Исследование механизмов метастазирования злокачественных опухолей в кости
pdf

Ключевые слова

обзор
метастазы в кости
костная микросреда
гипоксия
уровень ph
концентрация ионов кальция

Аннотация

Первичные опухоли могут метастазировать почти во все ткани организма, но некоторые опухоли, такие как рак молочной железы, рак предстательной железы, рак легких, рак щитовидной железы и рак почки преимущественно метастазируют в кости. Кость является третьей по частоте локализации метастазирования после легких и печени. Клинические проявления костных метастазов включают боль, снижение подвижности, патологические переломы и т. д., которые в совокупности называются событиями, связанными со скелетом (skeletal-related events, SREs). Появление метастазов в кости ухудшает качество жизни пациентов и сокращают период выживаемости. В настоящее время, механизм метастазирования опухолевых клеток в кости не полностью ясен. Последние исследования показывают, что возникновение вторичных изменений в скелете связано с характеристикой опухолевых клеток, костным микроокружением и взаимодействием между ними. В данном литературном обзоре проведён анализ различных видов метастазов в кости, характеристик опухолевых клеток, специфичности костного микроокружения и взаимодействие между ними, что может обеспечить теоретическую основу для поиска новых подходов в профилактике и лечении костных метастазов. Для подготовки обзора проведен поиск литературы по базам данных Scopus, Web of Science, Medline, PubMed, CyberLeninka, РИНЦ и CNKI. При анализе использованы источники, индексируемые в базах данных Scopus и Web of Science (93%), РИНЦ и CNKI (7%). Более 50% работ опубликовано за последние 5 лет. Использовано 83 источника для написания данного литературного обзора.
https://doi.org/10.37469/0507-3758-2022-68-4-393-402
pdf

Библиографические ссылки

Suva LJ, Washam C, Nicholas RW et al. Bone metastasis: mechanisms and therapeutic opportunities // Nat Rev Endocrinol. 2011;7(4):208–18. doi:10.1038/nrendo.2010.227

Ван Ц., Харченко Н.В. Сравнительный анализ хирургических вмешательствв лечении пациентов с метастатическим поражением бедренной кости в сочетании с патологическими переломами // Вестник РУДН. Серия: Медицина. 2020;24(3):237–244. doi:10.22363/2313-0245-2020-24-3-237-244 [Wang J, Kharchenko NV. Comparative analysis of surgical interventions in the treatment of patients with metastatic lesions of the femur in combination with pathological fractures // RUDN journal of medicine. 2020;24(3):237–244 (In Russ.)]. doi:10.22363/2313-0245-2020-24-3-237-244

Ван Ц., Харченко Н.В., Карпенко В.Ю. Анализ факторов послеоперационного прогноза у пациентов с метастатическим поражением длинных трубчатых костей // Казанский медицинский журнал. 2020;101(5):685–690. doi:10.17816/KMJ2020-685 [Wang J, Kharchenko NV, Karpenko VY. Analysis of postoperative prognostic factors in patients with long bones metastatic lesions // Kazan Medical Journal. 2020;101(5):685–690 (In Russ.)]. doi:10.17816/KMJ2020-685

Weidle UH, Birzele F, Kollmorgen G et al. Molecular mechanisms of bone metastasis // Cancer Genomics Proteomics. 2016;13(1):1–12.

Florencio-Silva, Rinaldo et al. Biology of Bone Tissue: Structure, Function, and Factors That Influence Bone Cells // BioMed research international vol. 2015(2015):421746. doi:10.1155/2015/421746

Clarke B. Normal bone anatomy and physiology // Clinical Journal of the American Society of Nephrology. 2008;3(3):131–139. doi:10.2215/cjn.04151206

Datta HK, Ng WF, Walker JA et al. The cell biology of bone metabolism // J Clin Pathol. 2008;61(5):577–87. doi:10.1136/jcp.2007.048868

Teitelbaum SL. Osteoclasts: what do they do and how do they do it? // The American Journal of Pathology. 2007;170(2):427–435. doi:10.2353/ajpath.2007.060834

Bonewald LF. The amazing osteocyte // Journal of Bone and Mineral Research. 2011;26(2):229–238. doi:10.1002/jbmr.320

Karsenty G, Kronenberg HM, Settembre C. Genetic control of bone formation // Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2009;25:629–648. doi:10.1146/annurev.cellbio.042308.113308

Florencio-Silva R, Sasso GR, Sasso-Cerri E et al. Biology of Bone Tissue: Structure, Function, and Factors That Influence Bone Cells // Biomed Res Int. 2015;2015:421746. doi:10.1155/2015/421746

Dallas SL, Prideaux M, Bonewald LF. The osteocyte: an endocrine cell ... and more // Endocr Rev. 2013;34(5):658–90. doi:10.1210/er.2012-1026

Brook N, Brook E, Dharmarajan A, Dass CR et al. Breast cancer bone metastases: pathogenesis and therapeutic targets // Int J Biochem Cell Biol. 2018;96:63–78. doi:10.1016/j.biocel.2018.01.003

Marks SCJr, Popoff SN. Bone cell biology: the regulation of development, structure, and function in the skeleton // Am J Anat. 1988;183(1):1–44. doi:10.1002/aja.1001830102

Capulli M, Paone R, Rucci N. Osteoblast and osteocyte: games without frontiers // Arch Biochem Biophys. 2014;561:3–12. doi:10.1016/j.abb.2014.05.003

Ono T, Nakashima T. Recent advances in osteoclast biology // Histochem Cell Biol. 2018;149(4):325–341. doi:10.1007/s00418-018-1636-2

Theocharis AD, Skandalis SS, Gialeli C et al. Extracellular matrix structure // Adv Drug Deliv Rev. 2016;97:4–27. doi:10.1016/j.addr.2015.11.001

Phan TC, Xu J, Zheng MH. Interaction between osteoblast and osteoclast: impact in bone disease // Histol Histopathol. 2004;19(4):1325–44. doi:10.14670/HH-19.1325

Fornetti J, Welm AL, Stewart SA. Understanding the bone in cancer metastasis // J Bone Miner Res. 2018;33(12):2099–2113. doi:10.1002/jbmr.3618

Kan C, Vargas G, Pape FL et al. Cancer Cell Colonisation in the Bone Microenvironment // Int J Mol Sci. 2016;17(10):1674. doi:10.3390/ijms17101674

Croucher PI, McDonald MM, Martin TJ. Bone metastasis: the importance of the neighbourhood // Nat Rev Cancer. 2016;16(6):373–86. doi:10.1038/nrc.2016.44

Haydar N, McDonald MM. Tumor Cell Dormancy — a Hallmark of Metastatic Growth and Disease Recurrence in Bone // Curr Mol Bio Rep. 2018(4):50–58. doi:10.1007/s40610-018-0088-8

Freeman A.K., Sumathi V.P., Jeys L. Metastatic tumours of bone // Surgery. Orthopaedics i. 2018;36(issue 1):35–40. doi:10.1016/j.mpsur.2017.10.002

Bussard KM, Gay CV, Mastro AM. The bone microenvironment in metastasis; what is special about bone? // Cancer Metastasis Rev. 2008;27(1):41–55. doi:10.1007/s10555-007-9109-4

Verrecchia F, Rédini F. Transforming Growth Factor-β Signaling Plays a Pivotal Role in the Interplay between Osteosarcoma Cells and Their Microenvironment // Front Oncol. 2018;8:133. doi:10.3389/fonc.2018.00133

Dunn LK, Mohammad KS, Fournier PG et al. Hypoxia and TGF-beta drive breast cancer bone metastases through parallel signaling pathways in tumor cells and the bone microenvironment // PLoS One. 2009;4(9):e6896. doi:10.1371/journal.pone.0006896

Pickup MW, Owens P, Moses HL. TGF-β, Bone Morphogenetic Protein, and Activin Signaling and the Tumor Microenvironment // Cold Spring Harb Perspect Biol. 2017;9(5):a022285. doi:10.1101/cshperspect.a022285

Joshi A, Cao D. TGF-beta signaling, tumor microenvironment and tumor progression: the butterfly effect // Front Biosci (Landmark Ed). 2010;15:180–94. doi:10.2741/3614

Cotta CV,Konoplev S,Medeiros LJ et al. Metastatic tumor in bone marrow: histopathology and advances in the biology of the tumor cells and bone marrow environment // Ann Diagn Pathol. 2006;10(3):169–192. doi:10.1016/j.anndiagpath.2006.04.001

Bădilă AE, Rădulescu DM, Niculescu AG et al. Recent Advances in the Treatment of Bone Metastases and Primary Bone Tumors: An Up-to-Date Review // Cancers (Basel). 2021;13(16):4229. doi:10.3390/cancers13164229

Macedo F, Ladeira K, Pinho F et al. Bone Metastases: An Overview // Oncol Rev. 2017;11(1):321. doi:10.4081/oncol.2017.321

Lu X, Mu E, Wei Y, Riethdorf S et al. VCAM-1 promotes osteolytic expansion of indolent bone micrometastasis of breast cancer by engaging α4β1-positive osteoclast progenitors // Cancer Cell. 2011;20(6):701–14. doi:10.1016/j.ccr.2011.11.002

Malanchi I, Santamaria-Martínez A, Susanto E et al. Interactions between cancer stem cells and their niche govern metastatic colonization // Nature. 2011;481(7379):85–9. doi:10.1038/nature10694

Zhang XM, Gao W, Pan Q. Research progress on mechanisms of bone metastasis of malignant tumor // J Int Oncol. 2011;38(1):67–69. doi:10.3760/ cma.j. issn. 1673-422X. 2011. 01. 022

Zhang X. Interactions between cancer cells and bone microenvironment promote bone metastasis in prostate cancer // Cancer Commun (Lond). 2019;39(1):76. doi:10.1186/s40880-019-0425-1

Whyne CM, Ferguson D, Clement A et al. Biomechanical Properties of Metastatically Involved Osteolytic Bone // Curr Osteoporos Rep. 2020;18(6):705–715. doi:10.1007/s11914-020-00633-z

Roodman GD. Genes associate with abnormal bone cell activity in bone metastasis // Cancer Metastasis Rev. 2012;31(3–4):569–78. doi:10.1007/s10555-012-9372-x

Chappard D, Bouvard B, Baslé MF et al. Bone metastasis: histological changes and pathophysiological mechanisms in osteolytic or osteosclerotic localizations // A review Morphologie. 2011;95(309):65–75. doi:10.1016/j.morpho.2011.02.004

Mandal CC. Osteolytic metastasis in breast cancer: effective prevention strategies // Expert Rev Anticancer Ther. 2020;20(9):797–811. doi:10.1080/14737140.2020.1807950

Guise TA, Mohammad KS, Clines G et al. Basic mechanisms responsible for osteolytic and osteoblastic bone metastases // Clin Cancer Res. 2006;12(20 Pt 2):6213s–6216s. doi:10.1158/1078-0432.CCR-06-1007

Weilbaecher KN, Guise TA, McCauley LK. Cancer to bone: a fatal attraction // Nat Rev Cancer. 2011;11(6):411–25. doi:10.1038/nrc3055

Yin JJ, Selander K, Chirgwin JM et al. TGF-beta signaling blockade inhibits PTHrP secretion by breast cancer cells and bone metastases development // J Clin Invest. 1999;103(2):197–206. doi:10.1172/JCI3523

Schmid-Alliana A, Schmid-Antomarchi H, Al-Sahlanee R et al. Understanding the Progression of Bone Metastases to Identify Novel Therapeutic Targets // Int J Mol Sci. 2018;19(1):148. doi:10.3390/ijms19010148

Walsh MC, Choi Y. Biology of the RANKL-RANK-OPG System in Immunity, Bone, and Beyond // Front Immunol. 2014;5:511. doi:10.3389/fimmu.2014.00511

Carreira AC, Lojudice FH, Halcsik E et al. Bone morphogeneticproteins: facts, challenges, and future perspectives // J Dent Res. 2014;93(4):335–345. doi:10.1177/0022034513518561

Wang W, Wang L. The role of Bone-stored growth factors in bone metastasis tumor // Journal of Chinese Oncology. 2015;21(12):1015–1018. doi:10.11735/j.issn.1671-170X.2015.12.B014

Cao Y, Cao R, Hedlund EM. R Regulation of tumor angiogenesis and metastasis by FGF and PDGF signaling pathways // J Mol Med (Berl). 2008;86(7):785–9. doi:10.1007/s00109-008-0337-z

Krzeszinski JY, Wan Y. New therapeutic targets for cancer bone metastasis // Trends in Pharmacological Sciences. 2015;36(6):360–373. doi:10.1016/j.tips.2015.04.006

Ma X, Yu J. Role and progression of bone microenvironment in the development of bone metastasis in malignant tumors // J Clin Pathol Res. 2019;39(11):2514–2518. doi :10.3978/j.issn.2095-6959.2019.11.028

Paget S. The distribution of secondary growths in cancer of the breast // Cancer Metastasis Rev. 1989;8:98–101.

Hiraga T. Bone metastasis: Interaction between cancer cells and bone microenvironment // J Oral Biosci. 2019;61(2):95–98. doi:10.1016/j.job.2019.02.002

Tu Q, Jin Z, Fix A et al. Targeted overexpression of BSP in osteoclasts promotes bone metastasis of breast cancer cells // Journal of Cellular Physiology, 2010;218(1):135–145. doi :10.1002/jcp.21576

Chiang AC, Massagué J. Molecular basis of metastasis // New England Journal of Medicine. 2008;359(26):2814–23. doi:10.1056/NEJMra0805239

Elazar V, Adwan H, Golomb G et al. Sustained delivery and efficacy of polymeric nanoparticles containing osteopontin and bone sialoprotein antisenses in rats with breast cancer bone metastasis // International Journal of Cancer Journal International Du Cancer. 2010;126(7):1749–1760. doi:10.1002/ijc.24890

Anract P, Biau D, Boudou-Rouquette P. Metastatic fractures of long limb bones // Orthop Traumatol Surg Res. 2017;103(1S):S41–S51. doi:10.1016/j.otsr.2016.11.001

Augsten M, Hägglöf C, Peña C et al. A Digest on the Role of the Tumor Microenvironment in Gastrointestinal Cancers // Cancer Microenvironment. 2010;3(1):167–176. doi:10.1007/s12307-010-0040-9

Yao Zhihong, Han Lei, Yang Zuozhang. Research progress of bone metastasis mechanism of malignant tumor // Chin J Metastatic Cancer. 2019;002(001):56–61. doi:10.3760/cma.j.issn.2096-5400.2019.01.012

Futakuchi M, Fukamachi K, Suzui M. Heterogeneity of tumor cells in the bone microenvironment: Mechanisms and therapeutic targets for bone metastasis of prostate or breast cancer // Adv Drug Deliv Rev. 2016;99(Pt B):206–211. doi:10.1016/j.addr.2015.11.017

Altieri B, Di Dato C, Martini C et al. Bone Metastases in Neuroendocrine Neoplasms: From Pathogenesis to Clinical Management // Cancers (Basel). 2019;11(9):1332. doi:10.3390/cancers11091332

Xiang L, Gilkes DM. The Contribution of the Immune System in Bone Metastasis Pathogenesis // Int J Mol Sci. 2019;20(4):999. doi:10.3390/ijms20040999

Müller A, Homey B, Soto H et al. Involvement of chemokine receptors in breast cancer metastasis // Nature. 2001;410(6824):50–6. doi:10.1038/35065016

Zhao E, Wang L, Dai J et al. Regulatory T cells in the bone marrow microenvironment in patients with prostate cancer // Oncoimmunology. 2012;1(2):152–161. doi:10.4161/onci.1.2.18480

Mao Y, Xue P, Li LL et al. Advances in Molecular Mechanisms of Early Bone Metastasis // Cancer Res Prev Treat. 2019;46(9):856–860. doi:10.3971/j.issn.1000-8578.2019.19.0634

Sawant A, Hensel JA, Chanda D et al. Depletion of plasmacytoid dendritic cells inhibits tumor growth and prevents bone metastasis of breast cancer cells // J Immunol. 2012;189(9):4258–4265. doi:10.4049/jimmunol.1101855

Schernberg A, Blanchard P, Chargari C et al. Neutrophils, a candidate biomarker and target for radiation therapy? // Acta Oncol. 2017;56(11):1522–1530. doi:10.1080/0284186X.2017.1348623

Semenza Gregg L.The hypoxic tumor microenvironment: A driving force for breast cancer progression // Biochim Biophys Acta. 2016;1863(3):382–391. doi:10.1016/j.bbamcr.2015.05.036

Bendinelli P, Maroni P, Matteucci E et al. Cell and Signal Components of the Microenvironment of Bone Metastasis Are Affected by Hypoxia // Int J Mol Sci. 2016;17(5):706. doi:10.3390/ijms17050706

Rankin EB, Giaccia AJ. Hypoxic control of metastasis // Science. 2016;352(6282):175–80. doi:10.1126/science.aaf4405

Prabhakar NR, Semenza GL. Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermittent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2 // Physiol Rev. 2012;92(3):967–1003. doi:10.1152/physrev.00030.2011

Spencer JA, Ferraro F, Roussakis E et al. Direct measurement of local oxygen concentration in the bone marrow of live animals // Nature. 2014;508(7495):269–273. doi:10.1038/nature13034

Hiraga T. Hypoxic Microenvironment and Metastatic Bone Disease // Int J Mol Sci. 2018;19(11):3523. doi:10.3390/ijms19113523

Ibrahim-Hashim A, Estrella V. Acidosis and cancer: from mechanism to neutralization // Cancer Metastasis Rev. 2019;38(1–2):149–155. doi:10.1007/s10555-019-09787-4

Di Pompo G, Lemma S, Canti L et al. Intratumoral acidosis fosters cancer-induced bone pain through the activation of the mesenchymal tumor-associated stroma in bone metastasis from breast carcinoma // Oncotarget. 2017;8(33):54478–54496. doi:10.18632/oncotarget.17091

Arnett TR. Acidosis, hypoxia and bone // Arch Biochem Biophys. 2010;503(1):103–109. doi:10.1016/j.abb.2010.07.021

Tiedemann K, Hussein O, Komarova SV. Role of Altered Metabolic Microenvironment in Osteolytic Metastasis // Front Cell Dev Biol. 2020;8:435. doi:10.3389/fcell.2020.00435

Avnet S, Di Pompo G, Lemma S et al. Cause and effect of microenvironmental acidosis on bone metastases // Cancer Metastasis Rev. 2019;38(1–2):133–147. doi:10.1007/s10555-019-09790-9

Nagae M, Hiraga T, Yoneda T. Acidic microenvironment created by osteoclasts causes bone pain associated with tumor colonization // J Bone Miner Metab. 2007;25(2):99–104. doi:10.1007/s00774-006-0734-8

Di Pompo G, Cortini M, Baldini N et al. Acid Microenvironment in Bone Sarcomas // Cancers (Basel). 2021;13(15):3848. doi:10.3390/cancers13153848

Avnet S, Di Pompo G, Chano T et al. Cancer-associated mesenchymal stroma fosters the stemness of osteosarcoma cells in response to intratumoral acidosis via NF-κB activation // Int J Cancer. 2017;140(6):1331–1345. doi:10.1002/ijc.30540

Maroto R, Kurosky A, Hamill OP. Mechanosensitive Ca(2+) permeant cation channels in human prostate tumor cells // Channels (Austin). 2012;6(4):290–307. doi :10.4161/chan.21063

Zhang C, Zhang T, Zou J et al. Structural basis for regulation of human calcium-sensing receptor by magnesium ions and an unexpected tryptophan derivative co-agonist // Sci Adv. 2016;2(5):e1600241. doi:10.1126/sciadv.1600241

Das S, Clézardin P, Kamel S et al. The CaSR in Pathogenesis of Breast Cancer: A New Target for Early Stage Bone Metastases // Front Oncol. 2020;10:69. doi:10.3389/fonc.2020.00069

Xin XY, Li M, Wang HB. Research Progress of Calcium Ion Sensitive Receptor in Tumor // Guangdong Medical Journal. 2018(S1):272–275. doi:10.13820/j.cnki.gdyx.2018.s1.097

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

Copyright (c) 2022 Артем Бухаров , Виталий Державин, Андрей Каприн, Наталья Харченко , Гаджимурад Запиров, Цзюнь Ван