任小剛，江少波，裘順安，江榮根

前列腺癌是男性泌尿生殖系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，目前美國前列腺癌發(fā)病率超過肺癌，已成為男性第一位的腫瘤。特異性骨轉(zhuǎn)移是前列腺癌重要的臨床特征和主要致死原因，美國死于前列腺癌的患者中，80%-90%以上合并骨轉(zhuǎn)移[1]。前列腺癌轉(zhuǎn)移到骨骼后，導致骨基質(zhì)更新率顯著提高,并引起成骨型病理變化。但組織學檢查發(fā)現(xiàn),在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移灶中,溶骨和成骨病變通常并存,溶骨改變?yōu)橹蟀l(fā)生的成骨反應提供了必要的空間、營養(yǎng)物質(zhì)、鈣離子及多種細胞因子?，F(xiàn)在多數(shù)學者認為[2-3]，前列腺癌細胞和骨微環(huán)境成分之間存在特異、強烈的相互作用，骨微環(huán)境中產(chǎn)生的因子對腫瘤骨轉(zhuǎn)移具有重要意義，并在這個領域進行了大量分子層面的研究。

一 前列腺癌骨轉(zhuǎn)移傾向的解剖基礎

前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的解剖特點:⑴骨的血液循環(huán)豐富。骨的血管可分為骨干營養(yǎng)系統(tǒng)、骨骺—干骺端系統(tǒng)、骨膜2骨皮質(zhì)系統(tǒng)及骨髓毛細血管系統(tǒng)。骨的動脈廣泛吻合,互相連接,靜脈網(wǎng)的直徑較大,以適應動脈特點,便于將血液迅速排出。⑵通過脊椎靜脈叢(Batson脊椎靜脈系統(tǒng))轉(zhuǎn)移至脊椎。1940年Batson首次提出,在前列腺與低位腰椎之間存在著一條“門脈樣”靜脈系統(tǒng),導致前列腺癌向脊椎轉(zhuǎn)移的機率增加了。它具有壓力低，容積大，與肋間靜脈、肺靜脈、腔靜脈及門靜脈廣泛交通的特點。癌細胞容易沿著靜脈血流轉(zhuǎn)移至脊柱,并通過各交通靜脈轉(zhuǎn)移至骨骼其它部位。

二 前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的機制研究

1“種子土壤”學說 盡管癌細胞會向全身各系統(tǒng)轉(zhuǎn)移,但是,為什么前列腺癌細胞最終容易在骨骼而不是其它器官形成轉(zhuǎn)移瘤灶?大量的實驗結(jié)果都印證了Paget提出的“種子土壤”學說[4]即：在前列腺癌細胞與骨骼微環(huán)境中存在著特異的生物學相互作用?！胺N子和土壤學說”預示骨微環(huán)境中表達許多因子,吸引多種腫瘤細胞的遷移以及促進腫瘤的增殖。而腫瘤細胞自身表達因子又會刺激骨組織的重新塑形。通過腫瘤細胞與其所處生長環(huán)境中的雙向和動態(tài)的作用,促進腫瘤在骨骼中的發(fā)展。因此,骨微環(huán)境中的多種因子對腫瘤骨轉(zhuǎn)移具有重要意義[5]。

1.1 基質(zhì)細胞衍生因子 基質(zhì)細胞衍生因子（stromal cell-derived factor-1,SDF-1)即趨化因子CXCL12，它是CXC趨化因子中的一種,CXCR4為其受體,CXCL12/CXCR4軸也是目前趨化因子中研究最多的一條通路。SDF-1不僅能夠增強瘤細胞侵襲基底膜的能力,而且在它的誘導下,前列腺癌能夠“滲透”骨基質(zhì)內(nèi)皮細胞層發(fā)生骨局部浸潤。相關研究結(jié)果證實,SDF-1、Ⅰ型膠原酶及蛋白激酶受體都是前列腺癌向骨骼發(fā)生轉(zhuǎn)移的強效誘導因子。Sun等[6]在實驗中觀察到,CXCL12暫時的增加可以提高易發(fā)生轉(zhuǎn)移的前列腺癌細胞系PC3和LNCaP C4-2B的黏附能力和侵襲能力,而對非轉(zhuǎn)移性前列腺癌細胞系則沒有影響。Russell等[7]認為，在造血細胞定位于骨的過程中,CXCL12(表達于成骨細胞和上皮細胞)和它的受體CXCR4是關鍵因素,他們利用RT-PCR和Western blotting技術,發(fā)現(xiàn)在發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的幾個人前列腺癌細胞系中,CXCR4都是陽性。體外黏附測定發(fā)現(xiàn),經(jīng)過預先用SDF-1處理的前列腺癌細胞,其黏附于成骨肉瘤和上皮細胞的能力顯著提高。故前列腺癌和其他惡性腫瘤可能通過這個途徑發(fā)生了骨轉(zhuǎn)移。Daras等[8]研究表明，前列腺癌相關血管和增生基底細胞均表達CXCL12。小鼠皮下注射表達CXCR4的PC3細胞,可以發(fā)現(xiàn)局部血管密度增高,腫瘤侵入周圍組織的能力增高。用CXCR4抗體在抑制CXCL12/CXCR4軸的作用后,CXCR4依賴的腫瘤生長和血管形成受到抑制。相似研究發(fā)現(xiàn),用SDF-1預處理后的前列腺癌細胞對骨髓內(nèi)皮細胞株的黏附性增強,同時這種作用又會被CXCR4的抗體所阻斷。因此,SDF-1/CXCR4途徑在促使前列腺癌細胞黏附于骨基質(zhì)的過程中發(fā)揮著極其重要的作用。

1.2 內(nèi)皮素-1 內(nèi)皮素-1(endothelin-1,ET-1)是由21個氨基酸組成的多肽,有1、2、3三種亞型,有A、B兩種受體。目前發(fā)現(xiàn)ET-1和ETA受體在一些腫瘤細胞中有高表達,包括前列腺癌、卵巢癌、乳房癌、結(jié)腸癌等。體外實驗證實,骨組織和前列腺癌細胞共培養(yǎng)能促進后者合成ET-1。骨基質(zhì)中富含的細胞因子TGF、EGF、IL-1等能促進前列腺癌細胞合成和分泌ET-1。反之,前列腺癌細胞也能通過分泌ET-1等細胞因子影響骨的重塑[9]。ET-1還能增強其他成骨細胞刺激因子(如BMP)的誘導成骨作用,也能抑制破骨細胞的破骨功能,減少其對骨質(zhì)的破壞吸收[10]。前列腺上皮產(chǎn)生ET-1,其高親和力受體廣泛存在于前列腺中,以基質(zhì)中濃度最高,成骨細胞也存在高親和力的ET受體。Nelson等[11]發(fā)現(xiàn),伴有骨轉(zhuǎn)移的晚期、雄激素非依賴性前列腺癌病人,其血漿中的ET-1濃度明顯高于局限性前列腺癌病人和正常人群。與正常前列腺組織不同,前列腺癌細胞ET-1和ETA的表達水平明顯升高,而ETB的表達則明顯下調(diào),即使有少量表達也缺乏功能性結(jié)合位點。在細胞水平,ET-1能夠誘導前列腺癌細胞的增殖,還能提高IGF、EGF等生長因子的活性。在伴有成骨型轉(zhuǎn)移的前列腺癌患者的循環(huán)系統(tǒng)中,其水平會增加。ET-1能夠刺激成骨細胞增殖、促進新骨形成及成骨性骨轉(zhuǎn)移,而ET-A受體拮抗劑能夠阻斷這種改變[12]。

1.3 骨形態(tài)發(fā)生蛋白7 骨形態(tài)發(fā)生蛋白7(bone morphorgenetic protein-7,BMP7)是轉(zhuǎn)化生長因子β超家族成員,轉(zhuǎn)化生長因子β家族成員分子在羧基端具有7個半胱氨酸殘基組成的特定區(qū)域。它是強力骨誘導因子,不僅可以誘導成骨細胞分化標志物,還可刺激軟骨細胞標志物的表達。BMP7的生物學效應是通過與相應受體結(jié)合后的信號轉(zhuǎn)導來實現(xiàn)的。BMP7受體包括Ⅰ型和Ⅱ型受體,在不同的激素條件下,BMPRⅠB和BMPRⅠA調(diào)控前列腺癌細胞對BMP的反應性:BMPRⅠA刺激細胞生長,BMPRⅠB則抑制細胞生長[13]。BMP7 mRNA水平在小鼠睪丸切除后顯著降低,經(jīng)睪酮和二氫睪酮治療后又上升,說明BMP7 mRNA水平具有雄激素依賴性[14]。這與早期前列腺癌細胞具有雄激素依賴性一致。Festuccia等[15]用培養(yǎng)成骨細胞后的培養(yǎng)液培養(yǎng)人前列腺癌PC-3細胞株,發(fā)現(xiàn)PC-3細胞的趨化性、黏附性、侵襲力及遷移力顯著增強,而這種作用可被BMP7抗體阻斷,原因可能是成骨細胞分泌BMP7到細胞外基質(zhì),被前列腺癌上皮高度表達的PSA、尿激酶型纖維蛋白酶原激活劑等蛋白酶激活,從而增強前列腺癌細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移。Feeley等[16]通過反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應和Western blot分析確定BMP7受體表達的前列腺癌PC3細胞系,并在體內(nèi)行PC3細胞重癥聯(lián)合免疫缺陷小鼠脛骨注射,8周后組織學和影像學分析發(fā)現(xiàn),BMP7的形成影響前列腺癌轉(zhuǎn)移,抑制BMP7的活動可能會限制前列腺癌骨轉(zhuǎn)移。BMP7與前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生發(fā)展密不可分,BMP7也已成為前列腺癌骨轉(zhuǎn)移治療的一個潛在靶向位點。

1.4 甲狀旁腺激素相關蛋白 甲狀旁腺激素相關蛋白(parathyroid hormone-related protein,PTHrP)是由141個氨基酸組成的蛋白,在氨基酸序列的前13個氨基酸中,有8個與甲狀旁腺激素同源。Shen等[17]將PTHrP cDNA轉(zhuǎn)入前列腺癌細胞株PC-3,使其過量表達PTHrP,發(fā)現(xiàn)PC-3對基質(zhì)中型膠原、纖維粘連蛋白以及層粘連蛋白的黏附性顯著增強,同時伴有整合素α1、α5、α6和β4表達上調(diào)。研究證實,前列腺癌細胞自身分泌的PTHrP通過內(nèi)分泌途徑上調(diào)特異的整合素亞單位,來增強前列腺癌細胞對細胞外基質(zhì)的黏附性,參與前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移。Rabbani將鼠PTHrPcDNA轉(zhuǎn)入DunningR3227中(PTHrP低分泌的鼠前列腺癌細胞株),得到PTHrP及其受體高表達的單克隆細胞株,通過左心室途徑注入雄鼠體內(nèi),出現(xiàn)腰椎轉(zhuǎn)移,組織學檢查發(fā)現(xiàn),骨轉(zhuǎn)移灶中破骨細胞活性顯著增強。PTHrP的自分泌特性在前列腺異常增殖及前列腺癌骨轉(zhuǎn)移過程中起著重要作用[18]。

1.5 生長因子類 包括堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growthfactor,bFGF)、胰島素樣生長因子(insulin-like growthfactors,IGFs)、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growthfactor-β,TGF-β)、 血小板源生長因子(platelet-derived growthfactor,PDGF)。前列腺癌細胞可以表達大量的bFGF,它不但可以促進成骨細胞的增殖,而且能促進粘連。FGF18是FGF家族的新成員,也可以刺激成骨細胞的增殖,并上調(diào)成骨細胞ERK的磷酸化水平。它的有絲分裂原活性可被特異的ERK抑制因子所阻斷[19]。FGF18不但通過RANKL誘導破骨細胞的形成,且刺激其功能。TGF-β可以刺激PC-3細胞表面α2β1整合素的表達。有人用TGF-β處理人骨髓內(nèi)皮細胞株后,PC-3對其的黏附能力顯著下降;用TGF-β處理LNCaP后,它對人骨髓內(nèi)皮細胞株的黏附能力也顯著下降。認為TGF-β會有效削弱腫瘤細胞對骨髓微血管內(nèi)皮細胞的黏附性。TGF-β的過表達不僅能夠刺激腫瘤血管的形成、抑制機體免疫系統(tǒng),而且可以直接調(diào)節(jié)腫瘤細胞的生長。有研究[20]將TGF-βⅡ型受體表達缺陷的小鼠骨髓移植入患有前列腺癌的C57BL/6小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠的存活率顯著提高,骨質(zhì)破壞程度減輕,對抗腫瘤的特異性T細胞活性明顯增強。TGF-β在正常前列腺組織中是一個重要的負性生長調(diào)節(jié)因子,在前列腺癌早期階段,它起著腫瘤抑制因子的作用,但在后期,卻扮演著腫瘤促動因子的角色[21]。PDGF是由2條多肽鏈(A和B)通過二硫鍵連接形成的二聚體,在骨組織中能夠大量合成并儲備。PDGF能夠顯著增強Ⅰ型膠原、堿性磷酸酶、骨鈣素和骨橋蛋白的表達,這四種指標均是成骨細胞相關基因表達的產(chǎn)物[22]。多種大量生長因子存在于骨骼微環(huán)境中,能夠促進成骨細胞增殖、分化及骨塑性。Kubota等[23]用RANKL處理鼠破骨細胞樣骨髓瘤細胞株RAW264.7后發(fā)現(xiàn),其培養(yǎng)基中有一種因子能夠抑制骨形成蛋白24所誘導的成骨細胞前體細胞向成骨細胞的分化作用。后被證實為一種PDGF-BB同型二聚體,說明破骨細胞可以通過分泌的PDGF-BB同型二聚體直接調(diào)節(jié)成骨細胞分化,在骨質(zhì)再塑型中發(fā)揮重要作用。

2 骨擬態(tài)學說

1999年Koeneman等[24]提出,前列腺癌細胞具有“骨擬態(tài)”的特點,也就是說,一旦進入骨骼,前列腺癌細胞會逐漸進展到具備某些類似于成骨細胞的特性來。當然,前列腺癌轉(zhuǎn)移到骨骼時,溶骨現(xiàn)象與成骨現(xiàn)象并存,前者為后者提供必要的空間和細胞因子。因此“骨擬態(tài)”假設不僅僅局限于成骨性改變,還包括溶骨性改變。它對“種子土壤”學說是一個非常重要的補充。

總之,各種細胞因子相互作用、相互影響,形成一個龐大復雜的因子網(wǎng)絡,成為“腫瘤-骨基質(zhì)”特異性生物學作用這一機制的核心，在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移病變過程中發(fā)揮著極其重要的作用，并為前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的治療提供了新的思路。

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