CXCL12/CXCR4生物轴与乳腺癌关系研究进展

余小芬 综述），雷双根 ，黄小陆 审校）

（1.南昌市第三医院a.肿瘤科；b.乳腺外科,南昌 330000；2.南昌大学第四附属医院肿瘤科,南昌 330006）

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，侵袭力强，易发生淋巴转移及复发，是导致女性癌症死亡的主要原因之一。据统计，全球每年约新增120～140万女性乳腺癌病例，每年约有50万患者死于该病［1］。近年来，研究乳腺癌生物学特性、侵袭及转移的机理，发现阻断肿瘤细胞生长、转移的靶点，成为当前研究的热点之一［2］。

趋化因子是一类具有趋化活性的分子质量为8～12 ku的细胞因子，含有4个保守的半胱氨酸，依据特征性保守半胱氨酸基序组成及排列分为CXC、CC、C和CX3C等4类亚族。趋化因子可选择性趋化和活化不同的细胞类型，参与多种病理生理过程，如细胞的生长、发育、分化、凋亡等，趋化吸引白细胞、调节其效应功能等参与免疫应答过程。目前大量研究表明，趋化因子CXCR12及其受体CXCR4信号通路在多种肿瘤的发生发展过程中发挥着重要而复杂的作用［3］。

1 CXCL12/CXCR4的生物学特性

CXCL12也称为基质细胞衍生因子-1（stromal cell derived factor-1，SDF-1），首先发现于小鼠骨髓基质细胞分泌的细胞因子中，广泛分布于免疫器官、脑、心、肝、肾和肺等组织，含有4个保守的半胱氨酸及N端含有2个半胱氨酸，为CXC家族趋化因子成员。CXCL12编码基因位于10q11.1，开放读码框为270 bp，编码89个氨基酸残基。CXCR4是CXCL12的特异性受体，是一个由352个氨基酸构成的7次跨膜G蛋白偶联受体，其编码基因位于人染色体2q21，其氨基酸序列高度保守，含α-螺旋跨膜7次、1个胞外N端、3个胞外环和胞内环及1个胞内C端，主要分布在淋巴组织、脑、脾、胃、小肠和胸腺等组织中，也存在于含乳腺肝细胞在内的干细胞中。

CXCL12与CXCR4具有高度的亲和力，能与CXCR4的N端结合，引发CXCR4的二聚作用，激活G蛋白，启动信号转导，参与多种病理与生理过程。近年来 CXCL12/CXCR4 生物轴的研究［4］表明，CXCL12/CXCR4轴的生物学功能主要包括以下几个方面:1）介导和调节免疫及炎症反应；2）调控造血干细胞迁移和归巢；3）与HIV感染有关；4）参与胚胎发育过程；5）参与恶性肿瘤的发生、发展及浸润转移。其中，CXCL12/CXCR4生物轴与恶性肿瘤关系的研究已日益受到重视。

恶性肿瘤细胞基本的生物学特性是增殖失控和分化异常，具有侵袭和转移能力，有研究［5］表明，恶性肿瘤的生长、侵袭及转移是一个复杂的，连续的涉及多阶段的过程，同时表现出高度的组织特异性、非随机性和器官选择性。CXCL12/CXCR4生物学轴能通过激活多种信号通路而介导肿瘤细胞的运动、趋化、黏附、分泌、血管生成、生长及增殖等生物学行为，在肿瘤的发生、发展、侵袭和转移过程中起着重要作用［6－7］。 目前已经发现 CXCR4 在 23 种不同类型肿瘤中均有表达，且和患者的预后有关。关于结直肠癌的研究发现，CXCR4高表达与肿瘤的复发、肝脏转移相关，且患者生存率也较低［8］。另外，在对卵巢癌、黑色素细胞瘤、前列腺癌、神经母细胞瘤等的研究中也发现类似结果［9］。

2 CXCL12/CXCR4生物轴在乳腺癌中的作用

近年来大量研究发现，趋化因子CXCL12与其受体CXCR4信号通路在乳腺癌生长及转移中发挥了重要作用，且与癌细胞的定向播散及器官特异性转移密切相关。

2.1 CXCL12/CXCR4生物轴与乳腺癌的发生、发展

CXCR4在正常乳腺上皮细胞中是低表达或缺失的，但是目前国内外大量临床研究发现，大多数乳腺癌组织中存在CXCR4的高表达，且其表达水平与病变程度相关。O.Salvucci等［10］利用组织学芯片技术分析正常乳腺组织、原位癌、浸润性癌CXCR4的表达，发现CXCR4在细胞核的阳性表达比例依次为20%、30%和60%，呈逐步上升的趋势。B.C.Schmid等［8］通过免疫组化方法，也发现CXCR4在正常乳腺组织、乳腺导管上皮增生、重度不典型增生、乳腺导管内癌、浸润性乳腺癌的组织中表达，且随病变恶性程度加重而增加。郭满盈等［11］采用免疫组化方法检测发现，乳腺癌组织中CXCR4表达率为62.2%，而乳腺纤维腺瘤组织中未发现CXCR4的表达。功能性阻断CXCR4或敲除CXCL12基因后，体外实验发现乳腺癌细胞株的侵袭和转移能力显著下降，且生长速度较低；同时体内实验发现不能在免疫缺陷小鼠皮下形成肿瘤［12］。 M.Z.Dewan 等［13］通过将低表达CXCR4的MCR-F细胞接种到SCID鼠，8～9周后仅在接种部位形成较小的肿瘤病灶，且未发生器官转移。然而，SCID鼠接种了高表达CXCR4的MDA-23细胞后，3周内形成了较大的肿瘤病灶，同时可见明显远处及内脏转移，进一步显示CXCR4表达与乳腺癌发生、发展密切相关。

在原位接种的乳腺癌模型中，研究发现CXCR4的表达在乳腺癌的生长过程中起关键作用。M.C.Smith等［14］采用RNA干扰的方法降低CXCR4在4T1小鼠乳腺癌细胞系中的表达，当将RNA干扰与正常的乳腺癌细胞接种到同源免疫活性的Bal b/c小鼠中时，发现RNA干扰的肿瘤生长缓慢。而稳定干扰的情况下甚至会出现肿瘤的退化或消失。N.Lapteva等［15］也证实在231细胞中对CXCR4的RNA干扰会导致细胞分裂减慢，甚至无法形成肿瘤。F.L.Muehlberg等［16］研究发现，脂肪组织衍生干细胞（adipose tissue-derived stem cells，ASCs） 明显增加 CXCR12 的自分泌和旁分泌，促进小鼠乳腺癌T41细胞的增殖及迁移，同时，敲除CXCR4基因能阻断ASCs促进肿瘤细胞生长和转移作用。

2.2 CXCL12/CXCR4生物轴与乳腺癌的转移

尽管早期发现和辅助治疗的应用使得乳腺癌患者生存率有所提高，但是转移仍然是乳腺癌主要的致死原因。

CXCR4在乳腺癌原发灶及远处转移灶均高度表达。临床研究证实，CXCR4表达水平与腋窝淋巴结和远处转移存在显著性相关。H.Yasuoka等［17］通过免疫组化方法，对113例原发性乳腺癌患者进行CXCR4表达水平检测，发现CXCR4高表达与区域淋巴结及远处转移呈正相关，而与总生存期呈负相关。陈智勇等［18］应用免疫组化检测发现，乳腺癌伴淋巴结转移组CXCR4的阳性表达率高于无淋巴结转移组；不同病理分型、不同临床分期乳腺癌中CXCR4的阳性表达率差异无统计学意义。基础研究发现，Slit蛋白及其Robo受体能够通过调节CXCL12/CXCR4生物轴参与乳腺癌细胞脑转移［19］。

2001 年，A.Muller等［20］首次研究了趋化因子在转移性乳腺癌中的功能，发现乳腺癌常转移至高表达CXCL12的部位（如淋巴结、骨髓、肺和肝脏等），而很少转移到低表达CXCL12的部位（如肾脏、皮肤、肌肉等）。乳腺癌转移的靶器官蛋白提取液对乳腺癌细胞有趋化活性，且CXCR4抗体能够特异性阻断这一趋化作用。因此，研究人员认为CXCR12/CXCR4能介导肿瘤细胞向特异性的部位“归巢”，即诱导肿瘤细胞器官特异性的转移。CXCL12/CXCR4生物轴介导乳腺癌细胞增生、浸润和侵袭转移的分子机制极为复杂。有研究发现，高侵袭性的乳腺癌中常表达功能性CXCR4受体，与CXCL12结合后可引起细胞内骨架蛋白纤维肌动蛋白束数量及厚度的增加、磷脂酰肌醇-3-激酶激活、钙流量的增加以及细胞伪足的形成，使高表达CXCR4的肿瘤细胞运动能力增强，从而诱导了细胞的趋化迁移，进而形成了肿瘤的特异性迁徙［21］。 Yin Y.等［22］在体外用激光共聚焦显微镜观察到，100 nmol·L-1的CXCL12可使乳腺癌细胞内的肌动蛋白显著增加，同时细胞形成明显的伪足，且呈现剂量依赖性诱导乳腺癌细胞定向迁移和侵袭，而CXCR拮抗剂可阻断该效应。研究发现，活化后的CXCR4受体能够选择性地调节促凋亡蛋白Bmf和抗凋亡蛋白Bcl-xL的功能和活性，降低乳腺癌细胞失巢凋亡的敏感性，从而阻断肿瘤的失巢凋亡，促进乳腺癌细胞的远处转移［23］。

2.3 CXCL12/CXCR4生物轴与乳腺癌的预后

近年来，临床研究表明CXCR4的表达与肿瘤细胞的恶性程度及预后相关。S.Hassan等［24］在2008年的乳腺癌会议上首次提出将磷酸化-CXCR4（phosphorylated-CXCR4，p-CXCR4）作为乳腺癌不良预后的指标。他们研究发现，高表达p-CXCR4的患者其死亡风险较高表达CXCR4患者增高约4倍，而高表达CXCR4的患者，如同时伴有CXCL12低表达和p-CXCR4的高表达，则更容易发生转移。N.T.Holm等［25］通过对54例局部进展期乳腺癌患者新辅助化疗后的研究发现，化疗后CXCR4的高表达预示着更差的生存时间。D.J.Hiller等［26］研究也发现类似结果，认为CXCR4的表达可以作为预测患者生存率的指标。杨永德等［27］通过对86例局部进展期乳腺癌趋化因子受体CXCR4的表达与新辅助化疗疗效的相关性及预后研究发现，新辅助化疗后，高表达CXCR4的患者其远期生存率明显低于低表达CXCR4患者，且复发和死亡的风险更大。

3 CXCL12/CXCR4与乳腺癌的治疗

CXCL12/CXCR4生物轴在调节乳腺癌细胞生长、增殖及转移中发挥关键作用，因此，阻断CXCL12/CXCR4生物轴则可能抑制乳腺癌的生长及转移，达到治疗的目的。近年来，阻断CXCL12/CXCR4生物轴的抗肿瘤药物研发备受人们关注。

有研究发现，AMD3l00、T140、TN14003 等 CXCR4小分子拮抗剂等能竞争性地参与CXCL12骨架蛋白的表达，从而抑制肌动蛋白的多聚化和解离，同时促使伪蛋白体的形成和抑制乳腺癌细胞在体外的迁移反应［28-29］。 Huang E.H 等［30］进行动物模型实验时发现，CXCL12类似物 CTCE-9908能抑制CXCL12/CXCR4生物轴的作用，抑制乳腺癌原发灶及转移灶的生长。J.R.Harvey等［31］应用肝素抑制CXCR4和SDF-1的相互作用而减少乳腺癌的肺转移。I.S.Zeelenberg 等［32］用 CXCL12 基因转染结肠癌细胞，在癌细胞内产生CXCL12融合蛋白，这样CXCL12在细胞内结合CXCR4，使之不能到达细胞表面，不表达CXCR4的癌细胞向肝、肺转移显著减少。这种在细胞内捕获趋化因子受体的方法为抗肿瘤转移提供了新的思路，改变癌细胞上CXCR4的表达水平，可以减少或抑制癌细胞的迁移。同时RNA干扰研究也发现，直接沉默CXCR4能够显著降低乳腺癌癌细胞的生长和增殖，甚至能够减少乳腺癌患者肺及骨的转移［33］。此外针对CXCR4表达调控的研究发现，NF-κB能够上调CXCR4的表达从而促进乳腺癌的生长及转移［34］。因此，抗NF-κB可能成为抑制乳腺癌转移的新手段。

4 结语

CXCL12及其受体CXCR4在乳腺癌的增殖和侵袭转移中发挥着重要的作用，乳腺癌细胞CXCR4表达水平的高低与肿瘤复发和转移密切相关，同时大量研究表明，阻断CXCL12/CXCR4生物轴活性能抑制乳腺癌细胞的生长及转移。因此，对CXCL12/CXCR4生物轴的研究将有助于乳腺癌的预后判断及指导临床治疗，为乳腺癌的靶向治疗提供新的思路和依据。

［1］Li J，Zhang B N，Fan J H，et al.A nation-wide multicenter 10-year（1999-2008）retrospective clinical epidemiological study of female breast cancer in China［J］.BMC Cancer，2011，11:364.

［2］Rose A A N，Siegel P M.Emerging therapeutic targets in breast cancer bone metastasis［J］.Future Oncology，2010，6（1）:55-74.

［3］Iwasa S，Yanagawa T，Fan J，et al.Expression of CXCR4 and its ligand SDF-1 in intestinal-type gastric cancer is associated with lymph node and liver metastasis［J］.Anticancer Res，2009，29（11）:4751-4758.

［4］Juarez J，Bendall L，Bradstock K.Chemokines and their receptors as therapeutic targets:the role of the SDF-1/CXCR4 axis［J］.Curr Pharm Des，2004，10（11）:1245-1259.

［5］Gassmann P，Haier J，Schluter K，et al.CXCR4 regulates the early extravasation of metastatic tumor cells in vivo［J］.Neoplasia,2009,11（7）:651-661.

［6］Barbolina M V，Kim M，Liu Y，et al.Microenvironmental regulation of chemokine（CXC-motif）receptor 4 in ovarian carc-inoma［J］.Molecular Cancer Research，2010，8（5）:653.

［7］蒋玉萍，吴小华.趋化因子CXCL12及其受体与肿瘤转移的关系［J］.癌症，2007，26（2）:220－224.

［8］Schmid B C，Rudas M，Rezniczek G A，et al.CXCR4 is expressed in ductal carcinoma in situ of the breast and in atypical ductal hyperplasia［J］.Breast Cancer Res Treat，2004，84（3）:247-250.

［9］Burger J A，Kipps T J.CXCR4:a key receptor in the crosstalk between tumor cells and their microenvironment［J］.Blood，2006，107（5）:1761-1767.

［10］Salvucci O，Bouchard A，Baccarelli A，et al.The role of CXCR4 receptor expression in breast cancer:a large tissue microarray study［J］.Breast Cancer Res Treat，2006，97（3）:275-283.

［11］郭满盈，陈扬，王栋，等.乳腺癌患者外周血中趋化因子及其受体的研究［J］.国际检验医学杂志，2010，31（1）:54-55.

［12］Kang H，Mansel R E，Jiang W G.Genetic manipulation of stromal cell-derived factor-1 attests the pivotal role of the autocrine SDF-1-CXCR4 pathway in the aggressiveness of breast cancer cells［J］.Int J Oncol，2005，26（5）:1429-1434.

［13］Dewan M Z，Ahmed S，Iwasaki Y，et al.Stromal cellderived factor-1 and CXCR4 receptor interaction in tumor growth and metastasis of breast cancer［J］.Biomed Pharmacother，2006，60（6）:273-276.

［14］Smith M C，Luker K E，Garbow J R，et al.CXCR4 regulates growth of both primary and metastatic breast cancer［J］.Cancer Res，2004，64（23）:8604-8612.

［15］Lapteva N，Yang A G，Sanders D E，et al.CXCR4 knockdown by small interfering RNA abrogates breast tumor growth in vivo［J］.Cancer Gene Ther，2005，12（1）:84-89.

［16］Muehlberg F L，Song Y H，Krohn A，et al.Tissue-resident stem cells promote breast cancer growth and metastasis［J］.Carcinogenesis，2009，30（4）:589-597.

［17］Yasuoka H，Tsujimoto M，Yoshidome K，et al.Cytoplasmic CXCR4 expression in breast cancer:induction by nitric oxide and correlation with lymph node metastasis and poor prognosis［J］.BMC Cancer，2008，8:340.

［18］陈智勇，陈文有，杨爱国，等.乳腺癌CXCR4的表达与淋巴结转移及预后的关系［J］.福建医药杂志，2009，31（3）:104-105.

［19］Schmid B C，Rezniczek G A，Fabjani G，et al.The neuronal guidance cue Slit2 induces targeted migration and may play a role in brain metastasis of breast cancer cells［J］.Breast Cancer Res Treat，2007，106（3）:333-342.

［20］Muller A，Homey B，Soto H，et al.Involvement of chemokine receptors in breast cancer metastasis［J］.Nature，2001，410（6824）:50-56.

［21］Balkwill F.The significance of cancer cell expression of the chemokine receptor CXCR4［J］.Semin Cancer Biol，2004，14（3）:171-179.

［22］Yin Y，Huang L，Zhao X，et al.AMD3100 mobilizes endothelial progenitor cells in mice，but inhibits its biologicalfunctionsby blocking an autocrine/paracrine regulatory loop of stromal cell derived factor-1 in vitro［J］.J Cardiovasc Pharmacol，2007，50（1）:61-67.

［23］Kochetkova M，Kumar S，McColl S R.Chemokine receptors CXCR4 and CCR7 promote metastasis by preventing anoikis in cancer cells ［J］.Cell Death Differ，2009，16（5）:664-673.

［24］Hassan S，Ferrario C，Saragovi U，et al.The influence of tumor-host interactions in the stromal cell-derived factor-1/CXCR4 ligand/receptor axis in determining meta-static risk in breast cancer ［J］.Am J Pathol，2009，175（1）:66-73.

［25］Holm N T，Abreo F，Johnson L W，et al.Elevated chemokine receptor CXCR4 expression in primary tumors following neoadjuvant chemotherapy predicts poor outcomes for patients with locally advanced breast cancer （LABC）［J］.Breast Cancer Res Treat，2009，113（2）:293-299.

［26］Hiller D J，Li B D，Chu Q D.CXCR4 as a predictive marker for locally advanced breast cancer post-neoadjuvant therapy［J］.J Surg Res，2011，166（1）:14-18.

［27］杨永德，印国兵，曾晓华.局部进展期乳腺癌趋化因子受体CXCR4的表达与新辅助化疗疗效的相关性及预后研究［J］.中国癌症杂志，2010，6（21）:446-451.

［28］Hatse S，Princen K，Bridger G，et al.Chemokine receptor inhibition by AMD3100 is strictly confined to CXCR4［J］.FEBS Lett，2002，527（1/3）:255-262.

［29］Liang Z，Yoon Y，Votaw J，et al.Silencing of CXCR4 blocks breast cancer metastasis［J］.Cancer Res，2005，65（3）:967-971.

［30］Huang E H，Singh B，Cristofanilli M，et al.A CXCR4 antagonist CTCE-9908 inhibits primary tumor growth and metastasis of breast cancer［J］.J Surg Res，2009，155（2）:231-236.

［31］Harvey J R，Mellor P，Eldaly H，et al.Inhibition of CXCR4-mediated breast cancer metastasis:a potential role for heparinoids［J］.Clin Cancer Res，2007，13（5）:1562-1570.

［32］Zeelenberg I S，Ruuls Van Stalle L，Roos E.The chemokine receptor CXCR4 is required for outgrowth of colon carcinoma micrometastases［J］.Cancer Res， 2003，63（13）:3833-3839.

［33］Tavazoie S F，Alarcon C，Oskarsson T，et al.Endogenous human micro RNAs that suppress breast cancer metastasis［J］.Nature，2008，451（7175）:147-152.

［34］Maroni P，Bendinelli P，Matteucci E，et al.HGF induces CXCR4 and CXCL12-mediated tumor invasion through Ets1andNF-kappaB［J］.Carcinogenesis，2007，28（2）:267-279.