乳腺癌是如何轉(zhuǎn)移到腦的？血腦屏障竟沒(méi)攔住它？
乳腺癌是女性常見(jiàn)的惡性腫瘤，晚期乳腺癌大多具有侵襲性強(qiáng)、惡性程度高、易發(fā)生病灶轉(zhuǎn)移等特點(diǎn)，是乳腺癌患者死亡的主要原因。骨髓、腦是乳腺癌常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移部位，大多數(shù)診斷為LMD（軟腦膜疾病，軟腦膜是在大腦和脊髓表面的含有腦脊液的膜）的乳腺癌患者已建立了椎體骨轉(zhuǎn)移。此前，乳腺癌細(xì)胞在腦膜內(nèi)轉(zhuǎn)移和增殖的分子機(jī)制尚不清楚，這限制了有效治療方法的發(fā)展，導(dǎo)致乳腺癌轉(zhuǎn)移到軟腦膜的治療效果非常差。
2024年6月21日，美國(guó)杜克大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《Science》期刊發(fā)表了題為“Breast cancer exploits neural signaling pathways for bone-to-meninges metastasis”的文章。該研究表明：小鼠中的乳腺癌細(xì)胞（BCCs）可以繞過(guò)血腦屏障，沿著連接椎體或頭顱骨髓和腦膜的血管，通過(guò)腹腔遷移侵入軟腦膜（LM）。這一過(guò)程基于BCCs表達(dá)的整合素α6（Integrin α6）與血管基底膜層粘連蛋白（laminin，LN）的結(jié)合。一旦進(jìn)入LM，BCCs與血管周?chē)X膜巨噬細(xì)胞共定位并誘導(dǎo)其表達(dá)促存活神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)膠質(zhì)源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（GDNF）。鞘內(nèi)阻斷GDNF、巨噬細(xì)胞特異性消除GDNF或BCCs中GDNF受體神經(jīng)細(xì)胞粘附分子（NCAM）的缺失可抑制乳腺癌在LM內(nèi)的生長(zhǎng)。這些數(shù)據(jù)表明Integrin α6和GDNF信號(hào)軸是抗乳腺癌LM轉(zhuǎn)移的新治療靶點(diǎn)。
從以上可以看出，研究團(tuán)隊(duì)主要研究了兩方面的內(nèi)容：乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到LM的途徑和乳腺癌細(xì)胞在LM中存活和增殖的機(jī)制。首先我們來(lái)介紹下乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到LM的途徑。
一、乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到LM的途徑：依賴(lài)Integrin α6和LN的結(jié)合沿著血管外表面遷移到LM。
在1833-P重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）移植小鼠模型（成熟的異種移植模型，1833為人肺癌腺癌細(xì)胞）中發(fā)現(xiàn)小鼠通常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)行性雙側(cè)后肢麻痹（BHLP），BHLP是LM轉(zhuǎn)移和馬尾綜合征的潛在后遺癥。組織學(xué)分析證實(shí)了患有BHLP的移植小鼠存在BCCs的LM轉(zhuǎn)移。對(duì)1833-P移植小鼠和EO-LM2移植小鼠（新的具有免疫功能的骨轉(zhuǎn)移性BC小鼠模型，從BHLP小鼠腦膜中采集小鼠EO771-tdTomato-Parental（EO-P）乳腺癌細(xì)胞連續(xù)植入心內(nèi)，EO771為小鼠髓樣乳腺癌細(xì)胞）的腰椎進(jìn)行了放射學(xué)和組織學(xué)分析，micro-CT成像顯示，患有LMD的小鼠椎體靜脈竇骨通道的平均直徑加寬，這是骨髓靜脈竇進(jìn)入椎管和LM的孔。且研究發(fā)現(xiàn)1833-P和EO-LM2 BCCs通過(guò)血管外遷移進(jìn)入LM。這不是癌細(xì)胞獨(dú)有的遷移方式，該研究團(tuán)隊(duì)在之前就發(fā)現(xiàn)造血譜系細(xì)胞也能夠沿著椎體或者顱腦骨髓的富含LN的導(dǎo)靜脈遷徙到軟腦膜從而成為大腦血管系統(tǒng)的一部分，分析癌細(xì)胞可能學(xué)習(xí)了這種方法。（圖1）
圖1. BCCs通過(guò)血管外遷移進(jìn)入LM
（文中所有圖片均來(lái)源于《Science》雜志）
接下來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)表達(dá)在乳腺癌細(xì)胞表面的Integrin α6對(duì)它們侵入到腦膜腔是必要的。使用CRISPR-Cas9敲除1833-P和EO-LM2細(xì)胞中的Integrin α6，BHLP發(fā)生率降低，可抑制乳腺癌細(xì)胞的腦膜轉(zhuǎn)移，并延長(zhǎng)小鼠的存活期。而在Integrin α6陰性的MCF7細(xì)胞中過(guò)表達(dá)Integrin α6后心內(nèi)移植細(xì)胞，使MCF7細(xì)胞可轉(zhuǎn)移到大腦，并在大腦中檢測(cè)到LMD且33％小鼠出現(xiàn)了BHLP。接著，研究人員發(fā)現(xiàn)在所有EO-LM2移植小鼠的顱骨通道內(nèi)的靜脈竇血管外表面都有BCCs，而在EO-LM2-a6 KO移植小鼠中未鑒定到BCCs。以上數(shù)據(jù)表明BCCs沿靜脈竇血管遷移到LM依賴(lài)Integrin α6。（圖2）
圖2. Integrin α6介導(dǎo)BCCs向LM轉(zhuǎn)移
二、乳腺癌細(xì)胞在LM中存活和增殖的機(jī)制：依賴(lài)GDNF:NCAM信號(hào)。
軟腦膜中營(yíng)養(yǎng)水平很低，癌細(xì)胞是如何存活和增殖的呢？帶著這個(gè)疑問(wèn)，研究人員進(jìn)行了RNA測(cè)序分析來(lái)篩選EO-LM2細(xì)胞中可能支持癌細(xì)胞在腦膜中存活或增殖的信號(hào)通路，結(jié)果表明NCAM1在EO-LM2細(xì)胞中上調(diào)，且在EO-LM2細(xì)胞表面表達(dá)。IHC結(jié)果顯示GDNF在1833-P和EO-LM2移植小鼠的LM基質(zhì)內(nèi)的沉積顯著增加，且GDNF來(lái)源于CD206+巨噬細(xì)胞。此外，研究表明鞘內(nèi)GDNF阻斷、巨噬細(xì)胞特異性GDNF消除或從BCCs中敲除NCAM都會(huì)抑制BC在LM中的生長(zhǎng)。從以上結(jié)果可知：乳腺癌細(xì)胞進(jìn)入腦膜腔后會(huì)與腦膜巨噬細(xì)胞共定位，癌細(xì)胞的存在會(huì)刺激巨噬細(xì)胞分泌促生存的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子GDNF，繼而GDNF會(huì)結(jié)合到乳腺癌細(xì)胞上的受體NCAM，激活抗凋亡信號(hào)通路。（見(jiàn)圖3）
圖3. GDNF:NCAM信號(hào)可提高營(yíng)養(yǎng)不良條件下BCCs的存活率
最后，研究人員探究了Integrin α6和GDNF表達(dá)與BC患者腦膜轉(zhuǎn)移相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)Integrin α6陽(yáng)性與腦膜病變之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著的相關(guān)性，基于腦膜的活檢顯示NCAM2在BC中廣泛表達(dá)。而后，研究者對(duì)腦膜轉(zhuǎn)移活檢標(biāo)本組進(jìn)行IHC檢測(cè)，6個(gè)樣本中5個(gè)顯示GDNF陽(yáng)性。與健康對(duì)照樣本相比，疾病樣本GDNF和CD68表達(dá)更高。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，腫瘤樣本中的CD68+細(xì)胞多數(shù)表達(dá)GDNF，并且GDNF+區(qū)域內(nèi)的大多數(shù)細(xì)胞是CD68+。這些數(shù)據(jù)表明巨噬細(xì)胞是患者中GDNF沉積的重要來(lái)源。（圖4）
圖4. 基于腦膜的BC轉(zhuǎn)移表達(dá)有Integrin α6、NCAM和GDNF
綜上，該研究揭示了乳腺癌細(xì)胞依賴(lài)Integrin α6進(jìn)入軟腦膜的新機(jī)制，且乳腺癌細(xì)胞在腦膜微環(huán)境中利用GDNF/NCAM信號(hào)通路增強(qiáng)自身生存的機(jī)制（見(jiàn)下圖）。這些發(fā)現(xiàn)為乳腺癌LM轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)、預(yù)防和治療提供了新靶點(diǎn)和潛在新策略。
云克隆開(kāi)發(fā)了與該研究相關(guān)的靶標(biāo)產(chǎn)品，部分指標(biāo)節(jié)選如下：
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