CaN/NFATc1通路與骨癌痛發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展*

崔文靜,倪佳艷 綜述,王菊勇 審校

200032 上海，上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院 腫瘤科

癌性疼痛是腫瘤患者最為常見的臨床癥狀之一，大量臨床數(shù)據(jù)表明， 50%以上惡性腫瘤患者在疾病進(jìn)展過程中出現(xiàn)骨轉(zhuǎn)移并引起疼痛[1]。嚴(yán)重者導(dǎo)致病理性骨折、截癱等，使患者生活質(zhì)量和生存率下降[2]。如何有效緩解癌性疼痛已經(jīng)成為抗腫瘤治療中亟待處理的問題[3]。近期研究[4-5]發(fā)現(xiàn)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶(calcineurin，CaN)/活化T細(xì)胞核因子(nuclear factor-activated T cell，NFATc)1通路在骨癌痛發(fā)生發(fā)展中有重要作用。本文就CaN/NFATc1信號通路的最新研究進(jìn)展進(jìn)行簡要綜述，為今后骨癌痛的精準(zhǔn)治療尋求新的突破口。

1 CaN/NFATc1通路的概述

CaN也稱鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶，是目前唯一已知的細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)素依賴性絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶，主要以催化磷脂酰絲氨酸和磷脂酰蘇氨酸的脫磷酸化為主[6-7]，靶向作用于NFAT轉(zhuǎn)錄因子[8]。CaN是由一個(gè)結(jié)合鈣調(diào)素(calmodulin，CaM)的催化亞單位(CnA)和一個(gè)結(jié)合Ca2+的調(diào)節(jié)亞單位(CnB)1：1比例緊密結(jié)合而成的異源二聚體。其中，CnA是全酶催化以及調(diào)節(jié)的核心，由521個(gè)氨基酸組成，分子量為60kD，含有催化區(qū)域、CnB結(jié)合域、自身抑制域、鈣調(diào)素結(jié)合域四個(gè)區(qū)域。CnB由168個(gè)氨基酸組成，分子量為19kD，與CaM有30%～50%的序列同源性[9-10]。雖然CaN與Ca2+結(jié)合部位存在于CnB，但是Ca2+介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)需要Ca2+/CaM先結(jié)合到CaNA的調(diào)節(jié)區(qū)域，在兩者共同刺激下，CaN能夠使細(xì)胞漿中的NFAT脫磷酸化，引起NFAT向核內(nèi)轉(zhuǎn)位以及完成后續(xù)的轉(zhuǎn)錄活動[11]。

NFAT是T細(xì)胞中主要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，它的失調(diào)可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。NFAT有5個(gè)成員：NFAT1(NFATc2)、NFAT2(NFATc1)、NFAT3(NFATc4)、NFAT4(NFATc3)和NFAT5[12-14]。其中，NFATc1是人破骨細(xì)胞分化中起主要作用的誘導(dǎo)調(diào)控因子[15]。人類和小鼠的NFATc1均為全長約150kb的轉(zhuǎn)錄DNA。NFATc1是破骨細(xì)胞分化過程中的重要轉(zhuǎn)錄因子，其N-末端結(jié)構(gòu)域結(jié)合CaN去磷酸化而介導(dǎo)NFAT核轉(zhuǎn)位，C-末端與DNA序列特異結(jié)合并和激活子蛋白1(AP-1)共同發(fā)揮作用；其C-末端還包含了一個(gè)20kDa大小的殘基416-591(NFATc1-DBD)也可以特異結(jié)合DNA。NFATc1活化有三步：脫磷酸、核易位、提高DNA親和力[16]。靜息狀態(tài)下NFATc1以高度磷酸化、無活性狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中。激活后從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞核，并轉(zhuǎn)錄出破骨細(xì)胞相關(guān)的特異性基因[抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase，TRAP)，組織蛋白酶K(cathepsin K，CTSK)和基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrixmetallopeptidase 9，MMP-9)][17]。綜上可知，NFATc1在破骨細(xì)胞的分化中具有重要作用。

生理骨代謝時(shí)，破骨細(xì)胞(osteoclast, OC)是主要骨吸收細(xì)胞，清除舊骨的礦物質(zhì)；成骨細(xì)胞(osteoblast, OB)是骨生成細(xì)胞，先形成類骨，然后礦化形成新骨[18]。兩者共同維持骨骼更新與生長，保持骨骼硬度與韌性[19]。當(dāng)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到骨髓時(shí)，癌細(xì)胞釋放的甲狀旁腺激素相關(guān)肽可以生成核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand,RANKL)[20]，RANKL與OPG競爭性結(jié)合核因子-κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa-B,RANK)，激活下游NFATc1等細(xì)胞因子，最終導(dǎo)致OC的增生、活化和肥大。OC重吸收骨質(zhì)使骨質(zhì)微環(huán)境酸中毒，活化后的OC對痛覺敏化起關(guān)鍵作用[21]，同時(shí)又有骨質(zhì)破壞和癌細(xì)胞直接侵襲神經(jīng)產(chǎn)生疼痛，并且這促使腫瘤細(xì)胞刺激感覺神經(jīng)加重骨癌痛(圖1)。

圖1 骨癌痛信號通路圖

Figure 1. Signaling Pathway in Cancer Induced Bone Pain

Osteolytic destruction:RANKL binds to RANK and Tumor necrosis factor receptor associated factor 6 in the cytoplasm to form a complex, and then targets NFATc1 to initiate osteoclast adhesion and differentiation.When Ca2+increases, CaN and Ca2+bind to form a complex which combined with NFATc1 and dephosphorylates it. NFATc1 enters the nucleus and binds to DNA, induces gene transcription of osteoclasts, and makes osteoclast precursor cells mature osteoclasts.Osteoblastic destruction:CaN dephosphorylates NFATc1, translocates the nucleus and transcripts NFAT. Overexpression of RCAN in osteoblasts synergizes with Wnt signal to differentiate osteoblasts, and induces proliferation and differentiation of osteoblasts with some factors.

2 CaN/NFATc1通路在癌癥骨轉(zhuǎn)移引發(fā)骨癌痛中的作用機(jī)制

NFAT可以促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，在三陰性乳腺癌、肝癌、前列腺癌、非小細(xì)胞肺癌腫瘤組織中發(fā)現(xiàn)NFATc1過表達(dá)，體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)Ca2+/CaN/NFATc1信號通路參與了乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[22]。腫瘤的骨轉(zhuǎn)移類型分為：溶骨型、成骨型和處于二者之間的混合型，前期研究中CaN/NFATc1信號通路與溶骨型、成骨型關(guān)系最為密切[23]，轉(zhuǎn)移到骨后的癌細(xì)胞導(dǎo)致骨骼結(jié)構(gòu)改變，并引起疼痛。

2.1 CaN/NFATc1通路與溶骨性骨腫瘤疼痛

溶骨性骨轉(zhuǎn)移引起的疼痛是最為常見的一種骨癌痛類型，在溶骨性骨轉(zhuǎn)移發(fā)生過程中，腫瘤細(xì)胞分泌各種促進(jìn)OC分化、增殖的可溶性因子，與骨細(xì)胞和骨基質(zhì)構(gòu)成相互調(diào)節(jié)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而促使溶骨性骨轉(zhuǎn)移發(fā)生，其產(chǎn)生的相關(guān)蛋白又促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長和生存，形成“惡性循環(huán)”[24]。在這一過程中，RANKL與RANK結(jié)合后將腫瘤壞死因子受體相關(guān)胞漿因子6轉(zhuǎn)移到胞質(zhì)區(qū)，與RANK/RANKL結(jié)合為復(fù)合體，最終作用于NFATc1等細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，而NFATc1可調(diào)控諸多基因表達(dá)，啟動OC黏附和分化[25-26]。另一方面，在細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+增加時(shí)，CaN與Ca2+結(jié)合形成復(fù)合物后與NFATc1結(jié)合并使其去磷酸化，NFATc1在受體作用下轉(zhuǎn)運(yùn)入核與DNA結(jié)合，也可誘導(dǎo)OC特異性基因轉(zhuǎn)錄[27]，從而使破骨前體細(xì)胞分化為成熟OC，成熟OC活化后可重吸收骨質(zhì)，使骨髓微環(huán)境處于酸性狀態(tài)中，骨髓微環(huán)境的改變促使骨癌痛痛覺敏化，同時(shí)增生活化的OC對骨的侵襲，形成骨質(zhì)破壞發(fā)生微小骨折，這又引起骨膜表面的傷害性感覺神經(jīng)元和神經(jīng)支配，引發(fā)并加重疼痛[28]。

2.2 CaN/NFATc1通路與成骨性骨腫瘤疼痛

成骨性骨轉(zhuǎn)移腫瘤與其它類型相比生長較慢,少或無溶骨性骨破壞，不易引起病理性骨折[29]，但患者也會表現(xiàn)出持續(xù)性疼痛。CaN可引起NFATc1脫磷酸化，核內(nèi)轉(zhuǎn)位，提高NFAT轉(zhuǎn)錄[12]，鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶調(diào)節(jié)因子在破骨前體細(xì)胞中過度表達(dá)減弱OC分化，而在OB細(xì)胞中過度表達(dá)，促進(jìn)OB的分化[30]。有研究發(fā)現(xiàn)NFATc1在增生的OB中大量表達(dá)，并協(xié)同Wnt信號表達(dá)實(shí)現(xiàn)OB的增殖[31]。以常見的前列腺癌骨轉(zhuǎn)移為例，轉(zhuǎn)移后的腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生成纖維生長因子及CXCR4、基質(zhì)金屬蛋白酶、內(nèi)皮素-1與DKK-1(Dickkopf related protein 1)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白質(zhì)類等因子，引起骨細(xì)胞增殖、分化和骨形成[32]；在此過程中先是OC破壞骨表面，為OB生成腫瘤提供合適條件，骨質(zhì)非正常的溶解和生長可發(fā)生壓迫在此骨組織造成缺血壞死、病理性骨折和高鈣血癥，引起疼痛感[33]，成骨性骨轉(zhuǎn)移與溶骨性骨轉(zhuǎn)移的不同之處在于骨組織微環(huán)境所釋放的細(xì)胞因子，成骨性骨轉(zhuǎn)移釋放的細(xì)胞因子主要是促成骨形成，但最終都導(dǎo)致骨破壞，引起疼痛。

3 CaN/NFATc1信號通路與骨癌痛治療

CIBP的治療由單純?nèi)A梯止痛到聯(lián)合或交替應(yīng)用鎮(zhèn)痛藥物[34]，止痛方法的進(jìn)步仍舊無法實(shí)現(xiàn)完全止痛。靶向療法在癌癥治療中的廣泛應(yīng)用啟示臨床醫(yī)生與研究人員，雖然溶骨性骨轉(zhuǎn)移和成骨性骨轉(zhuǎn)移引起的疼痛有其獨(dú)特的發(fā)展機(jī)制，但靶向抑制CaN/NFATc1基因表達(dá)是治療各類骨癌痛的思路之一。目前的骨癌痛治療研究中發(fā)現(xiàn)，唑來膦酸通過下調(diào)NFATc1的蛋白及其mRNA分子水平治療骨癌痛[35]。金絲桃素是環(huán)烷類化合物，有研究證實(shí)金絲桃素可抑制NFATc1信號通路，減少Ca2+震蕩，作用于OC能抑制乳腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移并預(yù)防骨轉(zhuǎn)移導(dǎo)致骨破壞的發(fā)生，避免因骨質(zhì)破壞引發(fā)的疼痛[36]。Src激酶是一種非受體蛋白酪氨酸激酶，參與了癌細(xì)胞生長、OC降解及信號傳導(dǎo)，達(dá)沙替尼是Src激酶抑制劑，可延緩骨癌痛大鼠模型疼痛[37]。有研究證實(shí)淫羊藿中淫羊藿次苷Ⅰ及代謝產(chǎn)物淫羊藿次苷Ⅱ在體內(nèi)外均能通過抑制c-Fos蛋白調(diào)控NFATc1基因表達(dá)，抑制OC生成以達(dá)到預(yù)防OC對骨的侵蝕作用，這對治療骨癌痛新藥開發(fā)有重要意義[38]。鋅是一種重要微量元素，Park等[39]發(fā)現(xiàn)鋅可作用于Ca2+-CaN-NFATc1信號通路抑制OC分化，因此鋅或可作為由NFATc1激活引起的骨質(zhì)疾病的預(yù)選治療藥。馬齒莧是中藥常見的清熱解毒藥，但有研究發(fā)現(xiàn)馬齒莧可以抑制RANKL信號傳導(dǎo)以誘導(dǎo)c-fos和NFATc1表達(dá)水平下調(diào)，對骨溶解動物模型有保護(hù)作用[40]。無論是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)靶向藥，還是中醫(yī)藥中單味藥提取物或中藥復(fù)方，對CaN/NFATc1通路的作用是探索骨癌痛治療的開端，運(yùn)用藥物靶向CaN/NFATc1通路調(diào)控基因表達(dá)，抑制OB、OC異常增殖是治療骨癌痛的思路之一。

4 總結(jié)與展望

骨癌痛是一種具有炎癥性疼痛和神經(jīng)性疼痛的復(fù)雜的慢性疼痛[41]，嚴(yán)重影響癌癥患者的生活，目前鎮(zhèn)痛方法主要是局部放療、雙磷酸鹽及三階梯鎮(zhèn)痛法, 但尚缺乏更精準(zhǔn)的靶向治療。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的靶向治療是更精準(zhǔn)的治療方法[42]，對CaN/NFATc1信號通路的研究是治療骨癌痛的理論依據(jù)，如何通過這一通路減少患者的疼痛的發(fā)生，并減輕治療的副作用是我們思考的問題。本課題組正在探索中藥外用通絡(luò)散結(jié)凝膠治療骨癌痛大鼠OPG/RANKL/RANK通路的機(jī)制，并將進(jìn)一步探討外治法對CaN/NFATc1通路的調(diào)控作用，為骨癌痛治療提供新思路。

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