原文出处：
Trevor T. Price, Monika L. Burness, Ayelet Sivan, Matthew J.Warner, ReneeCheng, Clara H. Lee,Lindsey Olivere, Karrie Comatas,John Magnani,H. Kim Lyerly,Qing Cheng,Chad M.McCall,DorothyA. Sipkins . Dormant breast cancer micrometastases reside in specific bonemarrow niches that regulate their transit to and from bone .Sci Transl Med.2016 May 25;8(340):340ra73. doi: 10.1126/scitranslmed.aad4059.
研究背景：
乳腺癌转移性复发可以在治疗多年后发生，这表明播散性乳腺癌细胞（breast cancer cell ，BCC）在增殖前具有较长的休眠期。乳腺癌转移具有器官选择性，约70%会发生骨转移。但至今关于循环BCC如何穿过骨髓微血管，进入骨髓且与骨髓内微环境紧密锚定在一起形成适应性“休眠”的机制了解尚少。
研究结果：
1. 晚期复发乳腺癌中，编码C-X-C趋化因子受体类型4（C-X-C chemokine receptor type 4 ，CXCR4），内皮细胞选择素（E-selectin）配体及其合成酶的基因表达上调
为了解与乳腺癌晚期复发（晚期复发≥5年）相关的分子特征，作者共选取4767位乳腺癌患者，从中筛选出473位无淋巴结转移且未接受辅助治疗的患者。根据基因表达情况，将其分为四组。G3代表复发率最低组，G4代表复发率最高组。随后，再从G3及G4组中选取46例乳腺肿瘤上皮细胞样本，通过激光捕获显微切割技术分析了包括CXCR4、E-selectin配体在内的29个基因的表达情况（Fig.1a）。在这29个基因中，有7个基因在乳腺癌晚期复发中表达上调（Fig.1b）。为进一步了解CXCR4与E-selectin配体通路相关基因与晚期骨转移之间的关系。作者选取了697位雌激素受体（Estrogenreceptor，ER）阳性的乳腺癌患者，结果表明，与无复发转移患者相比，在晚期复发的ER 乳腺癌患者中，CXCR4的表达水平上调（Fig.1c,d）。
2.CXCR4及基质细胞衍生因子（stromal cell–derived factor 1，SDF-1)轴不参与BCC归巢至骨髓
为了解CXCR4与E-selectin配体在乳腺肿瘤细胞转移中的精确功能，作者分别选取ER 及ER-的乳腺癌细胞进行荧光标记，随后对免疫缺陷小鼠进行心内注射，应用实时活体显微成像技术动态监测BCCs穿过颅骨到达颅骨骨髓的过程。结果表明，小鼠的颅骨骨髓呈现复杂的解剖结构，窦状毛细血管扩张并集中在中央集合血管周围（Fig.1e）。在心内注射2 h后，BCCs入侵到了骨髓，尤其出现在窦周区，而在此区域SDF-1与E-selectin的表达水平最高（Fig.1f）。
为研究CXCR4/SDF-1轴是否参与BCCs向骨髓的归巢，作者首先检测了细胞表面及细胞内CXCR4的表达。结果显示，尽管细胞表面及细胞内CXCR4的表达情况不同，但其与骨髓归巢能力无关（Fig.2a）。随后，作者分别给予CXCR4的抑制剂及中和抗体处理BCCs，结果表明二者均不能抑制骨归巢的发生（Fig.2b,c）。并且，百日咳毒素（广泛抑制趋化因子信号通路）的处理亦不能抑制BCCs向骨髓的归巢（Fig.2d）。以上研究结果表明，CXCR4/SDF-1轴不参与BCCs转移至骨。
3. E-selectin介导BCCs归巢至骨髓
为研究E-selectin在BCCs归巢至骨髓中的潜在作用，作者通过荧光共定位表明BCCs与血管表面的E-selectin具有高度的共定位，并主要集中在窦周区（Fig.2e）。无论在ER 或ER-的BCCs中，E-selectin抑制剂处理后的第2 h及第20 h,均可抑制BCCs向骨髓的归巢（Fig.2f）。
在ER 的BCCs中，CD44 CD24-/low的亚型具有肿瘤干细胞的特征。为研究E-selectin抑制剂能否抑制乳腺肿瘤干细胞转移至骨，作者选取CD44 CD24-/low的MCF-7细胞为研究对象，通过流式细胞分选出CD44 CD24-及CD44 CD24 的MCF-7细胞，分别对小鼠进行心内注射。结果表明E-selectin抑制剂对非干细胞特性的MCF-7细胞亚群没有影响。而在干细胞特性的MCF-7细胞亚群中，E-selectin抑制剂的处理使骨转移的BCCs数目降低了2倍（Fig.2g,h）。
4.骨髓的特殊解剖结构影响BCCs的增殖和休眠
前文结果显示，BCCs在进入骨髓后主要定植在窦周血管区。为探究该区域能否成为日后转移性增殖的病灶，作者使用荧光标记区分出休眠的BCCs及增殖性BCCs，对小鼠进行心内注射。小鼠6周后发生骨转移（Fig.3a）。结果发现在窦周血管区并未检测到大量的增殖性BCCs，而在非窦周血管区出现大量的休眠BCCs。上述研究结果表明，窦周血管区隐匿了大量的休眠BCCs。休眠BCCs具有在不同骨髓微环境中增殖的潜能（Fig.3b,c）。为探究发生自发转移的BCCs是否集中在窦周区，作者使用荧光标记ER-的MDA-MB-231细胞，原位接种至小鼠乳腺脂肪垫,接种后的第48到79天出现骨转移（Fig.3d）。结果发现自发转移的休眠BCCs亦集中在窦周区域，E-selectin抑制剂的处理使休眠BCCs归巢的数目下降2倍（Fig.3e）。上述研究结果表明，骨髓的特殊解剖结构影响BCCs的增殖和休眠。
5．E-selectin和CXCR4/SDF-1轴调节BCCs进出骨髓中的作用相反
为探究CXCR4/SDF-1轴在BCCs进出骨髓中的具体作用，作者给予SDF-1抑制剂处理乳腺癌骨转移小鼠模型，结果表明SDF-1抑制剂的处理使BCCs从骨髓迁移到外周血循环中的数目明显增多。这表明CXCR4/SDF-1轴负责锚定BCCs到骨髓中去（Fig.3f）。然而E-selectin抑制剂的处理并不能影响BCCs的迁移（Fig.3g）。上述结果表明，E-selectin和CXCR4/SDF-1轴在调控BCCs进出骨髓中的作用相反，即E-selectin与肿瘤细胞的相互作用是乳腺癌细胞进入骨髓的关键，而CXCR4/SDF-1轴则负责锚定BCCs到骨微环境中，抑制其进入外周循环（Fig.3h）。
6. E-selectin调节人原代乳腺癌细胞转移至骨髓
为探究人原代BCCs能否通过E-selectin 血管途径进入骨髓，作者提取人原代BCCs细胞进行荧光标记，对免疫缺陷小鼠进行心内注射。结果表明，原代的BCCs也通过窦状小管进入到骨髓当中（Fig.4a）,并且E-selectin抑制剂的处理可明显阻断BCCs进入骨髓（Fig.4b,c）。
7.骨髓的窦周血管区存在休眠乳腺癌细胞的微转移
为探究BCCs与骨髓的窦周血管区之间的关系,作者应用乳腺癌骨转移的活检组织切片，证实乳腺癌的微转移病灶主要集中在窦状小管附近（Fig.4d）。免疫组织化学染色结果显示，处于休眠状态的骨转移病灶与SDF-1 血管毗邻。上述研究结果均表明，在骨髓的窦周血管区存在休眠BCCs的微转移（Fig.4e,f）。
研究结论：
在乳腺癌异种移植模型中，处于休眠和增殖状态的播散肿瘤细胞（disseminatedtumor cell, DTC）占据不同的区域，休眠状态的DTCs主要存在于富含E-selectin和SDF-1的窦周血管区。E-selectin与肿瘤细胞的相互作用是其进入骨髓的关键，而SDF-1/CXCR4轴则锚定DTCs细胞于骨微环境中，抑制其进入外周循环。总之，本研究提出在休眠细胞扎根及复发前在分子水平上对其进行干预。目前，E-selectin的抑制剂GMI-1271能成功阻止乳腺癌细胞进入到小鼠的骨髓，该化合物亦正用于人体临床实验当中。
校样：杨贺
联系客服
