整合素在乳腺癌中應用的研究進展

梁雪麗，廖海，蘇丹柯

(廣西醫科大學附屬腫瘤醫院醫學影像中心 廣西臨床重點專科(醫學影像科)廣西醫科大學附屬腫瘤醫院優勢培育學科(醫學影像科)，南寧 530021)

乳腺癌是發病率最高的女性惡性腫瘤，也是女性癌癥死亡的主要原因之一。據統計，我國每年新發女性乳腺癌病例約36萬，占全部女性癌癥發病的19.2%，且發病率呈逐年升高趨勢[1]。近年來，乳腺癌的診治已取得一定進展，但對乳腺癌發病機制和發病過程的認識仍處于初級階段[2]。乳腺癌的傳統治療包括化療、放療、內分泌治療、手術治療等，若傳統治療后未及時精準地發現復發和轉移病灶，乳腺癌患者的臨床生存效益將極大降低。分子靶向治療作為一種能夠有效延長患者生存期的治療方法，逐漸成為提高乳腺癌臨床診治水平的熱點之一。整合素是細胞表面的主要受體，以整合素為基礎的腫瘤治療在影像、診斷、治療等方面具有明顯優勢。乳腺癌傳統治療促進了基于整合素的納米技術的發展，但納米技術的臨床應用是目前最大的挑戰。現就基于精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(arginine-glycine-aspartic acid，RGD)靶向整合素的成像方式和治療方法研究進展予以綜述。

1 整合素的結構與功能

整合素屬于異源二聚體，由α和β亞基通過非共價結合形成，主要作為膜表面受體，參與多種細胞信號轉導通路。整合素是至少由18個α和8個β亞基結合形成的24個異源二聚體[3]，具有異二聚體結構，可優先識別并結合不同細胞外基質(extracellular matrix，ECM)配體、細胞表面配體和水溶性配體，其中ECM中的RGD序列是整合素的一個常見結合基序[4]。有關整合素亞型與癌癥關系的研究發現，與乳腺癌相關的整合素有纖粘連蛋白結合整合素(即α5β1)、層粘連蛋白結合整合素(即α3β1、α6β1、α6β4、α7β1、α9β1)、玻連蛋白結合整合素(即αⅤβ3、αⅤβ5)等[5]。整合素αⅤ和α5β1均可識別ECM中的RGD序列[5]，且整合素αⅤβ3、αⅤβ5在乳腺癌血管中高度表達，能夠潛在地促進乳腺癌細胞的擴散和轉移。

整合素與ECM結合后，產生雙向信號，并觸發多種信號轉導通路，主要調節細胞的行為，如細胞黏附、侵襲、遷移、增殖、存活和凋亡等生物過程[5]。在腫瘤背景下，腫瘤細胞通過整合素的介導，促進腫瘤細胞的侵襲和致癌性，從而產生有利于腫瘤細胞生長和擴散的微環境[3]。因此，整合素在腫瘤微環境調控、腫瘤發展、轉移、復發的過程中起重要作用。此外，整合素的自身特點在腫瘤的篩選、診斷、治療等方面亦有較大的臨床應用價值。

2 整合素對乳腺癌不同惡性生物學行為的影響

2.1整合素在乳腺腫瘤干細胞(cancer stem cells，CSCs)調控中的作用 CSCs是驅動腫瘤發生和轉移的重要因素。整合素與生長因子受體結合并聯合促癌基因產物(如Wnt、骨髓細胞增生蛋白、蛋白激酶 B)發揮協同作用，有利于維持侵襲性CSCs的細胞亞群并調節CSCs中特定標志物的表達[3]。Li等[6]對Kindlin-2轉基因小鼠乳腺腫瘤的研究顯示，Kindlin-2通過上調乳腺上皮中β聯蛋白激活Wnt信號通路誘導乳腺腫瘤的形成。另外，整合素β1能激活黏著斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)，FAK通過整合素-FAK信號通路調節乳腺CSCs。Luo等[7]通過觀察特征良好的乳腺癌小鼠模型發現，小鼠乳腺上皮FAK的靶向缺失明顯抑制了乳腺腫瘤的發生，FAK消融可減少FAK靶向小鼠原發腫瘤中的CSCs/腫瘤祖細胞池，從而阻礙體外腫瘤細胞的自我更新與遷移。CSCs具有侵襲性和致瘤性，當促癌基因或生長因子存在時，特定整合素的表達可能會提高CSCs的侵襲和致瘤能力，這為乳腺癌的治療提供了新思路。

2.2整合素參與乳腺癌的侵襲和轉移 腫瘤轉移是惡性腫瘤的特點之一，指癌細胞從腫瘤原發位置擴散到遠處形成繼發性腫瘤的一系列行為。ECM是轉移的重要組織學屏障，腫瘤細胞首先侵入基底膜，然后在腫瘤導致的異常酸性環境下協同多種酶降解ECM成分，為轉移提供疏松的微環境，促進癌細胞的侵襲和轉移[8]。Ganguly等[9]研究表明，整合素α5β1與纖粘連蛋白結合可影響高度侵襲性乳腺癌細胞株MDA-MB231中基質金屬蛋白酶9的表達，并通過上調基質金屬蛋白酶9活性促進ECM溶解，導致乳腺癌的侵襲與轉移。此外，Mierke等[10]研究表明，整合素α5β1與乳腺癌的侵襲能力顯著相關，高表達α5β1乳腺癌細胞的侵襲性是低表達α5β1乳腺癌細胞的3倍。

骨是乳腺癌常見的轉移部位，且經傳統手術治療的骨轉移乳腺癌患者的生存率較低。在骨基質中，整合素αⅤβ3通過介導破骨細胞與骨橋蛋白黏附，促進破骨細胞活化、骨細胞溶解和腫瘤細胞侵襲等[11]。在乳腺癌中，除整合素αⅤβ3外，整合素α2β1、α3β1、α4β1、α5β1和αⅤβ5的表達也與乳腺癌轉移和患者預后不良密切相關[12-16]。Ramovs等[13]的研究表明，在人類表皮生長因子受體2驅動的小鼠模型和人類表皮生長因子受體2過表達的人乳腺癌細胞中，整合素α3β1表達水平降低可促進腫瘤的轉移。ECM通過與特定整合素結合，促進乳腺癌細胞的黏附、侵襲、轉移等生物學過程。因此，抑制整合素信號通路可能為乳腺癌治療提供一種有效的靶向治療策略。

2.3整合素參與乳腺癌血管生成 腫瘤新生血管是原有血管形成的新血管，可作為腫瘤細胞擴散的管道，有利于腫瘤生長。整合素是細胞表面ECM受體家族，可促進內皮細胞的遷移和存活[17]。許多內皮細胞整合素參與了血管生成過程，包括整合素α1β1、α2β1、α4β1、α5β1、α9β1和α6β4、αⅤβ3和αⅤβ5[18]。其中，整合素αⅤβ3/αⅤβ5長期以來被認為是腫瘤新生血管形成最重要的原始分子[19]。在血管生成過程中，整合素αⅤ于內皮細胞表面過表達，可促進新生血管的生長和存活[20]。整合素αⅤβ3是第一個被證明調節血管生成的整合素αⅤ[21]。整合素αⅤβ3通過介導堿性成纖維細胞生長因子、白細胞介素-8和腫瘤壞死因子-α等血管生成因子誘導血管生成，其作用機制可能是血管生成因子刺激內皮細胞，導致整合素αⅤβ3表達增加，整合素與ECM結合并介導內皮細胞增殖、分化、遷移，進而內皮細胞發育成管狀，新血管形成[18,22]。另有研究表明，整合素αⅤβ3在惡性乳腺癌相關的血管中高表達，而在纖維囊性、正常和良性乳腺組織中幾乎不表達[23]。整合素αⅤβ3/αⅤβ5在血管生成中的作用是癌癥治療的重要靶點，故通過阻斷其與配體的結合可達到抗血管生成的目的。此外，整合素α5β1通過與血漿纖維連接蛋白脯氨酰-組氨酰-絲氨酰-精氨酰-天冬酰胺序列結合，誘導基質金屬蛋白酶1，并激活乳腺癌中蛋白酶激活受體-1基因，從而促進乳腺癌的侵襲和血管生成[24]。Yao等[25]發明的多肽抑制劑，即含有組氨酸(H)和半胱氨酸(C)異構體的PhScN肽通過阻斷激活的α5β1抑制乳腺癌細胞的侵襲和血管生成，進一步提示整合素參與乳腺癌血管生成，并可促進乳腺癌轉移。

2.4整合素抑制乳腺癌細胞凋亡 與ECM結合的整合素可傳遞生存信號、促進細胞存活、抑制細胞凋亡；不與ECM結合的整合素可促進細胞凋亡，而細胞凋亡不能正常啟動是腫瘤形成的關鍵[22,26]。整合素與ECM結合后，通過多種機制維持細胞活力、抑制細胞凋亡，包括促分裂原活化的蛋白激酶/胞外信號調節激酶和磷脂酰激酶-3-激酶/蛋白激酶B通路、RAS/Raf-促分裂原活化的蛋白激酶激酶/胞外信號調節激酶級聯信號和核因子κB的激活或p53的失活[27]。研究發現，敲除骨橋蛋白可抑制MDA-MB231細胞中整合素αⅤβ3的表達，進而抑制磷脂酰激酶-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路，促進細胞凋亡[28]。另有研究表明，白藜蘆醇與整合素αⅤβ3結合可迅速激活乳腺癌中胞外信號調節激酶1/2和AMP活化的蛋白激酶，啟動環加氧酶2和p53依賴的細胞凋亡[29]，表明整合素αⅤβ3抑制劑可通過干擾多種信號通路抑制乳腺腫瘤的形成。此外，αⅡbβ3可表達于血小板，Kononczuk等[27]觀察αⅡbβ3抑制劑阿昔單抗和依替巴肽對乳腺癌細胞凋亡的影響發現，上述兩種抑制劑可通過增加脯氨酸氧化酶表達激活核因子κB，進而促進乳腺癌細胞MCF-7凋亡，與阿昔單抗相比，依替巴肽促進MCF-7細胞凋亡的活性更強。因此，整合素抗體或拮抗劑可能為乳腺癌的靶向治療提供新策略。

3 整合素在乳腺癌靶向診斷中的作用

RGD是一種重要的靶向成分，存在于多種ECM蛋白上，ECM蛋白可通過RGD序列被整合素識別，已被廣泛用于腫瘤靶向示蹤[30]。RGD序列與脂質體、聚合物、放射性造影劑或納米材料連接，實現了靶向成像、腫瘤精確診斷和分期，可用于監測轉移及指導治療。

整合素αⅤβ3在腫瘤血管中過表達，能夠特異性地識別ECM上的RGD，并通過各種影像方法對過表達整合素αⅤβ3的腫瘤進行可視化研究。基于RGD的首個顯像劑18F-Galacto-RGD可通過腎臟快速清除，顯示出良好的腫瘤組織成像效果，18F-Galacto-RGD能夠以高對比度顯示腫瘤中αⅤβ3的表達，有助于提高臨床癌癥的早期檢出率[31]。另有研究表明，靶向整合素αⅤβ3的造影劑18F-AH111585可用于正電子發射斷層顯像時乳腺癌原發灶和轉移灶的安全檢測[32]。目前仍有許多對整合素αⅤβ3放射性造影劑的研究正在進行中。然而，單一影像技術在乳腺癌診斷、療效及預后評估等方面的應用存在局限性。近年來，有關整合素雙模、多模成像技術用于乳腺癌診斷治療的研究取得了一定進展。Zhang等[33]設計了一種靶向整合素αⅤβ3受體的磁共振/熒光雙模分子探針cRGd-Gd-Cy5.5，該納米探針對高表達整合素αⅤβ3的腫瘤具有很強的靶向性和結合力。此外，雙模分子探針RGD-Cy5.5-MBS能夠有效地檢測MDA-MB231細胞荷瘤小鼠體內腫瘤整合素αⅤβ3的表達，并在熒光和超聲成像中顯示出優異的成像性能，兩種成像方法的優勢互補有助于早期發現乳腺癌。在上述探針基礎上研制的Na2CO3/Fe3O4@PLGA/Cy5.5/RGD納米粒子可在腫瘤微環境中持續產生氣體，并具有磁性靶向性。實驗顯示，Na2CO3/Fe3O4@PLGA/Cy5.5/RGD納米粒子具有良好的熒光、磁共振成像及超聲靶向成像性能[34-35]。目前，基于RGD多肽分子探針的研究較多，且大部分研究集中于整合素αⅤβ3靶向探針，通過加強基礎和臨床研究可提高未來乳腺癌的診治水平。

4 整合素在乳腺癌靶向治療中的作用

目前，乳腺癌常規治療主要有手術、放療、化療和內分泌治療等，但治療效果并不理想。整合素在乳腺癌發生過程中的細胞信號轉導作用是近年分子靶向治療的研究熱點之一，且多數研究認為整合素在乳腺癌的靶向治療中具有顯著的臨床效益。納米載體可將藥物和基因靶向運送至體內不同部位，以提高療效、減少不良反應[36-37]。整合素作為重要的ECM黏附受體，在乳腺癌治療中發揮重要作用。研究發現，骨微環境誘導的整合素β3通過改變代謝反應促進紫杉醇化療的耐藥性，而紫杉醇與αⅤβ3靶向哺乳動物雷帕霉素靶蛋白C3抑制劑聯合治療可緩解整合素β3介導的耐藥性[38]。基于RGD的多肽可與過表達整合素αⅤβ3的癌細胞結合，Yadav等[39]制備了雷洛昔芬(raloxifene，RLX)包埋殼聚糖納米粒(chitosan nanoparticles，CHNPs)和RGD-CHNPs的穩定制劑，在酸性環境中，與單獨使用RLX或RGD-CHNPs相比，RLX-RGD-CHNPs對乳腺癌細胞遷移和血管生成有明顯抑制作用。另有學者設計了一種負載阿霉素的雙配體納米顆粒，在轉移的三陰性乳腺癌小鼠模型中，該納米顆粒能夠同時靶向表皮生長因子和整合素αⅤβ3，并將臨床使用的細胞毒納米粒(即脂質體阿霉素)精確、有效地運送到不同的轉移部位，從而顯著改善三陰性乳腺癌轉移小鼠模型的無事件生存率[37]，這為乳腺癌治療提供了一種新思路。

光熱療法是指光熱劑在腫瘤部位聚集，受到光照射后產生熱量并殺傷腫瘤細胞，但不損傷周圍組織的一種癌癥治療方法[40]。近年來，光熱療法和光動力療法在腫瘤治療中聯合應用的研究較廣泛，將負載吲哚菁綠(indocyanine green，ICG)的硅酸鎂(LAP)包裹在聚多巴胺(polydopamine，PDA)上，并在PDA表面偶聯聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)-RGD，使其具有靶向功能，從而制備出具有光熱/光動力協同作用的ICG/LAP-PDA-PEG-RGD納米粒子。研究表明，與ICG/LAP-PDA-PEG和LAP-PDA-RGD相比，ICG/LAP-PDA-PEG-RGD納米粒子的腫瘤治療效果更明顯，表明ICG/LAP-PDA-PEG-RGD納米粒子能發揮光熱療法和光動力療法的協同作用，為治療過表達整合素αⅤβ3的腫瘤提供了一種有效的治療方法[41]。整合素是癌癥治療靶點的研究熱點，將RGD與較大結構連接設計出與整合素特異結合的納米診療劑，其通過干擾整合素結合或阻斷整合素信號通路抑制腫瘤的生長和發展，從而實現安全、高效的腫瘤治療。

5 結 語

乳腺癌的形成是涉及多種因素、多種信號通路的復雜過程。整合素通過ECM介導細胞的一系列生物學過程，而腫瘤細胞利用這一特性促進癌細胞的黏附、侵襲、遷移、轉移。此外，整合素在不同乳腺癌亞型中表達不同，且其參與乳腺癌形成和進展的作用機制也不同。因此，基于整合素的乳腺癌診斷與治療比較困難。在靶向成像方面，Wu等[42]通過比較18F-Alfigde Ⅱ和18F-FDG的性能發現，18F-Alfigde Ⅱ適用于乳腺癌的臨床診斷，在檢測雌激素受體強陽性、人類表皮生長因子受體2陰性乳腺癌方面可能優于18F-FDG。目前，大多數乳腺癌的診斷和治療還處于動物實驗階段，深入探索乳腺癌的發病機制及發病過程，將為其臨床治療提供新的策略。