整合素在乳腺癌中应用的研究进展

梁雪丽，廖海，苏丹柯

(广西医科大学附属肿瘤医院医学影像中心 广西临床重点专科(医学影像科)广西医科大学附属肿瘤医院优势培育学科(医学影像科)，南宁 530021)

乳腺癌是发病率最高的女性恶性肿瘤，也是女性癌症死亡的主要原因之一。据统计，我国每年新发女性乳腺癌病例约36万，占全部女性癌症发病的19.2%，且发病率呈逐年升高趋势[1]。近年来，乳腺癌的诊治已取得一定进展，但对乳腺癌发病机制和发病过程的认识仍处于初级阶段[2]。乳腺癌的传统治疗包括化疗、放疗、内分泌治疗、手术治疗等，若传统治疗后未及时精准地发现复发和转移病灶，乳腺癌患者的临床生存效益将极大降低。分子靶向治疗作为一种能够有效延长患者生存期的治疗方法，逐渐成为提高乳腺癌临床诊治水平的热点之一。整合素是细胞表面的主要受体，以整合素为基础的肿瘤治疗在影像、诊断、治疗等方面具有明显优势。乳腺癌传统治疗促进了基于整合素的纳米技术的发展，但纳米技术的临床应用是目前最大的挑战。现就基于精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(arginine-glycine-aspartic acid，RGD)靶向整合素的成像方式和治疗方法研究进展予以综述。

1 整合素的结构与功能

整合素属于异源二聚体，由α和β亚基通过非共价结合形成，主要作为膜表面受体，参与多种细胞信号转导通路。整合素是至少由18个α和8个β亚基结合形成的24个异源二聚体[3]，具有异二聚体结构，可优先识别并结合不同细胞外基质(extracellular matrix，ECM)配体、细胞表面配体和水溶性配体，其中ECM中的RGD序列是整合素的一个常见结合基序[4]。有关整合素亚型与癌症关系的研究发现，与乳腺癌相关的整合素有纤粘连蛋白结合整合素(即α5β1)、层粘连蛋白结合整合素(即α3β1、α6β1、α6β4、α7β1、α9β1)、玻连蛋白结合整合素(即αⅤβ3、αⅤβ5)等[5]。整合素αⅤ和α5β1均可识别ECM中的RGD序列[5]，且整合素αⅤβ3、αⅤβ5在乳腺癌血管中高度表达，能够潜在地促进乳腺癌细胞的扩散和转移。

整合素与ECM结合后，产生双向信号，并触发多种信号转导通路，主要调节细胞的行为，如细胞黏附、侵袭、迁移、增殖、存活和凋亡等生物过程[5]。在肿瘤背景下，肿瘤细胞通过整合素的介导，促进肿瘤细胞的侵袭和致癌性，从而产生有利于肿瘤细胞生长和扩散的微环境[3]。因此，整合素在肿瘤微环境调控、肿瘤发展、转移、复发的过程中起重要作用。此外，整合素的自身特点在肿瘤的筛选、诊断、治疗等方面亦有较大的临床应用价值。

2 整合素对乳腺癌不同恶性生物学行为的影响

2.1整合素在乳腺肿瘤干细胞(cancer stem cells，CSCs)调控中的作用 CSCs是驱动肿瘤发生和转移的重要因素。整合素与生长因子受体结合并联合促癌基因产物(如Wnt、骨髓细胞增生蛋白、蛋白激酶 B)发挥协同作用，有利于维持侵袭性CSCs的细胞亚群并调节CSCs中特定标志物的表达[3]。Li等[6]对Kindlin-2转基因小鼠乳腺肿瘤的研究显示，Kindlin-2通过上调乳腺上皮中β联蛋白激活Wnt信号通路诱导乳腺肿瘤的形成。另外，整合素β1能激活黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)，FAK通过整合素-FAK信号通路调节乳腺CSCs。Luo等[7]通过观察特征良好的乳腺癌小鼠模型发现，小鼠乳腺上皮FAK的靶向缺失明显抑制了乳腺肿瘤的发生，FAK消融可减少FAK靶向小鼠原发肿瘤中的CSCs/肿瘤祖细胞池，从而阻碍体外肿瘤细胞的自我更新与迁移。CSCs具有侵袭性和致瘤性，当促癌基因或生长因子存在时，特定整合素的表达可能会提高CSCs的侵袭和致瘤能力，这为乳腺癌的治疗提供了新思路。

2.2整合素参与乳腺癌的侵袭和转移 肿瘤转移是恶性肿瘤的特点之一，指癌细胞从肿瘤原发位置扩散到远处形成继发性肿瘤的一系列行为。ECM是转移的重要组织学屏障，肿瘤细胞首先侵入基底膜，然后在肿瘤导致的异常酸性环境下协同多种酶降解ECM成分，为转移提供疏松的微环境，促进癌细胞的侵袭和转移[8]。Ganguly等[9]研究表明，整合素α5β1与纤粘连蛋白结合可影响高度侵袭性乳腺癌细胞株MDA-MB231中基质金属蛋白酶9的表达，并通过上调基质金属蛋白酶9活性促进ECM溶解，导致乳腺癌的侵袭与转移。此外，Mierke等[10]研究表明，整合素α5β1与乳腺癌的侵袭能力显著相关，高表达α5β1乳腺癌细胞的侵袭性是低表达α5β1乳腺癌细胞的3倍。

骨是乳腺癌常见的转移部位，且经传统手术治疗的骨转移乳腺癌患者的生存率较低。在骨基质中，整合素αⅤβ3通过介导破骨细胞与骨桥蛋白黏附，促进破骨细胞活化、骨细胞溶解和肿瘤细胞侵袭等[11]。在乳腺癌中，除整合素αⅤβ3外，整合素α2β1、α3β1、α4β1、α5β1和αⅤβ5的表达也与乳腺癌转移和患者预后不良密切相关[12-16]。Ramovs等[13]的研究表明，在人类表皮生长因子受体2驱动的小鼠模型和人类表皮生长因子受体2过表达的人乳腺癌细胞中，整合素α3β1表达水平降低可促进肿瘤的转移。ECM通过与特定整合素结合，促进乳腺癌细胞的黏附、侵袭、转移等生物学过程。因此，抑制整合素信号通路可能为乳腺癌治疗提供一种有效的靶向治疗策略。

2.3整合素参与乳腺癌血管生成 肿瘤新生血管是原有血管形成的新血管，可作为肿瘤细胞扩散的管道，有利于肿瘤生长。整合素是细胞表面ECM受体家族，可促进内皮细胞的迁移和存活[17]。许多内皮细胞整合素参与了血管生成过程，包括整合素α1β1、α2β1、α4β1、α5β1、α9β1和α6β4、αⅤβ3和αⅤβ5[18]。其中，整合素αⅤβ3/αⅤβ5长期以来被认为是肿瘤新生血管形成最重要的原始分子[19]。在血管生成过程中，整合素αⅤ于内皮细胞表面过表达，可促进新生血管的生长和存活[20]。整合素αⅤβ3是第一个被证明调节血管生成的整合素αⅤ[21]。整合素αⅤβ3通过介导碱性成纤维细胞生长因子、白细胞介素-8和肿瘤坏死因子-α等血管生成因子诱导血管生成，其作用机制可能是血管生成因子刺激内皮细胞，导致整合素αⅤβ3表达增加，整合素与ECM结合并介导内皮细胞增殖、分化、迁移，进而内皮细胞发育成管状，新血管形成[18,22]。另有研究表明，整合素αⅤβ3在恶性乳腺癌相关的血管中高表达，而在纤维囊性、正常和良性乳腺组织中几乎不表达[23]。整合素αⅤβ3/αⅤβ5在血管生成中的作用是癌症治疗的重要靶点，故通过阻断其与配体的结合可达到抗血管生成的目的。此外，整合素α5β1通过与血浆纤维连接蛋白脯氨酰-组氨酰-丝氨酰-精氨酰-天冬酰胺序列结合，诱导基质金属蛋白酶1，并激活乳腺癌中蛋白酶激活受体-1基因，从而促进乳腺癌的侵袭和血管生成[24]。Yao等[25]发明的多肽抑制剂，即含有组氨酸(H)和半胱氨酸(C)异构体的PhScN肽通过阻断激活的α5β1抑制乳腺癌细胞的侵袭和血管生成，进一步提示整合素参与乳腺癌血管生成，并可促进乳腺癌转移。

2.4整合素抑制乳腺癌细胞凋亡 与ECM结合的整合素可传递生存信号、促进细胞存活、抑制细胞凋亡；不与ECM结合的整合素可促进细胞凋亡，而细胞凋亡不能正常启动是肿瘤形成的关键[22,26]。整合素与ECM结合后，通过多种机制维持细胞活力、抑制细胞凋亡，包括促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信号调节激酶和磷脂酰激酶-3-激酶/蛋白激酶B通路、RAS/Raf-促分裂原活化的蛋白激酶激酶/胞外信号调节激酶级联信号和核因子κB的激活或p53的失活[27]。研究发现，敲除骨桥蛋白可抑制MDA-MB231细胞中整合素αⅤβ3的表达，进而抑制磷脂酰激酶-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，促进细胞凋亡[28]。另有研究表明，白藜芦醇与整合素αⅤβ3结合可迅速激活乳腺癌中胞外信号调节激酶1/2和AMP活化的蛋白激酶，启动环加氧酶2和p53依赖的细胞凋亡[29]，表明整合素αⅤβ3抑制剂可通过干扰多种信号通路抑制乳腺肿瘤的形成。此外，αⅡbβ3可表达于血小板，Kononczuk等[27]观察αⅡbβ3抑制剂阿昔单抗和依替巴肽对乳腺癌细胞凋亡的影响发现，上述两种抑制剂可通过增加脯氨酸氧化酶表达激活核因子κB，进而促进乳腺癌细胞MCF-7凋亡，与阿昔单抗相比，依替巴肽促进MCF-7细胞凋亡的活性更强。因此，整合素抗体或拮抗剂可能为乳腺癌的靶向治疗提供新策略。

3 整合素在乳腺癌靶向诊断中的作用

RGD是一种重要的靶向成分，存在于多种ECM蛋白上，ECM蛋白可通过RGD序列被整合素识别，已被广泛用于肿瘤靶向示踪[30]。RGD序列与脂质体、聚合物、放射性造影剂或纳米材料连接，实现了靶向成像、肿瘤精确诊断和分期，可用于监测转移及指导治疗。

整合素αⅤβ3在肿瘤血管中过表达，能够特异性地识别ECM上的RGD，并通过各种影像方法对过表达整合素αⅤβ3的肿瘤进行可视化研究。基于RGD的首个显像剂18F-Galacto-RGD可通过肾脏快速清除，显示出良好的肿瘤组织成像效果，18F-Galacto-RGD能够以高对比度显示肿瘤中αⅤβ3的表达，有助于提高临床癌症的早期检出率[31]。另有研究表明，靶向整合素αⅤβ3的造影剂18F-AH111585可用于正电子发射断层显像时乳腺癌原发灶和转移灶的安全检测[32]。目前仍有许多对整合素αⅤβ3放射性造影剂的研究正在进行中。然而，单一影像技术在乳腺癌诊断、疗效及预后评估等方面的应用存在局限性。近年来，有关整合素双模、多模成像技术用于乳腺癌诊断治疗的研究取得了一定进展。Zhang等[33]设计了一种靶向整合素αⅤβ3受体的磁共振/荧光双模分子探针cRGd-Gd-Cy5.5，该纳米探针对高表达整合素αⅤβ3的肿瘤具有很强的靶向性和结合力。此外，双模分子探针RGD-Cy5.5-MBS能够有效地检测MDA-MB231细胞荷瘤小鼠体内肿瘤整合素αⅤβ3的表达，并在荧光和超声成像中显示出优异的成像性能，两种成像方法的优势互补有助于早期发现乳腺癌。在上述探针基础上研制的Na2CO3/Fe3O4@PLGA/Cy5.5/RGD纳米粒子可在肿瘤微环境中持续产生气体，并具有磁性靶向性。实验显示，Na2CO3/Fe3O4@PLGA/Cy5.5/RGD纳米粒子具有良好的荧光、磁共振成像及超声靶向成像性能[34-35]。目前，基于RGD多肽分子探针的研究较多，且大部分研究集中于整合素αⅤβ3靶向探针，通过加强基础和临床研究可提高未来乳腺癌的诊治水平。

4 整合素在乳腺癌靶向治疗中的作用

目前，乳腺癌常规治疗主要有手术、放疗、化疗和内分泌治疗等，但治疗效果并不理想。整合素在乳腺癌发生过程中的细胞信号转导作用是近年分子靶向治疗的研究热点之一，且多数研究认为整合素在乳腺癌的靶向治疗中具有显著的临床效益。纳米载体可将药物和基因靶向运送至体内不同部位，以提高疗效、减少不良反应[36-37]。整合素作为重要的ECM黏附受体，在乳腺癌治疗中发挥重要作用。研究发现，骨微环境诱导的整合素β3通过改变代谢反应促进紫杉醇化疗的耐药性，而紫杉醇与αⅤβ3靶向哺乳动物雷帕霉素靶蛋白C3抑制剂联合治疗可缓解整合素β3介导的耐药性[38]。基于RGD的多肽可与过表达整合素αⅤβ3的癌细胞结合，Yadav等[39]制备了雷洛昔芬(raloxifene，RLX)包埋壳聚糖纳米粒(chitosan nanoparticles，CHNPs)和RGD-CHNPs的稳定制剂，在酸性环境中，与单独使用RLX或RGD-CHNPs相比，RLX-RGD-CHNPs对乳腺癌细胞迁移和血管生成有明显抑制作用。另有学者设计了一种负载阿霉素的双配体纳米颗粒，在转移的三阴性乳腺癌小鼠模型中，该纳米颗粒能够同时靶向表皮生长因子和整合素αⅤβ3，并将临床使用的细胞毒纳米粒(即脂质体阿霉素)精确、有效地运送到不同的转移部位，从而显著改善三阴性乳腺癌转移小鼠模型的无事件生存率[37]，这为乳腺癌治疗提供了一种新思路。

光热疗法是指光热剂在肿瘤部位聚集，受到光照射后产生热量并杀伤肿瘤细胞，但不损伤周围组织的一种癌症治疗方法[40]。近年来，光热疗法和光动力疗法在肿瘤治疗中联合应用的研究较广泛，将负载吲哚菁绿(indocyanine green，ICG)的硅酸镁(LAP)包裹在聚多巴胺(polydopamine，PDA)上，并在PDA表面偶联聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)-RGD，使其具有靶向功能，从而制备出具有光热/光动力协同作用的ICG/LAP-PDA-PEG-RGD纳米粒子。研究表明，与ICG/LAP-PDA-PEG和LAP-PDA-RGD相比，ICG/LAP-PDA-PEG-RGD纳米粒子的肿瘤治疗效果更明显，表明ICG/LAP-PDA-PEG-RGD纳米粒子能发挥光热疗法和光动力疗法的协同作用，为治疗过表达整合素αⅤβ3的肿瘤提供了一种有效的治疗方法[41]。整合素是癌症治疗靶点的研究热点，将RGD与较大结构连接设计出与整合素特异结合的纳米诊疗剂，其通过干扰整合素结合或阻断整合素信号通路抑制肿瘤的生长和发展，从而实现安全、高效的肿瘤治疗。

5 结 语

乳腺癌的形成是涉及多种因素、多种信号通路的复杂过程。整合素通过ECM介导细胞的一系列生物学过程，而肿瘤细胞利用这一特性促进癌细胞的黏附、侵袭、迁移、转移。此外，整合素在不同乳腺癌亚型中表达不同，且其参与乳腺癌形成和进展的作用机制也不同。因此，基于整合素的乳腺癌诊断与治疗比较困难。在靶向成像方面，Wu等[42]通过比较18F-Alfigde Ⅱ和18F-FDG的性能发现，18F-Alfigde Ⅱ适用于乳腺癌的临床诊断，在检测雌激素受体强阳性、人类表皮生长因子受体2阴性乳腺癌方面可能优于18F-FDG。目前，大多数乳腺癌的诊断和治疗还处于动物实验阶段，深入探索乳腺癌的发病机制及发病过程，将为其临床治疗提供新的策略。