靳 團 綜述 張清媛 審校

乳腺癌腦轉移的信號通路和分子機制的研究進展

靳 團 綜述 張清媛 審校

乳腺癌是女性發(fā)病率較高的癌癥之一，經常發(fā)生轉移的部位是肺、骨、肝臟和中樞神經系統(tǒng)，其中中樞神經系統(tǒng)轉移的發(fā)生率大約為15%。目前已知乳腺癌發(fā)生腦轉移的信號通路可能有Wnt和Notch通路、EGFR和PTEN通路，與乳腺癌腦轉移相關的受體可能有VEGF和STAT3、微管蛋白和TOP2A、BNC1、GALNT9、CCDC8、HER2、HER3、MMP、FBPS、肌氨酸等。本文對可能導致乳腺癌腦轉移的信號通路和分子機制進行綜述，希望為乳腺癌腦轉移的靶向治療提供新的思路。

乳腺癌；腦轉移；機制

乳腺癌在導致女性死亡的惡性腫瘤中排名第二位，其中90%是死于轉移瘤，經常發(fā)生轉移的部位是肺、骨、肝臟和中樞神經系統(tǒng)，其中中樞神經系統(tǒng)轉移的發(fā)生率大約為15%，尤其是在HER2陽性及三陰性乳腺癌中，中樞神經系統(tǒng)轉移的比例明顯增高，約為30%～50%[1]。單個腫瘤細胞轉移至腦部，必須通過血液-腦屏障(BBB)[2]。相關研究表明，通過BBB之后，乳腺癌細胞表面的配體需要與內皮細胞上的受體結合，通過多種信號通路來激活內皮細胞，繼而激活腦組織中各種細胞，從而使乳腺癌細胞有選擇性地轉移到腦組織中[3]。本文對可能導致乳腺癌腦轉移的信號通路和作用機制進行綜述，希望為乳腺癌腦轉移的靶向治療提供新的思路。

1 乳腺癌腦轉移的細胞通路

1.1 Wnt和Notch通路

Wnt 和 Notch通路在正常干細胞中起到保護作用，與腫瘤干細胞也具有相關性[4]。Nam等[5]用乳腺癌細胞系MDA-MB-435培養(yǎng)出乳腺癌腦轉移瘤模型，發(fā)現(xiàn)腦轉移瘤細胞中高表達白細胞介素(IL)1β可激活周圍星形膠質細胞JAG2的表達，這種直接的相互作用導致了星形膠質細胞和腫瘤干細胞中Notch通路的激活。Notch受體與細胞內配體結合后形成的蛋白進行蛋白水解反應，產生活化的Notch胞內結構域，再從細胞質轉運到細胞核中，最終作為一個轉錄激活因子，刺激多種腫瘤相關基因的表達，促進乳腺癌腦轉移瘤的增殖。

1.2 EGFR和PTEN通路等

Takagi等[8]總結歸納了EGFR通路及下游PTEN通路、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路、磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)通路在乳腺癌腦轉移中的重要作用，這些通路起到調控作用的關鍵蛋白主要有以下幾種：表皮生長因子受體1(EGFR，或HER1)，表皮生長因子受體2(HER2)，表皮生長因子受體3(HER3)，磷脂酰肌醇-3-激酶催化亞基α(PIK3CA)，Akt。進一步的研究表明EGFR/HER2激酶抑制劑TAK-285可滲透大鼠血腦屏障，并且具有抗腫瘤活性，將TAK-285轉化為臨床藥物，有望應用于治療HER2過度表達的乳腺癌腦轉移病例。目前，EGFR抑制劑吉非替尼和厄洛替尼可用于晚期非小細胞肺癌的治療，HER2受體靶向藥物曲妥珠單抗可用于原發(fā)性乳腺癌的治療，但這些靶向藥物在乳腺癌腦轉移治療中是否有效仍需進一步臨床試驗，PIK3CA、Akt尚無相對應的可用于臨床治療的靶向藥物。另一些研究表明，HER3可激活PI3K途徑，HER3/HER2的配體外源生長因子(HRG)在人腦中高表達，HRG已被證明能誘導HER2/HER3陽性乳腺癌細胞系跨越腦微血管內皮細胞屏障，抑制HRG的生成可抑制乳腺癌腦轉移的發(fā)生，因此HRG抑制劑也可作為一個具有潛力的腫瘤靶向藥物[7，9]。

2 促進腫瘤細胞通過血腦屏障的受體

2.1 VEGF和STAT3

乳腺癌腦轉移瘤的形成是由乳腺癌細胞的特性和宿主因素來決定的[10]。Lee等[11]的研究表明，血管內皮生長因子(VEGF)及信號轉導與轉錄激活因子3(STAT3)在乳腺癌腦轉移瘤的增殖中起到了重要的作用。乳腺癌細胞可釋放VEGF，誘導腦轉移瘤中新生血管的生成，同時VEGF與血管內皮細胞表面的受體結合后，可以激活細胞表面的VEGF受體VEGFR2，進而激活內皮細胞下游信號分子STAT3、PI3K和MEK-ERK[11]。STAT3等可作用于腫瘤腦轉移的微環(huán)境，反過來控制腦血管內皮細胞表面VEGF受體VEGFR2的表達，內皮細胞上VEGFR2可以促進乳腺癌細胞遷移入血腦屏障，從而促進腦轉移瘤的生長[12]。目前，VEGFR2抑制劑阿帕替尼，現(xiàn)用于晚期胃癌及晚期非鱗非小細胞肺癌的治療，VEGFR1、2、3抑制劑索拉非尼，用于治療不能手術的肝癌、腎惡性腫瘤，也用于胃腸道間質瘤的治療，但這兩種靶向藥物針對乳腺癌腦轉移的治療仍需進一步的臨床研究。

2.2 βⅡ微管蛋白和TOP2A

Kanojia等[13]評估了一組腦的主要標志物，發(fā)現(xiàn)在乳腺癌腦轉移的細胞系中過表達的神經元標記物βⅡ微管蛋白(TUBB3)，并且它的表達與遠處轉移顯著相關。在乳腺癌細胞模型(MDA-Br，GLIM2和MDA-MB-468)上進行TUBB3基因敲除，乳腺癌細胞的侵襲能力顯著降低，該細胞模型的增殖速度顯著降低[13]。在人乳腺癌MCF-7細胞系中進行的研究發(fā)現(xiàn)，TUBB3及TOP2A 表達降低時可降低細胞增殖速度、促進細胞凋亡的發(fā)生，同時發(fā)現(xiàn)在臨床上，與TUBB3陰性乳腺癌患者相比，TUBB3陽性的乳腺癌患者其無病生存期(DFS)和總生存期(OS)明顯縮短。但目前TUBB3與乳腺癌腦轉移相關性的研究尚處于體外實驗階段，仍需進行TUBB3與乳腺癌腦轉移患者臨床病理及多種因素的相關性研究。

2.3 BNC1，GALNT9，CCDC8

Pangeni等[15]進行了一項研究發(fā)現(xiàn)O-糖基化引發(fā)劑(GALNT9)、微管動力調節(jié)器(CCDC8)和有廣泛靶點的轉錄因子(BNC1)在腦轉移的乳腺癌中經常出現(xiàn)表達異常，他們對同一個患者乳腺癌原發(fā)灶和腦轉移灶中調節(jié)這三個蛋白的基因進行對比，發(fā)現(xiàn)這三個基因在腦轉移灶中甲基化程度高，在原發(fā)灶中甲基化程度很低。BNC1和GALNT9甲基化過程發(fā)生在乳腺癌進展和轉移的后期，而CCDC8的甲基化發(fā)生在乳腺癌進展和轉移的早期，GALNT9在腦轉移瘤和其他中樞神經組織中表達水平非常高，而在其他組織包括正常乳腺組織中表達水平低[15]。目前這三個蛋白尚無靶向藥物，上述研究可以為靶向藥物的研制提供參考。

2.4 HER2和HER3

HER2陽性亞型的乳腺癌其腦轉移的風險較高[16]。HER3被認為是與HER2高度相關的一個信號傳導因子，可以與HER2形成二聚體，可誘導乳腺癌細胞跨過原發(fā)性腦微血管內皮細胞嚴密的屏障，從而誘導乳腺癌的腦轉移。這一腦轉移過程完全取決于HER2、HER3的活性，HER2-HER3二聚體可被曲妥珠單抗藥物阻斷，針對HER3也可以使用HER3單克隆抗體EV20阻斷[9]，這一研究為臨床上預防和治療乳腺癌患者的腦轉移提供了新的理論基礎。

3 大腦星形膠質細胞上與腦轉移相關的受體

星形膠質細胞分泌基質金屬蛋白酶(MMP)，包括MMP-1、MMP-2和MMP-9[17]。在中樞神經系統(tǒng)白血病中，白血病細胞分泌的MMP-2和MMP-9促進緊密連接蛋白的破壞，從而增加細胞間通透性，白血病細胞穿過血腦屏障[18]。人們發(fā)現(xiàn)將轉移性乳腺癌細胞與星形膠質細胞共培養(yǎng)，乳腺癌細胞的侵襲能力提高，從而導致乳腺癌發(fā)生腦轉移的幾率大大增加[3]。雖然星形膠質細胞可通過上調纖維蛋白溶酶來防御侵襲性轉移，促進FasL死亡信號的旁分泌，但這種反應可能導致轉移性乳腺癌細胞中高表達絲氨酸蛋白酶抑制劑和絲氨酸蛋白酶抑制劑B2，反而促進了腫瘤在腦組織中的侵襲，導致乳腺癌腦轉移的發(fā)生和發(fā)展[3]。

4 代謝因素和腦轉移的關系

4.1 肌氨酸代謝相關蛋白

肌氨酸在前列腺癌中是一個敏感的腫瘤標志物，與腫瘤的進展和轉移過程相關[19-20]。既往的研究表明肌氨酸代謝相關蛋白在乳腺癌HER2分子亞型中高表達，抑制肌氨酸的合成可抑制乳腺癌的生長[21-22]。Cha等[23]評估了轉移性乳腺癌組織中肌氨酸、甘氨酸N-甲基轉移酶(GNMT)、肌氨酸脫氫酶(SARDH)和過氧化物酶肌氨酸氧化酶(PIPOX)的表達水平，發(fā)現(xiàn)在乳腺癌的腦轉移灶和肺轉移灶中GNMT和肌氨酸通常為高表達，而PIPOX則表現(xiàn)為低表達，提示這些蛋白與乳腺癌的腦轉移和肺轉移顯著相關，但具體機制仍需深入研究。

4.2 果糖-1，6-二磷酸酶(FBPS)

與良性腫瘤細胞相比，惡性腫瘤細胞消耗更多的營養(yǎng)物質和能量[24]。腫瘤細胞普遍存在增強的糖酵解途徑，俗稱“Warburg效應”，以彌補正常的糖代謝途徑產生能量及營養(yǎng)物質的不足[25]。研究表明，乳腺癌腦轉移細胞中糖異生作用增強，同時氧化谷氨酰胺和支鏈氨基酸的能力增加，將表達FBPS的基因沉默后，乳腺癌腦轉移細胞的活性下降[26]。在臨床中，與原發(fā)性乳腺癌患者相比，乳腺癌腦轉移患者FBPS和糖原的表達增多[26]。FBPS和糖原是人體正常代謝不可缺少的物質，因此很難研究出具有針對性的藥物，用以治療乳腺癌的腦轉移。

4.3 活性氧相關蛋白

既往的研究表明，在卵巢癌組織中，氧化還原緩沖系統(tǒng)如硫氧還蛋白、谷胱甘肽和抗氧化系統(tǒng)(例如過氧化氫酶和超氧化物歧化酶)均有不同程度的過表達或低表達[27]?；钚匝?ROS)可以氧化還原各種腫瘤轉移的信號通路上敏感的蛋白，激活關鍵信號轉導蛋白的翻譯后修飾，研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌的轉移瘤(包括腦轉移瘤)中ROS相關蛋白的表達顯著增加[28]。Kim等[29]的研究表明，乳腺癌腦轉移灶中過氧化氫酶的位點具有特異性，與骨轉移灶相比，腦轉移灶中過氧化氫酶的表達較高，同時ROS相關蛋白的表達與患者的預后相關。ROS在乳腺癌腦轉移灶中具有一定的特異性，因此，ROS抑制劑或許可以作為乳腺癌腦轉移患者治療的靶向藥物[30]。

5 小結與展望

近年來，隨著人們對乳腺癌機制及治療的深入研究，乳腺癌患者的生存年限也隨之延長，因此乳腺癌腦轉移的發(fā)病率也隨之增加。人體血腦屏障的存在極大地阻礙了化療藥物對腦腫瘤的殺傷作用，現(xiàn)有的乳腺癌腦轉移主要的治療方法仍為手術和放療。研究乳腺癌腦轉移的機制，對人們尋找新的小分子靶向藥物及化療藥物提供了極為有意義的幫助，更多的腦轉移相關靶點能夠為乳腺癌腦轉移患者帶來新的希望。

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Researchpropressinsignalingpathwaysandmolecularmechanismsofbrainmetastasesinbreastcancer

JINTuan，ZHANGQingyuan

Department of Medical Oncology，Harbin Medical University Cancer Hospital，Harbin 150081，China

Breast cancer is one of the highest incidence of cancer in women，most frequent sites of metastasis are the lung，bone，liver，and central nervous system.The incidence of central nervous system metastasis is about 15%.At present，there are Wnt and Notch pathways，EGFR and PTEN pathways，which may be related to the brain metastases in breast cancer.There may be related to VEGF and Stat3，tubulin and TOP2A，BNC1，GALNT9，CCDC8，HER2，HER3，MMP，F(xiàn)BPS，sarcosine and other factors.This paper summarizes the signaling pathways and molecular mechanisms that may lead to brain metastases in breast cancer，and we hope to provide new ideas for targeted therapy of brain metastases in breast cancer.

Breast cancer；Brain metastases；Mechanisms

哈爾濱醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院腫瘤內科(哈爾濱 150081)

靳團，女，(1990-)，碩士研究生，從事乳腺癌轉移機制的研究。

張清媛，E-mail：zqyxsci@126.com

R737.9

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.05.016

(收稿：2017-03-08)