Runx2影响肿瘤骨转移信号通路的研究进展

胡金龙 秦 晗

肿瘤骨转移的有效治疗是临床学者攻关目标，分子靶向治疗是一种肿瘤杀伤性和凋亡诱导性治疗，因疗效显著已使其成为新的行之有效的治疗方式[1]。因此研究肿瘤骨转移发生过程中分子机制，寻找有效治疗靶点，对于抑制骨转移病灶的有效治疗具有重要的科学意义和应用价值。Runx2作为Runt 结构域基因家族中的一员，是由一个DNA结合的α亚基和一个非DNA结合的β亚基组成的异二聚体蛋白[2,3]。其通常被称为成骨的主开关，在骨发育过程中促进间充质干细胞向成骨细胞方向分化，同时在成骨细胞分化的早期上调骨基质蛋白相关基因的表达以促进前成骨细胞成熟[4,5]。近年来，Runx2与肿瘤间关系的研究日益引起关注，研究发现，Runx2具有促进肿瘤细胞生长和骨转移的能力[6]。肿瘤骨转移时，肿瘤细胞最初处于休眠状态，骨代谢平衡，而随后破骨细胞导致的骨溶解打破该平衡，引发癌细胞与骨微环境之间的恶性循环[7]。越来越多的研究表明，Runx2可能通过参与NF-κB受体活化因子配体(nuclear factor-κB receptor activating factor ligand, RANKL)/NF-κB受体活化因子(nuclear factor-κB receptor activating factor，RANK)/骨保护素(osteoprotegerin，OPG)系统、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)通路、转化生长因子β(transforming growth factor β，TGF-β)通路、Wnt通路以及信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)等信号通路，在肿瘤骨转移中起重要调控作用[8～12]。本文将Runx2影响肿瘤骨转移信号通路的研究进展做一综述，以期为肿瘤骨转移有效治疗靶点的选择提供理论基础。

一、Runx2与RANKL/RANK/OPG系统

RANKL/RANK/OPG系统由3个主要信号分子组成，RANKL是主要表达于成骨细胞上的跨膜蛋白，与破骨前体细胞信号受体RANK结合后促进破骨前体细胞融合并分化为成熟的破骨细胞，成熟的破骨细胞黏附于骨表面，通过分泌酸和溶解酶促进骨吸收。OPG是诱饵受体，与RANK竞争结合RANKL，抑制破骨细胞分化、成熟，避免骨组织过度吸收[13]。

RANKL/RANK/OPG系统生理状态下处于动态平衡，维持正常骨代谢功能。而乳腺癌骨转移时，在Runx2介导下该系统平衡失调，导致破骨功能增强，成骨功能抑制[6]。Kim等[8]在高度骨转移的前列腺癌细胞PC3(mtPC3)和乳腺癌细胞MDA-MB-231(mtMDA)、PC3、MDA的染色质复合物中，运用计算机分析寻找人RANKL启动子中Runx2的结合位点，根据分析结果使用针对人RANKL启动子中Runx2结合区的引物对沉淀的DNA扩增，根据染色质免疫沉淀分析发现，mtPC3和mtMDA的RANKL启动子募集到的Runx2较PC3和MDA显著增高，结果提示，癌细胞骨转移时可以通过Runx2依赖性信号转导表达RANKL，促进破骨细胞成熟。Runx2在骨发育过程中可诱导成骨细胞表达RANKL并通过调节OPG促进破骨细胞分化[14]。Zhao等[15]利用乳腺癌细胞MDA-MB-231和成骨细胞MG-63共培养，对照组为MG-63单独培养，实时PCR分析MG-63细胞中Runx2、RANKL、OPG表达水平，研究发现共培养组较对照组的Runx2表达升高，而RANKL与Runx2在不同观察时间具有相同的趋势，OPG则较对照组表达下降。以上结果提示癌细胞不仅自身表达Runx2激活RANKL启动子促进破骨细胞成熟，还能直接作用于成骨细胞，通过上调RANKL和抑制OPG表达以促进骨溶解。

二、Runx2与NF-κB信号通路

NF-κB是一种调控多种生物反应的核因子，其包含数个转录因子，分别为p65(RelA)、RelB、c-Rel、p50(NF-κB1)和p52(NF-κB2)。NF-κB既是炎症过程的主要介质，也是免疫反应的调节因子。炎性细胞因子尤其是NF-κB在肿瘤发生、发展过程中具有双重作用，一方面，NF-κB的激活是免疫防御的一部分，可以靶向作用并消除肿瘤细胞；另一方面，NF-κB在许多类型的肿瘤中激活后可以发挥多种促癌作用[16]。Li等[17]通过使用裸鼠模型，观察青蒿素对小鼠胫骨肿瘤生长和肿瘤导致骨质破坏的抑制作用，探索青蒿素的抑制溶骨原理。酶联免疫吸附实验结果显示，血清中的破骨细胞分化因子RANKL随青蒿素的浓度升高而下降，此外，蛋白印迹分析显示，青蒿素抑制了破骨细胞NF-κB p65的磷酸化。推测在肿瘤骨转移中Runx2与NF-κB信号通路主要关系如下：Runx2激活RANKL/RANK/OPG系统促进破骨细胞成熟，而破骨细胞祖细胞表面的RANK受体诱导NF-κB信号通路的级联反应，进一步促进破骨细胞形成，从而强化破骨细胞的溶骨作用[8,9]。

三、Runx2与TGF-β信号通路

TGF-β是一类细胞因子超家族，TGF-β信号通路包括Smad经典途径和非经典MAPK途径。在经典途径中，活化的受体复合物募集R-Smad并使其磷酸化，之后复合物易位到细胞核中与其他转录调节因子共同调节靶基因的表达[18]。在正常骨代谢过程中TGF-β信号通路的Smad经典途径和非经典MAPK途径均可激活Runx2的转录，促进其成骨[19]。TGF-β信号转导在肿瘤的调控中起重要作用，最初是肿瘤抑制因子，而后随着肿瘤的发展成为促进肿瘤进展的积极介质[20]。Zhang等[10]通过小鼠动物模型，探讨Runx2-HTY突变体对前列腺癌细胞PC3的TGF-β-Smad途径的影响，与野生型Runx2-WT比较，小鼠胫骨内注射含Runx2-HTY的PC3细胞导致的溶骨性病变较小，PC3骨吸收因子-甲状旁腺激素相关肽(parathyroidhormone related protein, PTHrP)表达大幅降低，表明Runx2可能通过TGF-β信号通路的Smad经典途径促进PTHrP介导的骨吸收。另有研究提示，Runx2可以直接上调Indian Hedgehog(IHH)基因，与TGF-β通路协同作用下进一步促进PTHrP的产生，进而刺激成骨细胞或骨髓基质细胞表达RANKL，诱导破骨细胞成熟，使骨微环境中骨质吸收增加[21]。而骨基质中富含生长因子TGF-β，被吸收的骨基质释放出的TGF-β，正向刺激肿瘤细胞增殖，并促进PTHrP的分泌，从而在肿瘤细胞导致骨质破坏与骨质溶解诱发肿瘤生长之间形成恶性循环。

四、 Runx2与Wnt信号通路

Wnts是一种分泌糖蛋白，Wnt信号通路可分为Wnt/β-catenin经典途径和一些非经典途径，如磷脂酶C 、蛋白激酶C、平面细胞极性和Wnt/Ca2+等[22]。生理状态下Wnt信号通路是调节成骨细胞活性的关键通路，并可通过经典和非经典途径促进Runx2表达以促进成骨[19]。通过对发生骨转移的乳腺癌研究发现，骨转移肿瘤细胞不仅可以增强破骨细胞功能干扰正常的骨重塑，还可以抑制成骨细胞阻止新骨生成[23]。Wnt信号通路对维持骨稳态起重要作用，而骨硬化蛋白(sclerostin，SOST)可以与Wnt信号通路中的LRP5/6结合，拮抗Wnt信号通路的传递，从而抑制新骨形成[24]。Mendoza-Villanueva等[11]使用酶联免疫吸附试验测定乳腺癌细胞MDA-MB-231分泌到培养基中SOST含量，发现siRunx2转染的MDA-MB-231产生的SOST约比对照细胞少5倍。进一步测定Runx2与SOST的关系，用含有SOST启动子的质粒转染siRunx2及非特异性siRNA的MDA-MB-231细胞，与对照细胞比较，Runx2基因沉默组细胞中SOST启动子的活性显著降低。同时观察小鼠骨髓间充质干细胞在源自MDA-MB-231细胞的条件分化培养基中生长时，其分化被显著抑制，相比之下，在SOST耗尽的培养基中培养的小鼠骨髓间充质干细胞分化活跃。结果提示，Runx2直接与SOST启动子结合促进MDA-MB-231细胞分泌SOST，而SOST阻断Wnt信号通路从而导致成骨细胞活性降低，新骨形成抑制。在一些溶骨性骨转移中，癌细胞不仅作用于破骨细胞，同时还作用于成骨细胞抑制成骨，骨修复抑制解除可能是今后取代抑制破骨细胞功能类药物的潜在研究方向。

五、Runx2与STAT3信号通路

STAT3是信号转导及转录激活蛋白家族的一员，以转录的方式调控多种细胞过程。有研究发现，前列腺癌细胞通过TGF-β1诱导的Smad和AP-1两种途径刺激IL-11表达，即Runx2-Smad和Runx2-c-Jun两种复合物相互作用，共同增强IL-11的表达[12]。Liang等[25]使用IL-11的单克隆抗体阻断骨特异性转移乳腺癌细胞BoM-1833的IL-11表达，研究发现显著减少BoM-1833诱导的破骨细胞形成。进一步分析IL-11诱导破骨细胞形成过程中STAT3信号通路的活性，发现IL-11诱导的破骨细胞形成依赖STAT3途径的活化。IL-11是IL-6家族细胞因子的一员，多种细胞通过自分泌和旁分泌的方式分泌IL-11，从而激活乳腺癌细胞的STAT3信号通路以促进肿瘤进展[26]。同时肿瘤细胞自身也可以分泌IL-11直接作用于破骨前体细胞的STAT通路，正向调节破骨细胞的形成，促进骨质破坏。

六、展 望

肿瘤的骨转移往往导致预后不良，目前抑制骨破坏的药物主要有双磷酸盐、地诺单抗，其虽能抑制溶骨性病变，延长患者的生存期，但存在许多不良反应，如骨坏死、肾毒性、低钙血症等，因此有效药物的研发势在必行[27,28]。靶向治疗是新近发展起来的，针对肿瘤发展过程中细胞受体、关键基因和调控分子等生物靶点进行干预，从而有效阻断肿瘤发展并且促进肿瘤细胞凋亡的特异性治疗[29]。因此深入研究肿瘤骨转移发生过程中分子机制，寻找有效生物靶点，对肿瘤的治疗具有重要意义[30]。近年来，Runx2与肿瘤间关系日益受到重视，Runx2介导下的溶骨机制主要分以下两方面：一方面，肿瘤细胞可能直接诱导或通过成骨细胞间接诱导破骨细胞成熟；另一方面，Runx2可能通过参与多种信号通路打破骨代谢平衡，促进骨质溶解。然而，目前尚无确切证据证明这两方面是单独或者联合作用导致肿瘤骨转移的原因，因而也缺乏针对性治疗措施。因此，深入探讨Runx2和肿瘤骨转移相关分子调控机制，将为进一步了解肿瘤骨转移发病机制和寻找有效治疗靶点提供新的理论和实验依据。