RANKL/RANK 信號通路介導腫瘤骨轉移機制的研究進展

胡晨琳 杜娟 賀焱 楊玲 劉艷群 黃昶荃,3△

（1.川北醫學院臨床醫學系，四川 南充 637000；2.綿陽市第三人民醫院·四川省精神衛生中心，四川 綿陽 621000; 3.成都市第二人民醫院，四川 成都 610000）

骨是各種實體腫瘤的常見轉移部位，75%的進展期乳腺癌和前列腺癌患者會發生骨轉移，而多發性骨髓瘤患者骨轉移的發生率更高達90%[1]。骨轉移瘤患者的破骨細胞活性過度增強，導致骨質破壞和流失，引起骨骼相關事件，如病理性骨溶解、骨折、高鈣血癥和脊髓受壓或神經功能癥狀等，骨轉移嚴重縮短患者預期壽命和降低患者的生活質量。目前缺乏延長骨轉移患者的總生存期的有效藥物。腫瘤性骨轉移的發生與骨代謝紊亂引起的骨丟失密切相關，RANKL/RANK 信號通路正是骨代謝調節的核心通路，近期研究發現RANKL/RANK 通路同時也在骨腫瘤形成和進展中發揮作用，以上說明RANKL/RANK 信號通路中相關靶點在腫瘤骨轉移治療中的有良好的應用前景。本文對RANK/RANKL 信號通路在腫瘤骨轉移中的作用機制和相關研究進行了綜述，旨在為腫瘤骨轉移進一步研究提供了新思路和新靶點。

1 RANKL/RANK 信號通路在腫瘤骨轉移中的作用

腫瘤細胞通過誘導破骨細胞分化所必需的細胞因子 RANKL 的異常表達，激活RANKL/RANK 信號通路，從而誘導大量破骨細胞產生，導致骨骼腫瘤進展和骨骼疾病。除此以外，大量研究也表明RANKL/RANK 信號通路也可以通過不依賴破骨細胞的途徑參與原發腫瘤的發生和轉移[2]。

1.1 RANKL/RANK 信號通路依賴破骨細胞的腫瘤骨轉移作用

1.1.1 RANKL/RANK 信號通路在骨代謝中的作用機制

人體骨組織處于不停的骨重建中，通過骨吸收與骨形成之間的動態平衡維持骨骼的完整性，而RANKL 信號系統則是骨重建的核心通路。破骨細胞是唯一的骨吸收細胞，在骨質疏松、骨癌和病理性骨吸收中發揮核心作用，破骨細胞來源于造血干細胞，單核/巨噬細胞前體細胞在巨噬細胞集落刺激因子 (M-CSF) 和 NF-κB 配體受體激活劑 (RANKL) 的影響下經過多步過程最終分化成破骨細胞。RANKL 被認為是破骨細胞生成的主要調節因子，缺乏RANKL 的實驗小鼠表現出嚴重的骨化病并伴隨著牙齒萌出缺陷。RANK在過去很長一段時間內被認為是RANKL 的唯一的受體，RANK 在破骨細胞前體、成熟破骨細胞、樹突細胞和其他一些具有高骨轉移潛力的癌細胞中表達，例如乳腺癌和前列腺癌細胞，RANKL和破骨細胞前體的RANK結合引導破骨細胞的產生、分化、成熟。骨保護素（Osteoprotegerin，OPG）作為RANKL 的假性配體，競爭性結合RANKL 避免破骨細胞的發生從而保護骨質，腫瘤壞死因子受體相關因子 6（TNF receptor associated factor 6，TRAF6）特異性結合到RANK的胞漿區域，核因子κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)被激活并轉運到核內，聯合P65，引起轉錄因子活化T 細胞核因子1（nuclear factor of activting T cell 1,NFATc-1）和c-fos 結合并相互作用，促成破骨細胞（Osteoclasts，OCs）基因轉錄與表達，最終誘導成熟的破骨細胞形成。近期研究發現此通路可以反向調節成骨細胞的骨形成[3]。LGR4（Leucine rich repeat containing Gprotein coupled receptor 4，Lgr4）在近年的研究中被突破性的證明為RANKL的另一受體，條件性敲除LGR4 的小鼠表現出破骨細胞過度活化和低骨量[4]。RANKL與LGR4結合Gαq和GSK3-β 信號通路，從而抑制破骨細胞生成過程中活化T 細胞核因子、細胞質、鈣調神經磷酸酶依賴性的表達和活性。此外，破骨細胞分化過程中RANKL-RANK-NFATc1 信號可以直接誘導LGR4 的表達[5]。

1.1.2 依賴破骨細胞的腫瘤骨轉移作用

腫瘤細胞通過促進破骨細胞增殖分化從而誘導骨溶解、骨破壞。NF-kB 受體激活劑配體(RANKL)是破骨細胞形成、免疫細胞和乳腺發育所必需的TNF家族細胞因子。這種細胞因子有兩種形式——可溶性形式（sRANKL）和膜結合形似，到目前為止，sRANKL 的確切作用還不清楚，但兩種形式目前都被證明與骨轉移相關。

由于腫瘤細胞自身產生蛋白水解活性分解骨基質的作用微乎其微，腫瘤細胞需要通過RANKL 信號通路促進破骨細胞介導的溶骨作用[6]；腫瘤細胞可以通過直接表達RANKL 誘導破骨細胞分化，前列腺腫瘤細胞、多發性骨髓瘤細胞可以自己表達少量的RANK；也可以通過成骨細胞的激活間接刺激破骨細胞的生成，例如乳腺癌骨轉移，其中更加特殊的是，乳腺腫瘤可以產生腫瘤細胞源性生長因子——甲狀旁腺激素相關肽（Parathyroid hormone-related peptide，PTHrP），它可以誘導成骨細胞RANKL 的表達，進而促使多核破骨細胞與髓樣前體細胞分化。

腫瘤細胞與骨微環境之間有相互促進的作用，一方面，腫瘤細胞侵襲骨骼，將支持破骨細胞形成的生長因子和細胞因子分泌到骨骼微環境中。另一方面，破骨細胞吸收骨基質給予了腫瘤細胞在組織內生長和擴散的條件，破骨細胞的吸收活性將骨基質中的生長因子如TGF-β 釋放到骨微環境中，從而進一步刺激癌細胞的存活和增殖。這種即有利于腫瘤生長又有利于破骨細胞的增殖分化的相互作用被稱為腫瘤/骨惡性循環。在這個循環中RANKL、PTHrP 和TGF-β 起重要角色。在有骨轉移傾向的腫瘤中可表達RANKL，從而引起OC 數的增加；而有些腫瘤細胞例乳腺癌細胞中高表達PTHrP，它可以刺激破骨細胞的骨吸收作用，進而釋放骨基質中的TGF-β，腫瘤細胞隨之增殖，釋放更多的PTHrP[7]。骨基質釋放的細胞因子也可以為癌細胞的定向遷移提供趨化刺激。

1.2 RANKL/RANK信號通路非依賴破骨細胞的腫瘤骨轉移作用

骨組織中釋放的 RANKL 還可以將表達RANK 的癌細胞吸引到骨基質，此過程稱為骨歸巢，向表達RANK的腫瘤細胞傳遞趨化因子信號，通過誘導肌動蛋白聚合促進細胞遷移，使腫瘤細胞獲得向骨轉移的傾向[2]。RANKL 在蛋白酶作用下脫落形成的可溶性形式（sRANKL），可溶性RANKL 被證明在誘導腫瘤細胞遷徙到轉移部位的過程中發揮十分重要的作用。日本的一項動物實驗顯示，向可溶性 RANKL 缺陷的Tnfsf11ΔS/ΔS小鼠心內注射表達RANK的黑色素瘤細胞和乳腺癌細胞，結果Tnfsf11ΔS/ΔS小鼠和對照組在腫瘤-骨界面處的破骨細胞數量沒有顯著差異，骨腫瘤進展卻明顯低于對照組小鼠[8]?？扇苄訰ANKL 通過促進RANK 表達的腫瘤細胞向骨遷移，而不影響破骨細胞的激活，從而特異性地促進骨轉移。

2 RANKL/RANK 信號通路相關藥物在腫瘤骨轉移中的應用

2.1 地諾單抗

在過去的二十年中，已經充分證明 RANKL與其受體 RANK結合可促進破骨細胞生長、分化、成熟。地諾單抗是核因子-κB 配體 (RANKL) 抑制劑的受體激活劑，是一種通過高親和力結合RANKL 來抑制破骨細胞介導的骨破壞的單克隆抗體，它于2010 年6 月被美國FAB 批準用于女性絕經后骨質疏松的治療，5 m 后又被批準用于實體瘤骨轉移的治療[9]。薈萃分析結果提示使用地諾單抗的實體瘤和多發性骨髓瘤患者發生首次及隨后的骨相關事件的時間明顯延遲[10]。地諾單抗顯著降低了乳腺癌及前列腺癌骨轉移患者骨相關事件的發生率，大型III 期試驗結果顯示使用地諾單抗可降低骨相關事件風險17%[11]。川波克久等人的研究發現脊柱轉移患者使用地諾單抗半年后，骨代謝標志物TRAP 顯著降低[12]。然而部分試驗結果支持地諾單抗無明顯延長癌癥晚期患者的生存時間作用，一項針對晚期肺癌患者的III期試驗結果顯示地諾單抗組與對照組生存期無明顯差異[13]。除此以外，值得我們注意的是，對比傳統抗骨質疏松藥物唑來膦酸地諾單抗則更容易發生低鈣血癥和頜骨壞死。地諾單抗治療后低鈣血癥發生率的在 0.1% 至 12.8%[14]，當前可以采用口服鈣/維生素D 補充劑來減輕狄諾塞麥誘導的低鈣血癥[15]。在地諾單抗應用到臨床的十年間，他的有效性及安全性得到進一步驗證，但仍有亟待解決的方面，例如停藥后發生反跳反應，需要更加深入的臨床研究來幫助解決以上問題。

2.2 突變型RANKL

RANKL 的另一種受體富含亮氨酸重復序列的 G 蛋白偶聯受體 4（LGR4）的發現，為抗骨吸收分子靶向藥物的開發提供了新的方向，通過構建RANKL 修飾的特定肽，靶向結合LGR4 從而抑制 RANKL-RANK 信號傳導來抑制破骨細胞生成，體外和體內骨質疏松癥實驗模型中都已證明突變型小鼠 RANKL (mRANKL-MT) 治療顯著抑制破骨細胞的分化和產生[16]，而且在轉移性癌癥小鼠模型中也得到了目標效果，使用核因子-κB 配體的突變受體激活劑（RANKLM）作為主動免疫疫苗，結果顯示荷瘤小鼠的總體存活率和骨骼轉移得到改善[17]。Mineon Park 等人驗證了RANKL 突變體蛋白治療會減少上皮間質轉化以及前列腺癌細胞的轉移[18]。突變型 RANKL 可以作為預防和治療骨轉移性瘤的潛在疫苗。鑒于突變RANKL 疫苗可以避免大多數傳統抗骨質疏松癥治療的毒副作用的優點，使得突變型RANKL可能成為抗骨質疏松和抗骨轉移瘤的熱門靶點，當前我們需要更多的研究來驗證此疫苗的有效性和安全性。

2.3 褪黑素

褪黑激素是松果體分泌的一種激素，近年來發現，褪黑激素除了晝夜調節作用外，還具有抗癌特性，如促氧化、細胞凋亡誘導、抗血管生成以及侵襲抑制，同時也在改善骨質疏松方面顯示出現積極作用[19]。上述特性表明這種天然化合物可用作腫瘤骨轉移治療策略的潛在藥物。體外實驗證明，褪黑素抑制RANKL 依賴的破骨細胞生成，同時顯著降低成熟破骨細胞的壽命。褪黑素處理過的前列腺癌和肺癌細胞的RANKL 的mRNA 和蛋白表達減少，驗證了褪黑色通過抑制RANKL 信號通路阻止與癌癥相關的破骨細胞分化。同時動物實驗結果顯示，使用褪黑素可以顯著減少腫瘤體積和溶骨性病變數量[20]。以上顯示出褪黑素的良好應用前景，然而當前對于褪黑素在腫瘤骨轉移方面僅處于早期研究階段。

3 總結和展望

RANKL／RANK 信號通路是骨代謝領域的關鍵通路，RANKL／RANK 系統參與腫瘤細胞骨轉移過程，引起骨吸收和骨形成的失衡從而調節破骨細胞活性，同時可以驅動腫瘤細胞的移動，甚至可以發揮影響原發腫瘤的作用。臨床研究證明靶向RANKL／RANK 信號通路的藥物在防治腫瘤骨轉移具有巨大的應用潛力，同時涉及RANKL／RANK 系統的新興治療方法也進入到臨床前研究階段。最近的研究結果顯示靶向RANKL／RANK 信號通路藥物在延遲骨相關事件發生以及提高患者生存質量方面發揮重要作用，但目前仍缺乏更多的臨床證據來證明相關藥物可以延長晚期癌癥患者的生存期。深入研究RANKL／RANK 信號通路對患者提供多樣化的治療選擇、增強療效具有重要意義。