综述：循环肿瘤细胞在乳腺癌骨转移中的作用：机制、临床意义与未来方向

《Cell Death Discovery》：Circulating tumor cells in breast cancer bone metastasis: mechanisms, clinical relevance, and future directions

本综述系统阐述了循环肿瘤细胞（CTC）在乳腺癌骨转移中的关键作用，深入探讨了其介导转移的生物学机制（如CXCR4/CXCL12轴驱动的器官趋向性、EMT过程）及临床价值（作为诊断、预后和疗效监测的生物标志物），并指出了当前CTC检测技术面临的挑战与未来多组学整合应用的发展方向。

　　

循环肿瘤细胞（CTC）是脱离原发性或转移性肿瘤病灶并进入外周血液循环的肿瘤细胞。它们在乳腺癌的转移级联反应中扮演着关键角色，尤其在与临床预后密切相关的骨转移过程中。理解CTC的生物学特性及其与骨微环境的相互作用，对于开发新的诊断策略和治疗方法至关重要。

CTC的物理和生物学特征

CTC在物理和生物学维度上均表现出区别于正常细胞和原发性肿瘤细胞的独特特征。物理上，CTC通常比血细胞大，直径在15-25微米之间，并且具有更高的运动性和变形能力，这与其转移潜力相关。其细胞膜电容也更高，这被用于基于介电泳原理的微流控富集技术。

生物学上，CTC具有显著的异质性。上皮细胞粘附分子（EpCAM）是常用的CTC富集靶点。然而，CTC会经历上皮-间质转化（EMT），这是一个由Wnt、Notch、TGF-β、缺氧等多种信号通路触发，并由SNAI1/2、TWIST1/2、ZEB1/2等核心转录因子调控的过程。EMT导致E-钙粘蛋白等上皮标志物下调、波形蛋白等间质标志物上调，使细胞获得迁移、侵袭和干细胞样特性。此外，CTC可以单细胞或簇（循环肿瘤微栓，CTM）形式存在，后者由于细胞间连接以及与血小板、免疫细胞等的相互作用，显示出更强的转移能力。CTC的分子亚型也可能与原发肿瘤不同，发生亚型转换，这与治疗耐药和器官趋向性有关。

CTC在骨转移中的机制

乳腺癌骨转移是一个多步骤的复杂过程，CTC在其中起着核心作用。

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  器官趋向性：CTC向骨骼的归巢并非随机事件，而是遵循“种子与土壤”学说。CXCR4/CXCL12化学因子轴是关键的介导因素。乳腺癌CTC高表达CXCR4，而骨骼微环境中的间质基质细胞等大量产生其配体CXCL12，形成化学趋化梯度，引导CTC向骨骼定向迁移。骨骼的缺氧环境通过稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）进而增强CXCR4的表达，形成正反馈环路。骨骼微环境还分泌MFGE8、自趋化素（ATX）等多种促转移因子，促进CTC的定植。
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  归巢与定植：CTC通过整合素、P-选择素（SELP）等介质粘附于骨血管内皮，进而外渗进入骨髓腔，成为播散肿瘤细胞（DTC）。DTC首先定位于富含H型血管的干骺端血管周区域，并诱导血管重塑。随后，在CXCL12、TGF-β1、骨桥蛋白（OPN）、骨涎蛋白（BSP）等因子引导下，DTC进一步锚定于骨基质。
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  休眠与再活化：进入骨髓的DTC可进入休眠状态，持续数年。休眠的维持涉及DTC与骨源性细胞（通过E-钙粘蛋白/N-钙粘蛋白异型粘附连接）、内皮细胞（通过血小板反应蛋白-1，TSP-1）等的相互作用，以及骨形态发生蛋白（BMPs）、Wnt等因子。骨骼重塑和炎症等刺激可破坏休眠信号，例如VCAM-1通过招募α4β1+破骨细胞前体细胞，引发破骨细胞介导的微环境重塑，导致DTC再活化并形成微转移灶。
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  colonization 与恶性循环：微转移灶的形成会进一步促进破骨细胞生成。乳腺癌细胞分泌甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP）等因子，诱导成骨细胞表达核因子κB受体活化因子配体（RANKL）。RANKL与其在破骨细胞前体上的受体RANK结合，促进破骨细胞分化和骨吸收活性。骨降解释放出储存于骨基质中的TGF-β（尤其是TGF-β1）等因子，这些因子又反过来刺激肿瘤细胞产生更多PTHrP，形成一个被称为骨溶解性骨转移“恶性循环”的正反馈环路，导致广泛的骨破坏。整合素、Notch等信号通路也参与放大这一循环。

CTC在骨转移中的临床作用

CTC作为“液体活检”工具，在乳腺癌骨转移的临床管理中展现出潜力。

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  预后与诊断：CTC计数具有预后价值，例如CellSearch?系统检测到每7.5毫升血液中≥5个CTC与较差的预后相关。纵向监测CTC水平的变化可能比影像学更早提示疾病进展，包括骨骼转移。
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  表型分析与治疗指导：CTC的分子特征可反映骨转移的特性和治疗反应。高表达CXCR4、BSP、OPN、RUNX2等骨 mimicry 标志物的CTC与骨转移倾向相关。CTC的分子亚型转换（如激素受体丢失、HER2状态改变）可提示内分泌治疗或抗HER2治疗的敏感性。针对骨骼的药物治疗（如地诺单抗、唑来膦酸）可引起CTC数量及RANK表达的动态变化，可能预测疗效。
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  CTC簇的临床意义：CTC簇（尤其是异型簇，即包含血小板、中性粒细胞、癌症相关成纤维细胞等）具有更高的转移潜能，其存在与骨转移的早期建立和不良预后相关。分析CTC簇的数量和组成可能有助于风险分层和治疗决策。

挑战与展望

尽管前景广阔，CTC的临床应用仍面临挑战。当前检测技术（如基于EpCAM的CellSearch?、基于物理特性的微流控平台等）各有优劣，但均存在局限性，如对经历EMT的CTC捕获效率低、需要大样本量、缺乏标准化等。未来发展方向包括：开发不依赖于表面标志物的富集策略、优化采血方案、应用人工智能分析数据、精进CTC表型分型以识别高侵袭性亚群。

此外，将CTC分析与其他循环生物标志物（如循环肿瘤DNA（ctDNA）、外泌体、血清骨转换标志物如抗酒石酸酸性磷酸酶5b（TRACP 5b）、I型前胶原N端前肽（P1NP）等）以及循环细胞（如血小板计数）相结合，可能提供更全面的疾病信息。

在基础研究方面，利用CTC来源的异种移植（CDX）模型和体内条形码技术等功能性研究模型，将有助于深入理解CTC的生物学行为及其在转移过程中的动态变化，从而推动针对乳腺癌骨转移的新疗法开发。

结论

CTC为理解乳腺癌骨转移的生物学提供了独特的动态视角。它们不仅是疾病进展的介质，也是具有重要临床价值的生物标志物。克服当前的技术和生物学挑战，深化对CTC在骨转移中作用机制的理解，并推动其临床转化，对于改善乳腺癌骨转移患者的预后具有重要意义。类似的基于CTC的监测策略也有望应用于其他转移部位的研究。