驅(qū)動(dòng)基因在肺癌骨轉(zhuǎn)移中的研究進(jìn)展

江小柳，劉安文

0 引言

骨是肺癌遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移常見的靶部位之一，約36%的肺癌患者在尸檢中可發(fā)現(xiàn)骨轉(zhuǎn)移，22%～26%出現(xiàn)骨髓微轉(zhuǎn)移。48%非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）和40%小細(xì)胞肺癌（SCLC）患者初診時(shí)即發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，確診肺癌到發(fā)展為骨轉(zhuǎn)移中位時(shí)間為19月，肺癌骨轉(zhuǎn)移第一次發(fā)生骨相關(guān)事件（SRE）中位時(shí)間為9.5月，而骨轉(zhuǎn)移患者中位生存期僅為6～10月，經(jīng)治療1年生存率達(dá)到40%～50%[1]。肺癌骨轉(zhuǎn)移以溶骨性轉(zhuǎn)移多見，好發(fā)于脊柱和軀干近端，常發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的病理類型依次為腺癌（35.3%）、鱗狀細(xì)胞癌（14.7%）、小細(xì)胞癌（31.2%）、大細(xì)胞神經(jīng)內(nèi)分泌癌（18.1%）[2]。隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)肺癌驅(qū)動(dòng)基因在疾病的發(fā)生發(fā)展中的作用有了更深一步的認(rèn)識(shí)。不同的驅(qū)動(dòng)基因在肺癌的發(fā)生過(guò)程中扮演著不同的角色，亦可能參與骨轉(zhuǎn)移病程進(jìn)展。本文就肺癌骨轉(zhuǎn)移基本過(guò)程，常見肺癌驅(qū)動(dòng)基因在骨轉(zhuǎn)移中的作用以及驅(qū)動(dòng)基因?qū)俏h(huán)境的影響進(jìn)行綜述。

1 肺癌骨轉(zhuǎn)移基本過(guò)程

肺癌骨轉(zhuǎn)移的過(guò)程與其他惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移過(guò)程基本類似。最初肺癌細(xì)胞通過(guò)上皮細(xì)胞-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化（EMT）降低細(xì)胞之間的黏附力，從相鄰細(xì)胞脫落。脫離群體的肺癌細(xì)胞表達(dá)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs），如MMP-2、MMP-9降解并重建細(xì)胞外基質(zhì)，在血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）等因子作用下促進(jìn)新血管的生成，肺癌細(xì)胞通過(guò)新生血管進(jìn)入血液循環(huán)[3]。肺癌細(xì)胞自身表達(dá)多種趨化因子受體與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成骨細(xì)胞表達(dá)的配體結(jié)合，誘導(dǎo)其沿趨化因子方向移動(dòng)歸巢于骨[4]。肺癌細(xì)胞表達(dá)黏附分子，E-cadherin、β整合素、CD44整聯(lián)蛋白αvβ3、αVβ5與骨髓微環(huán)境中的骨基質(zhì)骨唾液蛋白（BSP）、骨橋蛋白（OPN）、玻連蛋白等相互結(jié)合，黏附并定植于骨[5]。在骨髓定植后的肺癌細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)，以逃避機(jī)體免疫監(jiān)視和治療帶來(lái)的破壞。最新研究報(bào)道成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞表達(dá)的可溶性核因子κB受體活化因子配體（sRANKL）誘導(dǎo)破骨細(xì)胞對(duì)骨的重吸收，從而釋放并激活休眠的腫瘤細(xì)胞[6]。再次激活的肺癌細(xì)胞從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋碃顟B(tài)，在骨微環(huán)境的細(xì)胞因子等因素的作用下最終發(fā)展為轉(zhuǎn)移性定植。

2 肺癌骨微環(huán)境

骨微環(huán)境是調(diào)節(jié)正常骨的重建和吸收，維持其動(dòng)態(tài)平衡的重要環(huán)境，由骨髓基質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞因子、細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成。肺癌細(xì)胞與骨微環(huán)境內(nèi)皮細(xì)胞、骨基質(zhì)蛋白、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞及免疫細(xì)胞的相互作用為轉(zhuǎn)移提供適合其生存的生態(tài)條件。肺癌細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間作用是調(diào)控骨轉(zhuǎn)移瘤生長(zhǎng)的方式之一， 肺癌細(xì)胞通過(guò)PDGFR/VEGFR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)腫瘤血管生成[7]。新生血管不僅能促進(jìn)骨髓中彌散肺癌細(xì)胞再活化，還為骨轉(zhuǎn)移瘤提供生長(zhǎng)所需氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使肺癌細(xì)胞在骨中存活、生長(zhǎng)和擴(kuò)散[8]。而肺癌細(xì)胞與骨基質(zhì)蛋白的相互作用有助于肺癌細(xì)胞黏附并定植于骨。骨基質(zhì)Ⅰ型膠原蛋白通過(guò)自身磷酸化作用結(jié)合并激活肺癌細(xì)胞表達(dá)盤狀結(jié)構(gòu)域受體1（DDR1），觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞黏附于骨。DDR1的激活不但能活化破骨細(xì)胞介導(dǎo)骨質(zhì)破壞，還能誘導(dǎo)MMPs的分泌增加，提高肺癌細(xì)胞的侵襲性[9]。骨基質(zhì)蛋白內(nèi)皮蛋白C受體（EPCR）與活化蛋白C（APC）結(jié)合能觸發(fā)Akt及細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路，降低肺癌細(xì)胞凋亡，提高其存活率[10]。另外，肺癌與成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間的作用是肺癌溶骨性轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。肺癌細(xì)胞分泌促破骨細(xì)胞生成因子如IL-1、IL-6、PTHrP、TNF-α、MIP-1α等刺激成骨細(xì)胞前體分化為成熟的成骨細(xì)胞。成骨細(xì)胞進(jìn)一步表達(dá)核因子κB受體活化因子配體（RANKL），該配體通過(guò)RANKL/RANK/OPG信號(hào)通路激活破骨細(xì)胞。活化的破骨細(xì)胞一方面提高骨的重吸收介導(dǎo)轉(zhuǎn)移灶的骨質(zhì)破壞，另一方面釋放骨基質(zhì)存儲(chǔ)的生長(zhǎng)因子如BMP、TGF-β、IGF、FGF等刺激肺癌細(xì)胞的再增殖[11]。不僅如此，骨微環(huán)境中的免疫細(xì)胞也是影響肺癌骨轉(zhuǎn)移的重要因素，骨髓來(lái)源的抑制性細(xì)胞（MDSCs）作為破骨細(xì)胞祖細(xì)胞不僅能直接分化為破骨細(xì)胞，還能產(chǎn)生活性氧（ROS）和細(xì)胞因子抑制宿主CD4、CD8T細(xì)胞免疫反應(yīng)，推動(dòng)腫瘤的進(jìn)展[12]。另外，研究報(bào)道肺癌細(xì)胞產(chǎn)生的IL-7可上調(diào)T細(xì)胞衍生的細(xì)胞因子如RANKL、TNF-α促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成[13]。肺癌細(xì)胞與骨微環(huán)境內(nèi)皮細(xì)胞、骨基質(zhì)蛋白、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、免疫細(xì)胞及細(xì)胞因子之間的相關(guān)作用貫穿了腫瘤細(xì)胞黏附、定植、生長(zhǎng)及溶骨性改變等過(guò)程。它們之間的相互作用形成肺癌骨轉(zhuǎn)移的“惡性循環(huán)”，針對(duì)任何一環(huán)節(jié)的靶向治療將為肺癌骨轉(zhuǎn)移患者帶來(lái)不同程度的獲益。驅(qū)動(dòng)基因的表達(dá)涉及到肺癌的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移等過(guò)程，其亦可能在不同程度上影響肺癌骨轉(zhuǎn)移。

3 肺癌原發(fā)灶與骨轉(zhuǎn)移灶驅(qū)動(dòng)基因表達(dá)的異質(zhì)性

腫瘤異質(zhì)性普遍存在，肺原發(fā)灶與骨轉(zhuǎn)移灶之間同樣存在異質(zhì)性，驅(qū)動(dòng)基因在肺癌原發(fā)灶和骨轉(zhuǎn)移灶亦存在表達(dá)的差異。Krawczyk等[14]對(duì)431例肺癌組織使用PCR方法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)骨轉(zhuǎn)移病灶EGFR突變率達(dá)到75%，而原發(fā)灶表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）突變率為12.8%。Gow等[15]對(duì)67個(gè)非小細(xì)胞肺癌患者肺原發(fā)灶和匹配的轉(zhuǎn)移灶直接測(cè)序（腦轉(zhuǎn)移25例、骨轉(zhuǎn)移20例、其他轉(zhuǎn)移器官22例），發(fā)現(xiàn)EGFR突變狀態(tài)不一致率為27%。Badalian等[16]使用限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性聚合酶鏈反應(yīng)（RFLP-PCR）法分析了11例非小細(xì)胞肺癌患者的原發(fā)灶和匹配的骨轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移灶基因突變狀況，發(fā)現(xiàn)鼠美肉瘤病毒癌基因（KRAS）突變狀態(tài)一致性僅為64%。上述研究均證實(shí)了肺癌原發(fā)灶和骨轉(zhuǎn)移灶基因表達(dá)存在差異，不同驅(qū)動(dòng)基因突變狀態(tài)一致率高低不等。明確肺癌原發(fā)灶和骨轉(zhuǎn)移灶驅(qū)動(dòng)基因表達(dá)的差異，可以為肺癌骨轉(zhuǎn)移人群疾病的診斷、分子檢測(cè)和治療策略的選擇提供有利的依據(jù)。

4 肺癌常見驅(qū)動(dòng)基因在骨轉(zhuǎn)移中的作用

4.1 EGFR突變?cè)诜伟┕寝D(zhuǎn)移中的影響

EGFR基因位于7號(hào)染色體短臂，由28個(gè)外顯子組成，翻譯后的EGFR蛋白與其配體EGF、TGF-α結(jié)合后發(fā)生酪氨酸激酶磷酸化，從而激活下游RAS/RAF/MEK/ERK及PI3K/AKT/mTOR等信號(hào)通路，介導(dǎo)肺癌細(xì)胞的增殖和侵襲。EGFR在東亞肺癌人群突變率高達(dá)40%～50%，西方肺癌人群突變率為10%～20%，肺腺癌患者骨轉(zhuǎn)移灶EGFR突變率為14%，常見突變位點(diǎn)為18-21號(hào)外顯子[17]。一項(xiàng)回顧性研究分析了401例肺癌患者，其中115例初診時(shí)發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EGFR突變患者骨轉(zhuǎn)移發(fā)生率高于野生患者（32.2% vs. 22.8%, P=0.007）[18]。EGFR突變的肺癌細(xì)胞可能對(duì)骨組織具有更高的親和力，更容易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移。大量研究表明EGFR基因通路與骨微環(huán)境相互作用影響肺癌骨轉(zhuǎn)移[19-20]。VEGF-A、VEGFR-1是骨微環(huán)境中組成成分，肺癌患者EGFR信號(hào)通路的激活上調(diào)VEGF-A、VEGFR-1等血管生成因子誘導(dǎo)腫瘤血管的生成，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移[19]。CRL-2868肺癌細(xì)胞過(guò)表達(dá)雙調(diào)蛋白（AREG）可誘導(dǎo)前體破骨細(xì)胞EGFR信號(hào)通路活化，抑制骨保護(hù)系（OPG）的表達(dá)和上調(diào)RANKL刺激破骨細(xì)胞的分化成熟，導(dǎo)致溶骨性骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生[20]。在肺癌骨轉(zhuǎn)移小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，EGFR抑制劑厄洛替尼可以抑制成骨細(xì)胞/基質(zhì)細(xì)胞RANKL的表達(dá)，降低破骨細(xì)胞的活化水平，從而抑制肺癌細(xì)胞引起的溶骨性破壞。厄洛替尼不僅能抑制肺癌細(xì)胞的增殖，還能阻礙PTHrP、IL-8、IL-11和VEGF等溶骨因子的產(chǎn)生[21]。EGFR突變骨相關(guān)事件（SREs）的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高， EGFR-TKI治療可降低肺癌骨轉(zhuǎn)移患者SREs發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)（23.5% vs. 61.7%,P＜0.001）[22]。因此，針對(duì)EGFR敏感突變的肺癌骨轉(zhuǎn)移患者，EGFR-TKIs靶向治療可能是改善患者預(yù)后，延長(zhǎng)生存時(shí)間及SRE發(fā)生的有效治療途徑。

4.2 KRAS突變對(duì)肺癌骨轉(zhuǎn)移的影響

KRAS基因位于12號(hào)染色體，是EGFR下游RAS/RAF/MEK/ERK/MAPK通路的一個(gè)因子，其突變降低了三磷酸鳥苷（GTP）酶活性，提高正常細(xì)胞癌變率。KRAS基因突變存在于約30%的肺腺癌和5%的鱗狀細(xì)胞癌中，以12號(hào)外顯子突變最常見， 其次為13和61號(hào)外顯子[23]。KRAS突變肺腺癌患者骨轉(zhuǎn)移發(fā)生率為26.2%，中位生存期短于野生型患者（9.7 vs. 3.7月，HR: 0.49； 95%CI: 0.31～0.79；P=0.003）[24]。不同亞型的KARS突變與肺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移存在一定的聯(lián)系，KRAS G12C突變骨轉(zhuǎn)移率增加，KRAS G12V突變和胸膜-心包轉(zhuǎn)移相關(guān)。Renaud等[25]回顧性分析了481例肺癌術(shù)后患者，發(fā)現(xiàn)91例KRAS G12C突變患者中54例進(jìn)展為骨轉(zhuǎn)移。KRAS G12C突變患者與野生型患者相比，骨轉(zhuǎn)移率顯著增加（59% vs. 16%, P＜0.0001）。KRAS信號(hào)通路激活促進(jìn)腫瘤細(xì)胞分泌趨化因子配體12（CCL12），CCL12與受體CXCR4結(jié)合利于腫瘤細(xì)胞歸巢于靶器官[26]。KRAS基因被認(rèn)為和肺癌術(shù)后復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移相關(guān)。因此，其在預(yù)測(cè)肺癌的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移中具有廣泛的前景。

4.3 棘皮動(dòng)物微管相關(guān)蛋白4-間變性淋巴瘤激酶（EML4-ALK）基因?qū)Ψ伟┕寝D(zhuǎn)移的影響

ALK與EML4基因融合可以激活下游Ras-ERK、JAK3-STAT3、PI3-K/Akt信號(hào)通路促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。肺癌EML4-ALK融合發(fā)生率為3%～7%[27]。來(lái)自荷蘭的一項(xiàng)研究回顧性分析了8 608例非小細(xì)胞肺癌患者，包含42例ALK突變、1 008例EGFR/KRAS/ALK三陰性。單因素邏輯回歸分析表明ALK陽(yáng)性患者與三陰性患者相比，肝轉(zhuǎn)移合并骨轉(zhuǎn)移發(fā)生率更高（11.9% vs. 4.7%； OR: 2.76（1.04～7.35））[28]。在肺腺癌EML4-ALK陽(yáng)性的小鼠脛骨轉(zhuǎn)移模型中，對(duì)小鼠每日灌服二代ALK抑制劑艾樂(lè)替尼（Alectinib）25 mg/kg，明顯降低溶骨性損傷[29]。EML4-ALK融合肺癌患者常見遠(yuǎn)處器官轉(zhuǎn)移模式為肝合并骨轉(zhuǎn)移，且艾樂(lè)替尼在抗肺癌溶骨性轉(zhuǎn)移療效可觀，表明ALK基因在不同程度上參與肺癌骨轉(zhuǎn)移，但具體機(jī)制仍未不明確。

4.4 原癌基因MET對(duì)肺癌骨轉(zhuǎn)移的影響

MET基因位于7號(hào)染色體7q21-q31區(qū)域，編碼干細(xì)胞生長(zhǎng)因子特異性受體（hepatocyte growth factor receptor, HGFR），該受體具有酪氨酸激酶活性。HGF與MET受體結(jié)合后發(fā)生自身磷酸化，激活RAS/RAF/MEK、PI3K/AKT/mTOR、Rho等信號(hào)通路，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移。在肺癌骨轉(zhuǎn)移患者的原發(fā)灶和骨轉(zhuǎn)移灶中均發(fā)現(xiàn)MET高表達(dá)[30]。HGFMET可以激活骨微環(huán)境中RANKL/RANK信號(hào)通路，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的活化，最終導(dǎo)致溶骨性轉(zhuǎn)移的發(fā)生[31]。肺癌骨轉(zhuǎn)移小鼠模型研究中，使用TAS-115（VEGFRs/MET/FMS多重抑制劑）對(duì)肺癌A549細(xì)胞脛骨轉(zhuǎn)移的小鼠進(jìn)行治療，發(fā)現(xiàn)小鼠脛骨內(nèi)的腫瘤生長(zhǎng)和骨質(zhì)破壞顯著降低，TAS-115能夠抑制MET基因信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，降低骨微環(huán)境中RANKL的表達(dá)，減少破骨細(xì)胞分化[32]。MET基因突變、擴(kuò)增、高表達(dá)在肺癌患者中發(fā)生率低，而MET基因擴(kuò)增主要通過(guò)改變骨微環(huán)境中溶骨性因子的表達(dá)促進(jìn)肺癌骨轉(zhuǎn)移。目前針對(duì)MET基因突變的有效藥物包括克唑替尼、卡博替尼、INC280等將對(duì)MET基因異常的肺癌骨轉(zhuǎn)移患者有一定療效。

4.5 RET融合對(duì)肺癌骨轉(zhuǎn)移的影響

RET基因位于人類染色體10q11.2區(qū)域，含21個(gè)外顯子，由細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域、胞外結(jié)構(gòu)域和跨膜區(qū)三部分構(gòu)成，具有酪氨酸激酶活性。RET基因的活化可以激活下游RAS/RAF/ERK、PI3K/AKt及JNK信號(hào)通路，提高腫瘤細(xì)胞的增殖和存活。RET融合在肺癌患者中的發(fā)生率約為1%～2%，KIF5BRET融合較為典型[33]。研究表明RET基因融合參與肺癌骨轉(zhuǎn)移的發(fā)病過(guò)程，Saiki等[34]通過(guò)CT掃描對(duì)21例RET融合NSCLC患者特征進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)RET融合患者13例胸膜擴(kuò)散、10例肺轉(zhuǎn)移、8例骨轉(zhuǎn)移、2例腦轉(zhuǎn)移，骨轉(zhuǎn)移發(fā)生率為44%。此外，一項(xiàng)關(guān)于RET抑制劑卡博替尼Ⅱ期臨床研究（NCT01639508）中報(bào)道了一名Ⅳ期肺腺癌患者合并骶骨成骨性轉(zhuǎn)移治療療效，該患者肺原發(fā)灶組織二代測(cè)序檢測(cè)發(fā)現(xiàn)TRIM33-RET融合，經(jīng)過(guò)卡博替尼治療20周后骶骨轉(zhuǎn)移性疼痛明顯消失[35]。雖然臨床數(shù)據(jù)表明RET基因融合肺癌患者骨轉(zhuǎn)移發(fā)生率高，但目前RET基因融合在肺癌骨轉(zhuǎn)移發(fā)生過(guò)程中的詳細(xì)分子機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

5 結(jié)語(yǔ)

肺癌骨轉(zhuǎn)移常見的血行轉(zhuǎn)移之一，是影響肺癌患者預(yù)后、生活質(zhì)量和生存率的重要因素。驅(qū)動(dòng)基因?qū)俏h(huán)境的細(xì)胞、骨基質(zhì)蛋白及細(xì)胞因子的調(diào)控影響著肺癌細(xì)胞歸巢、黏附和定植于骨，同時(shí)也為肺癌細(xì)胞在骨中的生存和增殖提供了有利的條件?；诜伟?qū)動(dòng)基因陽(yáng)性的分子靶向治療，在治療肺癌骨轉(zhuǎn)移具有重要意義。隨著分子測(cè)序和分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)肺癌骨轉(zhuǎn)移關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)基因及其在骨微環(huán)境中的作用將進(jìn)一步了解，這將對(duì)開發(fā)新型肺癌骨轉(zhuǎn)移藥物具有重要指導(dǎo)作用，將為肺癌骨轉(zhuǎn)移患者的治療帶來(lái)新的前景。