JCI | 罗剑团队揭示破骨细胞通过转移前微环境方式调控肿瘤骨转移

越来越多的证据表明，在肿瘤转移到靶器官之前，远端的微环境会被原发肿瘤选择性地改造，进而形成转移前微环境，为后续的肿瘤转移蓄势。已报道多种细胞因子和不同细胞参与到不同肿瘤的器官靶向性转移前微环境的调控中，然而，对于肿瘤在骨转移前微环境形成中的关键调控因素很大程度上仍不清楚。目前已经发现，血管和成骨细胞在肿瘤骨转移前微环境的形成过程中起到关键作用【1】。破骨细胞细胞在肿瘤骨转移的“恶性循环”中发挥着至关重要的作用，而破骨细胞在肿瘤骨转移前微环境中发挥怎样的调控作用尚未可知。

尽管RANKL-RANK信号通路在破骨细胞的分化和和肿瘤骨转移等生理病理过程中发挥着重要调控作用。但靶向RANKL的治疗策略对早期诊断为高风险的乳腺癌患者治疗效果甚微，并不能改善这类患者的不良预后【2】。因此，在乳腺癌早期进程中，可能存在其它调控机制影响破骨细胞的功能，及改造肿瘤微环境。研究人员早期研究发现LGR4，作为RANKL的新受体，在破骨细胞分化后期激活经典的G蛋白信号，对RANKL-RANK信号通路起到负反馈调节的作用【3】。LGR4的作用及其与RANKL-RANK信号通路的交叉，尤其是在早期乳腺癌骨转移中，目前尚不清楚。

近日，罗剑教授课题组在Journal of Clinical Investigation发表了题为RSPO2/RANKL-LGR4 signaling regulates osteoclastic pre-metastatic niche formation and bone metastasis的研究论文，揭示了破骨前体细胞的招募是乳腺癌骨转移前微环境形成过程中的关键环节：RSPO2和RANKL通过结合乳腺癌细胞表面的LGR4受体上调分泌蛋白DKK1的表达，DKK1通过血液循环进入骨微环境中招募破骨前体细胞，形成转移前微环境促进乳腺癌骨转移。

为了寻找是否有GPCR信号通路调控这一过程，研究人员进行了GPCR配体/激动剂的筛选，发现RSPO2和RANKL能够通过诱导乳腺癌细胞分泌细胞因子而招募破骨前体细胞。为了寻找RSPO2和RANKL的受体，研究人员对可能的受体：LGR4、LGR5、LGR6和RANK进行了筛选，发现RSPO2和RANKL通过LGR4促进破骨前体细胞的招募。为了进一步证实LGR4在破骨细胞转移前微环境中的作用，研究人员构建敲降的乳腺癌细胞系，收集条件培养基注射小鼠，建立转移前微环境小鼠模型。结果发现，在乳腺细胞中敲降LGR4能够显著抑制小鼠体内转移前微环境的形成并抑制乳腺癌骨转移。

那么，乳腺癌细胞是如何调控到远端的破骨前体细胞的？研究人员对LGR4下游的分泌蛋白进行了蛋白质组学筛选，发现DKK1是LGR4下游的分泌蛋白。为了验证DKK1的功能，研究人员构建了过表达DKK1的乳腺癌细胞系，收集条件培养基建立了转移前微环境小鼠模型。结果发现，在乳腺癌细胞中过表达DKK1能够显著促进小鼠体内转移前微环境的形成并促进乳腺癌骨转移。研究人员进一步通过设计“补救”实验，在体内模型验证了RSPO2/RANKL-LGR4-DKK1的信号通路在乳腺癌转移到骨微环境前的调控作用。

研究人员进一步探究了这一过程中乳腺癌细胞和破骨前体细胞中的信号通路变化，发现在乳腺癌细胞中，RSPO2和RANKL通过LGR4-β-catenin/Gαq调控DKK1的表达；在破骨前体细胞中，DKK1通过LRP5受体，而非LRP6受体，及下游β-catenin信号通路调控Rnasek表达来促进破骨前体细胞的招募。最后，为了研究RSPO2/RANKL-LGR4能否作为治疗乳腺癌骨转移的潜在靶点，研究人员使用了LGR4胞外段蛋白（LGR4-ECD）进行转化实验。LGR4-ECD是LGR4受体的胞外段蛋白，能够同时与RSPO2和RANKL结合，阻断LGR4信号通路。结果发现，LGR4-ECD能够显著缓解小鼠乳腺癌骨转移症状，并且没有促进肺转移。

示意图：RSPO2和RANKL与乳腺癌细胞膜上的受体LGR4结合，通过β-catenin/Gαq信号通路正调控分泌蛋白DKK1表达。DKK1进一步结合破骨前体细胞膜表面的受体LRP5，通过经典Wnt/β-catenin信号通路正调控Rnasek表达，形成转移前破骨细胞微环境并促进肿瘤骨转移。LGR4-ECD能够阻断RSPO2/RANKL-LGR4信号通路治疗乳腺癌骨转移。

本文直接深入探究了破骨前体细胞在乳腺癌骨转移前微环境形成过程中的作用，为今后乳腺癌骨转移的治疗提供了重要参考。

华东师范大学生命科学学院博士研究生岳智颖和牛鑫为该论文的共同第一作者，本课题在华东师范大学刘明耀教授的指导下完成，上海长征医院的肖建如教授提供了临床支持，罗剑教授为本文通讯作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1172/JCI144579

制版人：十一

参考文献

1. Ren G, Esposito M, and Kang Y. Bone metastasis and the metastatic niche. J Mol Med (Berl). 2015;93(11):1203-12.

2. Coleman R, Finkelstein DM, Barrios C, et al. Adjuvant denosumab in early breast cancer (D-CARE): an international, multicentre, randomised, controlled, phase 3 trial. Lancet Oncol. 2020;21(1):60-72.

3. Luo J, Yang Z, Ma Y, et al. LGR4 is a receptor for RANKL and negatively regulates osteoclast differentiation and bone resorption. Nat Med. 2016;22(5):539-46.

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