乳腺癌腦轉(zhuǎn)移分子機(jī)制的研究進(jìn)展

劉睿涵, 毛思怡, 葉熹罡, 董薇, 朱惠珊, 譚維格

1.廣州醫(yī)科大學(xué),廣東廣州510180;2.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院乳腺外科,廣東廣州510800

乳腺癌(breast cancer,BC)是女性最常見(jiàn)惡性腫瘤之一,具有高復(fù)發(fā)率、高轉(zhuǎn)移率和高耐藥性的特點(diǎn)。乳腺癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移常見(jiàn)于骨骼、肺、肝臟及大腦等部位,其中約有10%～16%的轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者出現(xiàn)腦部遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,一旦發(fā)生腦轉(zhuǎn)移,乳腺癌患者只有4～6個(gè)月的中位生存期[1]。因此,乳腺癌腦轉(zhuǎn)移(breast cancer brain metastasis,BCBM)是乳腺癌患者死亡的主要原因之一,對(duì)于患者的生存及預(yù)后有極大負(fù)面影響。

研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌發(fā)生腦轉(zhuǎn)移需經(jīng)過(guò)幾個(gè)重要步驟,包括腫瘤細(xì)胞遷移、內(nèi)滲進(jìn)入血液循環(huán)、抵達(dá)大腦毛細(xì)血管、跨越血腦屏障(blood brain barrier,BBB)和在腦內(nèi)增殖形成臨床可診斷的轉(zhuǎn)移灶。與其他部位轉(zhuǎn)移機(jī)制不同的是,腦轉(zhuǎn)移過(guò)程中,腫瘤細(xì)胞需要穿過(guò)血腦屏障才能到達(dá)其目的地[2]。因此,深入探索并完善乳腺癌腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生及進(jìn)展機(jī)制,是提高未來(lái)乳腺癌診療效果的最佳途徑。

1 與腦轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因和非編碼RNA

1.1 影響B(tài)CBM的相關(guān)基因

近期研究表明,多種基因與BCBM有關(guān)。NF1、ESR1、PTEN、FOXM1、YTHDF3、OR5B21、GBX2和P53的異常表達(dá)均可促進(jìn)BCBM的進(jìn)展(表1)。同一基因可通過(guò)影響多種信號(hào)通路影響B(tài)CBM。PTEN既是PI3K/Akt又是NF-κB通路的調(diào)節(jié)因子,PTEN通過(guò)調(diào)節(jié)這兩種通路從而影響B(tài)CBM的進(jìn)展[3-4]。此外,不同的基因表達(dá)也通過(guò)影響相同的信號(hào)通路從而促進(jìn)BCBM的發(fā)展。例如,PTEN與FOXM1可調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路影響B(tài)CBM的進(jìn)展[4-5];P53與GBX2通過(guò)激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路從而促進(jìn)BCBM[8-9]。

表1 影響B(tài)CBM的相關(guān)基因

1.2 影響B(tài)CBM的非編碼RNA

環(huán)狀RNA(circular RNA,circRNA)是一類(lèi)具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的非編碼RNA,在乳腺癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移中起著重要作用(表2)。Hsa_circ_0008039一方面能作為miR-432-5p的競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源性RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)提高E2F3表達(dá),另一方面能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-515-5p增強(qiáng)CBX4表達(dá),進(jìn)而在乳腺癌腦轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵性作用[10]。

表2 影響B(tài)CBM的非編碼RNAs

微小RNA(microRNA,miRNA)作為一類(lèi)小分子單鏈RNA,與乳腺癌腦轉(zhuǎn)移的發(fā)展有著密切聯(lián)系(表2)。miR-1290、miR-802-5p和miR-194-5p能調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞的活性,促進(jìn)BCBM的進(jìn)展[11-12]。miR-17、miR-19a、miR-19b、miR-20a和miR-92可通過(guò)下調(diào)抑癌基因PTEN的表達(dá),促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的腦轉(zhuǎn)移[13]。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNA,lnc RNA)是長(zhǎng)度超過(guò)200 nt的非編碼RNA。lncRNA GS1-600G8.5在BCBM細(xì)胞內(nèi)高表達(dá),并能通過(guò)破壞大腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells,EC)的緊密連接,實(shí)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞在腦內(nèi)的定植(表2)[14]。

2 與腦轉(zhuǎn)移相關(guān)的信號(hào)通路

研究發(fā)現(xiàn),PI3K/Akt信號(hào)通路、Wnt/β-catenin信號(hào)通路、RAS/ERK信號(hào)通路、EGFR信號(hào)通路、STAT3信號(hào)通路、NF-κB信號(hào)通路和PDGFB/血小板源性生長(zhǎng)因子受體-β(platelet-derived growth factor receptor-beta,PDGFR-β)旁分泌信號(hào)通路與乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移過(guò)程密切相關(guān)(表3)。

表3 與腦轉(zhuǎn)移相關(guān)的信號(hào)通路

2.1 PI3K/Akt信號(hào)通路與BCBM

PI3K/Akt信號(hào)通路是一種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路,可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)過(guò)程,包括增殖、代謝和血管生成[15]。激活PI3K/Akt通路有助于上調(diào)免疫抑制因子以及促轉(zhuǎn)移基因的表達(dá),例如PD-L1、CTLA4、CSF1以及腦轉(zhuǎn)移腫瘤微環(huán)境中CSF1受體(CSF1 receptor,CSF1R),最終促進(jìn)腦轉(zhuǎn)移細(xì)胞的增殖[16]。與此同時(shí),PI3K/Akt通路能通過(guò)激活下游的mTOR,增加血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子數(shù)量,促進(jìn)生成腫瘤新生血管[25]。因此,該信號(hào)通路已成為治療BCBM的潛在治療靶點(diǎn)。

2.2 Wnt/β-catenin、RAS/ERK、EGFR信號(hào)通路與BCBM

眾所周知,Wnt/β-catenin信號(hào)通路在干細(xì)胞的生成及分化過(guò)程中具有重要作用。近期研究表明,乳腺癌患者體內(nèi)Wnt/β-catenin通路的激活能誘導(dǎo)發(fā)生BCBM[18]。通過(guò)激活Wnt/β-catenin通路,能誘導(dǎo)發(fā)生EGFR過(guò)表達(dá),進(jìn)而激活RAS/ERK通路,最終導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞增殖和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[19]。與此同時(shí),BCBM癌灶中EGFR表達(dá)要明顯高于其他轉(zhuǎn)移灶,EGFR高表達(dá)的患者更易早期形成腦轉(zhuǎn)移灶[20]。因此,Wnt/β-catenin、RAS/ERK與EGFR通路之間可以相互調(diào)節(jié)從而影響B(tài)CBM的進(jìn)展。

2.3 STAT3、NF-κB信號(hào)通路與BCBM

STAT3信號(hào)通路是一種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制,能促進(jìn)神經(jīng)元軸突再生,在BCBM過(guò)程中起著重要作用[21]。有研究表明,pSTAT3+反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)激活MIF/CD74軸,進(jìn)而激活NF-κB途徑,促進(jìn)BCBM細(xì)胞增殖[22]。此外,抑制因子TaGln2可激活ROS/NF-κB通路導(dǎo)致乳腺癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。這些說(shuō)明了STAT3、NF-κB通路與BCBM的進(jìn)展有關(guān)[23]。

2.4 PDGFB/PDGFR-β旁分泌信號(hào)通路與BCBM

PDGFR-β是一種發(fā)現(xiàn)于成纖維細(xì)胞和周細(xì)胞等間質(zhì)細(xì)胞的酪氨酸激酶受體。研究證明,PDGFB蛋白與PDGFB mRNA的高表達(dá)為腦轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)的特異性預(yù)后因素,激活PDGFB/PDGFR-β旁分泌信號(hào)通路能加速BCBM進(jìn)程,而使用PDGFR特異性抑制劑crenolanib,能明顯抑制乳腺癌細(xì)胞的顱內(nèi)生長(zhǎng)[24]。

3 乳腺癌通過(guò)血腦屏障的分子機(jī)制研究

血腦屏障(blood brain barrier,BBB)是由星形膠質(zhì)細(xì)胞、周細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)血管等組成的功能性屏障,位于血液和腦組織之間。BBB參與信號(hào)傳遞和維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài),負(fù)責(zé)精確控制血-腦兩側(cè)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)情況,維護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。因此,BBB結(jié)構(gòu)的破壞是BCBM進(jìn)展的關(guān)鍵步驟。

研究顯示,血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、HER3/HER2配體外源生長(zhǎng)因子的高表達(dá)能促進(jìn)BCBM[25]。VEGF一方面直接誘導(dǎo)生成BCBM新生血管,另一方面通過(guò)結(jié)合血管內(nèi)皮細(xì)胞表面受體,激活VEGF受體2(VEGF receptor 2,VEGFR2),誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞穿越BBB。人表皮生長(zhǎng)因子受體2(human epideral growth factor receptor,HER2)陰性乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)明顯高于其他亞型的乳腺癌,HER3是與HER2高度相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子,兩者能形成HER2-HER3二聚體,該二聚體及其配體外源生長(zhǎng)因子均有利于BCBM[26]。

此外,ZO-1、3-磷酸肌醇依賴(lài)性蛋白激酶-1(3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1,PDPK1)的低表達(dá)也與BCBM進(jìn)展有關(guān)。Zhou等[27]發(fā)現(xiàn),抑制緊密連接蛋白ZO-1的表達(dá)水平,能破壞ECs間緊密連接的完整性,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞遷移至大腦內(nèi)。乳腺癌細(xì)胞中的PDPK1與肌動(dòng)蛋白具有相關(guān)性,降低PDPK1的表達(dá)能提高血腦屏障的通透性,最終導(dǎo)致BCBM[28]。

4 乳腺癌細(xì)胞與腦部腫瘤微環(huán)境

除了破壞BBB結(jié)構(gòu),乳腺癌腦轉(zhuǎn)移灶的形成還依賴(lài)于腫瘤細(xì)胞與腦部腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME)的相互作用。腦部腫瘤細(xì)胞的微環(huán)境不同于其他組織和器官,其包含有內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、細(xì)胞因子和特定代謝成分等,這種微環(huán)境可以促進(jìn)腦轉(zhuǎn)移灶的形成和進(jìn)展[29]。

4.1 乳腺癌細(xì)胞在腦內(nèi)增殖的特點(diǎn)

在腫瘤發(fā)展過(guò)程中,高水平招募免疫細(xì)胞易被功能異常的微環(huán)境重塑,從而影響免疫細(xì)胞的功能。該過(guò)程有利于促進(jìn)細(xì)胞增殖、保護(hù)腫瘤細(xì)胞不被清除,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。研究表明,源于腫瘤的外泌體,充當(dāng)著免疫細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞之間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要媒介。外泌體能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞發(fā)生M2型極化,分泌促血管生成因子和細(xì)胞因子,有利于BCBM的進(jìn)展[30]。另一方面,外泌體能介導(dǎo)microRNAs自星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)移至BCBM細(xì)胞內(nèi),下調(diào)抑癌基因PTEN的表達(dá),有利于腫瘤細(xì)胞定植于大腦內(nèi)[13]。

4.2 腦部腫瘤微環(huán)境特點(diǎn)

星形膠質(zhì)細(xì)胞是大腦中最豐富的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。近期研究結(jié)果顯示,星形膠質(zhì)細(xì)胞不僅能通過(guò)分泌C-C基序趨化因子配體2、胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白2抗體和血清殼多糖酶3樣蛋白1,促進(jìn)大腦皮層內(nèi)的BCBM細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移灶的形成,還能通過(guò)調(diào)控細(xì)胞外糖蛋白R(shí)eelin的表達(dá),促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞在大腦微環(huán)境的定植[31]。BCBM癌灶中的星形膠質(zhì)細(xì)胞常以STAT3磷酸化(pSTAT3)形式來(lái)表達(dá),在小鼠模型和人類(lèi)臨床樣本中,pSTAT3+反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞能通過(guò)上調(diào)免疫抑制分子數(shù)量,建立免疫抑制環(huán)境,促進(jìn)BCBM的發(fā)展[22]。與此同時(shí),星形膠質(zhì)細(xì)胞和腦轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞株之間存在一種縫隙連接通道,該通道由CX43和PCDH7共同介導(dǎo),腫瘤細(xì)胞經(jīng)由該通道向星形膠質(zhì)細(xì)胞提供第二信使cGAMP,從而激活STING通路并產(chǎn)生γ干擾素、腫瘤壞死因子等細(xì)胞因子,激活BCBM相關(guān)信號(hào)通路,最終促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的增殖和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[17]。

乳腺癌的代謝多樣性是決定其腦轉(zhuǎn)移適應(yīng)性的基礎(chǔ)。缺氧狀態(tài)下的腫瘤微環(huán)境與腫瘤侵襲性、預(yù)后不良明顯相關(guān),缺氧誘導(dǎo)因子HIF-1α與乳腺癌細(xì)胞的腦轉(zhuǎn)移潛力呈正比,BCBM較原發(fā)腫瘤細(xì)胞更易激活缺氧信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[32]。乳酸代謝與腫瘤細(xì)胞的腦部定植有關(guān),BCBM細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸能限制自然殺傷細(xì)胞從而逃避其介導(dǎo)的先天免疫監(jiān)視[33]。糖代謝也與BCBM密切相關(guān),有學(xué)者發(fā)現(xiàn)BCBM細(xì)胞能表達(dá)更高水平的糖原和果糖-1,6-二磷酸酶(fructose-1,6-bisphosphatases,FBPs),而FBPs表達(dá)與腫瘤細(xì)胞生存能力呈正相關(guān)[26]。此外,相關(guān)研究結(jié)果證明,SREBF1、SCD等脂質(zhì)代謝特征基因的富集是大腦的特征,該基因介導(dǎo)的脂質(zhì)代謝有利于腫瘤的腦轉(zhuǎn)移[34]。

因此,確保大腦內(nèi)供氧平衡,抑制糖代謝、乳酸代謝和脂質(zhì)代謝,可阻礙早期乳腺癌的腦部轉(zhuǎn)移,提高患者的生存率。

5 小結(jié)與展望

近年來(lái),系統(tǒng)性全身治療的加速發(fā)展有效地控制了乳腺癌的顱外病變,提高了患者的生存率,也增加了腦部遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的可能性。此外,影像學(xué)的日益精確和體檢篩查也提高了顱內(nèi)病變的檢出率,因此,乳腺癌的腦部遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移在臨床上愈發(fā)常見(jiàn)。綜上,從腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖到轉(zhuǎn)移,癌癥進(jìn)展是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,受多種因素影響,包括細(xì)胞信號(hào)通路、基因、外泌體和代謝因素等。至今為止,BCBM的各細(xì)胞分子機(jī)制之間是否存在交叉影響,還有待進(jìn)一步探索。

現(xiàn)有的BCBM治療方法仍以手術(shù)和放化療為主,由于血腦屏障的存在,血液中的大分子藥物難以抵達(dá)腦部對(duì)應(yīng)的病灶發(fā)揮作用,傳統(tǒng)化療方案療效不佳,使得BCBM患者的預(yù)后較差。對(duì)BCBM機(jī)制的深入研究不僅有利于病情的監(jiān)測(cè),還能發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)。預(yù)測(cè)BCBM相關(guān)靶點(diǎn)的可用性及相關(guān)靶向治療的藥物研發(fā)是未來(lái)研究的新方向和新熱點(diǎn),能讓患者的獲益最大化,為BCBM患者帶來(lái)新的希望。