造血微環(huán)境在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移中的作用

陳浩棟 趙玉婉 柳建軍

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院泌尿外科（廣東湛江524001）

前列腺癌是目前世界上最常見的男性惡性腫瘤之一，在歐美國家男性惡性腫瘤發(fā)病率常年位居第一［1］。在我國前列腺癌發(fā)病率在惡性腫瘤中位居第二，僅次于肺癌，并且呈明顯上升趨勢(shì)［2］。前列腺癌具有明顯的嗜骨性轉(zhuǎn)移，其轉(zhuǎn)移機(jī)制目前尚不明確，超過80%的晚期前列腺癌患者出現(xiàn)骨轉(zhuǎn)移［3］，常見轉(zhuǎn)移至骨盆，股骨和椎體。由前列腺癌骨轉(zhuǎn)移引起的骨骼相關(guān)事件（skeletal-related events，SREs），如病理性骨折、脊髓壓迫及劇烈的疼痛，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量并增加病死率［4］。因此，闡明前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的機(jī)制，對(duì)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的預(yù)防及治療尤為重要。目前已知前列腺癌骨轉(zhuǎn)移過程分為定植、休眠、再活化和增殖4 個(gè)階段［5］。造血微環(huán)境（hematopoietic microenvironment）是由SCHOFIELD［6］在1978年首次提出用來描述參與造血干細(xì)胞維持、自我更新和定向分化的微環(huán)境。造血微環(huán)境主要由骨內(nèi)膜、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞及微血管系統(tǒng)等構(gòu)成，其微血管系統(tǒng)中血竇內(nèi)徑長且容量大，血流速度慢，有利于前列腺癌細(xì)胞定植［7］。造血微環(huán)境中富含成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞，生理?xiàng)l件下，骨沉積和吸收受到成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞之間嚴(yán)格的控制，維持新骨合成的動(dòng)態(tài)平衡并保持骨的完整性。然而，在骨轉(zhuǎn)移過程中，成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞保持的平衡被打破，腫瘤細(xì)胞分泌多種細(xì)胞因子刺激成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞活化，活化的成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞又進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長，形成了骨轉(zhuǎn)移的“惡性循環(huán)”。

1 造血微環(huán)境為前列腺癌發(fā)生轉(zhuǎn)移提供適宜環(huán)境

早在1889年，英國學(xué)者PAGET［8］提出的“種子-土壤”學(xué)說，是解釋前列腺癌細(xì)胞發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的主流學(xué)說。骨骼是前列腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的適宜“土壤”，主要是因?yàn)楣撬柚性煅h(huán)境中富含多種生長因子及趨化因子，如：血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）、胰島素樣生長因子（IGF）、骨形成蛋白（BMPs）、趨化因子SDF-1，促進(jìn)癌細(xì)胞定植、休眠、再活化和增殖［9-10］。造血微環(huán)境是一種極其活躍的微環(huán)境，其內(nèi)富含成骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞。成骨細(xì)胞來源于骨髓基質(zhì)中的間充質(zhì)干細(xì)胞，占骨細(xì)胞總數(shù)的4%～6%［11］。在骨重塑過程中，成骨細(xì)胞主要負(fù)責(zé)合成新的骨基質(zhì)，骨基質(zhì)主要由I 型膠原蛋白組成，但也含有少量的蛋白多糖和其他細(xì)胞外基質(zhì)蛋白［12］。成骨細(xì)胞還通過表達(dá)RANK-L 和巨噬細(xì)胞集落刺激因子（M-CSF）在破骨細(xì)胞分化過程中起到關(guān)鍵作用。破骨細(xì)胞來源于骨髓中的單核細(xì)胞，約占骨細(xì)胞總數(shù)的1%～4%［11］，主要負(fù)責(zé)骨的重吸收。前列腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移至骨，骨微環(huán)境中負(fù)責(zé)骨重塑的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞釋放多種細(xì)胞因子，為腫瘤細(xì)胞的生長提供有力的支持。

2 前列腺癌細(xì)胞向骨內(nèi)定植

2.1 前列腺癌細(xì)胞骨內(nèi)定植前的準(zhǔn)備 前列腺癌細(xì)胞向骨內(nèi)定植主要涉及6 個(gè)步驟，包括細(xì)胞粘附減少、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、局部遷移及侵襲、血管內(nèi)循環(huán)、“歸巢”和定植［13］。正常的前列腺上皮中，細(xì)胞與細(xì)胞粘附是由整聯(lián)蛋白和細(xì)胞黏附分子（如鈣黏蛋白）緊密相連。鈣黏蛋白有兩種主要類型，E-鈣黏蛋白和N-鈣黏蛋白，分別由上皮細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞表達(dá)。在前列腺癌早期轉(zhuǎn)化中，前列腺上皮細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞黏附因子的改變，包括E-鈣黏蛋白的下調(diào)和N-鈣黏蛋白的上調(diào)［14］，這一過程稱為鈣黏蛋白轉(zhuǎn)換，同時(shí)也是上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的主要特征。整合蛋白表達(dá)下降也在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。經(jīng)歷上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的前列腺上皮細(xì)胞具有分泌蛋白酶的能力，例如基質(zhì)金屬蛋白酶和絲氨酸蛋白酶，其中基質(zhì)金屬蛋白酶-2（MMP-2）可降解細(xì)胞外基質(zhì)，有利于細(xì)胞遷移、侵入周圍組織及血管內(nèi)［15］。LIU 等［16］發(fā)現(xiàn)miR-195 可抑制前列腺癌細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，miR-195 修復(fù)可能為治療轉(zhuǎn)移性前列腺癌提供新的治療方法。

2.2 前列腺癌細(xì)胞向骨髓造血微環(huán)境“歸巢”和定植 盡管前列腺癌細(xì)胞向骨髓造血微環(huán)境“歸巢”和定植的機(jī)制尚不明確，但越來越多的證據(jù)表明前列腺癌細(xì)胞利用類似造血干細(xì)胞“歸巢”的機(jī)制進(jìn)入骨髓［17-18］。在造血干細(xì)胞“歸巢”機(jī)制中，SDF-1 是一種常見的趨化因子，其主要功能是調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞的運(yùn)輸，造血干細(xì)胞表達(dá)的趨化因子受體CXCR4 與趨化因子SDF-1 結(jié)合，使造血干細(xì)胞沿SDF-1 濃度梯度遷移［19］。SHIOZAWA 等［20］證明增加造血微環(huán)境的數(shù)量可促進(jìn)骨髓腫瘤細(xì)胞數(shù)量的增加，這也表明造血微環(huán)境有利于前列腺癌細(xì)胞定植。造血微環(huán)境富含成骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞可大量分泌趨化因子SDF-1，而前列腺癌細(xì)胞中CXCR4 表達(dá)上調(diào)，高表達(dá)CXCR4 的前列腺癌細(xì)胞在SDF-1 的趨化牽引作用下，“歸巢”至SDF-1 濃度最高的骨髓造血微環(huán)境中。此外，SDF-1 還可以瞬時(shí)調(diào)節(jié)αvβ3 整合素的表達(dá)，這也可能在前列腺癌細(xì)胞定位到骨髓轉(zhuǎn)移灶中發(fā)揮作用［21］。WANG 等［22］證明CXCR4 抑制劑AMD3100可抑制前列腺癌細(xì)胞定位到富含SDF-1 區(qū)域，這也證明SDF-1∕CXCR4 信號(hào)軸是前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵信號(hào)通路。前列腺癌細(xì)胞“歸巢”到骨髓后，腫瘤細(xì)胞通過表達(dá)整合素、N-鈣黏蛋白等多種分子定植于骨髓中。前列腺癌細(xì)胞可表達(dá)整合素α2β1，通過膠原蛋白I ∕α2β1 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激活RhoC GTP 酶，有利于腫瘤細(xì)胞定植于骨髓［23］。

3 前列腺癌細(xì)胞在骨髓中休眠與再活化

3.1 前列腺癌細(xì)胞在骨髓中休眠 當(dāng)前列腺癌細(xì)胞在骨髓定植后，腫瘤細(xì)胞不會(huì)立即生長，而是進(jìn)入休眠期，推測這可能與免疫逃逸及腫瘤周圍血管形成有關(guān)［24］。這一階段時(shí)間較長，可達(dá)數(shù)年之久［5］。YUMOTO 等［25］發(fā)現(xiàn)MC3T3-E1 成骨細(xì)胞與PC-3 或DU145 前列腺癌細(xì)胞的共同培養(yǎng)導(dǎo)致前列腺癌細(xì)胞增殖受到抑制，證明成骨細(xì)胞可能與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞休眠有關(guān)。生長停滯特異性蛋白-6（GAS6）是一種由造血微環(huán)境中的成骨細(xì)胞分泌的酪氨酸激酶受體的配體，GAS6 可促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞休眠、增加腫瘤細(xì)胞存活率并抑制腫瘤細(xì)胞增殖［26］。前列腺癌細(xì)胞高表達(dá)酪氨酸激酶受體AXL，能與成骨細(xì)胞分泌的GAS6 特異性結(jié)合，增加TGF-β 的表達(dá)。YUMOTO 等［25］還發(fā)現(xiàn)與成骨細(xì)胞共培養(yǎng)的PC-3 細(xì)胞中TGF-β1 和TGF-β2 表達(dá)的顯著增加，同時(shí)，PC-3 細(xì)胞中TGF-βII 型受體（TGFBR2）和TGF-βIII 型受體（TGFBR3）的表達(dá)也上調(diào)。TGF-β2 與TGFBR3 特異性結(jié)合后可通過增加P38 磷酸化，促進(jìn)內(nèi)源性細(xì)胞周期抑制劑P27 的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞在骨髓中休眠［27］。成骨細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞衍生的BMP-7 也被證明可通過p38-MAPK 通路誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞的休眠［28］。而TGF-β1 在腫瘤骨轉(zhuǎn)移早期可抑制腫瘤細(xì)胞增殖，晚期可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)展［25］。

3.2 腫瘤細(xì)胞在骨髓中再活化 進(jìn)入休眠期的腫瘤細(xì)胞僅有少部分被再活化［5］。腫瘤細(xì)胞休眠再活化的分子機(jī)制目前尚不明確，其可能與多種因素相關(guān)，如：破骨細(xì)胞活化、腫瘤細(xì)胞分泌信號(hào)因子相關(guān)。LAWSON 等［29］發(fā)現(xiàn)當(dāng)用破骨樣RAW264.7 細(xì)胞的條件培養(yǎng)基培養(yǎng)時(shí)，原先處于休眠狀態(tài)的5T33MM 骨髓瘤細(xì)胞表現(xiàn)出增殖與生長，為了進(jìn)一步確定這種作用是否由破骨細(xì)胞活化增多引起，作者將可溶性RANK-L 注射到帶有骨髓瘤病的小鼠體內(nèi)，RANKL 由成骨細(xì)胞分泌，可與破骨細(xì)胞前體的RANK 受體結(jié)合，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞活化［30］。LAWSON 等［29］觀察到骨吸收增加后骨中休眠的骨髓瘤細(xì)胞數(shù)量減少。這些結(jié)果表明，骨髓瘤細(xì)胞再活化與骨微環(huán)境中破骨細(xì)胞活性增加有關(guān)。可以推測前列腺癌細(xì)胞在骨髓中休眠再活化可能也與破骨細(xì)胞活性相關(guān)。YUMOTO 等［25］發(fā)現(xiàn)阻斷GAS6∕AXL 信號(hào)軸可抑制腫瘤細(xì)胞分泌TGF-β，由TGF-β 介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞休眠也受到抑制，導(dǎo)致PC-3 和DU145 前列腺癌細(xì)胞的再活化。SHARMA 等［31］研究發(fā)現(xiàn)，BMP-7 表達(dá)下調(diào)可導(dǎo)致PC-3 細(xì)胞休眠受抑制。因此，破骨細(xì)胞活化、TGF-β、GAS6、BMP-7 在調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞休眠再活化中起到關(guān)鍵作用。

4 腫瘤細(xì)胞在骨髓中增殖與“惡性循環(huán)”

再活化的腫瘤細(xì)胞可進(jìn)入增殖期，在增殖期中，腫瘤細(xì)胞可釋放多種細(xì)胞因子激活成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞，被激活的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞又進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖，從而啟動(dòng)骨轉(zhuǎn)移的“惡性循環(huán)”。前列腺癌細(xì)胞通過釋放甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白（PTHrP）與成骨細(xì)胞上的PTH-1R 受體結(jié)合，刺激成骨細(xì)胞增殖和分化［32-33］，活化的成骨細(xì)胞一方面產(chǎn)生大量生長因子，包括VEGF、IGF-1、TGF-β，支持前列腺癌細(xì)胞增殖，另一方面通過分泌RANK-L 與破骨細(xì)胞前體上的RANK 受體結(jié)合，誘導(dǎo)破骨細(xì)胞活化［34］?；罨钠乒羌?xì)胞分泌組織蛋白酶K 和其他半胱氨酸蛋白酶到骨基質(zhì)中，促使骨基質(zhì)中I 型膠原蛋白降解，導(dǎo)致骨基質(zhì)破壞。同時(shí)，活化的破骨細(xì)胞及被破壞的骨基質(zhì)均可釋放TGF-β、IGF-1，進(jìn)一步刺激腫瘤細(xì)胞生長和增殖［35］。此外，前列腺癌細(xì)胞產(chǎn)生大量內(nèi)皮素-1、BMPs，其導(dǎo)致持續(xù)的成骨細(xì)胞活化，活化的成骨細(xì)胞以無序的形式進(jìn)行成骨活動(dòng)，導(dǎo)致骨骼發(fā)育不良［36］。

狄諾塞麥（Denosumab）是一種抗RANK-L 人單克隆抗體，其通過抑制RANK-L∕RANK 信號(hào)通路來阻斷破骨細(xì)胞活化。Ⅲ期臨床試驗(yàn)表明，與唑來膦酸相比，狄諾塞麥可明顯延長前列腺癌患者無骨轉(zhuǎn)移的生存時(shí)間，并推遲骨骼相關(guān)事件出現(xiàn)時(shí)間，同時(shí)也明顯減少低鈣血癥的發(fā)生率。HUANG 等［37］證明通過下調(diào)miR-133b 可抑制TGF-β 的活性，能抑制前列腺癌骨轉(zhuǎn)移，從而提高前列腺癌患者無骨轉(zhuǎn)移的生存時(shí)間，預(yù)測miR-133b 可以作為治療前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的新靶點(diǎn)。

5 小結(jié)與展望

前列腺癌易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，超過90%骨轉(zhuǎn)移患者晚期將出現(xiàn)骨骼相關(guān)事件，如病理性骨折、脊髓壓迫及劇烈的疼痛，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量并增加死亡率。然而前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的確切機(jī)制尚不明確，了解前列腺癌骨轉(zhuǎn)移確切機(jī)制及治療方法是目前亟待解決的問題。前列腺癌細(xì)胞向造血微環(huán)境“歸巢”和定植的機(jī)制尚不明確，若充分認(rèn)識(shí)其分子機(jī)制，選擇性對(duì)其信號(hào)通路進(jìn)行阻斷，將有望在前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移早期進(jìn)行防治。此外，骨轉(zhuǎn)移過程中癌細(xì)胞的休眠及再活化機(jī)制也值得深入研究，了解其機(jī)制可針對(duì)其作用蛋白靶向抑制癌細(xì)胞再活化的過程，從而抑制癌細(xì)胞在造血微環(huán)境中增殖。