Cancer Research：前列腺癌骨转移治疗新策略

作者：Breeze

骨转移意味着晚期前列腺癌（PCa）的致命性进展。目前已批准的用于前列腺癌骨转移的治疗药物仅对患者的生存有轻微影响，迫切需要制定改善治疗结果的策略。Pca骨转移常与成骨细胞骨形成损害相关，表明转移的肿瘤细胞和肿瘤微环境中的间质成分之间存在“cross-talk”[1]。现有研究已经证明，从PCa细胞分泌的BMPs参与了PCa骨转移中骨病变的形成，这表明减少肿瘤诱导的骨形成减少了转基因小鼠模型中的成骨性肿瘤生长[2]。

成骨细胞（osteoblasts，OSBs）在PCa骨质进展中的作用，该研究表明，减少肿瘤诱导的骨质形成可以减少基因修饰的小鼠模型中成骨肿瘤的生长。此外，通过BMP受体抑制剂或抗BMP6抗体抑制肿瘤诱导的骨形成，也能减少小鼠模型中的肿瘤生长。与这一概念一致，骨靶向放射性核素，包括Sr89和Samarium-153 EDTMP，被开发用于PCa骨转移，但明显的骨髓抑制限制了它们的临床应用。镭-223是一种骨靶向α发射体，通过诱导骨微环境中的细胞死亡来重塑骨质，可增加骨转移患者的生存率。由于PCa诱导的骨形成也会增加治疗的阻力，抑制肿瘤诱导的骨形成可能会改善治疗效果。

PCa诱导的异常骨形成的机制被认为是由现有的成骨细胞增殖导致的。然而，研究者最近阐明了另一种机制，即PCa诱导的异常骨形成是通过肿瘤分泌的BMP4介导的内皮细胞向成骨细胞（EC-to-OSB）转化而导致的。PCa骨转移标本和患者来源的异种移植（PDX）中的肿瘤相关OSBs共同表达内皮细胞标志物Tie-2和OSB标志物骨钙素；BMP4促进了2H11 ECs向OSB的转变，而靶向这种独特的EC到OSB的转变可能会减少PCa诱导的骨形成。

激活核受体--维甲酸受体γ（RARγ）的化合物能有效地抑制软骨生成，防止进行性骨化性纤维发育不良（FOP）的异位骨化[3]。配体（RARγ激动剂）的存在可能会干扰软骨生成和成骨的转录编程。在没有配体的情况下，RARγ通过招募共抑制物到目标启动子上发挥转录抑制作用。当配体存在时，RARγ与辅助激活剂相互作用以激活基因转录，视黄醇受体介导的信号传导的缺失对骨表型的表达是必要的和充分的[4,5]。因此，视黄酸的信号传导抑制了骨骼祖细胞的分化。为探索palovarotene（Palo，RARγ激动剂）是否可以被重新利用来抑制PCa诱导的异常骨形成。

2022年7月8日，来自德克萨斯大学安德森癌症中心的Sue-Hwa Li团队在期刊Cancer Research上发表文章“Retinoic acid receptor activation reduces metastatic prostate cancer bone lesions by blocking the endothelial-to-osteoblast transition”。（通过阻断内皮细胞向成骨细胞过渡，维甲酸受体激活减少了转移性前列腺癌的骨病变）。研究人员发现RAR激动剂，包括Palo和全反式维甲酸（ATRA）抑制了BMP4诱导的EC到OSB转变和骨形成。此外，RARs通过独立于RAR的转录功能的非经典RAR机制调节BMP4诱导的EC-OSB转变。

研究者采用了2H11细胞，一个小鼠淋巴细胞系，进行细胞到OSB的转化研究。由于2H11细胞也表达CD34（干细胞marker），评估了2H11细胞是否拥有OSB以外的多分化潜能。表明2H11细胞不能分化为软骨细胞或脂肪细胞，与多能干细胞系C3H10T1/2相比，在相同的培养条件下，可以分化为软骨细胞或脂肪细胞。研究者发现2H11 ECs可以通过用BMP4（100 ng/mL）处理48小时，根据成骨细胞分化关键因子OSX和骨钙素的表达，诱导EC向OSB过渡。在成骨细胞分化培养基中培养21天时，与单独的BMP4相比，添加Palo明显抑制了BMP4诱导的EC-to-OSB的转变，表现为OSX和骨钙素表达的抑制以及成骨细胞骨化，如Alizarin Red和von Kossa染色。在没有BMP4的情况下，单独的Palo对EC到OSB的转化没有影响。这些结果表明，Palo抑制了BMP4诱导的EC到OSB的转分化。

Palo在抑制BMP4诱导的EC-OSB转变的早期阶段最为有效。在BMP4处理后，2H11细胞首先在第2天过渡到OSB（第0-2天，过渡期）。然后EC-OSB杂交细胞进行OSB分化并表达骨基质蛋白（第3-14天，分化期），最后在第20天（骨化期）化。为骨了研究Palo是否能抑制BMP4诱导的骨形成，研究者在不同的过渡阶段将Palo加入细胞中。Palo在过渡早期（D0-D2）最为有效，对BMP4刺激的活动达到了约80-90%的抑制。Palo仍然抑制OSX和骨钙素的表达，骨化的抑制在早期转变中也是最有效的，而在EC到OSB转变的后期阶段添加Palo时，效果较差。

研究者分别采用了（C4-2b-BMP、TRAMP-BMP、MycCaP-BMP4）细胞建立的三种骨源性异种移植模型来研究Palo减少了PCa诱导的骨形成。机制上， BMP4激活的pSmad1与血管内皮细胞核内的RAR形成复合体，激活EC向OSB的转化。通过将E3-泛素连接酶SMurf1重新招募到核内的pSmad1/RARγ复合体，从而阻断EC到OSB的转变，从而引起pSmad1的降解。敲除内皮细胞中RARα，β或γ亚型阻断了BMP4诱导的EC到OSB的转变和成骨细胞的矿化，表明所有三种亚型在PCa诱导的骨形成中都发挥了作用。

接下来，研究者进一步研究了广谱的RAR亚型维甲酸是否也能抑制BMP4诱导的EC到OSB的转变。结果表明，临床上使用的PAN-RAR激动剂维甲酸（ATRA）和异维甲酸（13-Cisra）都以剂量依赖的方式抑制EC到OSB的转变，程度与Palo相似。ATRA和13-cis-RA也抑制BMP4诱导的核pSmad1，达到与Palo相似的水平。因此，RAR激动剂，包括PALO，ATRA和13-cis-RA，可以抑制BMP4诱导的EC到OSB的转换。证实了全反式维甲酸和13-顺式维甲酸抑制EC到OSB的转化。

研究者进一步通过MycCaP-BMP4构建的小鼠模型，进一步证明全反式维甲酸减少去势小鼠的骨形成和肿瘤生长，并进一步论证了血浆TNC水平可用于监测对ATRA治疗的反应，具有一定的治疗指导意义。为验证ATRA是治疗的安全性。研究者还研究了ATRA是否会导致健康的非肿瘤骨骼的不必要的骨质流失。对MycCaP-BMP4阉割加ATRA治疗的动物的对侧非肿瘤含骨的骨组织形态分析显示，与对照组阉割小鼠相比，几个骨参数没有明显变化。同样，也没有观察到与成骨细胞和破骨细胞活性有关的参数的一致变化。结果表明，ATRA不会进一步带来的骨质疏松效应。

结论

总之，维甲酸受体（RAR）的激活抑制了EC到OSB的转变，并减少了PCA诱导的骨形成。在进行性骨化性纤维发育不良模型中，γ激动剂Palo可抑制EC-OSB转化和成骨细胞骨化，减少肿瘤诱导的骨形成和肿瘤生长，与PAR激动剂ATRA的作用相似。Palo可以被重新用于靶向PCa诱导的骨形成，以改善骨转移患者的临床结果。因此，Palo和ATRA可能代表了治疗PCa成骨细胞骨转移的新药物。

参考文献：

1. Logothetis CJ, Lin SH. Osteoblasts in prostate cancer metastasis to bone[J]. Nat Rev Cancer, 2005,5（1）:21-28.

2. Lin SC, Lee YC, Yu G, et al. Endothelial-to-Osteoblast Conversion Generates Osteoblastic Metastasis of Prostate Cancer[J]. Dev Cell, 2017,41（5）:467-480 e463.

3. Shimono K, Tung WE, Macolino C, et al. Potent inhibition of heterotopic ossification by nuclear retinoic acid receptor-gamma agonists[J]. Nat Med, 2011,17（4）:454-460.

4. Weston AD, Rosen V, Chandraratna RA, et al. Regulation of skeletal progenitor differentiation by the BMP and retinoid signaling pathways[J]. J Cell Biol, 2000,148（4）:679-690.

5. Hoffman LM, Garcha K, Karamboulas K, et al. BMP action in skeletogenesis involves attenuation of retinoid signaling[J]. J Cell Biol, 2006,174（1）:101-113.