基质细胞衍生因子?1及其受体 CXCR4与乳腺癌的关系
【关键词】 乳腺癌 基质细胞衍生因子?1（SDF?1） CXCR4
乳腺癌是危害妇女健康的主要恶性肿瘤之一。在世界范围内乳腺癌的发病率呈上升趋势，据报道，欧美国家每10个妇女约有1人发生乳腺癌。乳腺癌患者的预后与肿瘤的复发、转移密切相关，远处转移己成为制约患者长期生存和改善预后的主要障碍[1]。近年来研究发现基质细胞衍生因子?1(stromal cell?derived factor?1，SDF?1)及其受体CXCR4构成的信号通路与乳腺癌细胞的定向播散和器官特异性转移密切相关。本文就SDF?1及其受体CXCR4的结构、功能以及与乳腺癌的关系作一论述。
1 SDF?1及CXCR4的结构
1.1 SDF?1 1994年Nagasawa等[2]首先在P6系小鼠骨髓基质细胞分泌的细胞因子中发现一种因子具有信号序列的功能，最初将其称为前B细胞增长刺激因子（pre?B cell stimulatory factor，PBSF），随后发现它属编码为89个氨基酸的多肽，根据其氨基酸序列将其归类于趋化因子CXC亚家族，命名为CXCL12。由于该因子来源于基质细胞，所以又称基质细胞衍生因子?1（SDF?1）。Crump等[3]利用核磁共振谱分析，提出SDF?1的结构模型是以单体形式存在，分为SDF?1α和SDF?1β两个亚型，与其他CC或CXC类趋化因子在结构上只是在C?端和N?端的氨基酸残基有所不同。上述89个氨基酸多肽为SDF?1α，而SDF?1β有93个氨基酸残基，即在羧基端比SDF?1α多4个氨基酸残基，它们是由同一基因编码的两种不同的拼接变异体，二者在表达及功能上无区别。SDF?1在种属间具有高度的同源性，人与小鼠的SDF?1的氨基酸序列有99%相同。但是研究表明，与其他趋化因子基因位于4号、17号染色体不同，SDF?1基因位于10号染色体长臂。
1.2 CXCR4 CXCR4是目前已知SDF?1唯一的受体，最初是用IL?8R基因探针从人血单核细胞基因库中分离提纯出的一个新的cDNA，编码为352个氨基酸。它是一个具有7个跨膜G蛋白偶联的受体，被称为白细胞表达的7次跨膜受体(Leukocyte?expressed seven?transmembrance domain receptor LESTR)，与IL?8R有32％同源性。后来在HIV?1感染的CD4+T细胞中分离出一种有HIV?1辅助受体的cDNA质粒，其序列分析与LESTR相同，因为它是HIV?1的融合共同因子，又称之为融合素(Fusin)。此外，因其配体SDF?1为CXC家族成员，故按CXC受体编号命名为CXCR4。
2 SDF?1/CXCR4的生理功能
2.1 维持胚胎发育 通过基因转染的方法将小鼠SDF?1基因的2个等位基因敲除，SDF?1?/?小鼠有半数胎死腹中，即使出生也均在一小时内死亡，表现为造血障碍、血管形成异常、心脏室间隔缺损、小脑神经元分布异常等缺陷。另外，CXCR4?/?小鼠表现出与SDF?1?/?小鼠类似的结果。以上实验表明SDF?1/CXCR4在胚胎发育过程中具有非常重要的作用。
2.2 介导免疫及炎症反应 SDF?1是T 细胞、前B淋巴细胞、单核细胞及树突状细胞的潜在趋化因子，也是早期阶段B细胞、T细胞的分化、成熟和生长因子。它能诱导T细胞移动并粘附于内皮细胞，继而介导其通过内皮细胞而发挥免疫作用[4]。SDF?1是CD4+T细胞活化的共刺激因子，研究发现，在类风湿性关节炎病变的滑膜中有CD4+T细胞的积聚现象，提示SDF?1在免疫和局部炎症过程中是一个重要的调节因子。
2.3 调控造血 SDF?1在造血干/祖细胞的迁移和归巢中发挥重要的趋化作用。它是第一个被报道的人类CD34+造血祖细胞的趋化因子，不仅介导早期的CD34+及CD38?等造血祖细胞迁移，而且能诱导CD34+的淋巴细胞系/髓系祖细胞通过内皮细胞迁移和植入。此外，SDF?1还表现为可以单独或协同SCF、TPO等细胞因子加强和维持造血干细胞的生存。
2.4 诱导血管生成 SDF?1/CXCR4生物学轴在内皮细胞形成血管的过程中起重要的作用。Kanda等[5]研究发现，SDF?1能够诱导内皮细胞的聚集并促进细胞间胞壁的消失形成腔道。SDF?1在磷酸肌醇－3(PI3)激酶和Gi蛋白参与下诱导内皮细胞血管形成。而Hitchon等[6] 则发现SDF?1/CXCR4生物学轴通过促进血管内皮生长因子(VEGF)的分泌诱导内皮细胞增殖和血管新生。
2.5 HIV感染 HIV?1感染首先以CCR5为辅助受体感染单核细胞，之后则以CXCR4作为共受体和融合素感染CD4+T细胞，表现出获得性免疫缺陷综合征(AIDS)。另有研究显示，SDF?1可以通过竞争性抑制HIV?1的gb120与CXCR4的结合以及下调CD4+T细胞表达CXCR4发挥抗HIV?1感染的作用。
2.6 肿瘤转移 Kang等[1]发现乳腺癌细胞在具备SDF?1/CXCR4信号通路时，肿瘤细胞的生长、浸润性能明显增强。Muller等[7]研究亦表明，通过SDF?1/CXCR4之间的相互作用可以介导乳腺癌细胞肌动蛋白多聚化和伪足形成，促进肿瘤细胞的移位和浸润。而在横纹肌肉瘤细胞系中也可以观察到SDF?1/CXCR4信号通路在瘤细胞的定位、粘附及通过内皮细胞基底膜和提高金属蛋白酶水平等过程中发挥作用[8]。在小鼠的体内试验中，通过应用T140阻断SDF?1/CXCR4相互作用，可以明显抑制乳腺癌的淋巴结和肺转移[9]。以上结果提示SDF?1/CXCR4信号通路在肿瘤的转移过程中起重要作用。
3 SDF?1/CXCR4与乳腺癌的关系
3.1 SDF?1/CXCR4在乳腺肿瘤中的表达
SDF?1/CXCR4与乳腺癌的关系十分密切，通过多种机制影响乳腺癌细胞的生物学特性，增加其浸润和转移能力。2001年，Muller等[7]报道不仅人乳腺癌细胞系高表达趋化因子受体CXCR4，而且乳腺癌原发灶及转移灶也高表达CXCR4，但在乳腺癌最常见的转移部位如淋巴结、肺、肝脏和骨髓中则高水平地表达其配体SDF?1。最近研究发现，乳腺癌细胞系除均表达CXCR4外，某些细胞系如MDA?MB?435S、MDA?MB?436、MCF7等亦表达SDF?1[10]。Kang等[11]报道正常乳腺组织内亦可见SDF?1的表达，与乳腺癌组织相比，二者的SDF?1表达水平无显著差异。但在乳腺癌组织中，有淋巴结转移者的SDF?1的表达水平明显高于无淋巴结转移者。Bernd 等[12] 通过对乳腺导管原位癌以及非典型导管上皮增生进行研究，发现CXCR4在此二类组织中均呈现出高水平表达。以上提示SDF?1和CXCR4的高水平表达对促进肿瘤细胞的浸润和转移起着重要作用。
3.2 SDF?1/CXCR4对乳腺癌生物学特性的影响
在乳腺癌细胞的生长和转移过程中，有多种信号通路参与。研究表明SDF?1/CXCR4生物轴在其中起重要作用，是乳腺癌细胞扩散和器官特异性转移的重要因素。当SDF?1与CXCR4特异性结合后，形成了一个空间时间信号，决定趋化何种细胞亚群移动以及移动到何处，从而显示出多种生物效应，包括刺激肿瘤生长转移、新生血管生成、抑制机体对肿瘤的免疫效应等，最终形成转移性乳腺肿瘤。另外，肿瘤来源的趋化性细胞因子可能有抑制抗肿瘤免疫效应并作为自分泌因子促使肿瘤生长的作用[13]。
据研究报道，来自正常肺脏、肝脏的蛋白提取物因富含SDF?1对乳腺癌细胞有明显的趋化作用，而转录因子NF?κB和血管内皮生长因子（VEGF）因可上调CXCR4水平而促进乳腺癌细胞的迁移[14]。Orimo等[15]报道来自浸润性乳腺癌组织的成纤维细胞可通过促进SDF?1的分泌加快肿瘤的生长及血管生成。
目前，有关SDF?1和CXCR4之间的相互作用在肿瘤细胞器官特异性转移中的作用虽已在多种肿瘤实验中得到证实，但其具体影响乳腺癌转移过程中的哪个或哪些级联反应还不十分清楚。研究表明，乳腺癌转移和炎症细胞的浸润有着某些相似的方面,如均涉及到细胞滚动、黏附和跨内皮迁移等。目前认为乳腺癌发生特异性器官转移可能涉及到以下步骤：①癌性乳腺内皮细胞克隆增殖，在其细胞表面表达CXCR4；②乳腺癌细胞脱离原发肿瘤，穿过肿瘤内淋巴管和血管壁进入体循环；③癌细胞在富含SDF?1器官(淋巴结、骨髓)的血管壁被捕获；SDF?1与CXCR4的结合导致癌细胞不再被吸引到其他部位，从而发生局部细胞增殖、血管增生，形成转移性肿瘤。这一过程也说明为什么乳腺癌细胞很少转移到SDF?1低表达的器官如肾脏、心脏等[16]。
3.3 SDF?1/CXCR4在乳腺癌中的临床意义
近年来，尽管乳腺癌的取得了较大的进步，但肿瘤的复发和转移仍然是影响预后的重要因素，也是困扰临床工作者的焦点问题。Muller等的研究工作揭示了SDF?1/CXCR4生物学轴与乳腺癌的转移有关，从而为乳腺癌的治疗提供了一个新的思路及突破口。我们可以将SDF?1/CXCR4作为乳腺癌靶位并对其产生的分子信号进行干预，阻断其刺激肿瘤生长的作用轴并诱导其抗体的产生，即可以通过修饰改造SDF?1获得CXCR4高特异性的拮抗剂抑制肿瘤细胞的转移，并与合适的肿瘤生长抑制因子偶联使其能将滞留在原发灶的肿瘤细胞杀死，最终达到抑制转移和杀死肿瘤细胞的双重效应[17]。
目前，一些实验研究显示可通过阻断SDF?1/CXCR4生物学轴降低乳腺癌的转移。如抗CXCR4抗体在体外可抑制由SDF?1介导的乳腺癌细胞的迁移[16]。再如用CXCR4的拮抗剂ADM3100、T140等均可抑制乳腺癌细胞对SDF?1的趋化反应,而在裸鼠中T140的类似物4F?bengyl?TN14003可抑制移植性乳腺癌的肺转移[9]。
Hall等[18]报道雌激素可诱导乳腺癌细胞SDF?1的分泌，从而促进雌激素受体α阳性的乳腺癌细胞增殖，这对临床上应用内分泌治疗来预防乳腺癌复发和转移的机制也是有利的解释。即抗雌激素治疗可通过抑制SDF?1/CXCR4生物学轴而发挥作用。另外，抑制CXCR4基因的小分子干扰性RNA、核酶、反义核酸等也有望成为针对SDF?1/CXCR4生物学轴的抗乳腺癌转移的新药[19]。
此外, Kang等[1，11]报道CXCR4和SDF?1的表达水平均与乳腺癌的预后密切相关，尤其是与淋巴结的转移相关。Kato等[20]亦发现乳腺癌组织CXCR4的表达类型与淋巴结转移的程度密切相关而与血行转移无关。以上提示CXCR4（联合其配体SDF?1）可作为判断和评价乳腺癌病人淋巴结转移和病人预后的一项判断指标，同时也可能为乳腺癌患者的治疗提供信息。
【参考】
［1］ Kang H, Watkins G, Douglas?Jones A, et al. The elevated level of CXCR4 is correlated with nodal metastasis of human breast cancer /[J/]. The Breast, 2005, 14(5):360?367.
/[2/] Nagasawa T, Kikutani H, Kishimoto T. Molecular cloning and structure of a pre?B?cell growth?stimulating factor /[J/]. Proc Natl Acad Sci USA,1994, 91(6): 2305?2309.
/[3/] Crump MP, Gong JH, Loetscher P, et al. Solution structure and basis for functional activity of stromal cell?derived factor?1: dissociation of CXCR4 activation from binding and inhibition of HIV?1 /[J/]. EMBO, 1997, 16(23):6996?7007.
/[4/] Kantele JM, Kurk S, Jutila MA, et al. Effects of continuous exposure of stromal cell?derived factor?1α on T cell rolling and tight adhesion to monolayers of activated endothelial cells/[J/]. Immunol, 2000, 164 (10): 5035?5040.
/[5/] Kanda S, Mochizuki Y, Kanetake H. Stromal cell?derived factor?1 alpha induces tube?like structure formation of endothelial cells through phosphoinositide 3?kinase/[J/]. Biol Chem,2003, 278(1):257?262.
/[6/] Hitchon C, Wong K. Hypoxia?induced production of stromal cell?derived factor?1(CXCL12) and vascular endothelial growth factor by synovial fibroblasts/[J/]. Arthritis Rheum,2002, 46(10):2587?2597.
/[7/] Muller A, Homey B, Soto H, et al. Involvement of chemokine receptors in breast cancer metastasis/[J/]. Nature, 2001, 410 (6824): 50?56.
/[8/] Libura J, Drukala J, Majka M, et al. CXCR4－SDF?1 signaling is active in rhabdomyosarcoma cells and regulates locomotion, chemotaxis, and adhesion/[J/]. Blood, 2002, 100(7):2597? 2606.
/[9/] Tamamura H, Hori A, Kanzaki N, et al. T140 analogs as CXCR4 antagonists identified as anti?metastatic agents in the treatment of breast cancer/[J/]. FEBS Lett, 2003, 550(1?3): 79?83.
/[10/]Kang H, Mansel R, Jiang WG. Genetic manipulation of stromal cell?derived factor?1 attests the pivotal role of the autocrine SDF?1?CXCR4 pathway in the aggressiveness of breast cancer cells/[J/]. Int J Oncol, 2005, 26(5):1429?1434.
/[11/]康骅，Robert EM, Wen GJ.基质细胞衍化因子?1的表达及其与乳腺癌患者预后的关系/[J/].普外基础与临床杂志，2005, 12(5):483?487.
/[12/]Bernd C, Schmid, Margarethe R, et al. CXCR4 is expressed in ductal carcinoma in situ of the breast and in atypical ductal hyperplasia/[J/]. Breast Cancer Res, 2004, 84(3):247?250.
/[13/]Schneiser GP, Salcedo R, Welniak LA, et al. The diverse role of chemokines in tumor progression: prospects for intervention/[J/]. Int J Mol Med, 2001, 8 (3): 235?244.
/[14/]Helbig G, Christopherson KW, Bhat?Nakshatri P, et al. NF?kB promotes breast cancer cell migration and metastasis by inducing the expression of the chemokine receptor CXCR4/[J/]. Biol Chem, 2003; 278(24):21631?21638.
/[15/]Orimo A, Gupta PB, Sgroi DC, et al. Stromal fibroblasts present in invasive human breast carcinomas promote tumor growth and angiogenesis through elevated SDF?1/CXCL12 secretion/[J/]. Cell,2005,121(3):335?348.
/[16/]Philip MM. Chemokines and the molecular basis of cancer metastasis/[J/]. N Engl J Med, 2001, 345 (11): 833?835.
/[17/]David NB, Sapede D, Saint?Etienne L, et al. Molecular basis of cell migration in the fish lateral line: role of the chemokine receptor CXCR4 and of its ligand SDF?1/[J/]. Proc Natl Acad Sci USA, 2002, 99(25): 16297?16302.
/[18/]Hall JM, Korach KS. Stromal cell?derived factor 1, a novel target of estrogen receptor action, mediates the mitogenic effects of estradiol in ovarian and breast cancer cells/[J/]. Mol Endo, 2003, 17(5): 792?803.
/[19/]Chen YC, George S, Chao ZS. Down?Regulation of CXCR4 by Inducible Small Interfering RNA Inhibits Breast Cancer Cell Invasion in Vitro/[J/]. Cancer Res, 2003, 63(16):4801?4804.
/[20/]Kato M, Joji K, Shinsuke K, et al. Expression pattern of CXC chemokine receptor?4 is correlated with lymph node metastasis in human invasive ductal carcinoma/[J/]. Breast Cancer Res, 2003, 17(5):144?150.
