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(jiàn)的惡性腫瘤，目前美國(guó)前列腺癌發(fā)病率超過(guò)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(guó)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(dǎo)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(xué)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(yīng)提供了必要的空間、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、鈣離子及多種細(xì)胞因子?，F(xiàn)在多數(shù)學(xué)者認(rèn)為[2-3]，前列腺癌細(xì)胞和骨微環(huán)境成分之間存在特異、強(qiáng)烈的相互作用，骨微環(huán)境中產(chǎn)生的因子對(duì)腫瘤骨轉(zhuǎn)移具有重要意義，并在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)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(chǔ)

前列腺癌發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的解剖特點(diǎn):⑴骨的血液循環(huán)豐富。骨的血管可分為骨干營(yíng)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(xì)血管系統(tǒng)。骨的動(dòng)脈廣泛吻合,互相連接,靜脈網(wǎng)的直徑較大,以適應(yīng)動(dòng)脈特點(diǎn),便于將血液迅速排出。⑵通過(guò)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(mén)脈樣”靜脈系統(tǒng),導(dǎo)致前列腺癌向脊椎轉(zhuǎn)移的機(jī)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(mén)靜脈廣泛交通的特點(diǎn)。癌細(xì)胞容易沿著靜脈血流轉(zhuǎn)移至脊柱,并通過(guò)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(jī)制研究

1“種子土壤”學(xué)說(shuō) 盡管癌細(xì)胞會(huì)向全身各系統(tǒng)轉(zhuǎn)移,但是,為什么前列腺癌細(xì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果都印證了Paget提出的“種子土壤”學(xué)說(shuō)[4]即：在前列腺癌細(xì)胞與骨骼微環(huán)境中存在著特異的生物學(xué)相互作用?！胺N子和土壤學(xué)說(shuō)”預(yù)示骨微環(huán)境中表達(dá)許多因子,吸引多種腫瘤細(xì)胞的遷移以及促進(jìn)腫瘤的增殖。而腫瘤細(xì)胞自身表達(dá)因子又會(huì)刺激骨組織的重新塑形。通過(guò)腫瘤細(xì)胞與其所處生長(zhǎng)環(huán)境中的雙向和動(dòng)態(tài)的作用,促進(jìn)腫瘤在骨骼中的發(fā)展。因此,骨微環(huán)境中的多種因子對(duì)腫瘤骨轉(zhuǎn)移具有重要意義[5]。

1.1 基質(zhì)細(xì)胞衍生因子 基質(zhì)細(xì)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(qiáng)瘤細(xì)胞侵襲基底膜的能力,而且在它的誘導(dǎo)下,前列腺癌能夠“滲透”骨基質(zhì)內(nèi)皮細(xì)胞層發(fā)生骨局部浸潤(rùn)。相關(guān)研究結(jié)果證實(shí),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(qiáng)效誘導(dǎo)因子。Sun等[6]在實(shí)驗(yàn)中觀察到,CXCL12暫時(shí)的增加可以提高易發(fā)生轉(zhuǎn)移的前列腺癌細(xì)胞系PC3和LNCaP C4-2B的黏附能力和侵襲能力,而對(duì)非轉(zhuǎn)移性前列腺癌細(xì)胞系則沒(méi)有影響。Russell等[7]認(rèn)為，在造血細(xì)胞定位于骨的過(guò)程中,CXCL12(表達(dá)于成骨細(xì)胞和上皮細(xì)胞)和它的受體CXCR4是關(guān)鍵因素,他們利用RT-PCR和Western blotting技術(shù),發(fā)現(xiàn)在發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的幾個(gè)人前列腺癌細(xì)胞系中,CXCR4都是陽(yáng)性。體外黏附測(cè)定發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)預(yù)先用SDF-1處理的前列腺癌細(xì)胞,其黏附于成骨肉瘤和上皮細(xì)胞的能力顯著提高。故前列腺癌和其他惡性腫瘤可能通過(guò)這個(gè)途徑發(fā)生了骨轉(zhuǎn)移。Daras等[8]研究表明，前列腺癌相關(guān)血管和增生基底細(xì)胞均表達(dá)CXCL12。小鼠皮下注射表達(dá)CXCR4的PC3細(xì)胞,可以發(fā)現(xiàn)局部血管密度增高,腫瘤侵入周?chē)M織的能力增高。用CXCR4抗體在抑制CXCL12/CXCR4軸的作用后,CXCR4依賴(lài)的腫瘤生長(zhǎng)和血管形成受到抑制。相似研究發(fā)現(xiàn),用SDF-1預(yù)處理后的前列腺癌細(xì)胞對(duì)骨髓內(nèi)皮細(xì)胞株的黏附性增強(qiáng),同時(shí)這種作用又會(huì)被CXCR4的抗體所阻斷。因此,SDF-1/CXCR4途徑在促使前列腺癌細(xì)胞黏附于骨基質(zhì)的過(guò)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(gè)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(xì)胞中有高表達(dá),包括前列腺癌、卵巢癌、乳房癌、結(jié)腸癌等。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),骨組織和前列腺癌細(xì)胞共培養(yǎng)能促進(jìn)后者合成ET-1。骨基質(zhì)中富含的細(xì)胞因子TGF、EGF、IL-1等能促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞合成和分泌ET-1。反之,前列腺癌細(xì)胞也能通過(guò)分泌ET-1等細(xì)胞因子影響骨的重塑[9]。ET-1還能增強(qiáng)其他成骨細(xì)胞刺激因子(如BMP)的誘導(dǎo)成骨作用,也能抑制破骨細(xì)胞的破骨功能,減少其對(duì)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(xì)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(lài)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(xì)胞ET-1和ETA的表達(dá)水平明顯升高,而ETB的表達(dá)則明顯下調(diào),即使有少量表達(dá)也缺乏功能性結(jié)合位點(diǎn)。在細(xì)胞水平,ET-1能夠誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞的增殖,還能提高IGF、EGF等生長(zhǎng)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(huì)增加。ET-1能夠刺激成骨細(xì)胞增殖、促進(jìn)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(zhǎng)因子β超家族成員,轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β家族成員分子在羧基端具有7個(gè)半胱氨酸殘基組成的特定區(qū)域。它是強(qiáng)力骨誘導(dǎo)因子,不僅可以誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化標(biāo)志物,還可刺激軟骨細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)。BMP7的生物學(xué)效應(yīng)是通過(guò)與相應(yīng)受體結(jié)合后的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)實(shí)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(xì)胞對(duì)BMP的反應(yīng)性:BMPRⅠA刺激細(xì)胞生長(zhǎng),BMPRⅠB則抑制細(xì)胞生長(zhǎng)[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(shuō)明BMP7 mRNA水平具有雄激素依賴(lài)性[14]。這與早期前列腺癌細(xì)胞具有雄激素依賴(lài)性一致。Festuccia等[15]用培養(yǎng)成骨細(xì)胞后的培養(yǎng)液培養(yǎng)人前列腺癌PC-3細(xì)胞株,發(fā)現(xiàn)PC-3細(xì)胞的趨化性、黏附性、侵襲力及遷移力顯著增強(qiáng),而這種作用可被BMP7抗體阻斷,原因可能是成骨細(xì)胞分泌BMP7到細(xì)胞外基質(zhì),被前列腺癌上皮高度表達(dá)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(qiáng)前列腺癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移。Feeley等[16]通過(guò)反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)和Western blot分析確定BMP7受體表達(dá)的前列腺癌PC3細(xì)胞系,并在體內(nèi)行PC3細(xì)胞重癥聯(lián)合免疫缺陷小鼠脛骨注射,8周后組織學(xué)和影像學(xué)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(dòng)可能會(huì)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(gè)潛在靶向位點(diǎn)。

1.4 甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白 甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白(parathyroid hormone-related protein,PTHrP)是由141個(gè)氨基酸組成的蛋白,在氨基酸序列的前13個(gè)氨基酸中,有8個(gè)與甲狀旁腺激素同源。Shen等[17]將PTHrP cDNA轉(zhuǎn)入前列腺癌細(xì)胞株P(guān)C-3,使其過(guò)量表達(dá)PTHrP,發(fā)現(xiàn)PC-3對(duì)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(qiáng),同時(shí)伴有整合素α1、α5、α6和β4表達(dá)上調(diào)。研究證實(shí),前列腺癌細(xì)胞自身分泌的PTHrP通過(guò)內(nèi)分泌途徑上調(diào)特異的整合素亞單位,來(lái)增強(qiáng)前列腺癌細(xì)胞對(duì)細(xì)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(xì)胞株),得到PTHrP及其受體高表達(dá)的單克隆細(xì)胞株,通過(guò)左心室途徑注入雄鼠體內(nèi),出現(xiàn)腰椎轉(zhuǎn)移,組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn),骨轉(zhuǎn)移灶中破骨細(xì)胞活性顯著增強(qiáng)。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(guò)程中起著重要作用[18]。

1.5 生長(zhǎng)因子類(lèi) 包括堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growthfactor,bFGF)、胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin-like growthfactors,IGFs)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growthfactor-β,TGF-β)、 血小板源生長(zhǎng)因子(platelet-derived growthfactor,PDGF)。前列腺癌細(xì)胞可以表達(dá)大量的bFGF,它不但可以促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖,而且能促進(jìn)粘連。FGF18是FGF家族的新成員,也可以刺激成骨細(xì)胞的增殖,并上調(diào)成骨細(xì)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(guò)RANKL誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的形成,且刺激其功能。TGF-β可以刺激PC-3細(xì)胞表面α2β1整合素的表達(dá)。有人用TGF-β處理人骨髓內(nèi)皮細(xì)胞株后,PC-3對(duì)其的黏附能力顯著下降;用TGF-β處理LNCaP后,它對(duì)人骨髓內(nèi)皮細(xì)胞株的黏附能力也顯著下降。認(rèn)為T(mén)GF-β會(huì)有效削弱腫瘤細(xì)胞對(duì)骨髓微血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附性。TGF-β的過(guò)表達(dá)不僅能夠刺激腫瘤血管的形成、抑制機(jī)體免疫系統(tǒng),而且可以直接調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。有研究[20]將TGF-βⅡ型受體表達(dá)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(duì)抗腫瘤的特異性T細(xì)胞活性明顯增強(qiáng)。TGF-β在正常前列腺組織中是一個(gè)重要的負(fù)性生長(zhǎng)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(dòng)因子的角色[21]。PDGF是由2條多肽鏈(A和B)通過(guò)二硫鍵連接形成的二聚體,在骨組織中能夠大量合成并儲(chǔ)備。PDGF能夠顯著增強(qiáng)Ⅰ型膠原、堿性磷酸酶、骨鈣素和骨橋蛋白的表達(dá),這四種指標(biāo)均是成骨細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)的產(chǎn)物[22]。多種大量生長(zhǎng)因子存在于骨骼微環(huán)境中,能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化及骨塑性。Kubota等[23]用RANKL處理鼠破骨細(xì)胞樣骨髓瘤細(xì)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(dǎo)的成骨細(xì)胞前體細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化作用。后被證實(shí)為一種PDGF-BB同型二聚體,說(shuō)明破骨細(xì)胞可以通過(guò)分泌的PDGF-BB同型二聚體直接調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化,在骨質(zhì)再塑型中發(fā)揮重要作用。

2 骨擬態(tài)學(xué)說(shuō)

1999年Koeneman等[24]提出,前列腺癌細(xì)胞具有“骨擬態(tài)”的特點(diǎn),也就是說(shuō),一旦進(jìn)入骨骼,前列腺癌細(xì)胞會(huì)逐漸進(jìn)展到具備某些類(lèi)似于成骨細(xì)胞的特性來(lái)。當(dāng)然,前列腺癌轉(zhuǎn)移到骨骼時(shí),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(xì)胞因子。因此“骨擬態(tài)”假設(shè)不僅僅局限于成骨性改變,還包括溶骨性改變。它對(duì)“種子土壤”學(xué)說(shuō)是一個(gè)非常重要的補(bǔ)充。

總之,各種細(xì)胞因子相互作用、相互影響,形成一個(gè)龐大復(fù)雜的因子網(wǎng)絡(luò),成為“腫瘤-骨基質(zhì)”特異性生物學(xué)作用這一機(jī)制的核心，在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移病變過(guò)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。

;

[1]LU Yi,YAO Zhi,ZHANGJian.Prostate cancer bone metastasis:Interaction between tumor cells and bone microenvironment[J].Chinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology,2007,23(3):167.

[2]Singer FR,Eyre DR.Using biochemical markers of bone turn-over in clinical practice[J].Cleve Clin J Med,2008,75(10):739.

[3]Roudier M P,True L D,Higano C S,et al.Phenotypic heteroge?neity of end-stage prostate carcinoma metastatic to bone[J].Hum Pathol,2003,34(7):646.

[4]Roodman GD.Mechanisms of bone metastasis[J].N Engl J Med,2004,350(16):1655.

[5]Papachristou DJ,Basdra EK,Papavassiliou AG.Bone metastasis:Molecular mechanisms and novel therapeutic interventions[J].Med Res Rev,2010,Sep 3.

[6]Sun Y-X,Fang M,Wang JH,et a.l Expression and activation ofα vβintegrins by SDF-1/CXC12 increases the aggressiveness of prostate cancer cells[J].Prostate,2007,67(1):61.

[7]Russell S,Carlton C,Evan T,et al.Use of the Stromal Cell-de?rived Factor-1/CXCR4 Pathway in Prostate Cancer Metastasis to Bone[J].Cancer Res,2002,62(6):1832.

[8]Darash-Yahana M,Pikarsky E,Abram ovitch,et al.Role of high expression levels of CXCR4 in tumor growth,vascularization,and metastasis[J].FASEB J,2004,18(11):1240.

[9]Granchi S,Brocchi S,Bonaccorsi L,et al.Endothelin-1 produc?tion by prostat e cancer cell lines is upregulated by factors in?volved in cancer progression and downregulated by androgens[J].Prostate,2001,49(4):267.

[10]Kitten AM,Andrews CJ.Endothelin-1 expression in long-term culture of fetal rat calvarial ost eoblast s:regulat ion by BMP-7[J].J Cell Physiol,2001,187:218.

[11]Nelson JB,Chan-Tack K,Hedican SP,et al.Endothelin-1 prod?uct ion and decreased endothelin-B receptor expression in ad?vanced prostate cancer[J].Cancer Res,1996,56:663.

[12]Nelson JB,Hedican SP,George DJ,et al.Identification of endothe?lin 1 in the pathophysiology of metastatic adenocarcinoma of the prostate[J].Nat Med,1995,1:944.

[13]Jeroen T,Buijs Niek V,Henriquez Petra G,et al.TGF-beta and BMP7 interactions in tumour progression and bone metastasis[J].Clin Exp Metastasis,2007,24(8):609.

[14]Thomas R,Anderson WA,Raman V,et al.Androgen dependent?gene expression of bone morphogenetic protein 7 in mouse prostate[J].Prostate,1998,37(4):236.

[15]Festuccia C,BolognaM,Gravina GL,et al.Osteoblast conditioned media contain TGF-β1 and modulate the migration of prostate tu?mor cells and their interactions with extracellular matrix compo?nents[J].Int J Cancer,1999,81(3):395.

[16]Feeley BT,Krenek L,Liu N,et al.Overexpression of noggin inhib?its BMP-mediated growth of osteolytic prostate cancer lesions[J].Bone,2006,38(2):154.

[17]Shen X,Falzon M.PTH-related protein modulates PC-3 prostate cancer cell adhesion and integrin subunit profile.Mol Cell Endocri?nol[J].2003,199(1～2),165.

[18]Bryden AA,Hoyland JA,Freemont AJ,et al.Parathyroid hor?mone related peptide and receptor expression in paired primary prostate cancer and bone metastases[J].Br J Cancer,2002,86(3),322.

[19]Shimoaka T,Ogasawara T,Yonamine A,et al.Regulation of osteo?blast,chondrocyte,and osteoclast functions by fibroblast growth factor(FGF)-18 in comparison with FGF-2 and FGF-10[J].J Bi?ol Chem,2002,277(9),7493.

[20]Shah AH,Tabayoyong WB,Kundu SD,et al.Suppression of tu?mor metastasis by blockade of transforming growth factor beta sig?naling in bone marrow cells through a retroviral-mediated gene therapy in mice[J].Cancer Res,2002,62(24),7135.

[21]Bello-Deocampo D,Tindall DJ.TGF-betal/Smad signaling in prostate cancer[J].Curr Drug Targets,2003,4(3),197.

[22]Tanaka H,Wakisaka A,Ogasa H,et al.Effect of IGF-I and PDGF administered in vivo on the expression of osteoblast-related genes in old rats[J].J Endocrinol,2002,174(1),63.

[23]Kubota K,Sakikawa C,Katsumata M,et al.Platelet-derived growth factorBB secreted from osteoclasts acts as an osteoblastogenesis in?hibitory factor[J].JBone Miner Res,2002,17(2),257.

[24]Koeneman KS,Yeung F,Chung LW,et al.Osteomimetic proper?ties of prostate cancer cells:a hypothesis supporting the predilec?tion of prostate cancer metastasis and growth in the bone environ?ment[J].Prostate,1999,39(4):246.