CXCR4-CXCL12生物學(xué)軸在乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移中的研究進展

李 瀟綜述，蘇占海審校

(1.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系；2.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究中心)

CXCR4-CXCL12生物學(xué)軸在乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移中的研究進展

李 瀟1綜述，蘇占海2審校

(1.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系；2.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究中心)

青海藏、回族女性因高蛋白高脂肪飲食、高原低氧、肥胖等高危因素使乳腺癌的發(fā)病率有上升趨勢[1，2]，且現(xiàn)階段對乳腺癌的治療尚缺乏特異性、有效的治療藥物，故探究乳腺癌轉(zhuǎn)移過程的機制有一定的研究意義。研究發(fā)現(xiàn)在腫瘤細胞的增殖、運動、轉(zhuǎn)移和組織粘附、免疫耐受等過程中，趨化因子(chemokines)是最先被確定參與的細胞因子。其中趨化因子配體12(CXCL12)及其受體(CXCR4)組成的生物軸在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，故通過對趨化因子于乳腺癌作用通路的抑制來減少乳腺癌遠處轉(zhuǎn)移的研究越來越多。本文對近些年來CXCR4/CXCL12在參與乳腺癌遠處轉(zhuǎn)移的機制及其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分期、預(yù)后、治療等研究進展做一闡述，并對其中未明的問題進行總結(jié)、展望。

1 CXCR4、CXCL12分子結(jié)構(gòu)與乳腺癌轉(zhuǎn)移的關(guān)系

趨化因子起初因在炎癥細胞表面表達，介導(dǎo)炎癥細胞向炎癥部位趨向性浸潤，進而被研究證實有與之相似的腫瘤細胞向靶器官趨向性遷移的過程，除此之外還參與動脈粥樣硬化、HIV感染等[3，4]。趨化因子根據(jù)臨近其N末端前兩個cys(半胱氨酸)之間二硫鍵位置的關(guān)系可分為四種：C類(僅有一對二硫鍵)、CC類(二硫鍵間無氨基酸)、CXC類(插入一個氨基酸)和CX3C類(插入三個氨基酸殘基)，通過與腫瘤細胞表面屬于G蛋白偶聯(lián)受體的趨化因子受體聯(lián)合發(fā)揮作用。

CXCR4作為一種趨化因子受體，主要表達在單核細胞、中性粒細胞、外周血淋巴細胞、樹突狀細胞等正常組織細胞表面，CXCL12因由組織微環(huán)境中的基質(zhì)細胞不斷分泌故又稱為基質(zhì)細胞衍生因子-1(stromal cell derived factor 1，SDF-1)，具有趨化性。研究證實SDF-1在多種乳腺癌細胞株的原位病灶及其他遠處轉(zhuǎn)移器官中均有高表達。CXCL12與CXCR4特異性結(jié)合、相互作用、啟動下游的各類信號傳導(dǎo)通路，激活相關(guān)蛋白的合成，從而提高乳腺癌細胞的增殖、轉(zhuǎn)移和粘附能力。以往認為CXCR4為CXCL12的專屬受體，二者特異性地結(jié)合，近來研究發(fā)現(xiàn)[5，6]，CXCR7作為CXCL12的另一受體，在乳腺癌細胞表面亦呈高表達，同樣參與乳腺癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

CXCR4/CXCL12生物學(xué)軸現(xiàn)已證實在多種惡性細胞腫瘤如非小細胞肺癌[7]、胃癌[8]、胰腺癌[9]、結(jié)直腸癌[10]等的侵襲轉(zhuǎn)移中均有重要作用。近來吳唯等研究證實[11]，CXCR4/CXCL12可協(xié)助乳腺癌遠處遷移。Muller等[12]首先報道，乳腺癌原發(fā)灶及遷移灶均高表達CXCR4，遷移靶器官如淋巴結(jié)、肺臟、肝臟、骨骼高表達CXCR4的配體CXCL12。大量研究證明[13]，高表達CXCL12的轉(zhuǎn)移器官如肝、骨骼、肺、淋巴結(jié)可誘導(dǎo)CXCR4(+)的乳腺癌細胞向其趨向性運動。Linq X等[14]利用CXCR4特異性的抑制劑AMD3465作用于乳腺癌細胞，證實可明顯減少乳腺癌的生長和轉(zhuǎn)移，從而間接證實了趨化因子受體CXCR4在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用。

因乳腺癌腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移性有其特殊性，更趨向于“歸巢理論”，即在特異性趨化因子的誘導(dǎo)下，癌細胞優(yōu)先轉(zhuǎn)移到表達這些趨化因子的器官以粘附、生存和增殖：第一步，乳腺上皮組織細胞異常大量增生，新生血管形成，CXCR4高表達于腫瘤細胞表面；第二步，降解包括基底膜在內(nèi)的細胞外基質(zhì)從而離開原發(fā)病灶，進入新生的淋巴管和血管；第三步，癌細胞在新生淋巴管和血管中獲得運動能力，于高表達CXCL12的靶器官的血管內(nèi)皮細胞表面被捕捉，進而CXCR4與CXCL12特異性結(jié)合，激活相關(guān)信號傳導(dǎo)通路及其他機制促進癌細胞的增殖、遷移及粘附等，最終形成多轉(zhuǎn)移性腫瘤病灶。

2 CXCR4-CXCL12軸的信號通路參與乳腺癌細胞遠處轉(zhuǎn)移

主要包括PI3K/AKT信號傳導(dǎo)途徑、MAPK途徑和JAK/STAT途徑。

2.1 PI3K/AKT信號通路

學(xué)者證實[15]，在發(fā)生乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移的患者中這條信號通路活化率高達70%。CXCR4與CXCL12特異性結(jié)合，從而激活乳腺癌細胞胞內(nèi)域與CXCR4相偶聯(lián)的異源三聚體G蛋白，使G蛋白分離出Gβ亞基，活化的Gβ亞基可以激活3-磷酸肌醇激酶(PI3K)，最終激活蛋白激酶AKT，活化的AKT通過磷酸化作用調(diào)控其下游相關(guān)基因的表達：①磷酸化Bad基因的ser136位點，使其不能與bal-2等抗腫瘤細胞凋亡基因聚合，進而使bal-2等基因游離發(fā)揮其抗癌細胞凋亡的作用；②使半胱天冬酶caspase-9(一種促凋亡相關(guān)因子)的ser196位點磷酸化失活，滅活其促凋亡作用；③Gaswamin等[16]通過實驗證實，活化的AKT能磷酸化Par-4(一種促凋亡蛋白)以抑制Par-4的促凋亡活性；④活化的AKT亦可上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子NF-kB的轉(zhuǎn)錄活性，使抗凋亡基因bcl-xl的表達增加，從而有利于維持乳腺癌細胞的生存狀態(tài)；⑤可結(jié)合泛素連接酶MDM2并磷酸化其ser160、ser186位點，上調(diào)其轉(zhuǎn)錄活性，負性調(diào)節(jié)P53蛋白(一種通過介導(dǎo)DNA受損使癌細胞凋亡的蛋白)的作用，增加乳腺癌細胞存活率；⑥磷酸化YAP基因(一種轉(zhuǎn)錄輔活化因子，可負性調(diào)節(jié)核磷蛋白P73的促凋亡活性)的ser127位點，發(fā)揮其抑制癌細胞凋亡的作用；⑦直接磷酸化AKT下游的重要作用靶點——雷帕霉素MTOR的ser2448位點，使MTOR活化以促進乳腺癌細胞增殖。上述位點均可作為抑制PI3K/AKT信號通路的作用靶點進而降低乳腺癌細胞的遠處轉(zhuǎn)移。

2.2 MAPK信號通路

絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)級聯(lián)也是細胞內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，CXCR4與CXCL12結(jié)合后，一方面可通過使G蛋白αi亞基的GDP轉(zhuǎn)變成GTP而將其激活，進而激活非受體酪氨酸激酶Src而活化MAPK信號傳導(dǎo)通路；另一方面被激活的CXCR4羧基末端可被G蛋白調(diào)節(jié)激酶(GRK)磷酸化，促進CXCR4與β-Arrestins結(jié)合形成CXCR4-Arrestins復(fù)合物，可與GTPaseRaf結(jié)合激活MAPK信號通路[17]。

經(jīng)上述機制，有研究發(fā)現(xiàn)[18，19]乳腺癌中ERK/MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路明顯活化，活化的ERK可被快速地轉(zhuǎn)運入細胞核，通過磷酸化上調(diào)涉及癌細胞增殖反應(yīng)的其他轉(zhuǎn)錄因子的活性來發(fā)揮作用：①與乳腺癌細胞增生的關(guān)系：可抑制細胞凋亡，加快乳腺癌細胞的增殖速度[20]；②與細胞周期的關(guān)系：研究證實[21]葉綠素可阻止ERK激活，延緩乳腺癌細胞的增殖過程，使細胞周期中G0/1期的細胞顯著增多，間接說明ERK的激活可促進癌細胞周期進程；③與轉(zhuǎn)移的關(guān)系：磷酸化Elk-1激活激動蛋白-1(AP-1)，因大部分的基質(zhì)金屬蛋白MMPs與AP-1有一致的序列，故也使MMPs被激活，發(fā)揮其降解細胞外基質(zhì)、加速乳腺癌從原發(fā)灶脫離與遠處遷移的作用。

c-Jun氨基末端激酶JNK和P38/MAPK途徑：在乳腺癌中，普遍研究支持CXCR4、CXCL12結(jié)合激活JNK和P38途徑，介導(dǎo)乳腺癌細胞凋亡的觀點[22，23]。Brosseau CM等[24]用1，25(OH)2-D3分別作用于乳腺癌細胞株MCF-12A和MCF-7發(fā)現(xiàn)JNK與P38激酶均被明顯激活且可促使細胞凋亡，且這一作用可被JNK和P38激酶抑制劑抑制。但有研究認為[25]，該信號通路的激活可促進尿激酶型纖維蛋白酶原激活劑受體(urokinase-type plasminogen activator receptor，uPAR)的表達，可使乳腺癌細胞轉(zhuǎn)為活躍狀態(tài)。故JNK和P38/MAPK途徑的激活對乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移的影響目前仍存在爭議。

2.3 JAK/STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

Janus蛋白酪氨酸激酶(Janus protein tyrosine kinase，JAK)及信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活蛋白(signal transducer and activator of transcription，STAT)都是細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)。陳婷婷等研究發(fā)現(xiàn)[26]，乳腺癌中STAT3(目前以STAT3研究最多，公認為是人類惡性腫瘤進展過程中最為重要的一類STAT)蛋白表達程度較乳腺良性病變組織顯著增高，并與淋巴結(jié)受累狀況、臨床分期等呈明顯正相關(guān)。進一步分析發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細胞STAT3的激活過程是通過CXCR4/CXCL12生物學(xué)軸調(diào)控的。

CXCL12與CXCR4結(jié)合后能通過自身構(gòu)象的改變激活非受體型酪氨酸激酶JAK2、JAK3，從而活化JAK/STAT途徑[27]，JAK的下游信號是STAT3，STAT3接近JAK并被JAK磷酸化而激活形成p-STAT3，通過其SH2區(qū)的作用形成同型或異型二聚體并轉(zhuǎn)位至胞核識別目的序列(DAS樣序列)使其轉(zhuǎn)錄活性增強，發(fā)揮以下作用：①STAT3可通過調(diào)節(jié)EGFR等激酶破壞E-鈣黏著蛋白(E-cadherin)/β-鏈蛋白(β-catenin)復(fù)合物，使癌細胞間黏附力降低，促進癌細胞的轉(zhuǎn)移[28]；②祝立和等發(fā)現(xiàn)[29]STAT3活化可上調(diào)MMPs的表達，除有降解局部細胞外基質(zhì)的作用外，還可調(diào)節(jié)癌細胞的增殖、運動和血管的形成；③研究顯示，因VEGF的基因起始子區(qū)域有STAT3的結(jié)合位點，且受低氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α)的調(diào)節(jié)[30]，于腫瘤微環(huán)境的低氧條件下活化STAT3，能促進VEGF的表達，誘導(dǎo)乳腺癌血管的生成、刺激乳腺癌細胞的生長；④有研究發(fā)現(xiàn)[31]，STAT3亦可抑制炎癥介質(zhì)如TNF-α、一氧化氮等的釋放，協(xié)助乳腺癌細胞逃逸T細胞對其的破壞。此外STAT3亦可上調(diào)VEGF、TGF-β等細胞因子的表達，這些細胞因子能抑制抗原提呈樹突狀細胞DC的分化和成熟[32]，從而抑制機體的免疫應(yīng)答、增強乳腺癌細胞的免疫耐受。

3 CXCR4-CXCL12軸參與乳腺癌細胞的運動、遷移和粘附

在乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)新生血管的內(nèi)皮細胞可來源于CAFs，通過CAFs分泌CXCL12誘導(dǎo)骨髓來源的內(nèi)皮干細胞及前體細胞，參與腫瘤新生血管的形成。同時，Orimo等研究發(fā)現(xiàn)[33]，CXCL12亦能通過吸引漿細胞樣樹突狀細胞(PDC)釋放IL-8和TNF-1誘導(dǎo)血管新生，而CXCR4可保護這些細胞，避免其在腫瘤微環(huán)境中被破壞。

CXCL12與CXCR4結(jié)合后可激活黏著斑激酶FAK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，使乳腺癌細胞內(nèi)骨架蛋白聚合并重新分布[34]，增加細胞內(nèi)絲狀肌動蛋白的數(shù)量，通過在細胞表面形成明顯的偽足使癌細胞獲得在體循環(huán)中的運動能力，從而加速乳腺癌細胞入侵靶器官，研究證實抗CXCR4抗體可抑制這一作用[12]。

二者結(jié)合亦能激活乳腺癌細胞表面的整合素[35]，促進乳腺癌細胞與包括基底膜在內(nèi)的細胞外基質(zhì)ECM和轉(zhuǎn)移靶器官之間的粘附。

4 CXCR4-CXCL12軸抑制劑在乳腺癌靶向治療中的進展及其他臨床研究意義

CXCR4、CXCL12已被證實[36-39]在促乳腺癌肺轉(zhuǎn)移、骨轉(zhuǎn)移、肝轉(zhuǎn)移和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中的作用。趙海寧等實驗證實[40]了乳腺癌組織CXCR4的表達與其臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移數(shù)目呈顯著正相關(guān)，而與患者年齡、腫瘤大小、病理分型、ER及PR水平無關(guān)。

上述乳腺癌轉(zhuǎn)移機制中信號通路內(nèi)涉及的各種酶、細胞因子和轉(zhuǎn)錄因子等，其抑制劑均有一定的抗腫瘤活性，如wortmannin、SF1126及LY290042是廣泛應(yīng)用的PI3K抑制劑，其中BKM120Ⅰ期臨床試驗證實其可誘導(dǎo)乳腺癌細胞凋亡[41]，GDC-0941聯(lián)合紫杉醇和貝伐單抗也已進入針對乳腺癌靶向治療療效檢測階段；celecoxib及其衍生物OSU03012和OSU03013等是有效的AKT的抑制劑，其中MK-2206[42]已進入乳腺癌治療的晚期臨床試驗階段；PD98059和U0126是ERK信號通路的抑制劑，其中高爾基Raf激酶錨定蛋白RKTG已被證實[43]有抑制乳腺癌細胞增殖、轉(zhuǎn)移及粘附的作用；TPCA-1作為STAT3的抑制劑可抑制JAK/STAT信號通路激活，其中STA-21作為STAT3的特異性抑制劑可促進乳腺癌細胞的凋亡等。

CXCR4抑制劑：Greco等研究證實[44]AMD3100作為CXCR4的抑制劑可介導(dǎo)間質(zhì)干細胞產(chǎn)生IL-1α和IL-1β，促使休眠期乳腺癌細胞進入循環(huán)，在聯(lián)合化療的條件下增強乳腺癌細胞對化療的敏感性；Bumpers等發(fā)現(xiàn)[45]HIV1的一種蛋白產(chǎn)物Nef-M1，可與CXCL12競爭性結(jié)合CXCR4，并對表達CXCR4的乳腺癌細胞有殺傷作用，可介導(dǎo)乳腺癌細胞原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶的凋亡；Wang等證實[46]自然界存在的水飛薊賓可通過與CXCR4結(jié)合，抑制CXCR4與CXCL12作用后發(fā)生的抗原抗體內(nèi)陷、鈣動員及各個信號通路對基因位點的磷酸化作用。

叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子P3(forkhead box P3，F(xiàn)OXP3)，作為一種特殊的轉(zhuǎn)錄因子，因其叉頭狀結(jié)構(gòu)位于C末端，故其只有轉(zhuǎn)錄抑制功能，Douglass等[47]用實驗表明乳腺上皮組織中高表達FOXP3且對CXCR4/CXCL12軸有抑制作用。

CXCR4/CXCL12結(jié)合后可使乳腺癌細胞內(nèi)陷[48]，故外源性注入CXCL12可減少乳腺癌細胞表面CXCR4的數(shù)量，降低乳腺癌的轉(zhuǎn)移。

Clift等[49]研究證實β-Arrestins 1可下調(diào)乳腺癌細胞表面CXCR4的數(shù)量。

上述抑制劑雖有望應(yīng)用于臨床，但因不良反應(yīng)等因素仍在持續(xù)的改進當中。

5 展望

趨化因子及其受體為乳腺癌遷移的靶向治療提供了一個新方向，尤其是CXCR4-CXCL12生物學(xué)軸。但由于在人類其他多種惡性腫瘤如非小細胞肺癌NSCLC、橫紋肌肉瘤等中CXCR4-CXCL12均有激活，而針對乳腺癌激活通路機制的特異性方面研究甚少，故目前研究的抑制劑缺乏針對性；且尚有其他種類的趨化因子，如CCR5-CCL5、CCR2-CCL2、CCR7-CCL12等及其他機制如間質(zhì)上皮細胞轉(zhuǎn)化EMT、自激注入也參與乳腺癌的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，提示控制乳腺癌轉(zhuǎn)移應(yīng)多機制、多因素、多途徑聯(lián)合著手?？傊珻XCR4-CXCL12生物學(xué)軸確實是乳腺癌細胞發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移的重要牽引途徑之一，聯(lián)合其他生物學(xué)軸進行有效干預(yù)從而減少乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移的思路及方法有望應(yīng)用于臨床。

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R737.9

A

10.13452/j.cnki.jqmc.2017.01.013

2016-07-09

李瀟(1995～)，女，漢族，山東籍