RANKL/RANK 信号通路介导肿瘤骨转移机制的研究进展

胡晨琳 杜娟 贺焱 杨玲 刘艳群 黄昶荃,3△

（1.川北医学院临床医学系，四川 南充 637000；2.绵阳市第三人民医院·四川省精神卫生中心，四川 绵阳 621000; 3.成都市第二人民医院，四川 成都 610000）

骨是各种实体肿瘤的常见转移部位，75%的进展期乳腺癌和前列腺癌患者会发生骨转移，而多发性骨髓瘤患者骨转移的发生率更高达90%[1]。骨转移瘤患者的破骨细胞活性过度增强，导致骨质破坏和流失，引起骨骼相关事件，如病理性骨溶解、骨折、高钙血症和脊髓受压或神经功能症状等，骨转移严重缩短患者预期寿命和降低患者的生活质量。目前缺乏延长骨转移患者的总生存期的有效药物。肿瘤性骨转移的发生与骨代谢紊乱引起的骨丢失密切相关，RANKL/RANK 信号通路正是骨代谢调节的核心通路，近期研究发现RANKL/RANK 通路同时也在骨肿瘤形成和进展中发挥作用，以上说明RANKL/RANK 信号通路中相关靶点在肿瘤骨转移治疗中的有良好的应用前景。本文对RANK/RANKL 信号通路在肿瘤骨转移中的作用机制和相关研究进行了综述，旨在为肿瘤骨转移进一步研究提供了新思路和新靶点。

1 RANKL/RANK 信号通路在肿瘤骨转移中的作用

肿瘤细胞通过诱导破骨细胞分化所必需的细胞因子 RANKL 的异常表达，激活RANKL/RANK 信号通路，从而诱导大量破骨细胞产生，导致骨骼肿瘤进展和骨骼疾病。除此以外，大量研究也表明RANKL/RANK 信号通路也可以通过不依赖破骨细胞的途径参与原发肿瘤的发生和转移[2]。

1.1 RANKL/RANK 信号通路依赖破骨细胞的肿瘤骨转移作用

1.1.1 RANKL/RANK 信号通路在骨代谢中的作用机制

人体骨组织处于不停的骨重建中，通过骨吸收与骨形成之间的动态平衡维持骨骼的完整性，而RANKL 信号系统则是骨重建的核心通路。破骨细胞是唯一的骨吸收细胞，在骨质疏松、骨癌和病理性骨吸收中发挥核心作用，破骨细胞来源于造血干细胞，单核/巨噬细胞前体细胞在巨噬细胞集落刺激因子 (M-CSF) 和 NF-κB 配体受体激活剂 (RANKL) 的影响下经过多步过程最终分化成破骨细胞。RANKL 被认为是破骨细胞生成的主要调节因子，缺乏RANKL 的实验小鼠表现出严重的骨化病并伴随着牙齿萌出缺陷。RANK在过去很长一段时间内被认为是RANKL 的唯一的受体，RANK 在破骨细胞前体、成熟破骨细胞、树突细胞和其他一些具有高骨转移潜力的癌细胞中表达，例如乳腺癌和前列腺癌细胞，RANKL和破骨细胞前体的RANK结合引导破骨细胞的产生、分化、成熟。骨保护素（Osteoprotegerin，OPG）作为RANKL 的假性配体，竞争性结合RANKL 避免破骨细胞的发生从而保护骨质，肿瘤坏死因子受体相关因子 6（TNF receptor associated factor 6，TRAF6）特异性结合到RANK的胞浆区域，核因子κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)被激活并转运到核内，联合P65，引起转录因子活化T 细胞核因子1（nuclear factor of activting T cell 1,NFATc-1）和c-fos 结合并相互作用，促成破骨细胞（Osteoclasts，OCs）基因转录与表达，最终诱导成熟的破骨细胞形成。近期研究发现此通路可以反向调节成骨细胞的骨形成[3]。LGR4（Leucine rich repeat containing Gprotein coupled receptor 4，Lgr4）在近年的研究中被突破性的证明为RANKL的另一受体，条件性敲除LGR4 的小鼠表现出破骨细胞过度活化和低骨量[4]。RANKL与LGR4结合Gαq和GSK3-β 信号通路，从而抑制破骨细胞生成过程中活化T 细胞核因子、细胞质、钙调神经磷酸酶依赖性的表达和活性。此外，破骨细胞分化过程中RANKL-RANK-NFATc1 信号可以直接诱导LGR4 的表达[5]。

1.1.2 依赖破骨细胞的肿瘤骨转移作用

肿瘤细胞通过促进破骨细胞增殖分化从而诱导骨溶解、骨破坏。NF-kB 受体激活剂配体(RANKL)是破骨细胞形成、免疫细胞和乳腺发育所必需的TNF家族细胞因子。这种细胞因子有两种形式——可溶性形式（sRANKL）和膜结合形似，到目前为止，sRANKL 的确切作用还不清楚，但两种形式目前都被证明与骨转移相关。

由于肿瘤细胞自身产生蛋白水解活性分解骨基质的作用微乎其微，肿瘤细胞需要通过RANKL 信号通路促进破骨细胞介导的溶骨作用[6]；肿瘤细胞可以通过直接表达RANKL 诱导破骨细胞分化，前列腺肿瘤细胞、多发性骨髓瘤细胞可以自己表达少量的RANK；也可以通过成骨细胞的激活间接刺激破骨细胞的生成，例如乳腺癌骨转移，其中更加特殊的是，乳腺肿瘤可以产生肿瘤细胞源性生长因子——甲状旁腺激素相关肽（Parathyroid hormone-related peptide，PTHrP），它可以诱导成骨细胞RANKL 的表达，进而促使多核破骨细胞与髓样前体细胞分化。

肿瘤细胞与骨微环境之间有相互促进的作用，一方面，肿瘤细胞侵袭骨骼，将支持破骨细胞形成的生长因子和细胞因子分泌到骨骼微环境中。另一方面，破骨细胞吸收骨基质给予了肿瘤细胞在组织内生长和扩散的条件，破骨细胞的吸收活性将骨基质中的生长因子如TGF-β 释放到骨微环境中，从而进一步刺激癌细胞的存活和增殖。这种即有利于肿瘤生长又有利于破骨细胞的增殖分化的相互作用被称为肿瘤/骨恶性循环。在这个循环中RANKL、PTHrP 和TGF-β 起重要角色。在有骨转移倾向的肿瘤中可表达RANKL，从而引起OC 数的增加；而有些肿瘤细胞例乳腺癌细胞中高表达PTHrP，它可以刺激破骨细胞的骨吸收作用，进而释放骨基质中的TGF-β，肿瘤细胞随之增殖，释放更多的PTHrP[7]。骨基质释放的细胞因子也可以为癌细胞的定向迁移提供趋化刺激。

1.2 RANKL/RANK信号通路非依赖破骨细胞的肿瘤骨转移作用

骨组织中释放的 RANKL 还可以将表达RANK 的癌细胞吸引到骨基质，此过程称为骨归巢，向表达RANK的肿瘤细胞传递趋化因子信号，通过诱导肌动蛋白聚合促进细胞迁移，使肿瘤细胞获得向骨转移的倾向[2]。RANKL 在蛋白酶作用下脱落形成的可溶性形式（sRANKL），可溶性RANKL 被证明在诱导肿瘤细胞迁徙到转移部位的过程中发挥十分重要的作用。日本的一项动物实验显示，向可溶性 RANKL 缺陷的Tnfsf11ΔS/ΔS小鼠心内注射表达RANK的黑色素瘤细胞和乳腺癌细胞，结果Tnfsf11ΔS/ΔS小鼠和对照组在肿瘤-骨界面处的破骨细胞数量没有显著差异，骨肿瘤进展却明显低于对照组小鼠[8]。可溶性RANKL 通过促进RANK 表达的肿瘤细胞向骨迁移，而不影响破骨细胞的激活，从而特异性地促进骨转移。

2 RANKL/RANK 信号通路相关药物在肿瘤骨转移中的应用

2.1 地诺单抗

在过去的二十年中，已经充分证明 RANKL与其受体 RANK结合可促进破骨细胞生长、分化、成熟。地诺单抗是核因子-κB 配体 (RANKL) 抑制剂的受体激活剂，是一种通过高亲和力结合RANKL 来抑制破骨细胞介导的骨破坏的单克隆抗体，它于2010 年6 月被美国FAB 批准用于女性绝经后骨质疏松的治疗，5 m 后又被批准用于实体瘤骨转移的治疗[9]。荟萃分析结果提示使用地诺单抗的实体瘤和多发性骨髓瘤患者发生首次及随后的骨相关事件的时间明显延迟[10]。地诺单抗显著降低了乳腺癌及前列腺癌骨转移患者骨相关事件的发生率，大型III 期试验结果显示使用地诺单抗可降低骨相关事件风险17%[11]。川波克久等人的研究发现脊柱转移患者使用地诺单抗半年后，骨代谢标志物TRAP 显著降低[12]。然而部分试验结果支持地诺单抗无明显延长癌症晚期患者的生存时间作用，一项针对晚期肺癌患者的III期试验结果显示地诺单抗组与对照组生存期无明显差异[13]。除此以外，值得我们注意的是，对比传统抗骨质疏松药物唑来膦酸地诺单抗则更容易发生低钙血症和颌骨坏死。地诺单抗治疗后低钙血症发生率的在 0.1% 至 12.8%[14]，当前可以采用口服钙/维生素D 补充剂来减轻狄诺塞麦诱导的低钙血症[15]。在地诺单抗应用到临床的十年间，他的有效性及安全性得到进一步验证，但仍有亟待解决的方面，例如停药后发生反跳反应，需要更加深入的临床研究来帮助解决以上问题。

2.2 突变型RANKL

RANKL 的另一种受体富含亮氨酸重复序列的 G 蛋白偶联受体 4（LGR4）的发现，为抗骨吸收分子靶向药物的开发提供了新的方向，通过构建RANKL 修饰的特定肽，靶向结合LGR4 从而抑制 RANKL-RANK 信号传导来抑制破骨细胞生成，体外和体内骨质疏松症实验模型中都已证明突变型小鼠 RANKL (mRANKL-MT) 治疗显著抑制破骨细胞的分化和产生[16]，而且在转移性癌症小鼠模型中也得到了目标效果，使用核因子-κB 配体的突变受体激活剂（RANKLM）作为主动免疫疫苗，结果显示荷瘤小鼠的总体存活率和骨骼转移得到改善[17]。Mineon Park 等人验证了RANKL 突变体蛋白治疗会减少上皮间质转化以及前列腺癌细胞的转移[18]。突变型 RANKL 可以作为预防和治疗骨转移性瘤的潜在疫苗。鉴于突变RANKL 疫苗可以避免大多数传统抗骨质疏松症治疗的毒副作用的优点，使得突变型RANKL可能成为抗骨质疏松和抗骨转移瘤的热门靶点，当前我们需要更多的研究来验证此疫苗的有效性和安全性。

2.3 褪黑素

褪黑激素是松果体分泌的一种激素，近年来发现，褪黑激素除了昼夜调节作用外，还具有抗癌特性，如促氧化、细胞凋亡诱导、抗血管生成以及侵袭抑制，同时也在改善骨质疏松方面显示出现积极作用[19]。上述特性表明这种天然化合物可用作肿瘤骨转移治疗策略的潜在药物。体外实验证明，褪黑素抑制RANKL 依赖的破骨细胞生成，同时显著降低成熟破骨细胞的寿命。褪黑素处理过的前列腺癌和肺癌细胞的RANKL 的mRNA 和蛋白表达减少，验证了褪黑色通过抑制RANKL 信号通路阻止与癌症相关的破骨细胞分化。同时动物实验结果显示，使用褪黑素可以显著减少肿瘤体积和溶骨性病变数量[20]。以上显示出褪黑素的良好应用前景，然而当前对于褪黑素在肿瘤骨转移方面仅处于早期研究阶段。

3 总结和展望

RANKL／RANK 信号通路是骨代谢领域的关键通路，RANKL／RANK 系统参与肿瘤细胞骨转移过程，引起骨吸收和骨形成的失衡从而调节破骨细胞活性，同时可以驱动肿瘤细胞的移动，甚至可以发挥影响原发肿瘤的作用。临床研究证明靶向RANKL／RANK 信号通路的药物在防治肿瘤骨转移具有巨大的应用潜力，同时涉及RANKL／RANK 系统的新兴治疗方法也进入到临床前研究阶段。最近的研究结果显示靶向RANKL／RANK 信号通路药物在延迟骨相关事件发生以及提高患者生存质量方面发挥重要作用，但目前仍缺乏更多的临床证据来证明相关药物可以延长晚期癌症患者的生存期。深入研究RANKL／RANK 信号通路对患者提供多样化的治疗选择、增强疗效具有重要意义。