CXCL12 及其受體在非小細(xì)胞肺癌腦轉(zhuǎn)移中的研究進(jìn)展

董 婕 李 芳 (大連醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫教研室，大連 116044)

NSCLC 是全球致死率最高的腫瘤之一［1］，盡管目前手術(shù)、放化療技術(shù)已有很大發(fā)展，但死亡率仍居高不下，五年生存率只有15%［2］，患者多死于局部浸潤(rùn)和遠(yuǎn)處擴(kuò)散，其中三分之一的患者合并腦轉(zhuǎn)移。局部晚期非小細(xì)胞肺癌(locally advanced NSCLC，LAD-NSCLC)中，約17%～38%的患者在診斷兩年內(nèi)發(fā)生了腦轉(zhuǎn)移［3］。NSCLC 在生長(zhǎng)和播散中，表達(dá)了一些趨化因子及其受體，如CCR7、CXCR3、CCL21等。隨著分子病理學(xué)的發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)趨化因子CXCL12(又稱(chēng)為SDF-1，stromal-derived factor-1)及其受體可調(diào)控NSCLC 的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移，并在腦轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。

1 CXCL12 及其受體概述

CXCL12 是由骨髓基質(zhì)細(xì)胞及其他相關(guān)間皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞分泌的一種小分子多肽(8 kD)，屬于趨化因子CXC 家族，其編碼基因位于人10 號(hào)染色體短臂上，主要包括α、β、γ 三個(gè)亞型，其調(diào)節(jié)方式和功能相似，但產(chǎn)生的意義不清。CXCL12 由89 個(gè)氨基酸構(gòu)成，靠近N 端的8 個(gè)氨基酸負(fù)責(zé)與受體的結(jié)合，C 端的氨基酸主要參與維持結(jié)合的穩(wěn)定性。生理情況下，肝、腎、肺、腦、淋巴結(jié)、骨髓等組織可持續(xù)分泌，多數(shù)腫瘤中也可檢測(cè)到CXCL12 的表達(dá)［4］。

CXCL12 通過(guò)與其受體CXCR4 或CXCR7 結(jié)合而發(fā)揮生物學(xué)作用。CXCR4 為7 次跨膜G 蛋白偶聯(lián)受體，由352 個(gè)氨基酸組成，編碼基因位于人染色體2q21 上，在神經(jīng)元、造血干細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等正常組織上表達(dá)，可引導(dǎo)免疫細(xì)胞在病理或生理情況下發(fā)揮作用［5］。19 個(gè)趨化因子受體中，CXCR4 在惡性腫瘤中表達(dá)最廣［6］，它對(duì)促進(jìn)腫瘤的生存、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移有重要作用［7-9］。近年，又發(fā)現(xiàn)CXCL12 的另一受體CXCR7(過(guò)去當(dāng)作孤兒受體)，CXCR7 也屬G 蛋白偶聯(lián)受體，基因定位于人染色體2q37，它在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中也起到作用［10］，但關(guān)于這一受體的研究相對(duì)較少，本文不做主要闡述。

目前認(rèn)為CXCL12/CXCR4 的主要作用有:介導(dǎo)免疫和炎癥反應(yīng);介導(dǎo)HIV 感染;參與造血干細(xì)胞遷徙;調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展。CXCL12/CXCR4 在多種腫瘤如乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌中都有表達(dá)，在腫瘤的轉(zhuǎn)移中起到驅(qū)動(dòng)、引導(dǎo)作用。

2 CXCL12 及其受體與NSCLC 腦轉(zhuǎn)移

2.1 CXCL12/CXCR4 與NSCLC 腦轉(zhuǎn)移 Philips等［9］人首次在基因和蛋白水平上證實(shí)CXCL12/CXCR4 在NSCLC 器官特異性轉(zhuǎn)移中至關(guān)重要，并在NSCLC 腫瘤組織和肺癌細(xì)胞系(A549 和CALV21)中都檢測(cè)到CXCR4 高表達(dá)，CXCL12 作為配體在轉(zhuǎn)移好發(fā)部位高表達(dá)。已發(fā)生轉(zhuǎn)移的NSCLC 中其表達(dá)明顯增高，拮抗CXCR4 或用短發(fā)卡RNA 敲除后轉(zhuǎn)移明顯減少［11］。近年，Dia 等［12］構(gòu)建的A549 細(xì)胞CXCL12/CXCR4 自分泌環(huán)，能促進(jìn)腫瘤的遷徙、增殖和侵襲，更說(shuō)明它在NSCLC 轉(zhuǎn)移有重要作用。

CXCL12/CXCR4 在不同組織類(lèi)型的NSCLC 腦轉(zhuǎn)移中均有影響。研究者根據(jù)臨床病理特征(性別、年齡、病史、TN 分期)將M0 與M1 期NSCLC 患者嚴(yán)格匹配，用定量雙重標(biāo)記免疫熒光來(lái)檢測(cè)原發(fā)性NSCLC 腦轉(zhuǎn)移患者中的CXCL12 和CXCR4，發(fā)現(xiàn)腦轉(zhuǎn)移患者(M1 期)中CXCL12 和CXCR4 的免疫反應(yīng)性明顯增高［3］。Chen 等［8］對(duì)32 例已行手術(shù)切除的NSCLC 腦轉(zhuǎn)移患者進(jìn)行的回顧性分析中也得出類(lèi)似結(jié)論。可知，CXCL12/CXCR4 參與到NSCLC的腦轉(zhuǎn)移。

Paratore 等［3］利用這一特性試圖將CXCL12/CXCR4 作為NSCLC 腦轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)因素，用受試者工作特性曲線(xiàn)確定了CXCL12/CXCR4 在NSCLC 腦轉(zhuǎn)移中免疫反應(yīng)性臨界值，證實(shí)CXCL12/CXCR4 在NSCLC 腦轉(zhuǎn)移中有良好的診斷和預(yù)測(cè)價(jià)值。但由于樣本量較少，還需要更多的研究來(lái)提高其可信度［3］。

2.2 CXCL12/CXCR7 與NSCLC 腦轉(zhuǎn)移 CXCR7在NSCLC 發(fā)生發(fā)展中起到重要作用，但與NSCLC腦轉(zhuǎn)移的關(guān)系不清。CXCR7 的高表達(dá)與CXCR4 呈正相關(guān)［13］。Salmaggi 等［14］對(duì)56 例發(fā)生腦轉(zhuǎn)移的腫瘤患者的腦組織檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，CXCL12 在腫瘤和血管中表達(dá)，CXCR7 在腫瘤和內(nèi)皮細(xì)胞(腫瘤內(nèi)或臨近組織)中表達(dá)，CXCR4 在所有樣本的細(xì)胞核中都有表達(dá)，并認(rèn)為CXCR7 在腫瘤通過(guò)血腦屏障(blood brain barrier，BBB)起到作用，表達(dá)CXCR7 的腫瘤細(xì)胞與腦轉(zhuǎn)移病灶周?chē)瑯颖磉_(dá)CXCR7 的細(xì)胞之間黏附力增強(qiáng)［14］。但最近有學(xué)者利用CXCR4/CXCR7 的基因敲除小鼠表明，抑制CXCR7 不能調(diào)節(jié)細(xì)胞向CXCL12 的遷徙，只有CXCR4 對(duì)NSCLC 的轉(zhuǎn)移有作用［10］。

3 CXCL12/CXCR4 介導(dǎo)NSCLC 腦轉(zhuǎn)移的機(jī)制

NSCLC 腦轉(zhuǎn)移的過(guò)程十分復(fù)雜，包括細(xì)胞外基質(zhì)降解、腫瘤遷徙、歸巢的黏附等，最終種植在腦組織中。CXCL12/CXCR4 參與到這一系列過(guò)程，并調(diào)節(jié)NSCLC 的腦轉(zhuǎn)移。下面就幾個(gè)主要步驟分別闡述。

3.1 CXCL12/CXCR4 與NSCLC 的細(xì)胞外基質(zhì)降解和遷徙 CXCL12 與CXCR4 結(jié)合后激活Rac1，誘導(dǎo)肺組織細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，如MMP-2 和MMP-14［11］，同時(shí)通過(guò)PI3K/AKT/NF-ΚB 途徑刺激單核巨噬細(xì)胞分泌MMPs，降解細(xì)胞外基質(zhì)。另外，CXCL12 可調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)和偽足形成，促進(jìn)NSCLC 細(xì)胞中的鈣釋放和細(xì)胞骨架重排。已知CXCL12 的表達(dá)受到缺氧、NO、雌激素和NF-κB 活性等影響，CXCR4 與Nrf2 的表達(dá)間也存在關(guān)聯(lián)［15-17］。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)抑制NF-κB可降低腫瘤的遷徙，livin 蛋白可能參與到NF-κB 的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，并與CXCR4 表達(dá)成正相關(guān)［18］，但livin與NSCLC 的關(guān)系還不清楚。以上因素都可影響NSCLC 腦轉(zhuǎn)移的使動(dòng)環(huán)節(jié)。

目前關(guān)于NSCLC 如何通過(guò)BBB 進(jìn)入腦組織的機(jī)制還未完全明晰，已知CXCL12β 亞型在腦血管內(nèi)皮上選擇性表達(dá)，但具體意義還有待研究。炎癥中，CXCL12 在可趨化某些細(xì)胞如白細(xì)胞通過(guò)BBB 到達(dá)靶點(diǎn)［19］。Lee 等［20］發(fā)現(xiàn)乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移中，PI-3/AKT 信號(hào)通路使癌細(xì)胞通過(guò)血腦屏障，CXCL12 可增強(qiáng)血管通透性使乳腺癌細(xì)胞通過(guò)人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞滲入到腦組織。阻斷CXCL12/CXCR4 信號(hào)通路之后，有效減少乳腺癌細(xì)胞通過(guò)內(nèi)皮和血管通透性轉(zhuǎn)運(yùn)至腦。這可能也是NSCLC 細(xì)胞通過(guò)血腦屏障進(jìn)行轉(zhuǎn)移的機(jī)制之一。

3.2 CXCL12/CXCR4 與NSCLC 的歸巢和黏附 Phillips 等［9］首次提出NSCLC 受CXCL12 趨化而發(fā)生轉(zhuǎn)移。因化學(xué)趨向性的存在，表達(dá)CXCR4 的NSCLC 細(xì)胞進(jìn)入到血液或者淋巴系統(tǒng)后，會(huì)順著濃度梯度，優(yōu)先轉(zhuǎn)移黏附到CXCL12 高表達(dá)的區(qū)域，這一過(guò)程稱(chēng)作歸巢。腦作為NSCLC 轉(zhuǎn)移的重要靶點(diǎn)，CXCL12 的表達(dá)明顯高于正常組織。中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)中，CXCL12 及CXCR4廣泛存在，對(duì)促進(jìn)胚胎CNS 的發(fā)育十分重要，成人腦組織的內(nèi)皮細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞和大部分神經(jīng)元都表達(dá)CXCL12，這對(duì)維持腦生長(zhǎng)和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定有很大作用［5］，大腦皮層功能的發(fā)揮就是由CXCL12 介導(dǎo)的［21］，因此可以大膽猜測(cè)，NSCLC 腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生率如此高可能與腦組織本身的CXCL12 高表達(dá)有關(guān)。

NSCLC 通過(guò)化學(xué)趨向性到達(dá)腦組織后，CXCR4與CXCL12 相結(jié)合，激活ERK，進(jìn)而激活I(lǐng)KKa/b 和NF-κB，刺激了整合素(ITGB1 和ITGB3)的產(chǎn)生，促進(jìn)肺癌細(xì)胞的黏附。腫瘤通過(guò)與腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞相互作用產(chǎn)生大量CXCL12 和CXCR4，促進(jìn)NSCLC 增殖［22］。CXCL12 與CXCR4 相互作用，調(diào)節(jié)NSCLC 的生長(zhǎng)和增殖，具體通路如圖1 所示。

圖1 CXCL12 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路［5］Fig.1 CXCL12 signaling［5］

4 CXCR4 拮抗劑在NSCLC 腦轉(zhuǎn)移中的臨床應(yīng)用

2013 年NCCN 關(guān)于NSCLC 腦轉(zhuǎn)移的治療原則是全腦放療或者立體放療手術(shù)，但死亡率仍很高，此外腫瘤干細(xì)胞CXCR4 的高表達(dá)可促使NSCLC 產(chǎn)生耐受［23-26］，目前亟需一個(gè)能有效治療NSCLC 腦轉(zhuǎn)移的方案，提高患者生存質(zhì)量，延長(zhǎng)生存期。CXCR4可促進(jìn)其與基質(zhì)細(xì)胞作用［27］，調(diào)節(jié)腫瘤的血管生成、增殖和轉(zhuǎn)移［28］，有望成為化療藥物的新靶點(diǎn)［27，29］。目前已有多種針對(duì)CXCR4 拮抗劑，如小分子物質(zhì)AMD3100、MSX-122，以及肽類(lèi)ALX40-4C或鱟肽類(lèi)似物(TN14003/BKT140)、T22，CTCE-9908 等［30］。

CXCR4 拮抗劑ADM3100(普樂(lè)沙?；蚰霰葼?以往一直應(yīng)用于骨髓移植中動(dòng)員造血干細(xì)胞，而不是治療腫瘤。Jung 等［26］的研究提出ADM3100能減少NSCLC 腫瘤干細(xì)胞對(duì)化療的耐藥性。Liang等［31］研制的一種新型小分子CXCR4 不完全性拮抗劑MSX-122，不具有動(dòng)員造血干細(xì)胞的性質(zhì)，可降低藥物的副作用，現(xiàn)已進(jìn)入Ⅰ期臨床試驗(yàn)階段。BKT140 作為一個(gè)CXCR4 的高選擇性反向激動(dòng)劑，無(wú)論在體內(nèi)還是體外實(shí)驗(yàn)中都證實(shí)能抑制NSCLC細(xì)胞系的生長(zhǎng)。BKT140 與順鉑、紫杉醇、放療聯(lián)合應(yīng)用可預(yù)防NSCLC 細(xì)胞的增殖［32］。TN14003/BKT140 可阻斷NSCLC 黏附到基質(zhì)，并增加對(duì)化療藥物的敏感性［27］。此外，它們也能直接影響NSCLC轉(zhuǎn)移到腦組織。

不可否認(rèn)，CXCL12/CXCR4 抑制劑的應(yīng)用還存在很多問(wèn)題，首先，目前還未有研究指出短期應(yīng)用CXCR4 拮抗劑有不良反應(yīng)，但長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生什么副作用仍不清楚。因?yàn)閯?dòng)員造血干細(xì)胞的作用，長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)促進(jìn)還是抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移還需進(jìn)一步研究。其次，單獨(dú)還是聯(lián)合應(yīng)用CXCR4 拮抗劑，與傳統(tǒng)放化療聯(lián)合應(yīng)用還是多靶點(diǎn)聯(lián)合抑制，如針對(duì)VEGFR、EGFR、CXCR4 和COX2 的聯(lián)合用藥［33］，這都需要長(zhǎng)期追蹤來(lái)驗(yàn)證。

5 結(jié)語(yǔ)

近十年，CXCL12/CXCR4 在腫瘤尤其是NSCLC中的作用備受關(guān)注，它可促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)、增殖、轉(zhuǎn)移，并與腫瘤的預(yù)后相關(guān)。作為與NSCLC 的生物學(xué)行為密切相關(guān)的趨化因子，CXCL12/CXCR4 為NSCLC 腦轉(zhuǎn)移的診斷治療提供廣闊的前景。目前CXCL12/CXCR4 軸抑制劑正處于臨床前向臨床的轉(zhuǎn)化階段，但藥物的安全性和有效性還需進(jìn)一步檢測(cè)。

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