前列腺癌骨轉(zhuǎn)移機(jī)制和骨靶向藥物研究進(jìn)展

韓焱崧 綜述 任明華 審校

前列腺癌在全球男性癌癥發(fā)病率中排名第二,是造成世界男性死亡排名第五的惡性腫瘤[1]。骨是前列腺癌最常見的轉(zhuǎn)移部位,骨轉(zhuǎn)移引起的骨相關(guān)事件如病理性骨折、脊髓壓迫和疼痛等造成前列腺癌患者預(yù)后不良[2]。前列腺癌骨轉(zhuǎn)移包括定植、休眠、再激活和重建四個(gè)過程,目前許多針對(duì)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究聚焦于癌細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境(Tumor microenvironment,TME)的相互作用[3]。骨微環(huán)境中成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的相對(duì)平衡維持了骨結(jié)構(gòu)完整性。骨細(xì)胞、骨髓內(nèi)皮細(xì)胞和骨內(nèi)免疫環(huán)境不同程度參與了骨穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)[4]。研究表明多種細(xì)胞因子參與了前列腺癌骨轉(zhuǎn)移過程。盡管二磷酸鹽、地諾單抗、鐳-223等藥物相繼被批準(zhǔn)用于前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的預(yù)防和治療,但相關(guān)機(jī)制和特異性骨靶向治療藥物仍有待繼續(xù)探索[5]。

1 前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的機(jī)制

1.1 定植

癌細(xì)胞通過循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入骨髓腔內(nèi)的過程稱為定植。骨基質(zhì)釋放和骨轉(zhuǎn)換過程中合成的細(xì)胞因子促進(jìn)了前列腺癌細(xì)胞在骨中的定植[6]。趨化因子和受體相互作用已被證明在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。骨組織中趨化因子配體12(C-X-C motif chemokine ligand 12,CXCL12)升高和腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān),CXCL12與趨化因子受體4(C-X-C motif chemokine receptor 4,CXCR4)結(jié)合促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的黏附、侵襲和遷移能力[7],CXCR4由前列腺癌細(xì)胞表達(dá),與CXCL12結(jié)合促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞在骨組織定植和沉積[8]。研究發(fā)現(xiàn),在腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞(Cancer-associated fibroblasts,CAFs)中敲除雄激素受體(Androgen receptor,AR)信號(hào)后,趨化因子配體2(Chemokine ligand 2,CCL2)表達(dá)顯著增加,前列腺癌細(xì)胞遷移能力得到提升[9]。生長(zhǎng)分化因子15通過成骨細(xì)胞生成的CCL2和核因子-κB受體活化因子配體(Receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)激活破骨細(xì)胞生成,增加成骨細(xì)胞功能,促進(jìn)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移和定植[10]。趨化因子受體CXCR2刺激血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)分泌,促進(jìn)骨組織中轉(zhuǎn)移前生態(tài)位形成,增強(qiáng)前列腺癌細(xì)胞向骨的歸巢效應(yīng)[11]。整合素受多種細(xì)胞因子調(diào)節(jié),在改變細(xì)胞骨架,增加前列腺癌轉(zhuǎn)移能力中發(fā)揮作用,CXCL16與其特異性受體CXCR6結(jié)合后使整合素αvβ3在胞膜前緣聚集,驅(qū)使腫瘤細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)發(fā)生改變,增加內(nèi)皮細(xì)胞的遷移、侵襲和黏附能力[12]。整合素αv在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移組織中明顯富集,整合素α5在骨轉(zhuǎn)移腫瘤基質(zhì)和內(nèi)皮細(xì)胞中特異性表達(dá),而不出現(xiàn)在原發(fā)腫瘤中,兩者在原發(fā)與骨轉(zhuǎn)移組織中的異常表達(dá)與骨定植表型一致[13]。

1.2 休眠

骨的繼發(fā)性腫瘤常來(lái)源于進(jìn)入休眠狀態(tài)的彌散性腫瘤細(xì)胞,由于細(xì)胞處于休眠狀態(tài),往往導(dǎo)致骨轉(zhuǎn)移癌對(duì)常規(guī)化療藥物存在耐藥性,阻礙藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的清除[14]。前列腺癌骨轉(zhuǎn)移后,成骨細(xì)胞附近聚集著休眠狀態(tài)的癌細(xì)胞,能夠表達(dá)高水平的酪氨酸激酶受體,參與調(diào)控轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(Transforming growth factor,TGF-β)和其受體的表達(dá)[15]。骨髓基質(zhì)細(xì)胞分泌的TGF-β2能上調(diào)生長(zhǎng)抑制特異性蛋白6(Growth arrest specific protein,GAS protein)表達(dá)水平,GAS蛋白通過與AXL特異性結(jié)合參與前列腺癌細(xì)胞休眠調(diào)控,因此特異性阻斷TGF-β信號(hào)通路能限制成骨細(xì)胞誘導(dǎo)的前列腺癌細(xì)胞休眠[15]。骨形態(tài)蛋白7(Bone morphogenetic protein 7,BMP7)能激活p38絲裂原活化蛋白激酶和增加細(xì)胞周期抑制劑p21以及轉(zhuǎn)移抑制基因NDRG1的表達(dá),誘導(dǎo)前列腺癌干細(xì)胞樣細(xì)胞衰老,在前列腺癌休眠和復(fù)發(fā)中發(fā)揮重要作用[16]。研究還發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞分泌的RANKL能夠與前列腺癌中高表達(dá)的核因子-κB受體活化因子(Receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)特異性結(jié)合促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的EMT并且能上調(diào)前列腺癌中Wnt信號(hào)通路的表達(dá)[17]。Wnt/β連環(huán)蛋白信號(hào)通路與前列腺癌休眠有關(guān),Wnt5α作為該通路中重要一員通過Wnt5α/ROR2/SIAH2信號(hào)軸發(fā)揮誘導(dǎo)和維持骨內(nèi)前列腺癌細(xì)胞休眠的作用[18]。

1.3 再激活

休眠的前列腺癌細(xì)胞由特定的因素激活轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S增殖狀態(tài)。細(xì)胞黏附分子、骨微環(huán)境中缺氧、血管生成等因素與休眠前列腺癌細(xì)胞的重新激活有關(guān)[19]。CXCL8能被腫瘤壞死因子α(TNF-α)和IL-1β快速誘導(dǎo),通過CXCL8/CXCR1和CXCL8/CXCR2軸分別促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和血管生成[20]。VEGF與內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的酪氨酸激酶受體VEGFR2結(jié)合刺激血管生成,整合素αvβ3能增強(qiáng)此信號(hào)通路的表達(dá),進(jìn)一步刺激下游FAK/SrC/Paxillin信號(hào)激活,促進(jìn)ERK1/2和PI3K通路參與血管形成[21]。此外,研究發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素(Norepinephrine,NE)在休眠前列腺癌細(xì)胞的重新激活中發(fā)揮重要作用。NE通過β2腎上腺素能受體直接刺激前列腺癌細(xì)胞增殖,同時(shí)還能間接下調(diào)GAS6的分泌達(dá)到抑制細(xì)胞休眠的作用[22]。

1.4 重建

前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移后重建原有骨骼結(jié)構(gòu)和功能,這一過程改變了破骨細(xì)胞吸收和成骨細(xì)胞形成之間的平衡,主要表現(xiàn)為成骨細(xì)胞病變,在轉(zhuǎn)移末期加速原始骨損傷,形成膠原纖維隨機(jī)排列的編織骨。編織骨基質(zhì)細(xì)胞和骨細(xì)胞分泌相關(guān)細(xì)胞因子進(jìn)一步促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)[23]。前列腺癌細(xì)胞分泌骨形態(tài)發(fā)生蛋白4促進(jìn)骨髓中內(nèi)皮細(xì)胞到成骨細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,前列腺特異性抗原(Prostate-specific antigen,PSA)通過裂解甲狀旁腺素相關(guān)肽,也能參與成骨細(xì)胞形成[24]。成骨細(xì)胞中RANKL與破骨細(xì)胞前體細(xì)胞上的RANK受體結(jié)合后促進(jìn)破骨細(xì)胞生成,而成熟的成骨細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生骨保護(hù)素(Osteoprotegerin,OPG),與破骨細(xì)胞的RANK受體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合RANKL,抑制破骨細(xì)胞的成熟[25]。因此,破骨細(xì)胞的形成受RANKL和OPG的表達(dá)水平共同調(diào)節(jié),破骨細(xì)胞降解骨基質(zhì)后釋放TGF-β,TGF-β又通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子KLF5(Kruppel like factor)乙?；?激活CXCR4刺激破骨細(xì)胞生成引發(fā)相關(guān)骨轉(zhuǎn)移病變[26]。整合素αvβ3在前列腺癌細(xì)胞和破骨細(xì)胞上表達(dá),誘導(dǎo)RANKL表達(dá)參與前列腺癌骨轉(zhuǎn)移和骨吸收。研究發(fā)現(xiàn)骨膜蛋白同時(shí)在成骨細(xì)胞和前列腺癌細(xì)胞高表達(dá),成骨細(xì)胞來(lái)源的骨膜蛋白促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞增殖,前列腺癌細(xì)胞來(lái)源的骨膜蛋白也促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖,并且骨膜蛋白通過整合素受體調(diào)節(jié)前列腺癌和成骨細(xì)胞功能[27]。

2 前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的靶向治療

2.1 二磷酸鹽

二磷酸鹽與骨組織具有很高的親和性,唑來(lái)膦酸(Zoledronic acid,ZA)是目前最有效的含氮二磷酸鹽,2002年首次被美國(guó)食品藥監(jiān)局批準(zhǔn)用于去勢(shì)抵抗性前列腺癌(Castration-resistant prostate cancer,CRPC)骨骼相關(guān)事件(Skeletal-related events,SREs)的治療[28]。ZA可以減少破骨細(xì)胞的數(shù)量,也可以抑制更成熟的破骨細(xì)胞前體細(xì)胞在骨表面的融合,而對(duì)成骨細(xì)胞的影響很小。在體內(nèi)外模型中,ZA通過影響細(xì)胞凋亡,抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、粘附、侵襲和血管生成方面發(fā)揮抗腫瘤活性[29]。在Landgraf所在團(tuán)隊(duì)[30]的研究中,對(duì)小鼠骨進(jìn)行人源化處理模擬人體骨微環(huán)境后,向小鼠左心室注射前列腺癌細(xì)胞模擬骨轉(zhuǎn)移過程,在第13至14周,ZA對(duì)破骨細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的抑制作用,將初始腫瘤負(fù)荷分別降低至0.78和0.87,表現(xiàn)出明顯的治療效果。

2.2 RANKL抑制劑

地諾單抗是一種全人源單克隆抗體,于2011年獲得歐洲和美國(guó)批準(zhǔn)用于因?qū)嶓w腫瘤如前列腺癌骨轉(zhuǎn)移引起的高骨折風(fēng)險(xiǎn)病人的骨保護(hù)治療[31]。作為一種RANKL抑制劑,地諾單抗能夠在細(xì)胞外間隙與RANKL特異性結(jié)合,達(dá)到抑制RANKL-RANK結(jié)合的目的,阻礙破骨細(xì)胞功能激活并減少因破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收[32]。一項(xiàng)對(duì)比地諾單抗和ZA治療前列腺癌骨轉(zhuǎn)移效果的Meta分析顯示[33],地諾單抗對(duì)骨轉(zhuǎn)移患者疼痛的緩解作用較ZA組更強(qiáng),并且出現(xiàn)腎損傷的比例低于ZA組,遺憾的是地諾單抗對(duì)患者總體生存率無(wú)顯著影響。在一項(xiàng)隨機(jī)雙盲實(shí)驗(yàn)中[34],對(duì)950例和951例CRPC骨轉(zhuǎn)移患者分別進(jìn)行地諾單抗(120 mg/4周,皮下注射)和ZA(4 mg/4周,靜脈注射)治療。接受地諾單抗治療患者首次出現(xiàn)SREs的中位時(shí)間較ZA組患者平均高出3.6個(gè)月,然而地諾單抗組患者發(fā)生低鈣血癥的比例(121例,13%)較ZA組(55例,6%)更高,醫(yī)務(wù)工作者在治療時(shí)可以合理使用鈣劑預(yù)防相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生。

2.3 放射性核素

2.3.1 鐳-223(Radium-223,223Ra) 223Ra是一種鈣類似物,被成骨細(xì)胞通過與鈣相同的途徑吸收到骨中,與骨結(jié)合后衰變產(chǎn)生α粒子,使鄰近的腫瘤細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞毒性雙鏈斷裂(Cytotoxic double-strand breaks,DSBs),誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[35]。在Ⅲ期臨床試驗(yàn)ALSYMPCA中[36],接受223Ra治療的患者總生存期(Overall survival,OS)較使用安慰劑組患者平均高出3.6個(gè)月,此外,223Ra治療組患者SREs顯著減少,表現(xiàn)出更高的生活質(zhì)量。223Ra是目前發(fā)現(xiàn)的唯一能夠提高轉(zhuǎn)移性去勢(shì)抵抗性前列腺癌(metastatic castration-resistant prostate cancer,mCRPC)骨轉(zhuǎn)移患者OS的骨靶向治療藥物,被美國(guó)FDA批準(zhǔn)用于治療有骨相關(guān)癥狀或局限性骨轉(zhuǎn)移的mCRPC患者,歐洲藥品管理局EMA也批準(zhǔn)了這一治療方案,同意將223Ra用于治療有過兩次mCRPC骨治療或無(wú)法接受其他治療方案的骨轉(zhuǎn)移患者[37]。

2.3.2 鍶-89(Strontium-89,89Sr) 89Sr與223Ra同屬鈣類似物,89Sr吸收入骨后衰變產(chǎn)生的β粒子比α粒子能量更低且輻射范圍更大,這可能使得89Sr對(duì)轉(zhuǎn)移骨腫瘤的破壞作用較223Ra更低,也更易造成正常骨組織的損害[36]。89Sr和ZA聯(lián)合治療目前已被廣泛用于肺癌的骨轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)兩藥聯(lián)合能提高患者一年生存率,延緩SREs發(fā)生[38]。近年也有研究發(fā)現(xiàn)89Sr和ZA合用對(duì)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移引起的疼痛能起到姑息治療的效果[39]。然而所有結(jié)論均不能證明單獨(dú)使用89Sr能使腫瘤晚期骨轉(zhuǎn)移患者OS和SREs獲益,89Sr在CRPC骨轉(zhuǎn)移的研究仍然不多,需要研究者進(jìn)一步探索。

2.3.3 釤-153(Samarium-153,153Sm) 153Sm產(chǎn)生β粒子,常與乙二胺四甲基磷酸偶聯(lián),融入骨腔后照射在骨內(nèi)定植的前列腺癌細(xì)胞上,可以迅速緩解疼痛,半衰期為1.9天,但單獨(dú)使用時(shí)不影響患者OS[40]。

2.4 酪氨酸激酶抑制劑

卡博替尼是一種酪氨酸激酶抑制劑,通過抑制人體破骨細(xì)胞分化和破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收,并促進(jìn)成骨細(xì)胞在體外產(chǎn)生OPG,調(diào)節(jié)破骨和成骨細(xì)胞功能[41]。一項(xiàng)Ⅱ期臨床隨機(jī)試驗(yàn)[42]在多個(gè)類型腫瘤并發(fā)骨轉(zhuǎn)移的患者中驗(yàn)證卡博替尼對(duì)骨轉(zhuǎn)移瘤的治療效果,發(fā)現(xiàn)接受卡博替尼治療的患者中,前列腺癌骨轉(zhuǎn)移患者的疾病無(wú)進(jìn)展生存(Progression free survival,PFS)在所有類型骨轉(zhuǎn)移瘤中表現(xiàn)出最大的獲益率。在一項(xiàng)包含22例接受卡博替尼治療的mCRPC骨轉(zhuǎn)移患者的臨床試驗(yàn)[43]中,超過三分之一的患者骨掃描結(jié)果發(fā)生明顯變化,取得了積極的治療效果。目前尚未有研究證明卡博替尼能夠?qū)η傲邢侔┕寝D(zhuǎn)移患者OS有明顯改善,但卡博替尼在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移骨重建中表現(xiàn)出顯著的治療效果,提示其仍具有積極的治療前景。

2.5 整合素靶向藥物

整合素家族在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用,為前列腺癌骨轉(zhuǎn)移提供了治療思路。Paindelli團(tuán)隊(duì)[44]在最近的研究發(fā)現(xiàn),在前列腺癌PC3細(xì)胞系中,靶向抑制整合素β1聯(lián)合223Ra能夠降低PC3細(xì)胞有絲分裂指數(shù)。在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移小鼠模型中,靶向抑制整合素β1聯(lián)合223Ra治療降低了小鼠骨組織中PC3細(xì)胞的生長(zhǎng),顯著提高了小鼠總生存率。研究發(fā)現(xiàn),樹枝狀雷帕霉素聚合物通過靶向結(jié)合整合素αvβ3,有效減少前列腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力[45]。目前整合素抑制劑和靶向結(jié)合整合素的藥物給前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的治療提供了思路,然而需要更多的試驗(yàn)驗(yàn)證其有效性。

3 小結(jié)與展望

骨微環(huán)境和前列腺癌中多種細(xì)胞因子和通路通過復(fù)雜的作用機(jī)制在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移相關(guān)的定植、休眠、再激活以及骨結(jié)構(gòu)重建過程發(fā)揮作用。抑制破骨細(xì)胞活性的二磷酸鹽,RANKL抑制劑地諾單抗,放射性核素治療的使用為前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的治療提供了選擇。此外,酪氨酸激酶抑制劑,整合素靶向藥物在臨床前實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出良好的治療前景。針對(duì)相關(guān)機(jī)制中有效的生物標(biāo)記物探索特異性強(qiáng)、靶向性高的骨靶向藥物為前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的治療提供了新的思路。