吳恒鵬,鐘 倩,瓦慶德

(遵義醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 骨科,貴州 遵義 563006)

前列腺癌發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的概率可高達(dá)70%［1],骨是其最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移部位。前列腺癌骨轉(zhuǎn)移患者常伴有骨代謝紊亂、骨痛、病理性骨折、脊髓壓迫、高鈣血癥等并發(fā)癥,使其生活質(zhì)量及生存率明顯下降。進(jìn)一步了解前列腺癌的惡性生理學(xué)行為及其骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展機(jī)制,有利于我們對(duì)該疾病的深入認(rèn)識(shí)。目前,大量研究認(rèn)為“種子和土壤”學(xué)說(shuō)較好的詮釋了前列腺癌易在骨骼發(fā)生轉(zhuǎn)移的原因:前列腺癌細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化,進(jìn)入血液循環(huán)。骨微環(huán)境所分泌的趨化因子可吸引前列腺癌細(xì)胞向骨轉(zhuǎn)移,而前列腺癌細(xì)胞可通過(guò)分泌一些細(xì)胞因子來(lái)進(jìn)一步調(diào)控定植環(huán)境,使其更利于自身的生存與增殖,并且其與骨微環(huán)境相互作用改變了骨骼的結(jié)構(gòu)與功能。此外,還有研究發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞可促進(jìn)前列腺癌惡性發(fā)生、發(fā)展。因此,我們總結(jié)了近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)前列腺癌骨轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究進(jìn)展,現(xiàn)綜述如下。

1 前列腺癌細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化

前列腺癌細(xì)胞發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移始于腫瘤細(xì)胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)［2]。鈣粘蛋白E(E-cadherin)是上皮細(xì)胞間黏附、連接的主要成分,因此,缺失E-cadherin是導(dǎo)致前列腺癌發(fā)生EMT的關(guān)鍵步驟,并且鈣粘蛋白N(N-cadherin)與波形蛋白的增加可促進(jìn)上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,降低細(xì)胞間的連接能力,增強(qiáng)遷移與侵襲能力,進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞從原發(fā)灶逃逸并進(jìn)入血液循環(huán)［3]。如圖1所示轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)、Wnt信號(hào)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)、血小板衍生生長(zhǎng)因子(PDGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)等可通過(guò)MAPK通路或PI3K/Akt通路下調(diào)E-cadherin的表達(dá)影響細(xì)胞間的黏附與細(xì)胞骨架功能［4]。同時(shí),多種轉(zhuǎn)錄因子也參與調(diào)控EMT如E-cadherin抑制因子Snail和Slug,扭曲相關(guān)蛋白1(Twist 1)可促進(jìn)EMT并增強(qiáng)細(xì)胞的遷移、侵襲能力。Zhang等［5]發(fā)現(xiàn)微管相關(guān)蛋白TPX2 通過(guò)調(diào)節(jié)CDK1,可顯著影響ERK/GSK3b/SNAIL信號(hào)通路的磷酸化和SNAIL的表達(dá),從而促進(jìn)EMT的進(jìn)展。前列腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT也受到一些RNA的調(diào)控。環(huán)狀RNA(CircRNAs)是具有共價(jià)閉合環(huán)結(jié)構(gòu)的非編碼RNA,對(duì)前列腺癌的進(jìn)展有重要的調(diào)控作用。有研究發(fā)現(xiàn),has_circ_0030586這種環(huán)狀RNA在前列腺癌細(xì)胞中高表達(dá),其可能與miR-145-3p結(jié)合,通過(guò)PI3K/AKT信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)EMT［6]。

前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移與EMT有著密切聯(lián)系,同時(shí)EMT可由不同的驅(qū)動(dòng)因素和效應(yīng)物觸發(fā),因此,如何調(diào)控這些因素可成為的臨床治療的新思路。相關(guān)研究表明,通過(guò)恢復(fù)或者提高相關(guān)腫瘤抑制因子的表達(dá)可抑制前列腺癌的惡性進(jìn)展。SMARCC1是一種在前列腺癌中低表達(dá)的抑癌因子,Xiao等［7]通過(guò)上調(diào)其表達(dá)發(fā)現(xiàn)其可通過(guò)抑制PI3K/Akt信號(hào)通路,從而抑制前列腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT。

圖1 前列腺癌細(xì)胞發(fā)生EMT相關(guān)機(jī)制

2 前列腺癌細(xì)胞的歸巢與休眠

當(dāng)腫瘤細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化后進(jìn)入血液系統(tǒng),轉(zhuǎn)移目的器官會(huì)分泌的特異性的趨化因子與腫瘤細(xì)胞表面的特異性趨化因子受體結(jié)合,從而趨動(dòng)其進(jìn)入特定的部位稱(chēng)作腫瘤細(xì)胞的“歸巢”［8]。當(dāng)前列腺癌細(xì)胞入骨髓后會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)以躲避免疫系統(tǒng)的攻擊,這一過(guò)程將持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間。

2.1 歸巢 骨微環(huán)境中骨基質(zhì)和骨髓細(xì)胞可分泌的大量生長(zhǎng)因子,為前列腺癌細(xì)胞的定植提供導(dǎo)向。根據(jù)Shiozawa等［9]研究發(fā)現(xiàn),前列腺癌播散性腫瘤細(xì)胞(DTCs)會(huì)篡奪骨髓造血干細(xì)胞(HSC)進(jìn)入生態(tài)位(niche)的途徑以在骨髓中定植,并且DTCs還可以用HSC同樣的方式從生態(tài)位中動(dòng)員出來(lái)進(jìn)入血液循環(huán)之中。

趨化因子是一類(lèi)分泌具有介導(dǎo)細(xì)胞生物學(xué)行為的細(xì)胞因子或信號(hào)蛋白,并且具有調(diào)節(jié)腫瘤的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移、激活血管生成等病理行為的能力。以往的研究發(fā)現(xiàn),趨化因子在介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞向骨定植中起重要作用［10]?；|(zhì)細(xì)胞衍生因子1(SDF-1/CXCL12)是一種由骨髓基質(zhì)細(xì)胞分泌的趨化因子,在前列腺癌的轉(zhuǎn)移組織中高表達(dá)［11]。Taichman團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CXCL12/CXCR4軸介導(dǎo)前列腺癌歸巢于骨［12]。并且他們進(jìn)一步證實(shí),由骨髓基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的膜聯(lián)蛋白2可與CXCL12相互作用促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的歸巢、生長(zhǎng)和存活［13]。此外,Berish等［14]使用小鼠模型的體內(nèi)研究顯示,CXCR4在癌細(xì)胞中的過(guò)度表達(dá),使用對(duì)CXCR4的中和抗體可減少骨轉(zhuǎn)移的形成。前列腺癌細(xì)胞表達(dá)的CXCL16、CXCR6和CC族趨化因子受體5(CCR5)、CCR3等也發(fā)揮促進(jìn)癌細(xì)胞向骨髓轉(zhuǎn)移的作用［15]。

整合素是跨膜異源二聚體細(xì)胞黏附分子,為細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間以及細(xì)胞外基質(zhì)相互之間提供連接并介導(dǎo)它們相互作用,而且其在細(xì)胞生存、增殖、遷移方面也起著重要作用［16]。骨髓造血微環(huán)境中,CXCL12釋放的整合素(αvβ3、α2β1)可介導(dǎo)癌細(xì)胞與骨髓內(nèi)皮細(xì)胞或其他細(xì)胞外基質(zhì)蛋白黏附,進(jìn)一步促進(jìn)癌細(xì)胞的歸巢。研究表明,整合素αv與α5在骨轉(zhuǎn)移性前列腺癌中的共同表達(dá)和富集,為前列腺癌在骨微環(huán)境定植中的協(xié)同作用提供依據(jù)［17]。

當(dāng)前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移并歸巢到骨微環(huán)境形成生態(tài)位的過(guò)程中,E-選擇素(E-selectin)起著關(guān)鍵作用,阻斷E-selectin的表達(dá)將影響腫瘤細(xì)胞與其微環(huán)境之間的相互作用,從而使腫瘤細(xì)胞發(fā)生失巢凋亡。在臨床前腫瘤模型中,通過(guò)使用小分子E-selectin拮抗劑GMI-1271,可抑制E-selectin的表達(dá),從而顯著阻止了腫瘤細(xì)胞進(jìn)入骨髓,并且該抑制劑還可影響腫瘤細(xì)胞干性與耐藥性,并進(jìn)一步提高其對(duì)化療的敏感性［18]。

2.2 休眠 進(jìn)入骨髓后的DTCs不會(huì)立即增殖,而是進(jìn)入休眠狀態(tài),其控制血液、營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)以及逃避免疫系統(tǒng)的攻擊,以適應(yīng)新的環(huán)境［19]。

Schofield在1978年提出HSC生態(tài)位的概念,該生態(tài)位是由血管、神經(jīng)以及不同的細(xì)胞類(lèi)型組成,這些細(xì)胞類(lèi)型對(duì)于潛在腫瘤細(xì)胞的生存和維持非常重要［20]。前列腺癌DTCs因其以類(lèi)HSC的方式進(jìn)出骨微環(huán)境,所以其也受到骨微環(huán)境蛋白質(zhì)配體的控制,其中最主要的是TGF-β和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)家族的蛋白質(zhì)。Li［21]團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞可分泌 TGF-β2和生長(zhǎng)分化因子10(GDF10),通過(guò)與TGFβrIII受體結(jié)合激活磷酸化的p38/MAPK,從而確定了一種通過(guò)TGFβRIII-p38MAPK-pS249 / T252-RB信號(hào)軸可誘導(dǎo)前列腺癌DTCs進(jìn)入休眠狀態(tài)。此外,Dong等［22]研究發(fā)現(xiàn)來(lái)自成骨細(xì)胞龕的Wnt5a通過(guò)激活ROR2 / SIAH2信號(hào)傳導(dǎo)抑制了Wnt / β-catenin信號(hào)通路維持了前列腺癌細(xì)胞在體內(nèi)的休眠狀態(tài)。骨形成蛋白7(BMP7)可抑制前列腺癌細(xì)胞發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化以及通過(guò)骨形態(tài)發(fā)生蛋白 II 型受體發(fā)出信號(hào)可以使前列腺癌DTCs進(jìn)入休眠狀態(tài)。Sharma等［23]通過(guò)將PC3mm干細(xì)胞樣細(xì)胞植入脛骨,通過(guò)體內(nèi)選擇分離出兩種同源細(xì)胞系分別為惰性和侵略性。其中惰性細(xì)胞保留了休眠表型,并且惰性細(xì)胞分泌富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白(SPARC)刺激骨髓中BMP-7的表達(dá),以維持前列腺癌細(xì)胞休眠狀態(tài),再一次證實(shí)了BMP7在前列腺癌轉(zhuǎn)移至骨髓后對(duì)腫瘤細(xì)胞的休眠起著重要作用。

此外,MC3T3-E1成骨細(xì)胞也被證實(shí)可誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞休眠,當(dāng)MC3T3-E1細(xì)胞與PC3和DU145細(xì)胞共同培養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)前列腺癌細(xì)胞增殖被明顯抑制,從而得出成骨細(xì)胞可能與腫瘤休眠有一定關(guān)聯(lián),他們同樣發(fā)現(xiàn)Gas6/Ax1軸和TGF-β2信號(hào)之間的環(huán)路在前列腺癌細(xì)胞休眠的誘導(dǎo)過(guò)程中起著重要作用［24]。去甲腎上腺素信號(hào)激活cAMP信號(hào)通路可下調(diào)成骨細(xì)胞中Gas6的表達(dá),導(dǎo)致休眠的前列腺癌細(xì)胞重新激活。而使用普萘洛爾可增加Gas6的表達(dá),并消除去甲腎上腺素信號(hào)對(duì)處于休眠期的前列腺癌細(xì)胞再激活的影響［25]。因此,將短暫的休眠表型轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰眯孕菝郀顟B(tài),可為延長(zhǎng)患者的總體生存期提供有效策略。MYC基因家族及其產(chǎn)物可調(diào)控細(xì)胞的生理活動(dòng),并且在大多數(shù)腫瘤的形成中起到重要作用。與對(duì)照組對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),前列腺癌的惡性進(jìn)展與異常表達(dá)的MAD2L1基因密切相關(guān)［26]。最近,一項(xiàng)基因測(cè)序研究發(fā)現(xiàn)MYC基因的靶向基因MAD2L1可能與前列腺癌骨轉(zhuǎn)移細(xì)胞休眠有聯(lián)系,這可有助于發(fā)現(xiàn)其確切休眠機(jī)制［27]。

3 前列腺癌細(xì)胞的再激活與增殖

當(dāng)定植休眠的腫瘤細(xì)胞被再度激活后就會(huì)不斷增殖與浸潤(rùn)。有研究發(fā)現(xiàn),前列腺腫瘤細(xì)胞微環(huán)境中細(xì)胞外基質(zhì)促進(jìn)血管的生成、破骨細(xì)胞導(dǎo)致的骨吸收以及腫瘤細(xì)胞免疫逃避狀態(tài)的改變都可引起前列腺癌細(xì)胞的再激活［28]。Lawson等［29]發(fā)現(xiàn)骨微環(huán)境中的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞有促進(jìn)和解除腫瘤細(xì)胞休眠的能力。研究發(fā)現(xiàn),持續(xù)的炎癥誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞形成細(xì)胞外誘捕網(wǎng)(NET),兩種 NET 相關(guān)蛋白酶(中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶 9)可裂解層粘連蛋白。蛋白水解重塑后的層粘連蛋白通過(guò)激活整合素 α3β1信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)休眠前列腺癌細(xì)胞增殖［30]。

此外,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、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［24]。激活后的腫瘤細(xì)胞可因骨微環(huán)境的各種因子的刺激下進(jìn)入增殖期,腫瘤向骨轉(zhuǎn)移后破壞了成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間的穩(wěn)態(tài),尤其是成骨細(xì)胞的破壞,可形成以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、持續(xù)破骨細(xì)胞生成和骨吸收方面的“惡性循環(huán)”。

4 腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)是介導(dǎo)腫瘤微環(huán)境內(nèi)細(xì)胞間通訊的重要組成部分［31]。已知存在兩種類(lèi)型的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞:M1腫瘤抑制巨噬細(xì)胞和M2腫瘤起始巨噬細(xì)胞,兩種細(xì)胞在腫瘤進(jìn)展及轉(zhuǎn)移的各個(gè)步驟中起關(guān)鍵作用。M2巨噬細(xì)胞可通過(guò)分泌細(xì)胞因子促進(jìn)腫瘤免疫抑制和血管生成,這兩者都是前列腺癌進(jìn)展的重要標(biāo)志［32]。前列腺癌細(xì)胞分泌諸如CSF-1和CCL2的因子,其可促進(jìn)單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的聚集并極化驅(qū)動(dòng)促炎或抗炎狀態(tài),進(jìn)而分泌如表皮生長(zhǎng)因子(EGF),血小板衍生的生長(zhǎng)因子和VEGF,促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和腫瘤微環(huán)境的血管生成［33]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),前列腺癌組織中高表達(dá)的E3泛素連接酶F-box only蛋白22 (FBXO22)可通過(guò)刺激巨噬細(xì)胞M2極化促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞活性以及促進(jìn)前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移［34]。同時(shí),M2巨噬細(xì)胞可與前列腺癌細(xì)胞直接接觸,激活Notch信號(hào)通路從而促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的增殖與遷移［35]。最近,有研究人員在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移中發(fā)現(xiàn)一種癌細(xì)胞簇,其來(lái)源于DTCs與骨髓細(xì)胞之間的細(xì)胞融合,這種骨髓樣腫瘤雜交細(xì)胞可誘導(dǎo)M2巨噬細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中富集,進(jìn)而提高腫瘤細(xì)胞的免疫抑制能力,并且該癌細(xì)胞簇還可增強(qiáng)前列腺癌細(xì)胞EMT的發(fā)生［36]。

轉(zhuǎn)移性腫瘤的發(fā)展和腫瘤的復(fù)發(fā)是由癌癥干細(xì)胞(CSCs)驅(qū)動(dòng)的［37]。前列腺癌干細(xì)胞(PCSCs)微環(huán)境中,TAMs作為其微環(huán)境的主要構(gòu)成部分可通過(guò)分泌一些趨化因子從而介導(dǎo)前列腺癌的轉(zhuǎn)移。例如,CC趨化因子配體2 (CCL2)在體內(nèi)可促進(jìn)前列腺癌異種移植物的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。Huang［38]團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了另一種CC趨化因子配體:CCL5,是一種比CCL2更豐富的趨化因子。CCL5由TAMs分泌并且通過(guò)激活β-catenin/STAT3信號(hào)通路促進(jìn)PCSCs的自我更新和前列腺癌轉(zhuǎn)移。TAMs衍生的其他趨化因子和細(xì)胞因子,如CCL-17和TGF-β也顯著影響癌癥進(jìn)展的各個(gè)方面,包括免疫逃逸,腫瘤傳播,遠(yuǎn)處植入和治療抵抗［39]。

TAMs在前列腺癌進(jìn)展中存在著雙重作用,因此,靶向TAMs破壞免疫耐受的腫瘤免疫療法具有一定的臨床轉(zhuǎn)化意義。目前關(guān)于TAMs治療策略涉及以下3組:(1)消耗總TAMs數(shù)量。一項(xiàng)研究報(bào)告稱(chēng),通過(guò)使用氯磷酸鹽脂質(zhì)體誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞耗竭后,含有PC-3MM2細(xì)胞的小鼠淋巴結(jié)和骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生率下降。巨噬細(xì)胞延長(zhǎng)了雄激素剝奪治療期間的生存期［40]。(2)將M2樣巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為對(duì)腫瘤具有殺滅作用的M1樣表型。另一項(xiàng)研究通過(guò)使用源自M1巨噬細(xì)胞的外泌體模擬納米囊泡將M2巨噬細(xì)胞重新極化為 M1 巨噬細(xì)胞,并且向荷瘤小鼠體內(nèi)注射這種納米囊泡后,發(fā)現(xiàn)可抑制小鼠體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)［41]。(3)抑制TAMs與腫瘤細(xì)胞之間的相互作用。腫瘤細(xì)胞分泌各種趨化因子募集單核細(xì)胞浸潤(rùn)腫瘤組織,進(jìn)一步促進(jìn)其M2型極化。M2巨噬細(xì)胞可以加速腫瘤生長(zhǎng),促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移,并抑制免疫殺傷以促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。目前的治療策略側(cè)重于減少腫瘤組織中的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn),并將TAMs重新極化為M1巨噬細(xì)胞以殺死腫瘤。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,前列腺癌骨轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜的、各種因素共同導(dǎo)致的生物學(xué)過(guò)程。各類(lèi)生長(zhǎng)因子、趨化因子、RNA、巨噬細(xì)胞之間的相互作用對(duì)前列腺癌的惡性進(jìn)展有重要影響。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn),前列腺癌之所以選擇骨作為轉(zhuǎn)移目的器官,是與骨骼微環(huán)境有著密切的聯(lián)系。骨微環(huán)境的生理特性為前列腺癌的目的轉(zhuǎn)移有著趨化作用。