CXCL12/CXCR4在乳腺癌转移中的研究进展

吉 茹 综述，刘易欣 审校

（天津医科大学病理学教研室，天津 300070）

恶性肿瘤的转移机制一直是癌症诊治研究领域中的重要课题，1987年第一个趋化因子IL-8被正式命名后，趋化因子成为了国内外医学生物学研究的热点之一。根据其特征性保守Cys基序的组成与排列差异分为CXC、CC、C、CX3C 4类60余种。一般认为CXC族趋化因子主要作用于中性粒细胞，而C、CC和CX3C族趋化因子则主要作用于单核/巨噬细胞及淋巴细胞[1]。趋化因子通过作用于趋化因子受体参与多种生理和病理过程，如介导免疫及炎性反应；调控造血干细胞迁移及归巢；介导HIV感染；参与胚胎发育过程；恶性肿瘤的生长、浸润、转移等。近年来提出了CXCL12/CXCR4生物学轴(CXCL12/CXCR4biological axis)的概念。不少研究指出,CXCL12/ CXCR4生物学轴在多种肿瘤的生长、播散、器官特异性转移及肿瘤免疫抑制中发挥着重要的作用[2-3]。现就CXCL12及其受体CXCR4在乳腺癌转移中的研究现状做一综述。

1 CXCL12/CXCR4的结构及生物学功能

CXCL12是通过表达克隆的方法分离到的cDNA，长1776bp，3′端1451bp的非编码序列内有多个在调节细胞因子基因表达中起重要作用的富含A+U的序列，编码区仅含有1个267bp的核苷酸序列的开放读框，编码89个氨基酸多肽，根据其氨基酸序列含有4个半胱氨酸及N端含2个半胱氨酸被1个其他氨基酸隔开，将其归为趋化因子CXC亚家族，命名为CXCL12[4]。

CXCR4最初是用IL-8R基因探针从人血单核细胞基因库中分离提纯出的一个具有7个跨膜G蛋白偶联的受体，被称为白细胞表达的七次跨膜受体（Leukocyte expressed seven-transmemberance domain receptor，LESTR），与IL-8R有32%同源性。此外，因其配体CXCL12为CXC家族成员，故按CXC受体编号命名为CXCR4。

CXCL12是目前已知唯一能与CXCR4结合并能激活它的天然趋化因子，3′端的非编码序列内有多个在调节细胞因子基因表达中起重要作用的开放读框，需与CXCR4的N端结合并与CXCR4的第二胞外环相互作用后才能启动下游信号转导通路[5]。趋化因子受体的主要作用是通过与G蛋白偶联受体结合引导淋巴细胞进入炎症灶从而引发宿主防御反应。炎症因子、生长因子及一些病理性的有害刺激可诱导趋化因子的产生。但是近几年的研究发现其作用与病毒感染，肿瘤的发生与转移等过程有关。

2 CXCL12/CXCR4轴与乳腺癌转移的关系

肿瘤转移是一个严密的、非随机的、器官选择性的过程。人乳腺癌细胞系和乳腺癌原发灶及转移灶都高表达趋化因子受体CXCR4，而在乳腺癌最常见的转移部位如淋巴结、肺、肝、骨等器官则高水平地表达其配体CXCL12[6]，研究发现乳腺癌一般不转移到CXCL12含量低的器官如肾脏中。Salvucci等[7]利用组织芯片技术对1808例侵袭性乳腺癌和214例原位癌分析后发现，从正常乳腺组织到导管原位癌再到浸润性癌，CXCR4在细胞核的阳性表达比例依次为20%、30%和67%，呈逐步上升的趋势，显示CXCR4与乳腺癌的发生、发展密切相关。而功能性阻断这一受体或敲除CXCL12基因后，不仅在体外实验中乳腺癌细胞株的侵袭能力和转移能力显著下降、生长速度较低，而且体内试验中发现免疫缺陷小鼠不能在皮下形成肿瘤[8]。上述研究提示对诱发乳腺癌细胞的增殖分化和侵袭转移来说，CXCL12/CXCR4有着极为重要的作用。

CXCL12/CXCR4与肿瘤细胞迁移侵袭等有关，可能的原因是趋化性细胞因子通过与乳腺癌细胞膜上特定的趋化性细胞因子受体结合,激发了细胞内信号转导，导致下游效应分子的聚集，使细胞内骨架蛋白重排，从而诱导了细胞的趋化迁移，进而形成了肿瘤侵袭的特性[9-10]。体外实验用激光共聚焦显微镜观察到，100nmol/L的CXCL12可使乳腺癌细胞内的F2肌动蛋白显著增加2倍左右，细胞形成明显的伪足，并呈现剂量依赖性诱导乳腺癌细胞定向迁移和侵袭，而CXCR4的拮抗剂可以阻断这一效应[11]。Murphy[12]则认为首先癌变的乳腺上皮细胞克隆增殖，侵入局部组织，诱导血管生成，同时在其表面表达CXCR4，继之癌细胞与原发瘤分离，穿过淋巴管壁和血管壁，进人循环系统，定植于能产生高水平CXCL12的器官的血管床，CXCL12与CXCR4结合，导致肿瘤细胞进人正常组织，促进细胞增生和新生血管生成，形成转移瘤。

3 CXCL12/CXCR4介导转移的信号通路

尽管目前对趋化运动有了一定程度的了解，但其精确机制尚不甚清楚。CXCL12与CXCR4结合，激活了CXCR4受体偶联的G蛋白，通过激活磷脂酰激醇-3激酶(PI3)，丝裂原结合蛋白酶(MAPK)和转录因子NF-κB，即CXCL12/CXCR4-PI3-MAPK-NF-κB信号通路[13]，具体如下：(l)CXCL12刺激可使PI-3激酶P85亚单位及PLC-γ酪氨酸磷酸化，PLC-γ可激活PKC，PKC进一步激化一系列局部粘附蛋白，从而介导细胞迁移。CXCL12诱导的细胞趋化可被PI-3激酶抑制剂 wortmannin和 PKC抑制剂GF109203X所阻断。(2)CXCL12刺激引起核转录因子NF-κB活化，支持CXCL12/CXCR4在细胞增殖及维持生存中发挥作用。(3)CXCL12刺激还经MEK激活P44/42ERK，但不能激活P38或JNK MAPK。考虑MEK可能在CXCL12/CXCR4诱导的细胞内信号转导中起调节作用。

4 CXCL12/CXCR4轴的调节

CXCR4表达的调节涉及很多因素，对于这些影响因素的调节也可以对CXCL12/CXCR4介导的乳腺癌转移达到有效的控制。（1）研究发现低氧诱导因子HIF-1a能上调CXCR4的表达[14]。分子水平的研究发现内皮细胞中HIF-1a可以上调SDF-1/CXCL12的表达，支持这一理论的依据为：在SDF-1的启动序列中发现了HIF-1a的结合位点，并利用染色质免疫沉淀法检测到HIF-1a与该位点结合。HIF-1a在低氧或组织损伤的情况下可导致CXCL12的表达增强[15]。（2）VEGF-C诱导肿瘤淋巴管生成及肿瘤淋巴转移已成为不争的事实，但VEGF-C通过何种机制促进肿瘤细胞转移,特别是某些肿瘤的器官特异性转移目前仍不清楚。有学者通过实验研究发现, VEGF-C可以通过自分泌的方式诱导CXCR4的表达,驱使肿瘤细胞“归巢”至靶器官淋巴结，引发淋巴转移[16]。有报道采用反义技术或RNA干扰技术可以阻断VEGF-C或CXCR4的表达,抑制肿瘤的生物学恶性表型[11]。（3）有研究发现雌二醇和CXCL12之间有相互协同的作用。在对雌二醇受体阳性的乳腺癌的观察中发现，雌二醇可以上调CXCR4的表达，而应用CXCL12的抗体也可以中和雌二醇的促有丝分裂的作用[17]。（4）核因子受体κB(NF-κB)通过直接上调CXCR4的表达而调整乳腺癌细胞的活性，NF-kB抑制剂使CXCR4的表达降低而失去CXCL12介导的转移能力，将CXCR4cDNA导入表达N F-kB的乳腺癌细胞将会重启CXCL12介导的转移[18]。此外，CXCR4可以被血浆及造血微环境中的某些蛋白酶所调解。例如组织蛋白酶G、弹性蛋白酶、二肽基肽酶可以降解CXCR4,而基质金属蛋白酶（MMP）降解周围的基质，有利于CXCR4穿透基底膜进入血液循环播散到远隔器官。

5 SDF-1/CXCR4轴与肿瘤治疗

CXCL12-CXCR4轴在乳腺癌器官特异性转移中的作用为近几年研究的热点，最新的研究结果发现该轴不仅在乳腺癌的发展、转移中发挥重要作用，而且在乳腺非典型增生向乳腺癌的转化过程中也发挥作用。有研究者据此将其作为乳腺癌辅助治疗新药研发的靶点。在小鼠实验中利用CXCR4抗体的中和作用可以抑制乳腺癌肺转移，在体外实验中发现T140类似物能抑制CXCL12诱导乳腺癌细胞的迁移，且其抑制作用呈剂量依赖性。对MDA-MB-231小鼠应用T140类似物治疗也发现其能显著降低乳腺癌的肺转移。此实验证明CXCR4的对抗物如T140类似物对抑制乳腺癌转移有重要的作用[19]。尽管CXCR4对抗物在抑制转移中的作用十分明显，但是CXCR4在胚胎发育、人体正常细胞归巢和炎症反应中都发挥十分重要的作用，在抑制CXCL12/CXCR4轴对调整肿瘤的转移和生长具有积极的作用的同时也因为抑制淋巴细胞的归巢和干扰造血过程而对免疫应答具有消极作用[20]。

Duffy抗原是红细胞膜上能够结合CXC族和CC族趋化因子的杂合性受体，也称Duffy抗原趋化因子受体(DARC)。已有研究证实多种肿瘤中都表达DARC，如红白血病、恶性胶质瘤、血管肉瘤等，在以人乳腺癌细胞MDA-MB435为对象进行的研究中，已从基因和蛋白质水平上证实人乳腺癌细胞也表达DARC，且其表达水平与瘤内血管生成、淋巴结转移状态及肿瘤远处转移呈负相关，与患者的存活时间呈正相关，并且在具有肺高转移潜能的癌细胞中DARC表达降低[21]。Addison等[22]用ELISA方法对肺癌进行的研究表明，将DARC阴性非小细胞肺癌A549细胞转染DARC后，上清液中的CXC族趋化因子CXCL8和CXCL15均较对照组显著降低。刘小丰等[23]的研究结果进一步表明，淋巴结转移阳性组DARC的表达明显低于淋巴结转移阴性组，提示DARC可能是人乳腺癌的一种负性调控因子。因此，DARC有望成为乳腺癌等实体肿瘤抗血管生成治疗的新靶点。另外，放射性核素、细胞毒素等多种手段对高表达CXCR4的肿瘤的分子靶向治疗正在研究中，一些抑制CXCR4基因活化的小分子化合物、核酶、干扰素、反义核酸等也有望成为针对CXCL12/ CXCR4生物学轴的抗肿瘤新药。

6 展望

尽管有关CXCL12/CXCR4的生物学作用在乳腺癌、肺癌、胃肠道肿瘤中得到了有力的证实，但其生物学功能、分子机制及其与其他细胞因子之间的相互作用机制仍未完全明了。CXCL12/CXCR4在肿瘤侵袭、转移中的生物学过程如何进行，表达如何调节等问题仍有待进一步的研究证实。此外，检测肿瘤患者外周血中相关趋化因子的变化，筛选预测肿瘤转移的早期诊断指标，对肿瘤转移防治具有重要的意义。

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