脑转移是乳腺癌病情严重化和预后恶化的重要因素之一。近年来，越来越多的研究集中在寻找乳腺癌脑转移的潜在生物标志物，以便更好地理解其发生及进展机制，并为预防、诊断和治疗提供新的靶点。全文对近年来乳腺癌脑转移的潜在生物标志物进行了综述，重点讨论循环肿瘤细胞、细胞外囊泡以及蛋白质等生物标志物，以期为早期诊断乳腺癌脑转移提供参考依据。
税瑞雪,宋英.乳腺癌脑转移的潜在生物标志物研究进展[J/OL].肿瘤学杂志,1-5[2024-01-26].
乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤［1］。随着晚期乳腺癌患者寿命延长，脑转移发生率也在不断增加。脑转移与预后不良相关，并严重影响患者的认知和感觉功能，导致生活质量严重受限［2］。乳腺癌患者的脑转移瘤常常单发，当存在以硬脑膜为基底的单个病变时，影像学检查往往无法确诊。乳腺癌脑转移早期诊断生物标志物的研究有助于疾病的早期诊断，还有助于靶向药物的研发，对临床有重要的指导意义。
循环肿瘤细胞
循环肿瘤细胞(circulating tumor cells，CTCs)是指进入人体外周血的肿瘤细胞，通过检测 CTCs可早于常规影像学检查预估肿瘤复发转移风险。 CTCs已被纳入《NCCN乳腺癌指南（2022年版）》中，作为评估乳腺癌预后的重要工具［3］。在脑转移患者中，脑脊液是一种理想的基质，因为它含有体循环或颅外区域无法获得的 CTCs［4-5］，还可以在临床上无法获得肿瘤的情况下帮助确定肿瘤的分子结构［6-7］。
乳腺癌研究发现，脑转移患者 CTCs中某些细胞表达上皮细胞黏附分子（epithelial cell adhesion molecule，EpCAM）阴性，但表皮生长因子受体、神经源性基因位点切口同源物蛋白 1（neurogenic locus notch homolog protein 1，NOTCH1）和乙酰肝素酶阳性。尽管美国食品药品管理局批准的 CTCs测定试剂盒 CellSearch誖平台只能捕获 EpCAM阳性细胞，但可以针对 EpCAM阴性细胞扩增及其与脑转移相关的 CTCs范围。研究发现，缺乏 EpCAM特征的癌细胞并不会发生转移［8］。此外，EpCAM阴性 CTCs还表达了表皮生长因子受体、乙醛脱氢酶、尿激酶纤溶酶原激活物受体、黏蛋白-1、黏结合蛋白多糖-1和小窝蛋白等标记基因。这些基因可能与乳腺癌脑转移的高倾向相关，并被作为乳腺癌脑转移的标志物［8-9］。如果 CTCs中的尿激酶纤溶酶原激活物受体或整合素β1水平较高，可能预示着乳腺癌脑转移的发生［10］。研究证明与 DNA修复有关的 NDRG1在癌细胞脑转移中发挥关键作用［ 11-12］。敲除NDRG1可抑制脑转移，否则 NDRG1高阳性细胞的脑转移接近 100%［13］。因此，NDRG1含量高的 CTCs使乳腺癌患者更容易发生脑转移。慢周期癌起始细胞因其干性特征而富集，其中大部分 EpCAM阳性，这些细胞足以引起乳腺癌继发性转移［14-15］。慢周期亚群中，干性标志物 Oct4/ Sox2、NOTCH和 WNT阳性仅见于脑转移型乳腺癌细胞来源的癌细胞群中［15］。假定肿瘤干细胞发生转移，发现干性标志物特异性阳性细胞就有可能诊断为乳腺癌脑转移［16-17］。
细胞外囊泡
细胞外囊泡（extracellularvesicles，EVs）是由细胞分泌的纳米级的脂质双分子层囊泡，内含核酸、蛋白、脂质等组分，并且可以在体液中被检测到。 EVs可作为细胞间信息交换的载体，从而参与乳腺癌脑转移的过程，蛋白质是 EVs中研究最多的内容。蛋白质组学分析可将肿瘤细胞以 95%特异度从正常细胞中分离出来［18-19］。在一项乳腺癌脑转移的研究中，发现具有膜联蛋白Ⅱ的 EVs能够促进组织型纤溶酶原激活物依赖的血管生成［20］。当使用膜联蛋白Ⅱ耗尽的 EVs来调节巨噬细胞激活过程中的 P38丝裂原活化蛋白激酶、核因子κB和信号转导和转录激活子 3途径时，乳腺癌脑转移的数量减少了 4倍。可见，乳腺癌细胞来源 EVs中的膜联蛋白Ⅱ可以促进乳腺癌脑转移的发生，但仍需要进一步研究其具体的促进机制，并且目前还没有相关的临床数据报道。
microRNA可能对特定器官的转移倾向起着决定性作用［21-22］。在脑转移性乳腺癌细胞中，第 10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源基因（phos-phate and tension homology deleted on chromosome ten，PTEN）相对于原发乳腺癌细胞有下调现象。然而，当癌细胞离开大脑微环境时，PTEN表达又会上升。研究发现，这种 PTEN调节是通过星形胶质细胞分泌的 microRNA来实现的［23-25］。因此，microRNA差异表达可以帮助早期诊断乳腺癌脑转移。 miR-122可以下调丙酮酸激酶，从而抑制非肿瘤细胞在转移前生态位的糖酵解，使转移细胞获得更多的营养［26］。在转移性乳腺癌患者中，miR-122表达通常较高，这与癌细胞在脑组织中获得的葡萄糖增加有关［27］。使用抗 miR-122寡核苷酸干预可显著性减少乳腺癌细胞向大脑转移。此外，在晚期乳腺癌中，血清 miR4428和 miR-4480水平升高，这种升高可以区分患者是否有脑转移［28］。因此，通过检测血液中 microRNA的表达，可以作为乳腺癌脑转移的诊断和预后的生物标志物。
人表皮生长因子受体 2
人表皮生长因子受体 2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）是乳腺癌重要的驱动基因和预后指标，HER2过度表达可提高肿瘤转移的风险。近来研究表明，血清学与组织学 HER2的检测结果一致性较好，血清 HER2可作为反映肿瘤生长、复发或转移的检测指标。 HER2过表达在约 30％乳腺癌患者中可见，并且与晚期病情和较差的总生存期有关［29]。大约 50％HER2阳性乳腺癌患者会发生脑转移，其中位生存期为 7~18个月［30-32］。Palmieri等［33］提出， HER2过表达会影响乳腺癌脑转移的自然历史，将 HER2转染到 231-BR细胞中（一种乳腺癌脑转移的细胞系），显著性增加脑转移的能力。 HER2 CLIMB试验显示，曾接受曲妥珠单抗、帕博珠单抗及 T-DM1治疗的 HER2阳性转移性乳腺癌患者中，与卡培他滨+曲妥珠单抗相比，图卡替尼（一种选择性针对 HER2激酶结构域的口服酪氨酸激酶抑制剂）+卡培他滨+曲妥珠单抗对无进展生存期（progression-free survival，PFS）和总生存期（overall survival，OS）均有提高［34］。 291例患者入组时存在脑转移，其中 174例呈活动性乳腺癌。中位随访 30个月时，所有脑转移患者中，图卡替尼组的中位 OS改善（22个月vs 13个月；HR=0.60，95%CI：0.44~0.81）；在活动性脑转移患者中，图卡替尼组的中位 OS也有改善（21个月vs 12个月；HR=0.52，95%CI：0.36~0.77）［35］。
趋化因子受体及其配体
趋化因子是一类具有诱导附近细胞定向趋化用的小细胞因子或信号蛋白，通过与 G蛋白连接的跨膜受体（趋化因子受体）相互作用发挥其生物学作用。趋化因子系统在肿瘤转移中起重要作用，肿瘤细胞上的趋化因子受体表达可确定转移部位，特异性趋化因子促进 CTCs迁移到“转移前生态位”，为转移细胞生长提供有利环境。趋化因子受体 CXCR4在细胞外基质中起着侵入作用，并存在于血液和淋巴管循环中。 CXCR4的配体基质细胞衍生因子-1α（stromol cell derived factor-1α，SDF-1α），又称CXCRL12，与 CXCR4之间的相互吸引力会导致乳腺癌细胞离开循环，迁移到含有大量趋化因子的器官中。在这些器官中，肿瘤细胞通过增殖、诱导血管生成等方式形成转移性肿瘤［36］。在脑中，SDF-1α选择性地在发育和成熟的中枢神经系统中表达。体外研究显示， SDF-1α通过增加血管通透性诱导血管的不稳定性，使乳腺肿瘤细胞能够穿透人脑微血管内皮细胞［37］。趋化因子受体 CXCR4及其配体 SDF-1α参与乳腺癌细胞通过人脑微血管内皮细胞的迁移。
使用抗 CXCR4抗体阻断 CXCR4/SDF-1α通路可以降低乳腺癌细胞跨内皮的迁移以及血管通透性［37］。研究表明，通过将 CXCR4拮抗剂 AMD3100与纳米粒子组合，可以有效地抑制乳腺癌转移到脑的生长，并延长携带肿瘤小鼠的存活时间［38］。
其他可能参与乳腺癌脑转移的趋化因子及其受体还有 Slit和 Robo。 Slit家族的分泌蛋白以及其受体 Robo在神经元发育中扮演重要角色。 Slit蛋白通过引导神经元定向迁移的方式在大脑和嗅觉系统中发挥作用。体外实验表明，Slit 2/Robo 1信号传导可以引导细胞定向迁移，并且 Slit 2也被证明是表达 Robo的乳腺癌细胞的有效吸引因子。在受到 Slit的吸引后，循环中表达 Robo的肿瘤细胞可以附着到脑血管内皮细胞上［39］。研究显示，低表达 Slit2或 Robo1与乳腺癌脑转移呈正相关［40］。因此，Slit2/ Robo1轴可以作为一个重要的临床参数，用于预测乳腺癌患者脑转移，并且可能有助于寻找针对脑转移患者的新治疗靶点。
血管内皮生长因子
血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是一种高度特异性的促血管内皮生长
因子，具有促进血管生成和增加血管通透性等作用，从而有助于乳腺癌细胞在脑组织中生长和扩散。研究发现，在乳腺癌脑转移的患者中，VEGF表达水平大约是无脑转移患者的 4倍［41］。研究表明，使用 VEGF受体特异性酪氨酸激酶抑制剂可以减少血管生成，并限制脑转移瘤的生长［42］。一项Ⅱ期临床试验研究了贝伐珠单抗联合卡铂化疗治疗全脑放疗后进展的乳腺癌脑转移患者，中枢神经系统客观缓解率为 63%，中位 OS为 14.1个月［43］。
基质金属蛋白酶
基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一类能够降解细胞外基质的蛋白酶，在肿瘤侵袭转移中起关键作用。 MMPs可能参与乳腺癌脑转移。在大鼠乳腺癌脑转移模型中发现，与正常脑组织相比，脑内微转移瘤中 MMP-2、MMP-3和 MMP-9的表达明显增高，并且 MMP-2和 MMP-3活性也明显增高。使用选择性合成 MMPs抑制剂显著性降低了脑转移的发生［44］。与原始乳腺癌细胞相比，脑转移细胞中 MMP-2和 MMP-9基因表达分别上调 4倍和 3.4倍，而且 MMPs蛋白的表达仅在脑转移细胞中有活性［45］。体外实验还表明，脑转移型乳腺癌细胞具有较高的 MMP-1和 MMP-9含量及活性，具有较高的迁移和侵袭能力，使用 MMP-1和/或 MMP-9抑制剂可降低这种能力［46］。 MMPs作为乳腺癌脑转移的诊断生物标志物具有较大的潜力。
代谢物
与原发性乳腺癌细胞相比，转移性肿瘤细胞表现出更多的线粒体氧化磷酸化能力［47］。研究氧化磷酸化过程中的代谢产物可以寻找到诊断和治疗乳腺癌脑转移的方法，并且可以进行预后评估。线粒体电子传递链复合物Ⅳ中的环氧合酶 7b驱动转移性乳腺癌细胞归巢到大脑，其表达的抑制选择性地阻断了脑寻求变体向星形胶质细胞的迁移及其在小鼠中产生脑转移的能力［48］。在 88例乳腺癌患者中，33例患脑转移，血清代谢组学显示了各种代谢物存在显著变化。在氨基酸中，丙氨酸、缬氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸和精氨酸的含量上调脑转移患者的血清中含有较高水平的糖、果糖、脂质鞘氨醇、富马酸、乳酸和焦谷氨酸。这些代谢产物与氨基酰基 tRNA的生物合成和氮代谢有关，并且在脑转移患者中表达上调［49］。此外，乳酸脱氢酶水平也显示出预测乳腺癌脑转移的潜力［50］。
综上，研究人员通过对乳腺癌脑转移的潜在生物标志物进行广泛的探索和研究，揭示了其发生机制，并为乳腺癌脑转移早期诊断和治疗提供了潜在靶点。然而，这些生物标志物还面临特异性和应用的多样性等挑战。展望未来，通过进一步研究和临床验证，我们可以期待乳腺癌脑转移潜在生物标志物在临床中的应用。随着单细胞测序技术的发展，我们有望深入了解乳腺癌脑转移的分子特征，并发现更具临床应用价值的生物标志物。
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苏公网安备32059002004080号
