RANKL/RANK 信號(hào)通路介導(dǎo)腫瘤骨轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究進(jìn)展

胡晨琳 杜娟 賀焱 楊玲 劉艷群 黃昶荃,3△

（1.川北醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系，四川 南充 637000；2.綿陽市第三人民醫(yī)院·四川省精神衛(wèi)生中心，四川 綿陽 621000; 3.成都市第二人民醫(yī)院，四川 成都 610000）

骨是各種實(shí)體腫瘤的常見轉(zhuǎn)移部位，75%的進(jìn)展期乳腺癌和前列腺癌患者會(huì)發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，而多發(fā)性骨髓瘤患者骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生率更高達(dá)90%[1]。骨轉(zhuǎn)移瘤患者的破骨細(xì)胞活性過度增強(qiáng)，導(dǎo)致骨質(zhì)破壞和流失，引起骨骼相關(guān)事件，如病理性骨溶解、骨折、高鈣血癥和脊髓受壓或神經(jīng)功能癥狀等，骨轉(zhuǎn)移嚴(yán)重縮短患者預(yù)期壽命和降低患者的生活質(zhì)量。目前缺乏延長骨轉(zhuǎn)移患者的總生存期的有效藥物。腫瘤性骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生與骨代謝紊亂引起的骨丟失密切相關(guān)，RANKL/RANK 信號(hào)通路正是骨代謝調(diào)節(jié)的核心通路，近期研究發(fā)現(xiàn)RANKL/RANK 通路同時(shí)也在骨腫瘤形成和進(jìn)展中發(fā)揮作用，以上說明RANKL/RANK 信號(hào)通路中相關(guān)靶點(diǎn)在腫瘤骨轉(zhuǎn)移治療中的有良好的應(yīng)用前景。本文對(duì)RANK/RANKL 信號(hào)通路在腫瘤骨轉(zhuǎn)移中的作用機(jī)制和相關(guān)研究進(jìn)行了綜述，旨在為腫瘤骨轉(zhuǎn)移進(jìn)一步研究提供了新思路和新靶點(diǎn)。

1 RANKL/RANK 信號(hào)通路在腫瘤骨轉(zhuǎn)移中的作用

腫瘤細(xì)胞通過誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化所必需的細(xì)胞因子 RANKL 的異常表達(dá)，激活RANKL/RANK 信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)大量破骨細(xì)胞產(chǎn)生，導(dǎo)致骨骼腫瘤進(jìn)展和骨骼疾病。除此以外，大量研究也表明RANKL/RANK 信號(hào)通路也可以通過不依賴破骨細(xì)胞的途徑參與原發(fā)腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[2]。

1.1 RANKL/RANK 信號(hào)通路依賴破骨細(xì)胞的腫瘤骨轉(zhuǎn)移作用

1.1.1 RANKL/RANK 信號(hào)通路在骨代謝中的作用機(jī)制

人體骨組織處于不停的骨重建中，通過骨吸收與骨形成之間的動(dòng)態(tài)平衡維持骨骼的完整性，而RANKL 信號(hào)系統(tǒng)則是骨重建的核心通路。破骨細(xì)胞是唯一的骨吸收細(xì)胞，在骨質(zhì)疏松、骨癌和病理性骨吸收中發(fā)揮核心作用，破骨細(xì)胞來源于造血干細(xì)胞，單核/巨噬細(xì)胞前體細(xì)胞在巨噬細(xì)胞集落刺激因子 (M-CSF) 和 NF-κB 配體受體激活劑 (RANKL) 的影響下經(jīng)過多步過程最終分化成破骨細(xì)胞。RANKL 被認(rèn)為是破骨細(xì)胞生成的主要調(diào)節(jié)因子，缺乏RANKL 的實(shí)驗(yàn)小鼠表現(xiàn)出嚴(yán)重的骨化病并伴隨著牙齒萌出缺陷。RANK在過去很長一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為是RANKL 的唯一的受體，RANK 在破骨細(xì)胞前體、成熟破骨細(xì)胞、樹突細(xì)胞和其他一些具有高骨轉(zhuǎn)移潛力的癌細(xì)胞中表達(dá)，例如乳腺癌和前列腺癌細(xì)胞，RANKL和破骨細(xì)胞前體的RANK結(jié)合引導(dǎo)破骨細(xì)胞的產(chǎn)生、分化、成熟。骨保護(hù)素（Osteoprotegerin，OPG）作為RANKL 的假性配體，競(jìng)爭性結(jié)合RANKL 避免破骨細(xì)胞的發(fā)生從而保護(hù)骨質(zhì)，腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子 6（TNF receptor associated factor 6，TRAF6）特異性結(jié)合到RANK的胞漿區(qū)域，核因子κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)被激活并轉(zhuǎn)運(yùn)到核內(nèi)，聯(lián)合P65，引起轉(zhuǎn)錄因子活化T 細(xì)胞核因子1（nuclear factor of activting T cell 1,NFATc-1）和c-fos 結(jié)合并相互作用，促成破骨細(xì)胞（Osteoclasts，OCs）基因轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，最終誘導(dǎo)成熟的破骨細(xì)胞形成。近期研究發(fā)現(xiàn)此通路可以反向調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的骨形成[3]。LGR4（Leucine rich repeat containing Gprotein coupled receptor 4，Lgr4）在近年的研究中被突破性的證明為RANKL的另一受體，條件性敲除LGR4 的小鼠表現(xiàn)出破骨細(xì)胞過度活化和低骨量[4]。RANKL與LGR4結(jié)合Gαq和GSK3-β 信號(hào)通路，從而抑制破骨細(xì)胞生成過程中活化T 細(xì)胞核因子、細(xì)胞質(zhì)、鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶依賴性的表達(dá)和活性。此外，破骨細(xì)胞分化過程中RANKL-RANK-NFATc1 信號(hào)可以直接誘導(dǎo)LGR4 的表達(dá)[5]。

1.1.2 依賴破骨細(xì)胞的腫瘤骨轉(zhuǎn)移作用

腫瘤細(xì)胞通過促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖分化從而誘導(dǎo)骨溶解、骨破壞。NF-kB 受體激活劑配體(RANKL)是破骨細(xì)胞形成、免疫細(xì)胞和乳腺發(fā)育所必需的TNF家族細(xì)胞因子。這種細(xì)胞因子有兩種形式——可溶性形式（sRANKL）和膜結(jié)合形似，到目前為止，sRANKL 的確切作用還不清楚，但兩種形式目前都被證明與骨轉(zhuǎn)移相關(guān)。

由于腫瘤細(xì)胞自身產(chǎn)生蛋白水解活性分解骨基質(zhì)的作用微乎其微，腫瘤細(xì)胞需要通過RANKL 信號(hào)通路促進(jìn)破骨細(xì)胞介導(dǎo)的溶骨作用[6]；腫瘤細(xì)胞可以通過直接表達(dá)RANKL 誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化，前列腺腫瘤細(xì)胞、多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞可以自己表達(dá)少量的RANK；也可以通過成骨細(xì)胞的激活間接刺激破骨細(xì)胞的生成，例如乳腺癌骨轉(zhuǎn)移，其中更加特殊的是，乳腺腫瘤可以產(chǎn)生腫瘤細(xì)胞源性生長因子——甲狀旁腺激素相關(guān)肽（Parathyroid hormone-related peptide，PTHrP），它可以誘導(dǎo)成骨細(xì)胞RANKL 的表達(dá)，進(jìn)而促使多核破骨細(xì)胞與髓樣前體細(xì)胞分化。

腫瘤細(xì)胞與骨微環(huán)境之間有相互促進(jìn)的作用，一方面，腫瘤細(xì)胞侵襲骨骼，將支持破骨細(xì)胞形成的生長因子和細(xì)胞因子分泌到骨骼微環(huán)境中。另一方面，破骨細(xì)胞吸收骨基質(zhì)給予了腫瘤細(xì)胞在組織內(nèi)生長和擴(kuò)散的條件，破骨細(xì)胞的吸收活性將骨基質(zhì)中的生長因子如TGF-β 釋放到骨微環(huán)境中，從而進(jìn)一步刺激癌細(xì)胞的存活和增殖。這種即有利于腫瘤生長又有利于破骨細(xì)胞的增殖分化的相互作用被稱為腫瘤/骨惡性循環(huán)。在這個(gè)循環(huán)中RANKL、PTHrP 和TGF-β 起重要角色。在有骨轉(zhuǎn)移傾向的腫瘤中可表達(dá)RANKL，從而引起OC 數(shù)的增加；而有些腫瘤細(xì)胞例乳腺癌細(xì)胞中高表達(dá)PTHrP，它可以刺激破骨細(xì)胞的骨吸收作用，進(jìn)而釋放骨基質(zhì)中的TGF-β，腫瘤細(xì)胞隨之增殖，釋放更多的PTHrP[7]。骨基質(zhì)釋放的細(xì)胞因子也可以為癌細(xì)胞的定向遷移提供趨化刺激。

1.2 RANKL/RANK信號(hào)通路非依賴破骨細(xì)胞的腫瘤骨轉(zhuǎn)移作用

骨組織中釋放的 RANKL 還可以將表達(dá)RANK 的癌細(xì)胞吸引到骨基質(zhì)，此過程稱為骨歸巢，向表達(dá)RANK的腫瘤細(xì)胞傳遞趨化因子信號(hào)，通過誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白聚合促進(jìn)細(xì)胞遷移，使腫瘤細(xì)胞獲得向骨轉(zhuǎn)移的傾向[2]。RANKL 在蛋白酶作用下脫落形成的可溶性形式（sRANKL），可溶性RANKL 被證明在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞遷徙到轉(zhuǎn)移部位的過程中發(fā)揮十分重要的作用。日本的一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，向可溶性 RANKL 缺陷的Tnfsf11ΔS/ΔS小鼠心內(nèi)注射表達(dá)RANK的黑色素瘤細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞，結(jié)果Tnfsf11ΔS/ΔS小鼠和對(duì)照組在腫瘤-骨界面處的破骨細(xì)胞數(shù)量沒有顯著差異，骨腫瘤進(jìn)展卻明顯低于對(duì)照組小鼠[8]?？扇苄訰ANKL 通過促進(jìn)RANK 表達(dá)的腫瘤細(xì)胞向骨遷移，而不影響破骨細(xì)胞的激活，從而特異性地促進(jìn)骨轉(zhuǎn)移。

2 RANKL/RANK 信號(hào)通路相關(guān)藥物在腫瘤骨轉(zhuǎn)移中的應(yīng)用

2.1 地諾單抗

在過去的二十年中，已經(jīng)充分證明 RANKL與其受體 RANK結(jié)合可促進(jìn)破骨細(xì)胞生長、分化、成熟。地諾單抗是核因子-κB 配體 (RANKL) 抑制劑的受體激活劑，是一種通過高親和力結(jié)合RANKL 來抑制破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨破壞的單克隆抗體，它于2010 年6 月被美國FAB 批準(zhǔn)用于女性絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的治療，5 m 后又被批準(zhǔn)用于實(shí)體瘤骨轉(zhuǎn)移的治療[9]。薈萃分析結(jié)果提示使用地諾單抗的實(shí)體瘤和多發(fā)性骨髓瘤患者發(fā)生首次及隨后的骨相關(guān)事件的時(shí)間明顯延遲[10]。地諾單抗顯著降低了乳腺癌及前列腺癌骨轉(zhuǎn)移患者骨相關(guān)事件的發(fā)生率，大型III 期試驗(yàn)結(jié)果顯示使用地諾單抗可降低骨相關(guān)事件風(fēng)險(xiǎn)17%[11]。川波克久等人的研究發(fā)現(xiàn)脊柱轉(zhuǎn)移患者使用地諾單抗半年后，骨代謝標(biāo)志物TRAP 顯著降低[12]。然而部分試驗(yàn)結(jié)果支持地諾單抗無明顯延長癌癥晚期患者的生存時(shí)間作用，一項(xiàng)針對(duì)晚期肺癌患者的III期試驗(yàn)結(jié)果顯示地諾單抗組與對(duì)照組生存期無明顯差異[13]。除此以外，值得我們注意的是，對(duì)比傳統(tǒng)抗骨質(zhì)疏松藥物唑來膦酸地諾單抗則更容易發(fā)生低鈣血癥和頜骨壞死。地諾單抗治療后低鈣血癥發(fā)生率的在 0.1% 至 12.8%[14]，當(dāng)前可以采用口服鈣/維生素D 補(bǔ)充劑來減輕狄諾塞麥誘導(dǎo)的低鈣血癥[15]。在地諾單抗應(yīng)用到臨床的十年間，他的有效性及安全性得到進(jìn)一步驗(yàn)證，但仍有亟待解決的方面，例如停藥后發(fā)生反跳反應(yīng)，需要更加深入的臨床研究來幫助解決以上問題。

2.2 突變型RANKL

RANKL 的另一種受體富含亮氨酸重復(fù)序列的 G 蛋白偶聯(lián)受體 4（LGR4）的發(fā)現(xiàn)，為抗骨吸收分子靶向藥物的開發(fā)提供了新的方向，通過構(gòu)建RANKL 修飾的特定肽，靶向結(jié)合LGR4 從而抑制 RANKL-RANK 信號(hào)傳導(dǎo)來抑制破骨細(xì)胞生成，體外和體內(nèi)骨質(zhì)疏松癥實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭卸家炎C明突變型小鼠 RANKL (mRANKL-MT) 治療顯著抑制破骨細(xì)胞的分化和產(chǎn)生[16]，而且在轉(zhuǎn)移性癌癥小鼠模型中也得到了目標(biāo)效果，使用核因子-κB 配體的突變受體激活劑（RANKLM）作為主動(dòng)免疫疫苗，結(jié)果顯示荷瘤小鼠的總體存活率和骨骼轉(zhuǎn)移得到改善[17]。Mineon Park 等人驗(yàn)證了RANKL 突變體蛋白治療會(huì)減少上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化以及前列腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[18]。突變型 RANKL 可以作為預(yù)防和治療骨轉(zhuǎn)移性瘤的潛在疫苗。鑒于突變RANKL 疫苗可以避免大多數(shù)傳統(tǒng)抗骨質(zhì)疏松癥治療的毒副作用的優(yōu)點(diǎn)，使得突變型RANKL可能成為抗骨質(zhì)疏松和抗骨轉(zhuǎn)移瘤的熱門靶點(diǎn)，當(dāng)前我們需要更多的研究來驗(yàn)證此疫苗的有效性和安全性。

2.3 褪黑素

褪黑激素是松果體分泌的一種激素，近年來發(fā)現(xiàn)，褪黑激素除了晝夜調(diào)節(jié)作用外，還具有抗癌特性，如促氧化、細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)、抗血管生成以及侵襲抑制，同時(shí)也在改善骨質(zhì)疏松方面顯示出現(xiàn)積極作用[19]。上述特性表明這種天然化合物可用作腫瘤骨轉(zhuǎn)移治療策略的潛在藥物。體外實(shí)驗(yàn)證明，褪黑素抑制RANKL 依賴的破骨細(xì)胞生成，同時(shí)顯著降低成熟破骨細(xì)胞的壽命。褪黑素處理過的前列腺癌和肺癌細(xì)胞的RANKL 的mRNA 和蛋白表達(dá)減少，驗(yàn)證了褪黑色通過抑制RANKL 信號(hào)通路阻止與癌癥相關(guān)的破骨細(xì)胞分化。同時(shí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用褪黑素可以顯著減少腫瘤體積和溶骨性病變數(shù)量[20]。以上顯示出褪黑素的良好應(yīng)用前景，然而當(dāng)前對(duì)于褪黑素在腫瘤骨轉(zhuǎn)移方面僅處于早期研究階段。

3 總結(jié)和展望

RANKL／RANK 信號(hào)通路是骨代謝領(lǐng)域的關(guān)鍵通路，RANKL／RANK 系統(tǒng)參與腫瘤細(xì)胞骨轉(zhuǎn)移過程，引起骨吸收和骨形成的失衡從而調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞活性，同時(shí)可以驅(qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞的移動(dòng)，甚至可以發(fā)揮影響原發(fā)腫瘤的作用。臨床研究證明靶向RANKL／RANK 信號(hào)通路的藥物在防治腫瘤骨轉(zhuǎn)移具有巨大的應(yīng)用潛力，同時(shí)涉及RANKL／RANK 系統(tǒng)的新興治療方法也進(jìn)入到臨床前研究階段。最近的研究結(jié)果顯示靶向RANKL／RANK 信號(hào)通路藥物在延遲骨相關(guān)事件發(fā)生以及提高患者生存質(zhì)量方面發(fā)揮重要作用，但目前仍缺乏更多的臨床證據(jù)來證明相關(guān)藥物可以延長晚期癌癥患者的生存期。深入研究RANKL／RANK 信號(hào)通路對(duì)患者提供多樣化的治療選擇、增強(qiáng)療效具有重要意義。