前列腺癌骨转移机制的研究进展

2023-10-11吴恒鹏瓦庆德

遵义医科大学学报 2023年9期

吴恒鹏,钟倩,瓦庆德

(遵义医科大学第二附属医院骨科,贵州遵义 563006)

前列腺癌发生远处转移的概率可高达70%［1],骨是其最常见的转移部位。前列腺癌骨转移患者常伴有骨代谢紊乱、骨痛、病理性骨折、脊髓压迫、高钙血症等并发症,使其生活质量及生存率明显下降。进一步了解前列腺癌的恶性生理学行为及其骨转移的发生发展机制,有利于我们对该疾病的深入认识。目前,大量研究认为“种子和土壤”学说较好的诠释了前列腺癌易在骨骼发生转移的原因:前列腺癌细胞发生上皮-间质转化,进入血液循环。骨微环境所分泌的趋化因子可吸引前列腺癌细胞向骨转移,而前列腺癌细胞可通过分泌一些细胞因子来进一步调控定植环境,使其更利于自身的生存与增殖,并且其与骨微环境相互作用改变了骨骼的结构与功能。此外,还有研究发现巨噬细胞可促进前列腺癌恶性发生、发展。因此,我们总结了近些年来国内外有关前列腺癌骨转移机制的研究进展,现综述如下。

1 前列腺癌细胞发生上皮间质转化

前列腺癌细胞发生远处转移始于肿瘤细胞发生上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)［2]。钙粘蛋白E(E-cadherin)是上皮细胞间黏附、连接的主要成分,因此,缺失E-cadherin是导致前列腺癌发生EMT的关键步骤,并且钙粘蛋白N(N-cadherin)与波形蛋白的增加可促进上皮细胞向间充质细胞的转化,降低细胞间的连接能力,增强迁移与侵袭能力,进而导致肿瘤细胞从原发灶逃逸并进入血液循环［3]。如图1所示转化生长因子-β(TGF-β)、Wnt信号、成纤维细胞生长因子(FGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)、胰岛素样生长因子(IGF)等可通过MAPK通路或PI3K/Akt通路下调E-cadherin的表达影响细胞间的黏附与细胞骨架功能［4]。同时,多种转录因子也参与调控EMT如E-cadherin抑制因子Snail和Slug,扭曲相关蛋白1(Twist 1)可促进EMT并增强细胞的迁移、侵袭能力。Zhang等［5]发现微管相关蛋白TPX2 通过调节CDK1,可显著影响ERK/GSK3b/SNAIL信号通路的磷酸化和SNAIL的表达,从而促进EMT的进展。前列腺癌细胞发生EMT也受到一些RNA的调控。环状RNA(CircRNAs)是具有共价闭合环结构的非编码RNA,对前列腺癌的进展有重要的调控作用。有研究发现,has_circ_0030586这种环状RNA在前列腺癌细胞中高表达,其可能与miR-145-3p结合,通过PI3K/AKT信号通路来促进EMT［6]。

前列腺癌发生骨转移与EMT有着密切联系,同时EMT可由不同的驱动因素和效应物触发,因此,如何调控这些因素可成为的临床治疗的新思路。相关研究表明,通过恢复或者提高相关肿瘤抑制因子的表达可抑制前列腺癌的恶性进展。SMARCC1是一种在前列腺癌中低表达的抑癌因子,Xiao等［7]通过上调其表达发现其可通过抑制PI3K/Akt信号通路,从而抑制前列腺癌细胞发生EMT。

图1 前列腺癌细胞发生EMT相关机制

2 前列腺癌细胞的归巢与休眠

当肿瘤细胞发生上皮-间质转化后进入血液系统,转移目的器官会分泌的特异性的趋化因子与肿瘤细胞表面的特异性趋化因子受体结合,从而趋动其进入特定的部位称作肿瘤细胞的“归巢”［8]。当前列腺癌细胞入骨髓后会进入休眠状态以躲避免疫系统的攻击,这一过程将持续较长一段时间。

2.1 归巢骨微环境中骨基质和骨髓细胞可分泌的大量生长因子,为前列腺癌细胞的定植提供导向。根据Shiozawa等［9]研究发现,前列腺癌播散性肿瘤细胞(DTCs)会篡夺骨髓造血干细胞(HSC)进入生态位(niche)的途径以在骨髓中定植,并且DTCs还可以用HSC同样的方式从生态位中动员出来进入血液循环之中。

趋化因子是一类分泌具有介导细胞生物学行为的细胞因子或信号蛋白,并且具有调节肿瘤的增殖、侵袭、转移、激活血管生成等病理行为的能力。以往的研究发现,趋化因子在介导肿瘤细胞向骨定植中起重要作用［10]。基质细胞衍生因子1(SDF-1/CXCL12)是一种由骨髓基质细胞分泌的趋化因子,在前列腺癌的转移组织中高表达［11]。Taichman团队通过实验发现CXCL12/CXCR4轴介导前列腺癌归巢于骨［12]。并且他们进一步证实,由骨髓基质细胞表达的膜联蛋白2可与CXCL12相互作用促进前列腺癌细胞的归巢、生长和存活［13]。此外,Berish等［14]使用小鼠模型的体内研究显示,CXCR4在癌细胞中的过度表达,使用对CXCR4的中和抗体可减少骨转移的形成。前列腺癌细胞表达的CXCL16、CXCR6和CC族趋化因子受体5(CCR5)、CCR3等也发挥促进癌细胞向骨髓转移的作用［15]。

整合素是跨膜异源二聚体细胞黏附分子,为细胞之间、细胞与细胞外基质之间以及细胞外基质相互之间提供连接并介导它们相互作用,而且其在细胞生存、增殖、迁移方面也起着重要作用［16]。骨髓造血微环境中,CXCL12释放的整合素(αvβ3、α2β1)可介导癌细胞与骨髓内皮细胞或其他细胞外基质蛋白黏附,进一步促进癌细胞的归巢。研究表明,整合素αv与α5在骨转移性前列腺癌中的共同表达和富集,为前列腺癌在骨微环境定植中的协同作用提供依据［17]。

当前列腺癌发生骨转移并归巢到骨微环境形成生态位的过程中,E-选择素(E-selectin)起着关键作用,阻断E-selectin的表达将影响肿瘤细胞与其微环境之间的相互作用,从而使肿瘤细胞发生失巢凋亡。在临床前肿瘤模型中,通过使用小分子E-selectin拮抗剂GMI-1271,可抑制E-selectin的表达,从而显著阻止了肿瘤细胞进入骨髓,并且该抑制剂还可影响肿瘤细胞干性与耐药性,并进一步提高其对化疗的敏感性［18]。

2.2 休眠进入骨髓后的DTCs不会立即增殖,而是进入休眠状态,其控制血液、营养的供应以及逃避免疫系统的攻击,以适应新的环境［19]。

Schofield在1978年提出HSC生态位的概念,该生态位是由血管、神经以及不同的细胞类型组成,这些细胞类型对于潜在肿瘤细胞的生存和维持非常重要［20]。前列腺癌DTCs因其以类HSC的方式进出骨微环境,所以其也受到骨微环境蛋白质配体的控制,其中最主要的是TGF-β和骨形态发生蛋白(BMP)家族的蛋白质。Li［21]团队发现成骨细胞可分泌 TGF-β2和生长分化因子10(GDF10),通过与TGFβrIII受体结合激活磷酸化的p38/MAPK,从而确定了一种通过TGFβRIII-p38MAPK-pS249 / T252-RB信号轴可诱导前列腺癌DTCs进入休眠状态。此外,Dong等［22]研究发现来自成骨细胞龛的Wnt5a通过激活ROR2 / SIAH2信号传导抑制了Wnt / β-catenin信号通路维持了前列腺癌细胞在体内的休眠状态。骨形成蛋白7(BMP7)可抑制前列腺癌细胞发生上皮-间质转化以及通过骨形态发生蛋白 II 型受体发出信号可以使前列腺癌DTCs进入休眠状态。Sharma等［23]通过将PC3mm干细胞样细胞植入胫骨,通过体内选择分离出两种同源细胞系分别为惰性和侵略性。其中惰性细胞保留了休眠表型,并且惰性细胞分泌富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白(SPARC)刺激骨髓中BMP-7的表达,以维持前列腺癌细胞休眠状态,再一次证实了BMP7在前列腺癌转移至骨髓后对肿瘤细胞的休眠起着重要作用。

此外,MC3T3-E1成骨细胞也被证实可诱导前列腺癌细胞休眠,当MC3T3-E1细胞与PC3和DU145细胞共同培养时发现前列腺癌细胞增殖被明显抑制,从而得出成骨细胞可能与肿瘤休眠有一定关联,他们同样发现Gas6/Ax1轴和TGF-β2信号之间的环路在前列腺癌细胞休眠的诱导过程中起着重要作用［24]。去甲肾上腺素信号激活cAMP信号通路可下调成骨细胞中Gas6的表达,导致休眠的前列腺癌细胞重新激活。而使用普萘洛尔可增加Gas6的表达,并消除去甲肾上腺素信号对处于休眠期的前列腺癌细胞再激活的影响［25]。因此,将短暂的休眠表型转变为永久性休眠状态,可为延长患者的总体生存期提供有效策略。MYC基因家族及其产物可调控细胞的生理活动,并且在大多数肿瘤的形成中起到重要作用。与对照组对比研究发现,前列腺癌的恶性进展与异常表达的MAD2L1基因密切相关［26]。最近,一项基因测序研究发现MYC基因的靶向基因MAD2L1可能与前列腺癌骨转移细胞休眠有联系,这可有助于发现其确切休眠机制［27]。

3 前列腺癌细胞的再激活与增殖

当定植休眠的肿瘤细胞被再度激活后就会不断增殖与浸润。有研究发现,前列腺肿瘤细胞微环境中细胞外基质促进血管的生成、破骨细胞导致的骨吸收以及肿瘤细胞免疫逃避状态的改变都可引起前列腺癌细胞的再激活［28]。Lawson等［29]发现骨微环境中的成骨细胞和破骨细胞有促进和解除肿瘤细胞休眠的能力。研究发现,持续的炎症诱导中性粒细胞形成细胞外诱捕网(NET),两种 NET 相关蛋白酶(中性粒细胞弹性蛋白酶和基质金属蛋白酶 9)可裂解层粘连蛋白。蛋白水解重塑后的层粘连蛋白通过激活整合素 α3β1信号传导诱导休眠前列腺癌细胞增殖［30]。

此外,BMP-7表达下调可导致PC-3细胞休眠受抑制。因此,破骨细胞活化、Gas6、BMP-7在调节肿瘤细胞休眠再活化中起到关键作用［24]。激活后的肿瘤细胞可因骨微环境的各种因子的刺激下进入增殖期,肿瘤向骨转移后破坏了成骨细胞和破骨细胞之间的稳态,尤其是成骨细胞的破坏,可形成以促进肿瘤细胞生长、持续破骨细胞生成和骨吸收方面的“恶性循环”。

4 肿瘤相关巨噬细胞

肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)是介导肿瘤微环境内细胞间通讯的重要组成部分［31]。已知存在两种类型的肿瘤相关巨噬细胞:M1肿瘤抑制巨噬细胞和M2肿瘤起始巨噬细胞,两种细胞在肿瘤进展及转移的各个步骤中起关键作用。M2巨噬细胞可通过分泌细胞因子促进肿瘤免疫抑制和血管生成,这两者都是前列腺癌进展的重要标志［32]。前列腺癌细胞分泌诸如CSF-1和CCL2的因子,其可促进单核细胞和巨噬细胞的聚集并极化驱动促炎或抗炎状态,进而分泌如表皮生长因子(EGF),血小板衍生的生长因子和VEGF,促进癌细胞增殖和肿瘤微环境的血管生成［33]。一项研究发现,前列腺癌组织中高表达的E3泛素连接酶F-box only蛋白22 (FBXO22)可通过刺激巨噬细胞M2极化促进前列腺癌细胞活性以及促进前列腺癌的骨转移［34]。同时,M2巨噬细胞可与前列腺癌细胞直接接触,激活Notch信号通路从而促进前列腺癌细胞的增殖与迁移［35]。最近,有研究人员在前列腺癌骨转移中发现一种癌细胞簇,其来源于DTCs与骨髓细胞之间的细胞融合,这种骨髓样肿瘤杂交细胞可诱导M2巨噬细胞在肿瘤微环境中富集,进而提高肿瘤细胞的免疫抑制能力,并且该癌细胞簇还可增强前列腺癌细胞EMT的发生［36]。

转移性肿瘤的发展和肿瘤的复发是由癌症干细胞(CSCs)驱动的［37]。前列腺癌干细胞(PCSCs)微环境中,TAMs作为其微环境的主要构成部分可通过分泌一些趋化因子从而介导前列腺癌的转移。例如,CC趋化因子配体2 (CCL2)在体内可促进前列腺癌异种移植物的生长和转移。Huang［38]团队发现了另一种CC趋化因子配体:CCL5,是一种比CCL2更丰富的趋化因子。CCL5由TAMs分泌并且通过激活β-catenin/STAT3信号通路促进PCSCs的自我更新和前列腺癌转移。TAMs衍生的其他趋化因子和细胞因子,如CCL-17和TGF-β也显著影响癌症进展的各个方面,包括免疫逃逸,肿瘤传播,远处植入和治疗抵抗［39]。

TAMs在前列腺癌进展中存在着双重作用,因此,靶向TAMs破坏免疫耐受的肿瘤免疫疗法具有一定的临床转化意义。目前关于TAMs治疗策略涉及以下3组:(1)消耗总TAMs数量。一项研究报告称,通过使用氯磷酸盐脂质体诱导巨噬细胞耗竭后,含有PC-3MM2细胞的小鼠淋巴结和骨转移的发生率下降。巨噬细胞延长了雄激素剥夺治疗期间的生存期［40]。(2)将M2样巨噬细胞转化为对肿瘤具有杀灭作用的M1样表型。另一项研究通过使用源自M1巨噬细胞的外泌体模拟纳米囊泡将M2巨噬细胞重新极化为 M1 巨噬细胞,并且向荷瘤小鼠体内注射这种纳米囊泡后,发现可抑制小鼠体内肿瘤生长［41]。(3)抑制TAMs与肿瘤细胞之间的相互作用。肿瘤细胞分泌各种趋化因子募集单核细胞浸润肿瘤组织,进一步促进其M2型极化。M2巨噬细胞可以加速肿瘤生长,促进肿瘤细胞侵袭和转移,并抑制免疫杀伤以促进肿瘤进展。目前的治疗策略侧重于减少肿瘤组织中的巨噬细胞浸润,并将TAMs重新极化为M1巨噬细胞以杀死肿瘤。