Runx2影響腫瘤骨轉(zhuǎn)移信號通路的研究進(jìn)展

胡金龍 秦 晗

腫瘤骨轉(zhuǎn)移的有效治療是臨床學(xué)者攻關(guān)目標(biāo)，分子靶向治療是一種腫瘤殺傷性和凋亡誘導(dǎo)性治療，因療效顯著已使其成為新的行之有效的治療方式[1]。因此研究腫瘤骨轉(zhuǎn)移發(fā)生過程中分子機(jī)制，尋找有效治療靶點，對于抑制骨轉(zhuǎn)移病灶的有效治療具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。Runx2作為Runt 結(jié)構(gòu)域基因家族中的一員，是由一個DNA結(jié)合的α亞基和一個非DNA結(jié)合的β亞基組成的異二聚體蛋白[2,3]。其通常被稱為成骨的主開關(guān)，在骨發(fā)育過程中促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞方向分化，同時在成骨細(xì)胞分化的早期上調(diào)骨基質(zhì)蛋白相關(guān)基因的表達(dá)以促進(jìn)前成骨細(xì)胞成熟[4,5]。近年來，Runx2與腫瘤間關(guān)系的研究日益引起關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)，Runx2具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長和骨轉(zhuǎn)移的能力[6]。腫瘤骨轉(zhuǎn)移時，腫瘤細(xì)胞最初處于休眠狀態(tài)，骨代謝平衡，而隨后破骨細(xì)胞導(dǎo)致的骨溶解打破該平衡，引發(fā)癌細(xì)胞與骨微環(huán)境之間的惡性循環(huán)[7]。越來越多的研究表明，Runx2可能通過參與NF-κB受體活化因子配體(nuclear factor-κB receptor activating factor ligand, RANKL)/NF-κB受體活化因子(nuclear factor-κB receptor activating factor，RANK)/骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)系統(tǒng)、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)通路、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)通路、Wnt通路以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)等信號通路，在腫瘤骨轉(zhuǎn)移中起重要調(diào)控作用[8～12]。本文將Runx2影響腫瘤骨轉(zhuǎn)移信號通路的研究進(jìn)展做一綜述，以期為腫瘤骨轉(zhuǎn)移有效治療靶點的選擇提供理論基礎(chǔ)。

一、Runx2與RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)

RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)由3個主要信號分子組成，RANKL是主要表達(dá)于成骨細(xì)胞上的跨膜蛋白，與破骨前體細(xì)胞信號受體RANK結(jié)合后促進(jìn)破骨前體細(xì)胞融合并分化為成熟的破骨細(xì)胞，成熟的破骨細(xì)胞黏附于骨表面，通過分泌酸和溶解酶促進(jìn)骨吸收。OPG是誘餌受體，與RANK競爭結(jié)合RANKL，抑制破骨細(xì)胞分化、成熟，避免骨組織過度吸收[13]。

RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)生理狀態(tài)下處于動態(tài)平衡，維持正常骨代謝功能。而乳腺癌骨轉(zhuǎn)移時，在Runx2介導(dǎo)下該系統(tǒng)平衡失調(diào)，導(dǎo)致破骨功能增強(qiáng)，成骨功能抑制[6]。Kim等[8]在高度骨轉(zhuǎn)移的前列腺癌細(xì)胞PC3(mtPC3)和乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231(mtMDA)、PC3、MDA的染色質(zhì)復(fù)合物中，運用計算機(jī)分析尋找人RANKL啟動子中Runx2的結(jié)合位點，根據(jù)分析結(jié)果使用針對人RANKL啟動子中Runx2結(jié)合區(qū)的引物對沉淀的DNA擴(kuò)增，根據(jù)染色質(zhì)免疫沉淀分析發(fā)現(xiàn)，mtPC3和mtMDA的RANKL啟動子募集到的Runx2較PC3和MDA顯著增高，結(jié)果提示，癌細(xì)胞骨轉(zhuǎn)移時可以通過Runx2依賴性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)表達(dá)RANKL，促進(jìn)破骨細(xì)胞成熟。Runx2在骨發(fā)育過程中可誘導(dǎo)成骨細(xì)胞表達(dá)RANKL并通過調(diào)節(jié)OPG促進(jìn)破骨細(xì)胞分化[14]。Zhao等[15]利用乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231和成骨細(xì)胞MG-63共培養(yǎng)，對照組為MG-63單獨培養(yǎng)，實時PCR分析MG-63細(xì)胞中Runx2、RANKL、OPG表達(dá)水平，研究發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)組較對照組的Runx2表達(dá)升高，而RANKL與Runx2在不同觀察時間具有相同的趨勢，OPG則較對照組表達(dá)下降。以上結(jié)果提示癌細(xì)胞不僅自身表達(dá)Runx2激活RANKL啟動子促進(jìn)破骨細(xì)胞成熟，還能直接作用于成骨細(xì)胞，通過上調(diào)RANKL和抑制OPG表達(dá)以促進(jìn)骨溶解。

二、Runx2與NF-κB信號通路

NF-κB是一種調(diào)控多種生物反應(yīng)的核因子，其包含數(shù)個轉(zhuǎn)錄因子，分別為p65(RelA)、RelB、c-Rel、p50(NF-κB1)和p52(NF-κB2)。NF-κB既是炎癥過程的主要介質(zhì)，也是免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子。炎性細(xì)胞因子尤其是NF-κB在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中具有雙重作用，一方面，NF-κB的激活是免疫防御的一部分，可以靶向作用并消除腫瘤細(xì)胞；另一方面，NF-κB在許多類型的腫瘤中激活后可以發(fā)揮多種促癌作用[16]。Li等[17]通過使用裸鼠模型，觀察青蒿素對小鼠脛骨腫瘤生長和腫瘤導(dǎo)致骨質(zhì)破壞的抑制作用，探索青蒿素的抑制溶骨原理。酶聯(lián)免疫吸附實驗結(jié)果顯示，血清中的破骨細(xì)胞分化因子RANKL隨青蒿素的濃度升高而下降，此外，蛋白印跡分析顯示，青蒿素抑制了破骨細(xì)胞NF-κB p65的磷酸化。推測在腫瘤骨轉(zhuǎn)移中Runx2與NF-κB信號通路主要關(guān)系如下：Runx2激活RANKL/RANK/OPG系統(tǒng)促進(jìn)破骨細(xì)胞成熟，而破骨細(xì)胞祖細(xì)胞表面的RANK受體誘導(dǎo)NF-κB信號通路的級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)破骨細(xì)胞形成，從而強(qiáng)化破骨細(xì)胞的溶骨作用[8,9]。

三、Runx2與TGF-β信號通路

TGF-β是一類細(xì)胞因子超家族，TGF-β信號通路包括Smad經(jīng)典途徑和非經(jīng)典MAPK途徑。在經(jīng)典途徑中，活化的受體復(fù)合物募集R-Smad并使其磷酸化，之后復(fù)合物易位到細(xì)胞核中與其他轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子共同調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)[18]。在正常骨代謝過程中TGF-β信號通路的Smad經(jīng)典途徑和非經(jīng)典MAPK途徑均可激活Runx2的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)其成骨[19]。TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在腫瘤的調(diào)控中起重要作用，最初是腫瘤抑制因子，而后隨著腫瘤的發(fā)展成為促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的積極介質(zhì)[20]。Zhang等[10]通過小鼠動物模型，探討Runx2-HTY突變體對前列腺癌細(xì)胞PC3的TGF-β-Smad途徑的影響，與野生型Runx2-WT比較，小鼠脛骨內(nèi)注射含Runx2-HTY的PC3細(xì)胞導(dǎo)致的溶骨性病變較小，PC3骨吸收因子-甲狀旁腺激素相關(guān)肽(parathyroidhormone related protein, PTHrP)表達(dá)大幅降低，表明Runx2可能通過TGF-β信號通路的Smad經(jīng)典途徑促進(jìn)PTHrP介導(dǎo)的骨吸收。另有研究提示，Runx2可以直接上調(diào)Indian Hedgehog(IHH)基因，與TGF-β通路協(xié)同作用下進(jìn)一步促進(jìn)PTHrP的產(chǎn)生，進(jìn)而刺激成骨細(xì)胞或骨髓基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)RANKL，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞成熟，使骨微環(huán)境中骨質(zhì)吸收增加[21]。而骨基質(zhì)中富含生長因子TGF-β，被吸收的骨基質(zhì)釋放出的TGF-β，正向刺激腫瘤細(xì)胞增殖，并促進(jìn)PTHrP的分泌，從而在腫瘤細(xì)胞導(dǎo)致骨質(zhì)破壞與骨質(zhì)溶解誘發(fā)腫瘤生長之間形成惡性循環(huán)。

四、 Runx2與Wnt信號通路

Wnts是一種分泌糖蛋白，Wnt信號通路可分為Wnt/β-catenin經(jīng)典途徑和一些非經(jīng)典途徑，如磷脂酶C 、蛋白激酶C、平面細(xì)胞極性和Wnt/Ca2+等[22]。生理狀態(tài)下Wnt信號通路是調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞活性的關(guān)鍵通路，并可通過經(jīng)典和非經(jīng)典途徑促進(jìn)Runx2表達(dá)以促進(jìn)成骨[19]。通過對發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的乳腺癌研究發(fā)現(xiàn)，骨轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞不僅可以增強(qiáng)破骨細(xì)胞功能干擾正常的骨重塑，還可以抑制成骨細(xì)胞阻止新骨生成[23]。Wnt信號通路對維持骨穩(wěn)態(tài)起重要作用，而骨硬化蛋白(sclerostin，SOST)可以與Wnt信號通路中的LRP5/6結(jié)合，拮抗Wnt信號通路的傳遞，從而抑制新骨形成[24]。Mendoza-Villanueva等[11]使用酶聯(lián)免疫吸附試驗測定乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231分泌到培養(yǎng)基中SOST含量，發(fā)現(xiàn)siRunx2轉(zhuǎn)染的MDA-MB-231產(chǎn)生的SOST約比對照細(xì)胞少5倍。進(jìn)一步測定Runx2與SOST的關(guān)系，用含有SOST啟動子的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染siRunx2及非特異性siRNA的MDA-MB-231細(xì)胞，與對照細(xì)胞比較，Runx2基因沉默組細(xì)胞中SOST啟動子的活性顯著降低。同時觀察小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在源自MDA-MB-231細(xì)胞的條件分化培養(yǎng)基中生長時，其分化被顯著抑制，相比之下，在SOST耗盡的培養(yǎng)基中培養(yǎng)的小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化活躍。結(jié)果提示，Runx2直接與SOST啟動子結(jié)合促進(jìn)MDA-MB-231細(xì)胞分泌SOST，而SOST阻斷Wnt信號通路從而導(dǎo)致成骨細(xì)胞活性降低，新骨形成抑制。在一些溶骨性骨轉(zhuǎn)移中，癌細(xì)胞不僅作用于破骨細(xì)胞，同時還作用于成骨細(xì)胞抑制成骨，骨修復(fù)抑制解除可能是今后取代抑制破骨細(xì)胞功能類藥物的潛在研究方向。

五、Runx2與STAT3信號通路

STAT3是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白家族的一員，以轉(zhuǎn)錄的方式調(diào)控多種細(xì)胞過程。有研究發(fā)現(xiàn)，前列腺癌細(xì)胞通過TGF-β1誘導(dǎo)的Smad和AP-1兩種途徑刺激IL-11表達(dá)，即Runx2-Smad和Runx2-c-Jun兩種復(fù)合物相互作用，共同增強(qiáng)IL-11的表達(dá)[12]。Liang等[25]使用IL-11的單克隆抗體阻斷骨特異性轉(zhuǎn)移乳腺癌細(xì)胞BoM-1833的IL-11表達(dá)，研究發(fā)現(xiàn)顯著減少BoM-1833誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成。進(jìn)一步分析IL-11誘導(dǎo)破骨細(xì)胞形成過程中STAT3信號通路的活性，發(fā)現(xiàn)IL-11誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成依賴STAT3途徑的活化。IL-11是IL-6家族細(xì)胞因子的一員，多種細(xì)胞通過自分泌和旁分泌的方式分泌IL-11，從而激活乳腺癌細(xì)胞的STAT3信號通路以促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[26]。同時腫瘤細(xì)胞自身也可以分泌IL-11直接作用于破骨前體細(xì)胞的STAT通路，正向調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的形成，促進(jìn)骨質(zhì)破壞。

六、展 望

腫瘤的骨轉(zhuǎn)移往往導(dǎo)致預(yù)后不良，目前抑制骨破壞的藥物主要有雙磷酸鹽、地諾單抗，其雖能抑制溶骨性病變，延長患者的生存期，但存在許多不良反應(yīng)，如骨壞死、腎毒性、低鈣血癥等，因此有效藥物的研發(fā)勢在必行[27,28]。靶向治療是新近發(fā)展起來的，針對腫瘤發(fā)展過程中細(xì)胞受體、關(guān)鍵基因和調(diào)控分子等生物靶點進(jìn)行干預(yù)，從而有效阻斷腫瘤發(fā)展并且促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的特異性治療[29]。因此深入研究腫瘤骨轉(zhuǎn)移發(fā)生過程中分子機(jī)制，尋找有效生物靶點，對腫瘤的治療具有重要意義[30]。近年來，Runx2與腫瘤間關(guān)系日益受到重視，Runx2介導(dǎo)下的溶骨機(jī)制主要分以下兩方面：一方面，腫瘤細(xì)胞可能直接誘導(dǎo)或通過成骨細(xì)胞間接誘導(dǎo)破骨細(xì)胞成熟；另一方面，Runx2可能通過參與多種信號通路打破骨代謝平衡，促進(jìn)骨質(zhì)溶解。然而，目前尚無確切證據(jù)證明這兩方面是單獨或者聯(lián)合作用導(dǎo)致腫瘤骨轉(zhuǎn)移的原因，因而也缺乏針對性治療措施。因此，深入探討Runx2和腫瘤骨轉(zhuǎn)移相關(guān)分子調(diào)控機(jī)制，將為進(jìn)一步了解腫瘤骨轉(zhuǎn)移發(fā)病機(jī)制和尋找有效治療靶點提供新的理論和實驗依據(jù)。