《Science》发现乳腺癌与大脑的“高速通路”——神经元

乳腺癌通过神经通路绕过血脑屏障实现脑膜转移

乳腺癌利用神经信号通路绕过血脑屏障，从骨转移到脑膜。

诊断为轻脑膜转移的乳腺癌患者的平均生存期不到6个月。

尽管近来在脑实质转移瘤的治疗上取得了进展，但脑轻脑膜疾病的预后仍然很差。

开发针对轻脑膜疾病的有效靶向治疗的一个主要障碍是对调节转移性侵入和在轻脑膜微环境中存活的分子机制的了解有限，该微环境在解剖学和免疫学上是孤立的，而且营养贫乏。

研究表明，乳腺癌细胞可以突破脉络膜丛的血脑脊液屏障，进入脑膜。然而，许多患有轻脑膜疾病的患者没有脉络膜丛受累的证据。

与营养丰富的骨髓环境相比，营养贫乏的薄脑膜环境对生存构成了严峻的挑战。肿瘤在这种环境下适应细胞应激的机制尚不完全清楚。此外，尽管免疫细胞在轻脑膜中相对较少，但巨噬细胞的存在是显著的。巨噬细胞在许多组织中发挥促肿瘤作用，但很少有研究探讨乳腺癌细胞如何利用薄脑膜巨噬细胞来提高其存活率。

在《Science》杂志上发表的一项研究中，杜克大学的Dorothy A . Sipkins的研究小组发现，乳腺癌细胞可以绕过血脑屏障，沿着富含层粘蛋白的输送静脉的外表面从椎骨或颅骨的骨髓迁移到脑膜。这一过程依赖于乳腺癌细胞上的整合素α6与血管基底膜层粘连蛋白的结合。

研究人员通过慢病毒转导，用td番茄荧光素酶和过表达的整合素α6标记乳腺癌细胞系。利用这些标记的和过表达的细胞系追踪肿瘤细胞在小鼠体内的迁移和生长，并研究整合素α6在瘦脑膜转移中的作用。利用SCID、C57BL/6和MacGreen小鼠，研究小组向心内注射乳腺癌细胞，建立骨和轻脑膜转移模型。成功的模型显示肿瘤细胞在脑膜内浸润和生长。随后，研究人员利用CRISPR-Cas9技术敲除整合素α6基因，并通过流式细胞术和Western blot证实敲除，观察到肿瘤细胞在瘦脑膜中的迁移和生长明显减少，强调了整合素α6在肿瘤细胞侵袭中的关键作用。

采用颅骨减薄技术，结合免疫组织化学、流式细胞术和RT-qPCR的高分辨率成像显示，乳腺癌细胞沿着信使静脉的外表面迁移，进入脑膜。一旦进入脑膜，大多数乳腺癌细胞与巨噬细胞共定位，巨噬细胞被诱导分泌胶质源性神经营养因子(GDNF)。GDNF在健康成人的大脑和脑膜中表达极低，但在脑损伤期间可由胶质细胞和巨噬细胞分泌。

研究人员使用CSF1R特异性GDNF敲除小鼠，用CSF1R抑制剂PLX5622处理，并使用中和抗体进行体内和体外GDNF阻断实验。阻断GDNF信号通路，特异性敲除巨噬细胞中的GDNF，或敲除乳腺癌细胞中GDNF受体NCAM，可显著抑制乳腺癌轻脑膜的生长，突出GDNF在肿瘤细胞存活中的重要作用。

本研究发现，乳腺癌细胞可通过整合素α6与层粘连蛋白的结合，从骨髓沿输送静脉外表面向轻脑膜迁移。一旦进入脑膜，肿瘤细胞通过诱导脑膜巨噬细胞分泌GDNF来提高其存活率。这些发现为整合素α6和GDNF信号轴提供了新的治疗靶点，具有重要的临床意义。