J.R.Harvey等［31］應(yīng)用肝素抑制CXCR4和SDF-1的相互作用而減少乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移。I.S.Zeelenberg 等［32］用 CXCL12 基因轉(zhuǎn)染結(jié)腸癌細胞，在癌細胞內(nèi)產(chǎn)生CXCL12融合蛋白，這樣CXCL12在細胞內(nèi)結(jié)合CXCR4，使之不能到達細胞表面，不表達CXCR4的癌細胞向肝、肺轉(zhuǎn)移顯著減少。這種在細胞內(nèi)捕獲趨化因子受體的方法為抗腫瘤轉(zhuǎn)移提供了新的思路，改變癌細胞上CXCR4的表達水平，可以減少或抑制癌細胞的遷移。同時RNA干擾研究也發(fā)現(xiàn)，直接沉默CXCR4能夠顯著降低乳腺癌癌細胞的生長和增殖，甚至能夠減少乳腺癌患者肺及骨的轉(zhuǎn)移［33］。此外針對CXCR4表達調(diào)控的研究發(fā)現(xiàn)，NF-κB能夠上調(diào)CXCR4的表達從而促進乳腺癌的生長及轉(zhuǎn)移［34］。因此，抗NF-κB可能成為抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移的新手段。

4 結(jié)語

CXCL12及其受體CXCR4在乳腺癌的增殖和侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著重要的作用，乳腺癌細胞CXCR4表達水平的高低與腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，同時大量研究表明，阻斷CXCL12/CXCR4生物軸活性能抑制乳腺癌細胞的生長及轉(zhuǎn)移。因此，對CXCL12/CXCR4生物軸的研究將有助于乳腺癌的預(yù)后判斷及指導(dǎo)臨床治療，為乳腺癌的靶向治療提供新的思路和依據(jù)。

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