CXCL12/CXCR4生物軸與乳腺癌關系研究進展

余小芬 綜述），雷雙根 ，黃小陸 審校）

（1.南昌市第三醫院a.腫瘤科；b.乳腺外科,南昌 330000；2.南昌大學第四附屬醫院腫瘤科,南昌 330006）

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，侵襲力強，易發生淋巴轉移及復發，是導致女性癌癥死亡的主要原因之一。據統計，全球每年約新增120～140萬女性乳腺癌病例，每年約有50萬患者死于該病［1］。近年來，研究乳腺癌生物學特性、侵襲及轉移的機理，發現阻斷腫瘤細胞生長、轉移的靶點，成為當前研究的熱點之一［2］。

趨化因子是一類具有趨化活性的分子質量為8～12 ku的細胞因子，含有4個保守的半胱氨酸，依據特征性保守半胱氨酸基序組成及排列分為CXC、CC、C和CX3C等4類亞族。趨化因子可選擇性趨化和活化不同的細胞類型，參與多種病理生理過程，如細胞的生長、發育、分化、凋亡等，趨化吸引白細胞、調節其效應功能等參與免疫應答過程。目前大量研究表明，趨化因子CXCR12及其受體CXCR4信號通路在多種腫瘤的發生發展過程中發揮著重要而復雜的作用［3］。

1 CXCL12/CXCR4的生物學特性

CXCL12也稱為基質細胞衍生因子-1（stromal cell derived factor-1，SDF-1），首先發現于小鼠骨髓基質細胞分泌的細胞因子中，廣泛分布于免疫器官、腦、心、肝、腎和肺等組織，含有4個保守的半胱氨酸及N端含有2個半胱氨酸，為CXC家族趨化因子成員。CXCL12編碼基因位于10q11.1，開放讀碼框為270 bp，編碼89個氨基酸殘基。CXCR4是CXCL12的特異性受體，是一個由352個氨基酸構成的7次跨膜G蛋白偶聯受體，其編碼基因位于人染色體2q21，其氨基酸序列高度保守，含α-螺旋跨膜7次、1個胞外N端、3個胞外環和胞內環及1個胞內C端，主要分布在淋巴組織、腦、脾、胃、小腸和胸腺等組織中，也存在于含乳腺肝細胞在內的干細胞中。

CXCL12與CXCR4具有高度的親和力，能與CXCR4的N端結合，引發CXCR4的二聚作用，激活G蛋白，啟動信號轉導，參與多種病理與生理過程。近年來 CXCL12/CXCR4 生物軸的研究［4］表明，CXCL12/CXCR4軸的生物學功能主要包括以下幾個方面:1）介導和調節免疫及炎癥反應；2）調控造血干細胞遷移和歸巢；3）與HIV感染有關；4）參與胚胎發育過程；5）參與惡性腫瘤的發生、發展及浸潤轉移。其中，CXCL12/CXCR4生物軸與惡性腫瘤關系的研究已日益受到重視。

惡性腫瘤細胞基本的生物學特性是增殖失控和分化異常，具有侵襲和轉移能力，有研究［5］表明，惡性腫瘤的生長、侵襲及轉移是一個復雜的，連續的涉及多階段的過程，同時表現出高度的組織特異性、非隨機性和器官選擇性。CXCL12/CXCR4生物學軸能通過激活多種信號通路而介導腫瘤細胞的運動、趨化、黏附、分泌、血管生成、生長及增殖等生物學行為，在腫瘤的發生、發展、侵襲和轉移過程中起著重要作用［6－7］。 目前已經發現 CXCR4 在 23 種不同類型腫瘤中均有表達，且和患者的預后有關。關于結直腸癌的研究發現，CXCR4高表達與腫瘤的復發、肝臟轉移相關，且患者生存率也較低［8］。另外，在對卵巢癌、黑色素細胞瘤、前列腺癌、神經母細胞瘤等的研究中也發現類似結果［9］。

2 CXCL12/CXCR4生物軸在乳腺癌中的作用

近年來大量研究發現，趨化因子CXCL12與其受體CXCR4信號通路在乳腺癌生長及轉移中發揮了重要作用，且與癌細胞的定向播散及器官特異性轉移密切相關。

2.1 CXCL12/CXCR4生物軸與乳腺癌的發生、發展

CXCR4在正常乳腺上皮細胞中是低表達或缺失的，但是目前國內外大量臨床研究發現，大多數乳腺癌組織中存在CXCR4的高表達，且其表達水平與病變程度相關。O.Salvucci等［10］利用組織學芯片技術分析正常乳腺組織、原位癌、浸潤性癌CXCR4的表達，發現CXCR4在細胞核的陽性表達比例依次為20%、30%和60%，呈逐步上升的趨勢。B.C.Schmid等［8］通過免疫組化方法，也發現CXCR4在正常乳腺組織、乳腺導管上皮增生、重度不典型增生、乳腺導管內癌、浸潤性乳腺癌的組織中表達，且隨病變惡性程度加重而增加。郭滿盈等［11］采用免疫組化方法檢測發現，乳腺癌組織中CXCR4表達率為62.2%，而乳腺纖維腺瘤組織中未發現CXCR4的表達。功能性阻斷CXCR4或敲除CXCL12基因后，體外實驗發現乳腺癌細胞株的侵襲和轉移能力顯著下降，且生長速度較低；同時體內實驗發現不能在免疫缺陷小鼠皮下形成腫瘤［12］。 M.Z.Dewan 等［13］通過將低表達CXCR4的MCR-F細胞接種到SCID鼠，8～9周后僅在接種部位形成較小的腫瘤病灶，且未發生器官轉移。然而，SCID鼠接種了高表達CXCR4的MDA-23細胞后，3周內形成了較大的腫瘤病灶，同時可見明顯遠處及內臟轉移，進一步顯示CXCR4表達與乳腺癌發生、發展密切相關。

在原位接種的乳腺癌模型中，研究發現CXCR4的表達在乳腺癌的生長過程中起關鍵作用。M.C.Smith等［14］采用RNA干擾的方法降低CXCR4在4T1小鼠乳腺癌細胞系中的表達，當將RNA干擾與正常的乳腺癌細胞接種到同源免疫活性的Bal b/c小鼠中時，發現RNA干擾的腫瘤生長緩慢。而穩定干擾的情況下甚至會出現腫瘤的退化或消失。N.Lapteva等［15］也證實在231細胞中對CXCR4的RNA干擾會導致細胞分裂減慢，甚至無法形成腫瘤。F.L.Muehlberg等［16］研究發現，脂肪組織衍生干細胞（adipose tissue-derived stem cells，ASCs） 明顯增加 CXCR12 的自分泌和旁分泌，促進小鼠乳腺癌T41細胞的增殖及遷移，同時，敲除CXCR4基因能阻斷ASCs促進腫瘤細胞生長和轉移作用。

2.2 CXCL12/CXCR4生物軸與乳腺癌的轉移

盡管早期發現和輔助治療的應用使得乳腺癌患者生存率有所提高，但是轉移仍然是乳腺癌主要的致死原因。

CXCR4在乳腺癌原發灶及遠處轉移灶均高度表達。臨床研究證實，CXCR4表達水平與腋窩淋巴結和遠處轉移存在顯著性相關。H.Yasuoka等［17］通過免疫組化方法，對113例原發性乳腺癌患者進行CXCR4表達水平檢測，發現CXCR4高表達與區域淋巴結及遠處轉移呈正相關，而與總生存期呈負相關。陳智勇等［18］應用免疫組化檢測發現，乳腺癌伴淋巴結轉移組CXCR4的陽性表達率高于無淋巴結轉移組；不同病理分型、不同臨床分期乳腺癌中CXCR4的陽性表達率差異無統計學意義。基礎研究發現，Slit蛋白及其Robo受體能夠通過調節CXCL12/CXCR4生物軸參與乳腺癌細胞腦轉移［19］。

2001 年，A.Muller等［20］首次研究了趨化因子在轉移性乳腺癌中的功能，發現乳腺癌常轉移至高表達CXCL12的部位（如淋巴結、骨髓、肺和肝臟等），而很少轉移到低表達CXCL12的部位（如腎臟、皮膚、肌肉等）。乳腺癌轉移的靶器官蛋白提取液對乳腺癌細胞有趨化活性，且CXCR4抗體能夠特異性阻斷這一趨化作用。因此，研究人員認為CXCR12/CXCR4能介導腫瘤細胞向特異性的部位“歸巢”，即誘導腫瘤細胞器官特異性的轉移。CXCL12/CXCR4生物軸介導乳腺癌細胞增生、浸潤和侵襲轉移的分子機制極為復雜。有研究發現，高侵襲性的乳腺癌中常表達功能性CXCR4受體，與CXCL12結合后可引起細胞內骨架蛋白纖維肌動蛋白束數量及厚度的增加、磷脂酰肌醇-3-激酶激活、鈣流量的增加以及細胞偽足的形成，使高表達CXCR4的腫瘤細胞運動能力增強，從而誘導了細胞的趨化遷移，進而形成了腫瘤的特異性遷徙［21］。 Yin Y.等［22］在體外用激光共聚焦顯微鏡觀察到，100 nmol·L-1的CXCL12可使乳腺癌細胞內的肌動蛋白顯著增加，同時細胞形成明顯的偽足，且呈現劑量依賴性誘導乳腺癌細胞定向遷移和侵襲，而CXCR拮抗劑可阻斷該效應。研究發現，活化后的CXCR4受體能夠選擇性地調節促凋亡蛋白Bmf和抗凋亡蛋白Bcl-xL的功能和活性，降低乳腺癌細胞失巢凋亡的敏感性，從而阻斷腫瘤的失巢凋亡，促進乳腺癌細胞的遠處轉移［23］。

2.3 CXCL12/CXCR4生物軸與乳腺癌的預后

近年來，臨床研究表明CXCR4的表達與腫瘤細胞的惡性程度及預后相關。S.Hassan等［24］在2008年的乳腺癌會議上首次提出將磷酸化-CXCR4（phosphorylated-CXCR4，p-CXCR4）作為乳腺癌不良預后的指標。他們研究發現，高表達p-CXCR4的患者其死亡風險較高表達CXCR4患者增高約4倍，而高表達CXCR4的患者，如同時伴有CXCL12低表達和p-CXCR4的高表達，則更容易發生轉移。N.T.Holm等［25］通過對54例局部進展期乳腺癌患者新輔助化療后的研究發現，化療后CXCR4的高表達預示著更差的生存時間。D.J.Hiller等［26］研究也發現類似結果，認為CXCR4的表達可以作為預測患者生存率的指標。楊永德等［27］通過對86例局部進展期乳腺癌趨化因子受體CXCR4的表達與新輔助化療療效的相關性及預后研究發現，新輔助化療后，高表達CXCR4的患者其遠期生存率明顯低于低表達CXCR4患者，且復發和死亡的風險更大。

3 CXCL12/CXCR4與乳腺癌的治療

CXCL12/CXCR4生物軸在調節乳腺癌細胞生長、增殖及轉移中發揮關鍵作用，因此，阻斷CXCL12/CXCR4生物軸則可能抑制乳腺癌的生長及轉移，達到治療的目的。近年來，阻斷CXCL12/CXCR4生物軸的抗腫瘤藥物研發備受人們關注。

有研究發現，AMD3l00、T140、TN14003 等 CXCR4小分子拮抗劑等能競爭性地參與CXCL12骨架蛋白的表達，從而抑制肌動蛋白的多聚化和解離，同時促使偽蛋白體的形成和抑制乳腺癌細胞在體外的遷移反應［28-29］。 Huang E.H 等［30］進行動物模型實驗時發現，CXCL12類似物 CTCE-9908能抑制CXCL12/CXCR4生物軸的作用，抑制乳腺癌原發灶及轉移灶的生長。J.R.Harvey等［31］應用肝素抑制CXCR4和SDF-1的相互作用而減少乳腺癌的肺轉移。I.S.Zeelenberg 等［32］用 CXCL12 基因轉染結腸癌細胞，在癌細胞內產生CXCL12融合蛋白，這樣CXCL12在細胞內結合CXCR4，使之不能到達細胞表面，不表達CXCR4的癌細胞向肝、肺轉移顯著減少。這種在細胞內捕獲趨化因子受體的方法為抗腫瘤轉移提供了新的思路，改變癌細胞上CXCR4的表達水平，可以減少或抑制癌細胞的遷移。同時RNA干擾研究也發現，直接沉默CXCR4能夠顯著降低乳腺癌癌細胞的生長和增殖，甚至能夠減少乳腺癌患者肺及骨的轉移［33］。此外針對CXCR4表達調控的研究發現，NF-κB能夠上調CXCR4的表達從而促進乳腺癌的生長及轉移［34］。因此，抗NF-κB可能成為抑制乳腺癌轉移的新手段。

4 結語

CXCL12及其受體CXCR4在乳腺癌的增殖和侵襲轉移中發揮著重要的作用，乳腺癌細胞CXCR4表達水平的高低與腫瘤復發和轉移密切相關，同時大量研究表明，阻斷CXCL12/CXCR4生物軸活性能抑制乳腺癌細胞的生長及轉移。因此，對CXCL12/CXCR4生物軸的研究將有助于乳腺癌的預后判斷及指導臨床治療，為乳腺癌的靶向治療提供新的思路和依據。

［1］Li J，Zhang B N，Fan J H，et al.A nation-wide multicenter 10-year（1999-2008）retrospective clinical epidemiological study of female breast cancer in China［J］.BMC Cancer，2011，11:364.

［2］Rose A A N，Siegel P M.Emerging therapeutic targets in breast cancer bone metastasis［J］.Future Oncology，2010，6（1）:55-74.

［3］Iwasa S，Yanagawa T，Fan J，et al.Expression of CXCR4 and its ligand SDF-1 in intestinal-type gastric cancer is associated with lymph node and liver metastasis［J］.Anticancer Res，2009，29（11）:4751-4758.

［4］Juarez J，Bendall L，Bradstock K.Chemokines and their receptors as therapeutic targets:the role of the SDF-1/CXCR4 axis［J］.Curr Pharm Des，2004，10（11）:1245-1259.

［5］Gassmann P，Haier J，Schluter K，et al.CXCR4 regulates the early extravasation of metastatic tumor cells in vivo［J］.Neoplasia,2009,11（7）:651-661.

［6］Barbolina M V，Kim M，Liu Y，et al.Microenvironmental regulation of chemokine（CXC-motif）receptor 4 in ovarian carc-inoma［J］.Molecular Cancer Research，2010，8（5）:653.

［7］蔣玉萍，吳小華.趨化因子CXCL12及其受體與腫瘤轉移的關系［J］.癌癥，2007，26（2）:220－224.

［8］Schmid B C，Rudas M，Rezniczek G A，et al.CXCR4 is expressed in ductal carcinoma in situ of the breast and in atypical ductal hyperplasia［J］.Breast Cancer Res Treat，2004，84（3）:247-250.

［9］Burger J A，Kipps T J.CXCR4:a key receptor in the crosstalk between tumor cells and their microenvironment［J］.Blood，2006，107（5）:1761-1767.

［10］Salvucci O，Bouchard A，Baccarelli A，et al.The role of CXCR4 receptor expression in breast cancer:a large tissue microarray study［J］.Breast Cancer Res Treat，2006，97（3）:275-283.

［11］郭滿盈，陳揚，王棟，等.乳腺癌患者外周血中趨化因子及其受體的研究［J］.國際檢驗醫學雜志，2010，31（1）:54-55.

［12］Kang H，Mansel R E，Jiang W G.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.

［13］Dewan M Z，Ahmed S，Iwasaki Y，et al.Stromal cellderived factor-1 and CXCR4 receptor interaction in tumor growth and metastasis of breast cancer［J］.Biomed Pharmacother，2006，60（6）:273-276.

［14］Smith M C，Luker K E，Garbow J R，et al.CXCR4 regulates growth of both primary and metastatic breast cancer［J］.Cancer Res，2004，64（23）:8604-8612.

［15］Lapteva N，Yang A G，Sanders D E，et al.CXCR4 knockdown by small interfering RNA abrogates breast tumor growth in vivo［J］.Cancer Gene Ther，2005，12（1）:84-89.

［16］Muehlberg F L，Song Y H，Krohn A，et al.Tissue-resident stem cells promote breast cancer growth and metastasis［J］.Carcinogenesis，2009，30（4）:589-597.

［17］Yasuoka H，Tsujimoto M，Yoshidome K，et al.Cytoplasmic CXCR4 expression in breast cancer:induction by nitric oxide and correlation with lymph node metastasis and poor prognosis［J］.BMC Cancer，2008，8:340.

［18］陳智勇，陳文有，楊愛國，等.乳腺癌CXCR4的表達與淋巴結轉移及預后的關系［J］.福建醫藥雜志，2009，31（3）:104-105.

［19］Schmid B C，Rezniczek G A，Fabjani G，et al.The neuronal guidance cue Slit2 induces targeted migration and may play a role in brain metastasis of breast cancer cells［J］.Breast Cancer Res Treat，2007，106（3）:333-342.

［20］Muller A，Homey B，Soto H，et al.Involvement of chemokine receptors in breast cancer metastasis［J］.Nature，2001，410（6824）:50-56.

［21］Balkwill F.The significance of cancer cell expression of the chemokine receptor CXCR4［J］.Semin Cancer Biol，2004，14（3）:171-179.

［22］Yin Y，Huang L，Zhao X，et al.AMD3100 mobilizes endothelial progenitor cells in mice，but inhibits its biologicalfunctionsby blocking an autocrine/paracrine regulatory loop of stromal cell derived factor-1 in vitro［J］.J Cardiovasc Pharmacol，2007，50（1）:61-67.

［23］Kochetkova M，Kumar S，McColl S R.Chemokine receptors CXCR4 and CCR7 promote metastasis by preventing anoikis in cancer cells ［J］.Cell Death Differ，2009，16（5）:664-673.

［24］Hassan S，Ferrario C，Saragovi U，et al.The influence of tumor-host interactions in the stromal cell-derived factor-1/CXCR4 ligand/receptor axis in determining meta-static risk in breast cancer ［J］.Am J Pathol，2009，175（1）:66-73.

［25］Holm N T，Abreo F，Johnson L W，et al.Elevated chemokine receptor CXCR4 expression in primary tumors following neoadjuvant chemotherapy predicts poor outcomes for patients with locally advanced breast cancer （LABC）［J］.Breast Cancer Res Treat，2009，113（2）:293-299.

［26］Hiller D J，Li B D，Chu Q D.CXCR4 as a predictive marker for locally advanced breast cancer post-neoadjuvant therapy［J］.J Surg Res，2011，166（1）:14-18.

［27］楊永德，印國兵，曾曉華.局部進展期乳腺癌趨化因子受體CXCR4的表達與新輔助化療療效的相關性及預后研究［J］.中國癌癥雜志，2010，6（21）:446-451.

［28］Hatse S，Princen K，Bridger G，et al.Chemokine receptor inhibition by AMD3100 is strictly confined to CXCR4［J］.FEBS Lett，2002，527（1/3）:255-262.

［29］Liang Z，Yoon Y，Votaw J，et al.Silencing of CXCR4 blocks breast cancer metastasis［J］.Cancer Res，2005，65（3）:967-971.

［30］Huang E H，Singh B，Cristofanilli M，et al.A CXCR4 antagonist CTCE-9908 inhibits primary tumor growth and metastasis of breast cancer［J］.J Surg Res，2009，155（2）:231-236.

［31］Harvey J R，Mellor P，Eldaly H，et al.Inhibition of CXCR4-mediated breast cancer metastasis:a potential role for heparinoids［J］.Clin Cancer Res，2007，13（5）:1562-1570.

［32］Zeelenberg I S，Ruuls Van Stalle L，Roos E.The chemokine receptor CXCR4 is required for outgrowth of colon carcinoma micrometastases［J］.Cancer Res， 2003，63（13）:3833-3839.

［33］Tavazoie S F，Alarcon C，Oskarsson T，et al.Endogenous human micro RNAs that suppress breast cancer metastasis［J］.Nature，2008，451（7175）:147-152.

［34］Maroni P，Bendinelli P，Matteucci E，et al.HGF induces CXCR4 and CXCL12-mediated tumor invasion through Ets1andNF-kappaB［J］.Carcinogenesis，2007，28（2）:267-279.