骨肉瘤相关信号通路的研究进展

王显阳常君丽，2施杞，2王拥军，2杨燕萍，2

作者单位：200032 上海1上海中医药大学附属龙华医院；2上海中医药大学脊柱病研究所

综述

骨肉瘤相关信号通路的研究进展

王显阳1常君丽1，2施杞1，2王拥军1，2杨燕萍1，2

作者单位：200032 上海1上海中医药大学附属龙华医院；2上海中医药大学脊柱病研究所

骨肉瘤是骨骼系统常见的恶性肿瘤，转移率高，肺是骨肉瘤转移的主要靶器官，临床上由于缺乏特异性，常在疾病晚期才得到确诊。近年来骨肉瘤及其肺转移相关信号通路的作用已为人们所重视，分子遗传学及细胞遗传学技术的发展为探求骨肉瘤发生、发展的机制提供了新的研究方向。本文主要介绍参与骨肉瘤及骨肉瘤肺转移的信号通路及其与骨肉瘤的关系。

骨肿瘤；信号通路；Notch；Wnt/β-catenin；MAPK；肺转移

骨肉瘤又称成骨肉瘤，是临床最常见的恶性成骨性肿瘤之一，也是最常见于骨组织的原发性恶性肿瘤。在原发性骨肿瘤中骨肉瘤的发病率仅次于浆细胞骨髓瘤而居第二位，其特点是肿瘤细胞产生骨样基质，存在多种亚型和继发性骨肉瘤。该肿瘤常形成梭形瘤体，可累及骨膜、骨皮质及髓质，病灶切面呈鱼肉状、棕红或灰白色。骨肉瘤占所有原发性恶性骨肉瘤的1/3～1/4，极易侵及生长迅速的骨干骺端。股骨远端及胫骨、肱骨的近端是最常见发病部位。临床上外科手术加辅助放化疗已成为骨肉瘤治疗的标准模式。骨肉瘤一经诊断成立，若有截肢手术的指征即行手术切除，但术后功能恢复差、致残率高，5年生存率仅为20%。骨肉瘤转移率高，80%～90%的患者死于肺转移。根据肿瘤发生部位可分为两大类，即中央性骨肉瘤和周围性骨肉瘤；根据病因可分为原发性骨肉瘤和继发性骨肉瘤。至今骨肉瘤的病因和机制不明，发病因素十分复杂，但其发生和转移与肿瘤细胞所处的内外环境有密切的联系。近年来信号传导通路在骨肉瘤病因学中的作用不断得到阐明。

1 Notch信号通路

研究表明N ot ch信号通路是骨肉瘤侵袭的启动因素。在具有高度转移能力的骨肉瘤细胞系中，N ot ch 1和N ot ch2受体的下游基因H e s1的表达上调。D ai l ey等［1］认为在多种人类癌症中，N ot ch信号通路和H e s1的表达与肿瘤的生长和存活有关，并且有助于人骨肉瘤细胞的转移和侵袭。研究显示N ot ch信号通路的激活可能有助于骨肉瘤的发生。

T ana k a等［2］认为N ot ch信号通路通过调节细胞周期调节因子低表达抑制骨肉瘤的生长，并认为N ot ch信号通路的失活可能是一种治疗骨肉瘤行之有效的方法。以γ-分泌酶抑制剂处理异种移植瘤模型能显著减缓骨肉瘤的生长。通过细胞周期分析显示γ-分泌酶抑制剂促进细胞G1期的阻滞。M u等［3］认为N ot ch基因的表达上调包括下游的目的基因H e s1和St a t3，相比转移性较弱的骨肉瘤K12细胞，K7M2细胞中的N ot ch信号通路更活跃。K7M2细胞乙醛脱氢酶（AL D H）的活性随着N ot ch的抑制而降低，这表明AL D H的活性可能由N ot ch信号通路途径部分调控。N ot ch信号通路与细胞抗氧化抵抗能力、迁移、侵袭及血管内皮生长因子的表达有关，但N ot ch信号通路途径的抑制并没有显著改变K7M2细胞的增殖。L i等［4］通过实验发现在大部分骨肉瘤细胞株中能够检测到 N ot ch 1、N ot ch 2、N ot ch 3、D LL1、J A G1及J A G2的表达。骨形态发生蛋白-9（BM P-9）能促进骨肉瘤细胞的增殖和肿瘤的生长，至少部分是由N ot ch信号通路所调控，这表明骨肉瘤成瘤过程中骨形态发生蛋白家族可能作为N ot ch信号通路上游的调控器。在人类多种细胞中mi RN A对细胞的生长和分化起重要作用。实验结果表明在骨肉瘤N ot ch信号通路中mi R-199b-5p发挥重要作用［5］。通过D ia ll y ltr i s u lf i d e干预骨肉瘤细胞株，发现其可抑制细胞存活、侵袭和血管形成的能力。实验检测发现N ot ch1及其下游基因，如血管内皮生长因子（V E G F）及基质金属蛋白酶（MM P）的表达均下调，而mi R-34a、mi R-143、mi R-145及mi R-200b/c则呈高表达［6］。

2 W nt/β-catenin信号通路

W n t家族分泌的信号分子已被广泛研究，发现其对于控制胚胎骨骼发育、骨量和出生后骨再生起到关键作用，骨的发展及重塑是终身的过程。已知W n t信号通路的作用是其对成骨细胞分化的影响。大量实验研究显示W n t信号通路途径与原发性骨肿瘤及继发性骨肿瘤均有密切联系［7，8］。

与正常人成骨细胞比较，W n t信号通路信号抑制因子-1（W I F-1）的m RN A及蛋白表达水平在人骨肉瘤细胞株中的表达显著降低，W I F-1m RN A的表达降低与其启动子甲基化相关。W I F-1的沉默化是通过甲基化和W n t信号通路激活的作用，这些都已经在许多癌症中得到证实，例如鼻咽癌、肺癌、间皮瘤、乳腺癌和胃癌等。骨肉瘤细胞体外实验显示，W I F-1能够抑制β-ca t enin和骨肉瘤细胞的生长并且诱导初级成骨细胞分化［9，10］。在人骨肉瘤中，Wnt信号辅助受体低密度脂蛋白受体相关蛋白5（LRP5）作为候选标志物在骨肉瘤进展中表达。在细胞核中，β-catenin形成一系列的淋巴细胞增强因子-T细胞因子家族激活很多致癌因子，例如c-myc、细胞周期蛋白D1（cyclin D1）、MMP、c-met等［11］。Lv等［12］发现BMP-9的表达可降低β-catenin mRNA和蛋白的表达水平，并且还下调其下游蛋白的c-myc和骨保护素（OPG）和抑制糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β）在骨肉瘤细胞中的磷酸化水平，表明BMP-9通过Wnt/ β-catenin调控骨肉瘤细胞。研究表明TIKI家族对Wnt/ β-catenin信号通路起到负调控作用。TIKI 2的表达导致Wnt/β-catenin信号通路受到抑制，从而抑制骨肉瘤细胞的增殖、克隆形成能力及浸润能力。Logan等［13］发现Wnt信号通路途径是通过β-catenin非依赖性途径起作用，即所谓非经典的Wnt途径（包括Wnt/Ca2和Wnt/JNK通路）。Brun等［14］认为FHL2作为一种致癌基因存在于骨肉瘤细胞中，并通过Wnt信号通路促进肿瘤形成。更重要的是，FHL2大大降低了肿瘤细胞生长和转移的损耗，这同时表明升高FHL2可以有效影响原发性骨肿瘤的潜在疗效。从胚胎发育到成熟组织稳态，经典Wnt/βcatenin信号通路调控多种细胞过程，包括细胞增殖、细胞存活和在众多发育阶段分化的Wnt拮抗剂DKK-3，可能抑制骨肉瘤的发展及肺转移。DKK-3能够通过调节Wnt/β-catenin抑制骨肉瘤细胞的侵袭和转移能力。在骨肉瘤细胞中DKK-3下调Wnt/β-catenin从而抑制下游淋巴增强因子/TCF的激活［15］。Dieudonné等［16］发现在骨肉瘤细胞中使用Wnt信号抑制剂sFRP-1可增加蛋白多糖-2的表达，Wnt/β-catenin和Wnt/RhoA信号通路可导致蛋白多糖-2的表达降低。

3 MAPK信号通路

丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）是具有第二功能的重要介质，介导细胞脯氨酸定向的丝氨酸-苏氨酸激酶细胞外刺激。ERKs是通过各种生长因子激活的典型。p38 MAPK和氨基末端激酶（c-Jun）的成员在强烈应激刺激后被激活，从而促炎性细胞因子，所以被命名为应激活化蛋白激酶（SAPKs）。Tingting等［17］发现三氧化二砷通过MAPK信号通路抑制骨肉瘤的侵袭性。三氧化二砷对MAPK家族磷酸化的ERK1/ERK2和MEK均有抑制作用。实验证明三氧化二砷对HOS和MNNG两种细胞侵袭能力的抑制，可能至少部分是由MAPK信号途径的失活而引起。Zhang等［18］发现过表达的KiSS1基因不但可抑制骨肉瘤细胞的增殖和侵袭，并且降低了p38 MAPK及MMP-9的表达。KiSS1可能与骨肉瘤的远处转移有关，在骨肉瘤细胞中KiSS1可能通过抑制MAPK途径从而起到抑制肿瘤的作用。Shimo等［19］认为骨肉瘤细胞分化是由ERK及p38 MAPK途径与MEK/ERK途径之间的负反馈平衡调控骨肉瘤细胞的分化，其中p38 MAPK途径起到积极的平衡调控作用。Wu等［20］发现在骨肉瘤MG-63细胞中Eag过表达。p38MAPK抑制剂SB203580或s i RN A抑制骨肉瘤细胞M G-63的增殖。激活后的p38MA P K受到S B203580或s i RN A抑制，减少E ag蛋白的表达，但增加了p53蛋白的表达水平。E ag通路作为致癌基因促进人骨肉瘤细胞的增殖，在骨肉瘤中E ag的高表达是由p38MAK P/p53途径调节。

4 骨肉瘤肺转移相关的信号通路

多数骨肉瘤肺转移患者长时间内几乎没有症状。由于肺转移瘤多位于胸膜下和肺外围，因此由肿瘤直接侵犯支气管而引起的症状相对罕见。更多情况下，患者的症状来自于气胸、胸腔积液或胸膜炎性胸痛等。近年来骨肉瘤肺转移相关信号通路的实验研究已取得相关进展。

Fas途径在骨肉瘤肺转移过程中起重要作用。肺属于在人体内组成表达Fas配体（FasL）的少数器官。当肿瘤细胞表面表达的Fas受体转移到肺，Fas与FasL结合并在肺内环境中表达。同时也观察到在病人和动物模型骨肉瘤肺转移中，Fas的表达水平在治疗后均有所升高。这也提示Fas基因存在于骨肉瘤细胞中，但Fas基因在骨肉瘤转移灶中的表达被抑制可能通过化疗使其激活［21，22］。Tanaka等［23］发现小鼠骨肉瘤细胞LM8大量分泌VEGF，使用VEGF小分子抑制剂酪氨酸激酶可以降低血管屏障及小鼠骨肉瘤细胞LM8跨内皮迁移的破坏，从而减少肺转移的发生率及控制发生肺转移后肿瘤的大小。Huang等［24］认为T细胞进行遗传修饰表达一种识别肿瘤相关抗原的嵌合抗原受体（CAR），该受体在临床试验中的造血系统恶性肿瘤中具有活性，但需要在肿瘤细胞识别上具有特定的受体。目前的研究中，白细胞介素11受体α（IL-11Rα）在不同人的骨肉瘤细胞系及骨肉瘤肺转移的细胞系中选择性地表达，这表明IL-11Rα可能是一种T细胞疗法新的特异性靶点。透明质酸（HA）在多种恶性肿瘤成瘤过程中起重要作用。羟甲香豆素（MU）是一种透明质酸合成抑制剂。Arai等［25］发现在骨肉瘤细胞中MU可抑制HA在肿瘤中的保留，并抑制骨肉瘤相关基质的形成，从而在降低成瘤性的同时也降低骨肉瘤肺转移的成瘤性。在四肢骨肉瘤中Ki-67抗原为细胞增殖标志物。Liu等［26］研究显示脂肪酸合成酶与Ki-67蛋白的表达水平呈正相关关系，因此认为脂肪酸合成酶可能参与了骨肉瘤的转移过程。Sabile等［27］发现细胞外基质蛋白Cyr61在骨肉瘤小鼠模型中作为促进骨肉瘤恶化的蛋白，同时也是判断人骨肉瘤潜在恶化程度的蛋白。在骨肉瘤中Caprin-1可能具有促进其转移的作用，并且通过激活Akt和ERK1/2途径抑制细胞凋亡，也说明在骨肉瘤转移、发展的过程中Caprin-1起重要作用。

至今，有关骨肉瘤相关信号传导通路的研究已取得较大进展，但骨肉瘤转移的机制仍未完全阐明。包括经典的Wnt、p53基因、MAPK等信号蛋白的作用逐步被发现，人们越来越重视信号传导在骨肉瘤诊断、治疗和预后评估方面的潜在价值。骨肉瘤转移过程中某些分子生物学的改变可能和化疗抵抗有关，针对这些分子生物学改变有可能提高治疗骨肉瘤的疗效。基于以往研究结果将为进一步探究骨肉瘤的发生、发展及转移的生物学研究提供新的线索。

［1］ D ai l ey DD，A n f in s en K P，Pf a ff LE，e t a l.HE S1，a t a r ge t of N ot ch s igna l ing，i s e l e v a t e d in canine ost e os a r c o ma，b u t r e d uce d in t he m ost agg r e ss i v e t um ors［J］.BMC V e t R e s，2013，9（1）：130.

［2］ T ana k a M，S e to guchi T，H i rots u M，e t a l.I nhi b i t i o n of N ot ch pa t h w ay p r e v en ts ost e os a r c o ma g rowt h b y ce ll cyc l e r egu l a t i o n［J］.B r J C ance r，2009，100（12）：1957-1965.

［3］ M u X，I s aac C，G r ec o N，e t a l.N ot ch s igna l ing i s a sso cia t e d w i t h AL D H ac t i v i t y an d an agg r e ss i v eme t a st a t ic phen ot ype in mu r ine ost e os a r c o ma ce lls［J］.F ro n t O nc ol，2013，3：143.

［4］ L i R，Z hang W，C ui J，e t a l.T a r ge t ing BM P9-p ro m ot e d human ost e os a r c o ma g rowt h b y inac t i v a t i o n of n ot ch s igna l ing［J］.C u rr C ance r D r ug T a r ge ts，2014，14（3）：274-285.

［5］ Wo n K Y，K im Y W，K im H S，e t a l.M ic ro RN A-199b-5p i s in volv e d in t he N ot ch s igna l ing pa t h w ay in ost e os a r c o ma［J］.H um P a t h ol，2013，44（8）：1648-1655.

［6］ L i Y，Z hang J，Z hang L，e t a l.D ia ll y l tr i s u lf i d e inhi b i ts p rol i f e r a t i o n，in v a s i o n an d angi o gene s i s of ost e os a r c o ma ce lls b y sw i t ching o n s upp r e ssor mic ro RN A s an d inac t i v a t ing of N ot ch-1 s igna l ing［J］.C a rcin o gene s i s，2013，34（7）：1601-1610.

［7］ C ai Y，C ai T，C hen Y.W n t pa t h w ay in ost e os a r c o ma，fro m o nc o genic to t he r apeu t ic［J］.J C e ll B i o chem，2014，115（4）：625-631.

［8］ W ang Y，L i Y P，P au lso n C，e t a l.W n t an d t he W n t s igna l ing pa t h w ay in bo ne d e v e lo pmen t an d d i s ea s e［J］.F ro n t B i os ci，2014，19：379-407.

［9］ K an s a r a M，T s ang M，K od j a b achian L，e t a l.W n t inhi b i tor y f ac tor 1 i s epigene t ica ll y s i l ence d in human ost e os a r c o ma，an d t a r ge t e d d i sr up t i o n acce l e r a t e s ost e os a r c o magene s i s in mice［J］.J C l in I n v e st，2009，119（4）：837-851.

［10］L in Y C，Y o u L，X u Z，e t a l.W n t s igna l ing ac t i v a t i o n an d W I F-1 s il encing in na so pha r yngea l cance r ce ll l ine s［J］.B i o chem B i o phy s R e s C o mmun，2006，341（2）：635-640.

［11］R u b in EM，Gu o Y，T u K，e t a l.W n t inhi b i tor y f ac tor 1 d ec r ea s e s t um or igene s i s an d me t a st a s i s in ost e os a r c o ma［J］.M ol C ance r T he r，2010，9（3）：731-741.

［12］L v Z，W ang C，Yuan T，e t a l.B o nem or ph o gene t ic p rot ein 9 r egu l a t e s t um or g rowt h of ost e os a r c o ma ce lls t h ro ugh t he W n t/β-ca t enin pa t h w ay［J］.O nc ol R ep，2014，31（2）：989-994.

［13］L o gan C Y，N u ss e R.T he W n t s igna l ing pa t h w ay in d e v e lo pmen t an d d i s ea s e［J］.A nnu R e v C e ll D e v B i ol，2004，20：781-810.

［14］B r un J，D ieu do nnéFX，M a rt y C，e t a l.F HL2 s i l encing r e d uce s W n t s igna l ing an d ost e os a r c o ma t um or igene s i s in v i tro an d in v i vo［J］. PloS O ne，2013，8（1）：e55034.

［15］L in CH，Gu o Y，Gha ff a r S，e t a l.D kk-3，a s ec r e t e d w n t an t ag o ni st，s upp r e ss e s t um or igenic p ot en t ia l an d pu l m o na r y me t a st a s i s in os-t e os a r c o ma［J］.S a r c o ma，2013，2013：147541.

［16］D ieu do nnéFX，M a r i o n A，H ay E，e t a l.H igh W n t s igna l ing r ep r e ss e s t he p ro ap o p tot ic p rot e o g l ycan s yn d ecan-2 in ost e os a r c o ma ce lls［J］. C ance r R e s，2010，70（13）：5399-5408.

［17］T ing t ing R，W ei G，C hang l iang P，e t a l.A rs enic tr i o x i d e inhi b i ts ost e os a r c o ma ce ll in v a s i v ene ss v ia MA P K s igna l ing pa t h w ay［J］.C ance r B i ol T he r，2010，10（3）：251-257.

［18］Z hang Y，T ang Y J，L i Z H，e t a l.K i SS1 inhi b i ts g rowt h an d in v a s i o n of ost e os a r c o ma ce lls t h ro ugh inhi b i t i o n of t he MA P K pa t h w ay［J］. E u r J H i sto chem，2013，57（4）：e30.

［19］ S him o T，M a ts umu r a S，I b a r agi S，e t a l.S peci f ic inhi b i tor of MEK-me d ia t e d c ross-t a lk b e tw een E R K an d p38 MA P K d u r ing d i ff e r en t ia t i o n of human ost e os a r c o ma ce lls［J］.J C e ll C o mmun S igna l，2007，1（2）：103-111.

［20］W u X，Z h o ng D，L in B，e t a l.p38 MA P K r egu l a t e s t he e x p r e ss i o n of e t he ràg o-g o p ot a ss ium channe l in human ost e os a r c o ma ce lls［J］. R a d i ol O nc ol，2013，47（1）：42-49.

［21］K os h k ina N V，R a o-B in d a l K，K l eine r man E S.E ff ec t of t he hi sto ne d eace t y l a s e inhi b i tor S NDX-275 o n F a s s igna l ing in ost e os a r c o ma ce lls an d t he f ea s i b i l i t y of i ts to pica l app l ica t i o n for t he tr ea t men t of ost e os a r c o ma l ungme t a st a s e s［J］.C ance r，2011，117（15）：3457-3467.

R738.1

A

1674-5671（2015）01-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2015.01.12

国家自然科学基金青年科学基金资助项目（81102851）；上海市浦江人才计划基金资助项目（12PJ1408100）；中国博士后科学基金资助项目（2012M520919）

杨燕萍。E-mail：yanpingyangks@163.com