CXCL12 及其受体在非小细胞肺癌脑转移中的研究进展

董 婕 李 芳 (大连医科大学基础医学院免疫教研室，大连 116044)

NSCLC 是全球致死率最高的肿瘤之一［1］，尽管目前手术、放化疗技术已有很大发展，但死亡率仍居高不下，五年生存率只有15%［2］，患者多死于局部浸润和远处扩散，其中三分之一的患者合并脑转移。局部晚期非小细胞肺癌(locally advanced NSCLC，LAD-NSCLC)中，约17%～38%的患者在诊断两年内发生了脑转移［3］。NSCLC 在生长和播散中，表达了一些趋化因子及其受体，如CCR7、CXCR3、CCL21等。随着分子病理学的发展，已发现趋化因子CXCL12(又称为SDF-1，stromal-derived factor-1)及其受体可调控NSCLC 的增殖、侵袭、转移，并在脑转移中发挥重要作用。

1 CXCL12 及其受体概述

CXCL12 是由骨髓基质细胞及其他相关间皮细胞和内皮细胞分泌的一种小分子多肽(8 kD)，属于趋化因子CXC 家族，其编码基因位于人10 号染色体短臂上，主要包括α、β、γ 三个亚型，其调节方式和功能相似，但产生的意义不清。CXCL12 由89 个氨基酸构成，靠近N 端的8 个氨基酸负责与受体的结合，C 端的氨基酸主要参与维持结合的稳定性。生理情况下，肝、肾、肺、脑、淋巴结、骨髓等组织可持续分泌，多数肿瘤中也可检测到CXCL12 的表达［4］。

CXCL12 通过与其受体CXCR4 或CXCR7 结合而发挥生物学作用。CXCR4 为7 次跨膜G 蛋白偶联受体，由352 个氨基酸组成，编码基因位于人染色体2q21 上，在神经元、造血干细胞、血管内皮细胞、上皮细胞、淋巴细胞等正常组织上表达，可引导免疫细胞在病理或生理情况下发挥作用［5］。19 个趋化因子受体中，CXCR4 在恶性肿瘤中表达最广［6］，它对促进肿瘤的生存、增殖、侵袭和转移有重要作用［7-9］。近年，又发现CXCL12 的另一受体CXCR7(过去当作孤儿受体)，CXCR7 也属G 蛋白偶联受体，基因定位于人染色体2q37，它在肿瘤的发生发展中也起到作用［10］，但关于这一受体的研究相对较少，本文不做主要阐述。

目前认为CXCL12/CXCR4 的主要作用有:介导免疫和炎症反应;介导HIV 感染;参与造血干细胞迁徙;调控肿瘤发生发展。CXCL12/CXCR4 在多种肿瘤如乳腺癌、肺癌、结直肠癌、胰腺癌中都有表达，在肿瘤的转移中起到驱动、引导作用。

2 CXCL12 及其受体与NSCLC 脑转移

2.1 CXCL12/CXCR4 与NSCLC 脑转移 Philips等［9］人首次在基因和蛋白水平上证实CXCL12/CXCR4 在NSCLC 器官特异性转移中至关重要，并在NSCLC 肿瘤组织和肺癌细胞系(A549 和CALV21)中都检测到CXCR4 高表达，CXCL12 作为配体在转移好发部位高表达。已发生转移的NSCLC 中其表达明显增高，拮抗CXCR4 或用短发卡RNA 敲除后转移明显减少［11］。近年，Dia 等［12］构建的A549 细胞CXCL12/CXCR4 自分泌环，能促进肿瘤的迁徙、增殖和侵袭，更说明它在NSCLC 转移有重要作用。

CXCL12/CXCR4 在不同组织类型的NSCLC 脑转移中均有影响。研究者根据临床病理特征(性别、年龄、病史、TN 分期)将M0 与M1 期NSCLC 患者严格匹配，用定量双重标记免疫荧光来检测原发性NSCLC 脑转移患者中的CXCL12 和CXCR4，发现脑转移患者(M1 期)中CXCL12 和CXCR4 的免疫反应性明显增高［3］。Chen 等［8］对32 例已行手术切除的NSCLC 脑转移患者进行的回顾性分析中也得出类似结论。可知，CXCL12/CXCR4 参与到NSCLC的脑转移。

Paratore 等［3］利用这一特性试图将CXCL12/CXCR4 作为NSCLC 脑转移的预测因素，用受试者工作特性曲线确定了CXCL12/CXCR4 在NSCLC 脑转移中免疫反应性临界值，证实CXCL12/CXCR4 在NSCLC 脑转移中有良好的诊断和预测价值。但由于样本量较少，还需要更多的研究来提高其可信度［3］。

2.2 CXCL12/CXCR7 与NSCLC 脑转移 CXCR7在NSCLC 发生发展中起到重要作用，但与NSCLC脑转移的关系不清。CXCR7 的高表达与CXCR4 呈正相关［13］。Salmaggi 等［14］对56 例发生脑转移的肿瘤患者的脑组织检测中发现，CXCL12 在肿瘤和血管中表达，CXCR7 在肿瘤和内皮细胞(肿瘤内或临近组织)中表达，CXCR4 在所有样本的细胞核中都有表达，并认为CXCR7 在肿瘤通过血脑屏障(blood brain barrier，BBB)起到作用，表达CXCR7 的肿瘤细胞与脑转移病灶周围同样表达CXCR7 的细胞之间黏附力增强［14］。但最近有学者利用CXCR4/CXCR7 的基因敲除小鼠表明，抑制CXCR7 不能调节细胞向CXCL12 的迁徙，只有CXCR4 对NSCLC 的转移有作用［10］。

3 CXCL12/CXCR4 介导NSCLC 脑转移的机制

NSCLC 脑转移的过程十分复杂，包括细胞外基质降解、肿瘤迁徙、归巢的黏附等，最终种植在脑组织中。CXCL12/CXCR4 参与到这一系列过程，并调节NSCLC 的脑转移。下面就几个主要步骤分别阐述。

3.1 CXCL12/CXCR4 与NSCLC 的细胞外基质降解和迁徙 CXCL12 与CXCR4 结合后激活Rac1，诱导肺组织细胞产生基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)，如MMP-2 和MMP-14［11］，同时通过PI3K/AKT/NF-ΚB 途径刺激单核巨噬细胞分泌MMPs，降解细胞外基质。另外，CXCL12 可调节细胞形态和伪足形成，促进NSCLC 细胞中的钙释放和细胞骨架重排。已知CXCL12 的表达受到缺氧、NO、雌激素和NF-κB 活性等影响，CXCR4 与Nrf2 的表达间也存在关联［15-17］。有学者发现抑制NF-κB可降低肿瘤的迁徙，livin 蛋白可能参与到NF-κB 的信号转导，并与CXCR4 表达成正相关［18］，但livin与NSCLC 的关系还不清楚。以上因素都可影响NSCLC 脑转移的使动环节。

目前关于NSCLC 如何通过BBB 进入脑组织的机制还未完全明晰，已知CXCL12β 亚型在脑血管内皮上选择性表达，但具体意义还有待研究。炎症中，CXCL12 在可趋化某些细胞如白细胞通过BBB 到达靶点［19］。Lee 等［20］发现乳腺癌的脑转移中，PI-3/AKT 信号通路使癌细胞通过血脑屏障，CXCL12 可增强血管通透性使乳腺癌细胞通过人脑微血管内皮细胞渗入到脑组织。阻断CXCL12/CXCR4 信号通路之后，有效减少乳腺癌细胞通过内皮和血管通透性转运至脑。这可能也是NSCLC 细胞通过血脑屏障进行转移的机制之一。

3.2 CXCL12/CXCR4 与NSCLC 的归巢和黏附 Phillips 等［9］首次提出NSCLC 受CXCL12 趋化而发生转移。因化学趋向性的存在，表达CXCR4 的NSCLC 细胞进入到血液或者淋巴系统后，会顺着浓度梯度，优先转移黏附到CXCL12 高表达的区域，这一过程称作归巢。脑作为NSCLC 转移的重要靶点，CXCL12 的表达明显高于正常组织。中枢神经系统(central nervous system，CNS)中，CXCL12 及CXCR4广泛存在，对促进胚胎CNS 的发育十分重要，成人脑组织的内皮细胞、胶质细胞和大部分神经元都表达CXCL12，这对维持脑生长和内环境稳定有很大作用［5］，大脑皮层功能的发挥就是由CXCL12 介导的［21］，因此可以大胆猜测，NSCLC 脑转移的发生率如此高可能与脑组织本身的CXCL12 高表达有关。

NSCLC 通过化学趋向性到达脑组织后，CXCR4与CXCL12 相结合，激活ERK，进而激活IKKa/b 和NF-κB，刺激了整合素(ITGB1 和ITGB3)的产生，促进肺癌细胞的黏附。肿瘤通过与肿瘤相关成纤维细胞相互作用产生大量CXCL12 和CXCR4，促进NSCLC 增殖［22］。CXCL12 与CXCR4 相互作用，调节NSCLC 的生长和增殖，具体通路如图1 所示。

图1 CXCL12 信号转导通路［5］Fig.1 CXCL12 signaling［5］

4 CXCR4 拮抗剂在NSCLC 脑转移中的临床应用

2013 年NCCN 关于NSCLC 脑转移的治疗原则是全脑放疗或者立体放疗手术，但死亡率仍很高，此外肿瘤干细胞CXCR4 的高表达可促使NSCLC 产生耐受［23-26］，目前亟需一个能有效治疗NSCLC 脑转移的方案，提高患者生存质量，延长生存期。CXCR4可促进其与基质细胞作用［27］，调节肿瘤的血管生成、增殖和转移［28］，有望成为化疗药物的新靶点［27，29］。目前已有多种针对CXCR4 拮抗剂，如小分子物质AMD3100、MSX-122，以及肽类ALX40-4C或鲎肽类似物(TN14003/BKT140)、T22，CTCE-9908 等［30］。

CXCR4 拮抗剂ADM3100(普乐沙福或莫做比尔)以往一直应用于骨髓移植中动员造血干细胞，而不是治疗肿瘤。Jung 等［26］的研究提出ADM3100能减少NSCLC 肿瘤干细胞对化疗的耐药性。Liang等［31］研制的一种新型小分子CXCR4 不完全性拮抗剂MSX-122，不具有动员造血干细胞的性质，可降低药物的副作用，现已进入Ⅰ期临床试验阶段。BKT140 作为一个CXCR4 的高选择性反向激动剂，无论在体内还是体外实验中都证实能抑制NSCLC细胞系的生长。BKT140 与顺铂、紫杉醇、放疗联合应用可预防NSCLC 细胞的增殖［32］。TN14003/BKT140 可阻断NSCLC 黏附到基质，并增加对化疗药物的敏感性［27］。此外，它们也能直接影响NSCLC转移到脑组织。

不可否认，CXCL12/CXCR4 抑制剂的应用还存在很多问题，首先，目前还未有研究指出短期应用CXCR4 拮抗剂有不良反应，但长期应用会产生什么副作用仍不清楚。因为动员造血干细胞的作用，长期应用会促进还是抑制肿瘤的转移还需进一步研究。其次，单独还是联合应用CXCR4 拮抗剂，与传统放化疗联合应用还是多靶点联合抑制，如针对VEGFR、EGFR、CXCR4 和COX2 的联合用药［33］，这都需要长期追踪来验证。

5 结语

近十年，CXCL12/CXCR4 在肿瘤尤其是NSCLC中的作用备受关注，它可促进肿瘤的生长、增殖、转移，并与肿瘤的预后相关。作为与NSCLC 的生物学行为密切相关的趋化因子，CXCL12/CXCR4 为NSCLC 脑转移的诊断治疗提供广阔的前景。目前CXCL12/CXCR4 轴抑制剂正处于临床前向临床的转化阶段，但药物的安全性和有效性还需进一步检测。

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