Runx2影響腫瘤骨轉移信號通路的研究進展

胡金龍 秦 晗

腫瘤骨轉移的有效治療是臨床學者攻關目標，分子靶向治療是一種腫瘤殺傷性和凋亡誘導性治療，因療效顯著已使其成為新的行之有效的治療方式[1]。因此研究腫瘤骨轉移發生過程中分子機制，尋找有效治療靶點，對于抑制骨轉移病灶的有效治療具有重要的科學意義和應用價值。Runx2作為Runt 結構域基因家族中的一員，是由一個DNA結合的α亞基和一個非DNA結合的β亞基組成的異二聚體蛋白[2,3]。其通常被稱為成骨的主開關，在骨發育過程中促進間充質干細胞向成骨細胞方向分化，同時在成骨細胞分化的早期上調骨基質蛋白相關基因的表達以促進前成骨細胞成熟[4,5]。近年來，Runx2與腫瘤間關系的研究日益引起關注，研究發現，Runx2具有促進腫瘤細胞生長和骨轉移的能力[6]。腫瘤骨轉移時，腫瘤細胞最初處于休眠狀態，骨代謝平衡，而隨后破骨細胞導致的骨溶解打破該平衡，引發癌細胞與骨微環境之間的惡性循環[7]。越來越多的研究表明，Runx2可能通過參與NF-κB受體活化因子配體(nuclear factor-κB receptor activating factor ligand, RANKL)/NF-κB受體活化因子(nuclear factor-κB receptor activating factor，RANK)/骨保護素(osteoprotegerin，OPG)系統、核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)通路、轉化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)通路、Wnt通路以及信號轉導和轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)等信號通路，在腫瘤骨轉移中起重要調控作用[8～12]。本文將Runx2影響腫瘤骨轉移信號通路的研究進展做一綜述，以期為腫瘤骨轉移有效治療靶點的選擇提供理論基礎。

一、Runx2與RANKL/RANK/OPG系統

RANKL/RANK/OPG系統由3個主要信號分子組成，RANKL是主要表達于成骨細胞上的跨膜蛋白，與破骨前體細胞信號受體RANK結合后促進破骨前體細胞融合并分化為成熟的破骨細胞，成熟的破骨細胞黏附于骨表面，通過分泌酸和溶解酶促進骨吸收。OPG是誘餌受體，與RANK競爭結合RANKL，抑制破骨細胞分化、成熟，避免骨組織過度吸收[13]。

RANKL/RANK/OPG系統生理狀態下處于動態平衡，維持正常骨代謝功能。而乳腺癌骨轉移時，在Runx2介導下該系統平衡失調，導致破骨功能增強，成骨功能抑制[6]。Kim等[8]在高度骨轉移的前列腺癌細胞PC3(mtPC3)和乳腺癌細胞MDA-MB-231(mtMDA)、PC3、MDA的染色質復合物中，運用計算機分析尋找人RANKL啟動子中Runx2的結合位點，根據分析結果使用針對人RANKL啟動子中Runx2結合區的引物對沉淀的DNA擴增，根據染色質免疫沉淀分析發現，mtPC3和mtMDA的RANKL啟動子募集到的Runx2較PC3和MDA顯著增高，結果提示，癌細胞骨轉移時可以通過Runx2依賴性信號轉導表達RANKL，促進破骨細胞成熟。Runx2在骨發育過程中可誘導成骨細胞表達RANKL并通過調節OPG促進破骨細胞分化[14]。Zhao等[15]利用乳腺癌細胞MDA-MB-231和成骨細胞MG-63共培養，對照組為MG-63單獨培養，實時PCR分析MG-63細胞中Runx2、RANKL、OPG表達水平，研究發現共培養組較對照組的Runx2表達升高，而RANKL與Runx2在不同觀察時間具有相同的趨勢，OPG則較對照組表達下降。以上結果提示癌細胞不僅自身表達Runx2激活RANKL啟動子促進破骨細胞成熟，還能直接作用于成骨細胞，通過上調RANKL和抑制OPG表達以促進骨溶解。

二、Runx2與NF-κB信號通路

NF-κB是一種調控多種生物反應的核因子，其包含數個轉錄因子，分別為p65(RelA)、RelB、c-Rel、p50(NF-κB1)和p52(NF-κB2)。NF-κB既是炎癥過程的主要介質，也是免疫反應的調節因子。炎性細胞因子尤其是NF-κB在腫瘤發生、發展過程中具有雙重作用，一方面，NF-κB的激活是免疫防御的一部分，可以靶向作用并消除腫瘤細胞；另一方面，NF-κB在許多類型的腫瘤中激活后可以發揮多種促癌作用[16]。Li等[17]通過使用裸鼠模型，觀察青蒿素對小鼠脛骨腫瘤生長和腫瘤導致骨質破壞的抑制作用，探索青蒿素的抑制溶骨原理。酶聯免疫吸附實驗結果顯示，血清中的破骨細胞分化因子RANKL隨青蒿素的濃度升高而下降，此外，蛋白印跡分析顯示，青蒿素抑制了破骨細胞NF-κB p65的磷酸化。推測在腫瘤骨轉移中Runx2與NF-κB信號通路主要關系如下：Runx2激活RANKL/RANK/OPG系統促進破骨細胞成熟，而破骨細胞祖細胞表面的RANK受體誘導NF-κB信號通路的級聯反應，進一步促進破骨細胞形成，從而強化破骨細胞的溶骨作用[8,9]。

三、Runx2與TGF-β信號通路

TGF-β是一類細胞因子超家族，TGF-β信號通路包括Smad經典途徑和非經典MAPK途徑。在經典途徑中，活化的受體復合物募集R-Smad并使其磷酸化，之后復合物易位到細胞核中與其他轉錄調節因子共同調節靶基因的表達[18]。在正常骨代謝過程中TGF-β信號通路的Smad經典途徑和非經典MAPK途徑均可激活Runx2的轉錄，促進其成骨[19]。TGF-β信號轉導在腫瘤的調控中起重要作用，最初是腫瘤抑制因子，而后隨著腫瘤的發展成為促進腫瘤進展的積極介質[20]。Zhang等[10]通過小鼠動物模型，探討Runx2-HTY突變體對前列腺癌細胞PC3的TGF-β-Smad途徑的影響，與野生型Runx2-WT比較，小鼠脛骨內注射含Runx2-HTY的PC3細胞導致的溶骨性病變較小，PC3骨吸收因子-甲狀旁腺激素相關肽(parathyroidhormone related protein, PTHrP)表達大幅降低，表明Runx2可能通過TGF-β信號通路的Smad經典途徑促進PTHrP介導的骨吸收。另有研究提示，Runx2可以直接上調Indian Hedgehog(IHH)基因，與TGF-β通路協同作用下進一步促進PTHrP的產生，進而刺激成骨細胞或骨髓基質細胞表達RANKL，誘導破骨細胞成熟，使骨微環境中骨質吸收增加[21]。而骨基質中富含生長因子TGF-β，被吸收的骨基質釋放出的TGF-β，正向刺激腫瘤細胞增殖，并促進PTHrP的分泌，從而在腫瘤細胞導致骨質破壞與骨質溶解誘發腫瘤生長之間形成惡性循環。

四、 Runx2與Wnt信號通路

Wnts是一種分泌糖蛋白，Wnt信號通路可分為Wnt/β-catenin經典途徑和一些非經典途徑，如磷脂酶C 、蛋白激酶C、平面細胞極性和Wnt/Ca2+等[22]。生理狀態下Wnt信號通路是調節成骨細胞活性的關鍵通路，并可通過經典和非經典途徑促進Runx2表達以促進成骨[19]。通過對發生骨轉移的乳腺癌研究發現，骨轉移腫瘤細胞不僅可以增強破骨細胞功能干擾正常的骨重塑，還可以抑制成骨細胞阻止新骨生成[23]。Wnt信號通路對維持骨穩態起重要作用，而骨硬化蛋白(sclerostin，SOST)可以與Wnt信號通路中的LRP5/6結合，拮抗Wnt信號通路的傳遞，從而抑制新骨形成[24]。Mendoza-Villanueva等[11]使用酶聯免疫吸附試驗測定乳腺癌細胞MDA-MB-231分泌到培養基中SOST含量，發現siRunx2轉染的MDA-MB-231產生的SOST約比對照細胞少5倍。進一步測定Runx2與SOST的關系，用含有SOST啟動子的質粒轉染siRunx2及非特異性siRNA的MDA-MB-231細胞，與對照細胞比較，Runx2基因沉默組細胞中SOST啟動子的活性顯著降低。同時觀察小鼠骨髓間充質干細胞在源自MDA-MB-231細胞的條件分化培養基中生長時，其分化被顯著抑制，相比之下，在SOST耗盡的培養基中培養的小鼠骨髓間充質干細胞分化活躍。結果提示，Runx2直接與SOST啟動子結合促進MDA-MB-231細胞分泌SOST，而SOST阻斷Wnt信號通路從而導致成骨細胞活性降低，新骨形成抑制。在一些溶骨性骨轉移中，癌細胞不僅作用于破骨細胞，同時還作用于成骨細胞抑制成骨，骨修復抑制解除可能是今后取代抑制破骨細胞功能類藥物的潛在研究方向。

五、Runx2與STAT3信號通路

STAT3是信號轉導及轉錄激活蛋白家族的一員，以轉錄的方式調控多種細胞過程。有研究發現，前列腺癌細胞通過TGF-β1誘導的Smad和AP-1兩種途徑刺激IL-11表達，即Runx2-Smad和Runx2-c-Jun兩種復合物相互作用，共同增強IL-11的表達[12]。Liang等[25]使用IL-11的單克隆抗體阻斷骨特異性轉移乳腺癌細胞BoM-1833的IL-11表達，研究發現顯著減少BoM-1833誘導的破骨細胞形成。進一步分析IL-11誘導破骨細胞形成過程中STAT3信號通路的活性，發現IL-11誘導的破骨細胞形成依賴STAT3途徑的活化。IL-11是IL-6家族細胞因子的一員，多種細胞通過自分泌和旁分泌的方式分泌IL-11，從而激活乳腺癌細胞的STAT3信號通路以促進腫瘤進展[26]。同時腫瘤細胞自身也可以分泌IL-11直接作用于破骨前體細胞的STAT通路，正向調節破骨細胞的形成，促進骨質破壞。

六、展 望

腫瘤的骨轉移往往導致預后不良，目前抑制骨破壞的藥物主要有雙磷酸鹽、地諾單抗，其雖能抑制溶骨性病變，延長患者的生存期，但存在許多不良反應，如骨壞死、腎毒性、低鈣血癥等，因此有效藥物的研發勢在必行[27,28]。靶向治療是新近發展起來的，針對腫瘤發展過程中細胞受體、關鍵基因和調控分子等生物靶點進行干預，從而有效阻斷腫瘤發展并且促進腫瘤細胞凋亡的特異性治療[29]。因此深入研究腫瘤骨轉移發生過程中分子機制，尋找有效生物靶點，對腫瘤的治療具有重要意義[30]。近年來，Runx2與腫瘤間關系日益受到重視，Runx2介導下的溶骨機制主要分以下兩方面：一方面，腫瘤細胞可能直接誘導或通過成骨細胞間接誘導破骨細胞成熟；另一方面，Runx2可能通過參與多種信號通路打破骨代謝平衡，促進骨質溶解。然而，目前尚無確切證據證明這兩方面是單獨或者聯合作用導致腫瘤骨轉移的原因，因而也缺乏針對性治療措施。因此，深入探討Runx2和腫瘤骨轉移相關分子調控機制，將為進一步了解腫瘤骨轉移發病機制和尋找有效治療靶點提供新的理論和實驗依據。