乳腺癌脑转移的信号通路和分子机制的研究进展

靳 团 综述 张清媛 审校

乳腺癌脑转移的信号通路和分子机制的研究进展

靳 团 综述 张清媛 审校

乳腺癌是女性发病率较高的癌症之一，经常发生转移的部位是肺、骨、肝脏和中枢神经系统，其中中枢神经系统转移的发生率大约为15%。目前已知乳腺癌发生脑转移的信号通路可能有Wnt和Notch通路、EGFR和PTEN通路，与乳腺癌脑转移相关的受体可能有VEGF和STAT3、微管蛋白和TOP2A、BNC1、GALNT9、CCDC8、HER2、HER3、MMP、FBPS、肌氨酸等。本文对可能导致乳腺癌脑转移的信号通路和分子机制进行综述，希望为乳腺癌脑转移的靶向治疗提供新的思路。

乳腺癌；脑转移；机制

乳腺癌在导致女性死亡的恶性肿瘤中排名第二位，其中90%是死于转移瘤，经常发生转移的部位是肺、骨、肝脏和中枢神经系统，其中中枢神经系统转移的发生率大约为15%，尤其是在HER2阳性及三阴性乳腺癌中，中枢神经系统转移的比例明显增高，约为30%～50%[1]。单个肿瘤细胞转移至脑部，必须通过血液-脑屏障(BBB)[2]。相关研究表明，通过BBB之后，乳腺癌细胞表面的配体需要与内皮细胞上的受体结合，通过多种信号通路来激活内皮细胞，继而激活脑组织中各种细胞，从而使乳腺癌细胞有选择性地转移到脑组织中[3]。本文对可能导致乳腺癌脑转移的信号通路和作用机制进行综述，希望为乳腺癌脑转移的靶向治疗提供新的思路。

1 乳腺癌脑转移的细胞通路

1.1 Wnt和Notch通路

Wnt 和 Notch通路在正常干细胞中起到保护作用，与肿瘤干细胞也具有相关性[4]。Nam等[5]用乳腺癌细胞系MDA-MB-435培养出乳腺癌脑转移瘤模型，发现脑转移瘤细胞中高表达白细胞介素(IL)1β可激活周围星形胶质细胞JAG2的表达，这种直接的相互作用导致了星形胶质细胞和肿瘤干细胞中Notch通路的激活。Notch受体与细胞内配体结合后形成的蛋白进行蛋白水解反应，产生活化的Notch胞内结构域，再从细胞质转运到细胞核中，最终作为一个转录激活因子，刺激多种肿瘤相关基因的表达，促进乳腺癌脑转移瘤的增殖。

1.2 EGFR和PTEN通路等

Takagi等[8]总结归纳了EGFR通路及下游PTEN通路、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路、磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)通路在乳腺癌脑转移中的重要作用，这些通路起到调控作用的关键蛋白主要有以下几种：表皮生长因子受体1(EGFR，或HER1)，表皮生长因子受体2(HER2)，表皮生长因子受体3(HER3)，磷脂酰肌醇-3-激酶催化亚基α(PIK3CA)，Akt。进一步的研究表明EGFR/HER2激酶抑制剂TAK-285可渗透大鼠血脑屏障，并且具有抗肿瘤活性，将TAK-285转化为临床药物，有望应用于治疗HER2过度表达的乳腺癌脑转移病例。目前，EGFR抑制剂吉非替尼和厄洛替尼可用于晚期非小细胞肺癌的治疗，HER2受体靶向药物曲妥珠单抗可用于原发性乳腺癌的治疗，但这些靶向药物在乳腺癌脑转移治疗中是否有效仍需进一步临床试验，PIK3CA、Akt尚无相对应的可用于临床治疗的靶向药物。另一些研究表明，HER3可激活PI3K途径，HER3/HER2的配体外源生长因子(HRG)在人脑中高表达，HRG已被证明能诱导HER2/HER3阳性乳腺癌细胞系跨越脑微血管内皮细胞屏障，抑制HRG的生成可抑制乳腺癌脑转移的发生，因此HRG抑制剂也可作为一个具有潜力的肿瘤靶向药物[7，9]。

2 促进肿瘤细胞通过血脑屏障的受体

2.1 VEGF和STAT3

乳腺癌脑转移瘤的形成是由乳腺癌细胞的特性和宿主因素来决定的[10]。Lee等[11]的研究表明，血管内皮生长因子(VEGF)及信号转导与转录激活因子3(STAT3)在乳腺癌脑转移瘤的增殖中起到了重要的作用。乳腺癌细胞可释放VEGF，诱导脑转移瘤中新生血管的生成，同时VEGF与血管内皮细胞表面的受体结合后，可以激活细胞表面的VEGF受体VEGFR2，进而激活内皮细胞下游信号分子STAT3、PI3K和MEK-ERK[11]。STAT3等可作用于肿瘤脑转移的微环境，反过来控制脑血管内皮细胞表面VEGF受体VEGFR2的表达，内皮细胞上VEGFR2可以促进乳腺癌细胞迁移入血脑屏障，从而促进脑转移瘤的生长[12]。目前，VEGFR2抑制剂阿帕替尼，现用于晚期胃癌及晚期非鳞非小细胞肺癌的治疗，VEGFR1、2、3抑制剂索拉非尼，用于治疗不能手术的肝癌、肾恶性肿瘤，也用于胃肠道间质瘤的治疗，但这两种靶向药物针对乳腺癌脑转移的治疗仍需进一步的临床研究。

2.2 βⅡ微管蛋白和TOP2A

Kanojia等[13]评估了一组脑的主要标志物，发现在乳腺癌脑转移的细胞系中过表达的神经元标记物βⅡ微管蛋白(TUBB3)，并且它的表达与远处转移显著相关。在乳腺癌细胞模型(MDA-Br，GLIM2和MDA-MB-468)上进行TUBB3基因敲除，乳腺癌细胞的侵袭能力显著降低，该细胞模型的增殖速度显著降低[13]。在人乳腺癌MCF-7细胞系中进行的研究发现，TUBB3及TOP2A 表达降低时可降低细胞增殖速度、促进细胞凋亡的发生，同时发现在临床上，与TUBB3阴性乳腺癌患者相比，TUBB3阳性的乳腺癌患者其无病生存期(DFS)和总生存期(OS)明显缩短。但目前TUBB3与乳腺癌脑转移相关性的研究尚处于体外实验阶段，仍需进行TUBB3与乳腺癌脑转移患者临床病理及多种因素的相关性研究。

2.3 BNC1，GALNT9，CCDC8

Pangeni等[15]进行了一项研究发现O-糖基化引发剂(GALNT9)、微管动力调节器(CCDC8)和有广泛靶点的转录因子(BNC1)在脑转移的乳腺癌中经常出现表达异常，他们对同一个患者乳腺癌原发灶和脑转移灶中调节这三个蛋白的基因进行对比，发现这三个基因在脑转移灶中甲基化程度高，在原发灶中甲基化程度很低。BNC1和GALNT9甲基化过程发生在乳腺癌进展和转移的后期，而CCDC8的甲基化发生在乳腺癌进展和转移的早期，GALNT9在脑转移瘤和其他中枢神经组织中表达水平非常高，而在其他组织包括正常乳腺组织中表达水平低[15]。目前这三个蛋白尚无靶向药物，上述研究可以为靶向药物的研制提供参考。

2.4 HER2和HER3

HER2阳性亚型的乳腺癌其脑转移的风险较高[16]。HER3被认为是与HER2高度相关的一个信号传导因子，可以与HER2形成二聚体，可诱导乳腺癌细胞跨过原发性脑微血管内皮细胞严密的屏障，从而诱导乳腺癌的脑转移。这一脑转移过程完全取决于HER2、HER3的活性，HER2-HER3二聚体可被曲妥珠单抗药物阻断，针对HER3也可以使用HER3单克隆抗体EV20阻断[9]，这一研究为临床上预防和治疗乳腺癌患者的脑转移提供了新的理论基础。

3 大脑星形胶质细胞上与脑转移相关的受体

星形胶质细胞分泌基质金属蛋白酶(MMP)，包括MMP-1、MMP-2和MMP-9[17]。在中枢神经系统白血病中，白血病细胞分泌的MMP-2和MMP-9促进紧密连接蛋白的破坏，从而增加细胞间通透性，白血病细胞穿过血脑屏障[18]。人们发现将转移性乳腺癌细胞与星形胶质细胞共培养，乳腺癌细胞的侵袭能力提高，从而导致乳腺癌发生脑转移的几率大大增加[3]。虽然星形胶质细胞可通过上调纤维蛋白溶酶来防御侵袭性转移，促进FasL死亡信号的旁分泌，但这种反应可能导致转移性乳腺癌细胞中高表达丝氨酸蛋白酶抑制剂和丝氨酸蛋白酶抑制剂B2，反而促进了肿瘤在脑组织中的侵袭，导致乳腺癌脑转移的发生和发展[3]。

4 代谢因素和脑转移的关系

4.1 肌氨酸代谢相关蛋白

肌氨酸在前列腺癌中是一个敏感的肿瘤标志物，与肿瘤的进展和转移过程相关[19-20]。既往的研究表明肌氨酸代谢相关蛋白在乳腺癌HER2分子亚型中高表达，抑制肌氨酸的合成可抑制乳腺癌的生长[21-22]。Cha等[23]评估了转移性乳腺癌组织中肌氨酸、甘氨酸N-甲基转移酶(GNMT)、肌氨酸脱氢酶(SARDH)和过氧化物酶肌氨酸氧化酶(PIPOX)的表达水平，发现在乳腺癌的脑转移灶和肺转移灶中GNMT和肌氨酸通常为高表达，而PIPOX则表现为低表达，提示这些蛋白与乳腺癌的脑转移和肺转移显著相关，但具体机制仍需深入研究。

4.2 果糖-1，6-二磷酸酶(FBPS)

与良性肿瘤细胞相比，恶性肿瘤细胞消耗更多的营养物质和能量[24]。肿瘤细胞普遍存在增强的糖酵解途径，俗称“Warburg效应”，以弥补正常的糖代谢途径产生能量及营养物质的不足[25]。研究表明，乳腺癌脑转移细胞中糖异生作用增强，同时氧化谷氨酰胺和支链氨基酸的能力增加，将表达FBPS的基因沉默后，乳腺癌脑转移细胞的活性下降[26]。在临床中，与原发性乳腺癌患者相比，乳腺癌脑转移患者FBPS和糖原的表达增多[26]。FBPS和糖原是人体正常代谢不可缺少的物质，因此很难研究出具有针对性的药物，用以治疗乳腺癌的脑转移。

4.3 活性氧相关蛋白

既往的研究表明，在卵巢癌组织中，氧化还原缓冲系统如硫氧还蛋白、谷胱甘肽和抗氧化系统(例如过氧化氢酶和超氧化物歧化酶)均有不同程度的过表达或低表达[27]。活性氧(ROS)可以氧化还原各种肿瘤转移的信号通路上敏感的蛋白，激活关键信号转导蛋白的翻译后修饰，研究发现在乳腺癌的转移瘤(包括脑转移瘤)中ROS相关蛋白的表达显著增加[28]。Kim等[29]的研究表明，乳腺癌脑转移灶中过氧化氢酶的位点具有特异性，与骨转移灶相比，脑转移灶中过氧化氢酶的表达较高，同时ROS相关蛋白的表达与患者的预后相关。ROS在乳腺癌脑转移灶中具有一定的特异性，因此，ROS抑制剂或许可以作为乳腺癌脑转移患者治疗的靶向药物[30]。

5 小结与展望

近年来，随着人们对乳腺癌机制及治疗的深入研究，乳腺癌患者的生存年限也随之延长，因此乳腺癌脑转移的发病率也随之增加。人体血脑屏障的存在极大地阻碍了化疗药物对脑肿瘤的杀伤作用，现有的乳腺癌脑转移主要的治疗方法仍为手术和放疗。研究乳腺癌脑转移的机制，对人们寻找新的小分子靶向药物及化疗药物提供了极为有意义的帮助，更多的脑转移相关靶点能够为乳腺癌脑转移患者带来新的希望。

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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，FBPS，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

哈尔滨医科大学附属肿瘤医院肿瘤内科(哈尔滨 150081)

靳团，女，(1990-)，硕士研究生，从事乳腺癌转移机制的研究。

张清媛，E-mail：zqyxsci@126.com

R737.9

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.05.016

(收稿：2017-03-08)