乳腺癌是如何转移到脑的？血脑屏障竟没拦住它？
乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤，晚期乳腺癌大多具有侵袭性强、恶性程度高、易发生病灶转移等特点，是乳腺癌患者死亡的主要原因。骨髓、脑是乳腺癌常见的转移部位，大多数诊断为LMD（软脑膜疾病，软脑膜是在大脑和脊髓表面的含有脑脊液的膜）的乳腺癌患者已建立了椎体骨转移。此前，乳腺癌细胞在脑膜内转移和增殖的分子机制尚不清楚，这限制了有效治疗方法的发展，导致乳腺癌转移到软脑膜的治疗效果非常差。
2024年6月21日，美国杜克大学的研究团队在《Science》期刊发表了题为“Breast cancer exploits neural signaling pathways for bone-to-meninges metastasis”的文章。该研究表明：小鼠中的乳腺癌细胞（BCCs）可以绕过血脑屏障，沿着连接椎体或头颅骨髓和脑膜的血管，通过腹腔迁移侵入软脑膜（LM）。这一过程基于BCCs表达的整合素α6（Integrin α6）与血管基底膜层粘连蛋白（laminin，LN）的结合。一旦进入LM，BCCs与血管周围脑膜巨噬细胞共定位并诱导其表达促存活神经营养胶质源性神经营养因子（GDNF）。鞘内阻断GDNF、巨噬细胞特异性消除GDNF或BCCs中GDNF受体神经细胞粘附分子（NCAM）的缺失可抑制乳腺癌在LM内的生长。这些数据表明Integrin α6和GDNF信号轴是抗乳腺癌LM转移的新治疗靶点。
从以上可以看出，研究团队主要研究了两方面的内容：乳腺癌细胞转移到LM的途径和乳腺癌细胞在LM中存活和增殖的机制。首先我们来介绍下乳腺癌细胞转移到LM的途径。
一、乳腺癌细胞转移到LM的途径：依赖Integrin α6和LN的结合沿着血管外表面迁移到LM。
在1833-P重症联合免疫缺陷（SCID）移植小鼠模型（成熟的异种移植模型，1833为人肺癌腺癌细胞）中发现小鼠通常会出现进行性双侧后肢麻痹（BHLP），BHLP是LM转移和马尾综合征的潜在后遗症。组织学分析证实了患有BHLP的移植小鼠存在BCCs的LM转移。对1833-P移植小鼠和EO-LM2移植小鼠（新的具有免疫功能的骨转移性BC小鼠模型，从BHLP小鼠脑膜中采集小鼠EO771-tdTomato-Parental（EO-P）乳腺癌细胞连续植入心内，EO771为小鼠髓样乳腺癌细胞）的腰椎进行了放射学和组织学分析，micro-CT成像显示，患有LMD的小鼠椎体静脉窦骨通道的平均直径加宽，这是骨髓静脉窦进入椎管和LM的孔。且研究发现1833-P和EO-LM2 BCCs通过血管外迁移进入LM。这不是癌细胞独有的迁移方式，该研究团队在之前就发现造血谱系细胞也能够沿着椎体或者颅脑骨髓的富含LN的导静脉迁徙到软脑膜从而成为大脑血管系统的一部分，分析癌细胞可能学习了这种方法。（图1）
图1. BCCs通过血管外迁移进入LM
（文中所有图片均来源于《Science》杂志）
接下来，研究者发现表达在乳腺癌细胞表面的Integrin α6对它们侵入到脑膜腔是必要的。使用CRISPR-Cas9敲除1833-P和EO-LM2细胞中的Integrin α6，BHLP发生率降低，可抑制乳腺癌细胞的脑膜转移，并延长小鼠的存活期。而在Integrin α6阴性的MCF7细胞中过表达Integrin α6后心内移植细胞，使MCF7细胞可转移到大脑，并在大脑中检测到LMD且33％小鼠出现了BHLP。接着，研究人员发现在所有EO-LM2移植小鼠的颅骨通道内的静脉窦血管外表面都有BCCs，而在EO-LM2-a6 KO移植小鼠中未鉴定到BCCs。以上数据表明BCCs沿静脉窦血管迁移到LM依赖Integrin α6。（图2）
图2. Integrin α6介导BCCs向LM转移
二、乳腺癌细胞在LM中存活和增殖的机制：依赖GDNF:NCAM信号。
软脑膜中营养水平很低，癌细胞是如何存活和增殖的呢？带着这个疑问，研究人员进行了RNA测序分析来筛选EO-LM2细胞中可能支持癌细胞在脑膜中存活或增殖的信号通路，结果表明NCAM1在EO-LM2细胞中上调，且在EO-LM2细胞表面表达。IHC结果显示GDNF在1833-P和EO-LM2移植小鼠的LM基质内的沉积显著增加，且GDNF来源于CD206+巨噬细胞。此外，研究表明鞘内GDNF阻断、巨噬细胞特异性GDNF消除或从BCCs中敲除NCAM都会抑制BC在LM中的生长。从以上结果可知：乳腺癌细胞进入脑膜腔后会与脑膜巨噬细胞共定位，癌细胞的存在会刺激巨噬细胞分泌促生存的神经营养因子GDNF，继而GDNF会结合到乳腺癌细胞上的受体NCAM，激活抗凋亡信号通路。（见图3）
图3. GDNF:NCAM信号可提高营养不良条件下BCCs的存活率
最后，研究人员探究了Integrin α6和GDNF表达与BC患者脑膜转移相关性。发现Integrin α6阳性与脑膜病变之间存在统计学显著的相关性，基于脑膜的活检显示NCAM2在BC中广泛表达。而后，研究者对脑膜转移活检标本组进行IHC检测，6个样本中5个显示GDNF阳性。与健康对照样本相比，疾病样本GDNF和CD68表达更高。进一步分析发现，肿瘤样本中的CD68+细胞多数表达GDNF，并且GDNF+区域内的大多数细胞是CD68+。这些数据表明巨噬细胞是患者中GDNF沉积的重要来源。（图4）
图4. 基于脑膜的BC转移表达有Integrin α6、NCAM和GDNF
综上，该研究揭示了乳腺癌细胞依赖Integrin α6进入软脑膜的新机制，且乳腺癌细胞在脑膜微环境中利用GDNF/NCAM信号通路增强自身生存的机制（见下图）。这些发现为乳腺癌LM转移预测、预防和治疗提供了新靶点和潜在新策略。
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