2019, Vol. 40
前列腺癌神经内分泌分化的研究进展
董克勤, 张金鹏, 王超, 孙颖浩 &n...
引用本文
董克勤, 张金鹏, 王超, 孙颖浩. 前列腺癌神经内分泌分化的研究进展[J]. 第二军医大学学报, 2019, 40(2): 191-195 
DONG Ke-qin, ZHANG Jin-peng, WANG Chao, SUN Ying-hao. Neuroendocrine differentiation in prostate cancer: an advance[J]. Academic Journal of Second Military Medical University, 2019, 40(2): 191-195 (in Chinese with English abstract)
前列腺癌神经内分泌分化的研究进展
海军军医大学(第二军医大学)长海医院泌尿外科, 上海 200433
摘要:
神经内分泌性前列腺癌是一种恶性程度极高的前列腺癌亚型，绝大多数神经内分泌性前列腺癌发生于去势抵抗性前列腺癌患者接受抗雄激素治疗之后。这种获得神经内分泌表型的细胞分化过程称为神经内分泌分化，是一种公认的前列腺癌抗雄激素治疗耐药的耐药机制，并且与临床不良预后明确相关。目前对于神经内分泌性前列腺癌的生理病理特征均尚未形成共识，因此针对这一亚型前列腺癌的治疗尤为棘手。本文通过综述与神经内分泌性前列腺癌及前列腺癌神经内分泌分化发生、进展相关的最新研究成果，总结热门靶点，为同行诊治与研究神经内分泌性前列腺癌提供新思路。
关键词:
前列腺肿瘤
神经内分泌瘤
细胞分化
肿瘤抗药性
Neuroendocrine differentiation in prostate cancer: an advance
Department of Urology, Changhai Hospital, Naval Medical University(Second Military Medical University), Shanghai 200433, China
Supported by the Most Important Clinical Medical Center Project of Urological Diseases of Shanghai (2017ZZ01005).
Abstract:
Neuroendocrine prostate cancer (NEPC) is a highly malignant subtype of prostate cancer and it mostly occurs in castration-resistant prostate cancer patients after antiandrogen therapy. The process of cell differentiation to obtain neuroendocrine phenotypes is called neuroendocrine differentiation (NED). It is a proposed mechanism of prostate cancer resistance to androgen-resistance therapy, which is associated with poor prognosis. At present, there is no consensus on the physiological and pathological characteristics of NEPC, and the treatment of this subtype is particularly difficult. This paper reviews the latest findings related to NEPC and NED, and summarizes the most studied targets, hoping to provide new ideas for peer diagnosis, treatment and research of NEPC.
Key words:
prostatic neoplasms
neuroendocrine tumors
cell differentiation
neoplasm drug resistance
近年来, 前列腺癌诊断与治疗技术一再升级, 但是前列腺癌患者的生存率并没有得到显著提高。晚期前列腺癌患者最终的死亡原因几乎都是去势抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer, CRPC), 这已经成为困扰泌尿外科医师多年的一个难题[1]。
目前已知神经内分泌分化(neuroendocrine differentiation, NED)及神经内分泌性前列腺癌(neuroendocrine prostate cancer, NEPC)是造成前列腺癌去势抵抗的重要原因, 多发生于CRPC经过长期去势治疗之后。其特征性的表现是雄激素受体(androgen receptor, AR)和前列腺特异抗原(prostate specific antigen, PSA)等前列腺特异性标志物表达下降, 而嗜铬粒蛋白A、突触素和神经元特异性烯醇化酶等神经相关标志物表达升高。具有神经内分泌(neuroendocrine, NE)特征的前列腺癌患者对化学治疗的反应性差、预后不良, 大多数生存期不足1年[2]。
早期研究对于NEPC和NED在前列腺癌中的地位与意义存在过许多的争论[3], 但借助于新兴的基因测序和基因工程小鼠等技术手段, 人们逐渐意识到NEPC和CRPC在基因表达谱、生物学特性等方面存在着明显差异, 因此需要寻找特异性治疗手段靶向具有NE特征的患者, 从而改善晚期前列腺癌患者的预后[4]。目前关于NEPC和NED形成及调控的假说很多, 本文通过复习相关文献, 从基因改变、基因表达调控、肿瘤微环境等方面介绍当前研究进展, 总结热门靶点, 为更全面地认识NEPC和NED提供参考。
1 基因改变 1.1 抑癌基因失活抑癌基因突变或缺失一直都是癌症领域研究和讨论的焦点, 而在前列腺癌NED研究中最为集中的是视网膜母细胞瘤(retinoblastoma, RB)基因、肿瘤蛋白53(tumor protein 53, TP53)基因和第10号染色体缺失的磷酸酶张力蛋白同源物基因(phosphatase and tension homology gene deleted on chromsome ten, PTEN)。临床研究发现, 相比CRPC患者, 具有NE特征的前列腺癌患者中这些抑癌基因改变的比例更高, 70%的NED病例存在RB基因缺失、66.7%存在TP53基因突变或缺失、53.3%存在TP53与RB1基因的共同缺失[4-5]; RB基因缺失存在于90%的前列腺小细胞神经内分泌性癌(small cell neuroendocrine carcinoma, SCNC)中, 而在高级别腺癌甚至转移性CRPC等其他类型前列腺癌中, 该比例低于20%[6]。由此可见, 抑癌基因的失活与前列腺癌NED高度相关。
与此同时, 抑癌基因的重要性在基础研究中也得到了验证。前列腺癌病理学研究表明, PTEN的失活与NED标志物嗜铬粒蛋白A的表达量升高明确相关[7]。在小鼠体内选择性敲除RB和TP53基因可使其自发产生具有NE特征的低分化前列腺腺癌, 经典的转基因前列腺癌小鼠(transgenic adenocarcinoma of mouse prostate, TRAMP)自发形成NEPC也利用了类似的机制[8]。新近研究表明, TP53与PTEN共同缺失的基因工程小鼠(NPp53 mouse)可发生对阿比特龙耐药的前列腺癌, 其表现与人体内具有NE特征的CRPC高度一致[9]。目前主流研究认为抑癌基因的失活并不是孤立的, 事实上其常与下文提到的众多生物学事件共同存在, 并且作为先决条件促进了其他分子如丝氨酸/精氨酸相关核基质蛋白4(serine/arginine repetitive matrix 4, SRRM4)等对NED的调控[10]。
1.2 原癌基因激活原癌基因的激活可以促进肿瘤细胞增殖、侵袭、迁移等一系列肿瘤生物学行为的改变, 其中myc家族因其在多种肿瘤中广泛的促癌能力一直备受关注。与在多种肿瘤中均有表达的C-myc不同, N-myc仅在视网膜母细胞瘤、小细胞肺癌等少数神经相关肿瘤中高表达, 说明该基因与神经相关表型密切相关[11-12]。
在前列腺癌NED的发生过程中, N-myc也显示出重要作用。Beltran等[13]发现, 40%的NEPC存在N-myc基因的扩增或过表达, 而在普通前列腺癌中这一比例仅为5%。在正常前列腺细胞系及正常人前列腺基底细胞中过表达N-myc可使其出现NE表型[14]。后来, Dardenne等[15]发现 N-Myc蛋白可以与组蛋白甲基转移酶zeste基因同源物增强子2(enhancer of zeste homolog 2, EZH2)相互作用, 结合到AR基因增强子序列, 在抑制AR信号通路的同时促进与细胞干性、细胞迁移等有关的一系列基因的表达, 使前列腺癌在接受抗雄激素治疗、AR信号受到抑制的情况下得以更好地生存。这一机制很好地解释了NEPC对抗雄激素治疗耐药的原因。另外, Gupta等[16]通过对循环肿瘤细胞进行基因分析, 发现高表达N-myc患者的肿瘤细胞会向着AR非依赖性NE样细胞分化, 提示该基因在预测患者是否出现去势抵抗性及NED中具有重要价值。
1.3 基因融合早在2005年, Tomlins等[17]报道了前列腺癌中E26转录因子(E26 transformation-specific, ETS)相关基因(ETS-related gene, ERG)与跨膜丝氨酸蛋白酶2(transmembrane protease serine 2, TMPRSS2)发生基因融合的现象, 并且认为该现象与前列腺癌的发生直接相关。但是, 随后人们发现该融合基因的存在并不能直接诱发前列腺癌, 而是与前列腺癌的进展有关[18]。
临床病理研究证实, 44%的NEPC存在TMPRSS2:ERG融合基因, 并且在混合型肿瘤的免疫组织化学染色结果中, NE病灶与TMPRSS2:ERG阳性区域高度重合, 仅在ERG蛋白缺失的区域出现了局灶性NED[13]。进一步研究表明TMPRSS2:ERG融合基因的存在可以促进前列腺癌患者在接受抗雄激素治疗后出现NED[19], 在发生NED的细胞中恢复ERG信号可以使发生NED的细胞逆转为亲本表型[20]。说明抗雄激素治疗诱导产生的前列腺癌NED可能需要TMPRSS2:ERG融合基因的存在作为先决条件。此外, TMPRSS2:ERG融合基因一直被认为是前列腺癌的标志性基因印迹, 在NEPC中发现该融合基因在很大程度上佐证了NEPC是由CRPC进一步发展而来的假说[13]。
2 基因表达改变 2.1 转录调控前列腺癌从最早的上皮内瘤变发展至CRPC甚至NEPC的过程中, 基因表达谱发生了明显改变, 其中转录因子如叉头框(foxhead box, FOX)蛋白家族的作用至关重要。FOXA1作为先锋因子控制着AR相关基因的表达并参与了肿瘤发生、发展的全过程[21]; FOXA2在前列腺癌中的受关注程度虽然不及FOXA1, 但在NEPC中却是重要的调控分子。研究发现, 前列腺SCNC病理标本FOXA2的阳性表达率为100%[22], 在表征NEPC的转基因动物模型中也可以观察到FOXA2表达上调[14]。在分子机制上, FOXA2可通过不依赖于AR与雄激素的方式激活雄激素相关基因[23], 与低氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α)共同作用可以促进一系列决定NED表型的关键基因表达[24]。这些研究结果提示FOXA2对于NED具有促进作用。
为了进一步确认FOXA2在前列腺癌NED发展过程中的重要性, 有学者利用可以自发形成NEPC的TRAMP小鼠构建了FOXA2缺失的TRAMP小鼠模型, 然而在该模型中依旧有NEPC的发生, 据此研究者认为在FOXA2缺失的情况下可能还有其他重要分子参与控制NED的发生[25]。
2.2 转录后调控可变剪接是进展期前列腺癌的重要生物学现象和转录后调控方式, 与肿瘤侵袭、耐药等不良特性有着明确的关系, 其中最著名的当属AR的可变剪接(AR variants, AR-Vs)[26-27]。随着相关研究的逐步深入, 越来越多的转录后调控被证实与晚期前列腺癌相关。
在前列腺癌领域, Lapuk等[28]首先发现, 在发生NED的前列腺癌中RE1沉默转录因子(RE1 silencing transcription factor, REST)水平明显下调, 前列腺癌细胞系LNCaP细胞敲除REST基因后多种NED标志物表达水平升高。同样, 在白细胞介素6(interleukin 6, IL-6)诱导的前列腺癌细胞发生NED过程中REST也受到了抑制, 过表达REST可以阻断IL-6诱导的前列腺癌细胞发生NED[29]。缺氧环境也可以通过微RNA (microRNA, miRNA)下调REST水平, 导致前列腺癌细胞系发生NED[30]。
在前列腺癌中, REST作用的发挥离不开另外一个重要分子:SRRM4。SRRM4是一种神经特异性RNA剪接因子, SRRM4的缺失会影响神经突生长、前脑皮质分化等重要过程[31]。对于CRPC转移灶临床样本的研究表明, SRRM4表达与前列腺癌转移灶中的NE表型密切相关, SRRM4可以通过改变REST的mRNA序列抑制其功能, 促进前列腺癌发生NED[32]。最新研究表明, 在LNCaP细胞中导入SRRM4可以诱导表达NE标志物并改变细胞形态, 由SRRM4驱动的NEPC模型中既有AR/PSA阳性的部分也有AR/PSA阴性的部分, 而SRRM4仅在AR/PSA阴性的部分中表达[10]。提示SRRM4是CRPC向NEPC转化过程中的重要分子。
3 肿瘤微环境除了肿瘤细胞自身改变外, 肿瘤周围的组织、免疫细胞、血管和细胞外基质等形成的肿瘤微环境对前列腺癌生物学行为也有重要作用, 例如肿瘤相关巨噬细胞、骨髓来源的抑制性细胞等可通过分泌细胞因子、外泌体等方式促进前列腺癌的进展[33]。
IL-6是肿瘤微环境中一种重要的多效性细胞因子, 其可以介导免疫反应, 调控正常细胞及肿瘤细胞的生长、分化、存活等重要生理过程。早在1990年就有学者证实, 前列腺癌细胞系存在IL-6受体并分泌IL-6, 提示IL-6及其受体可能在人类前列腺癌中发挥重要作用[34]。Wang等[35]利用IL-6刺激诱导LNCaP细胞, 使其永久分化为NE表型细胞, 这是证明IL-6与NEPC相关性的最经典的实验之一。本课题组前期研究也发现, 抗雄激素药物恩杂鲁胺可以导致前列腺癌发生NED并促进肿瘤相关巨噬细胞的聚集与活化, 而这些巨噬细胞分泌的IL-6又可以促进前列腺癌NED的进一步加重[36]。虽然越来越多的研究关注到了IL-6这一强大的细胞因子, 但是其与前列腺癌NED的具体关系至今尚不完全清楚, 靶向IL-6信号通路的药物在临床试验中的效果也表现一般, 说明IL-6与前列腺癌特别是NEPC的关系还有待进一步研究[37]。
4 小结前列腺癌NED及NEPC的出现与进展涉及了复杂的调控网络, 需要肿瘤内部分子改变与外部环境的共同作用。除了上述提到的关键靶点外, 还有很多研究由于篇幅有限未被囊括。从我们的总结中不难看出, 主流文献报道均支持NEPC是由经典前列腺癌在各种肿瘤外界压力下分化而来的假说[4-10], 这也提示前列腺癌NED的起点可能远比我们想象的要早, 在前列腺癌尚处于低度恶性的时期, 一群具有NED潜能的前列腺癌细胞就已经存在, 而这些具有NED潜能的细胞亚群很有可能是造成进展期前列腺癌不良结局的根源。相比于已经发展成为NEPC的前列腺癌, 后续研究应更加关注在前列腺癌出现明显的NED特征之前进行干预, 以期改善前列腺患者的预后。
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