缺氧与基底细胞样乳腺癌

肿瘤是一种细胞异常分化增殖病变，其侵袭性的生长方式及转移依赖于新生血管网的产生。肿瘤因为组织增生过快必然导致局部组织缺氧、低糖和酸性状态，为适应缺氧微环境，肿瘤细胞的葡萄糖转运和糖酵解增强，肿瘤组织内多血管体系形成，同时使肿瘤更具侵袭性。

缺氧诱导因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）是缺氧条件下产生并广泛存在于哺乳动物和人体内的一种异源二聚体转录因子，在缺氧诱导基因表达中起关键作用。HIF-1α在生物合成阶段受各种受体酪氨酸激酶经PI3K-AKT-mTOR途径调节，其稳定性则受到缺氧和VHL基因的调控，激活的HIF-1α能导致一系列下游基因CAIX、Glut-1、i-NOS和VEGF等的表达。HIF-1α 在肝癌、脑肿瘤、结肠癌、早期宫颈癌、膀胱肿瘤等多种恶性肿瘤组织中过度表达并调节其生物学行为，而组织内的基质细胞和邻近的正常组织中则未见HIF-1α 表达，说明HIF-1α 在促进肿瘤增长方面起重要作用。HIF-1α可通过诱导MMPs 表达上调，影响肿瘤黏附分子表达而促进恶性肿瘤转移。HIF-1α 表达增加还可导致上皮型钙黏素（E-cadherin，E-cad）与β链接素（β-catenin，β-cat）表达下降，E-cad/β-cat复合体破坏可使细胞-细胞、细胞-基质间黏附性降低，最终导致细胞分离、移动而转移。

碳酸酐酶（carbonic anhydrase，CA）是一组含锌酶，目前发现至少有14种同工酶。CAIX是碳酸酐酶家族的新成员，位于基底外侧细胞膜，参与调节跨膜的离子和气体转运。

CAIX是一种可靠的缺氧标志，与肿瘤预后有关。研究发现CAIX可表达于正常人消化道中，通常定位于具有高增殖能力的上皮细胞中，表明CAIX具有调节细胞增殖的作用。在实体肿瘤中，多数肿瘤细胞生长迅速，而血管的生长相对滞后，以致内部肿瘤细胞的血液供应不足，导致肿瘤细胞缺氧、坏死。缺氧作为应激因素，使肿瘤内部细胞发生适应性改变，它们通过改变相关基因的表达使细胞的侵袭、增殖和抗凋亡能力增加。CAIX在大肠癌、胃癌、肾癌等多种恶性肿瘤中高表达，且表达主要位于坏死区域周围，可能与缺氧有关。HIF-1α的大量聚集，激活位于VHL肿瘤抑制基因下游的CAIX，稳定肿瘤内环境，从而使肿瘤细胞逃脱缺氧的损害。

CAIX的高表达还与肿瘤的侵袭和转移有关。活体肿瘤细胞中的CAIX可以酸化细胞外环境，维持肿瘤细胞的pH稳定，使细胞耐受缺氧，同时细胞外基质降解，更有助于肿瘤细胞的迁徙和转移。CAIX通过与β-catenin的相互作用降低E-cadherin介导的细胞黏附作用，与细胞黏附分子共同表达，并干扰其功能，可能是肿瘤更易发生转移的原因之一。

VEGF是肿瘤组织中促血管生成的最主要因子之一，是一种肝素聚合的外分泌二聚体糖蛋白，具有高度保守性。VEGF也称血管通透因子（VPF），对血管内皮细胞的分裂增殖和抑制凋亡、水解基膜迁移和血管构建的调控作用较强，且特异性高，在胚胎发育、创伤修复、侧支循环建立等病理生理过程中发挥重要作用。

在VEGF 作用下，内皮细胞增殖迁移，细胞外基质蛋白水解，毛细血管腔形成，多种细胞均可产生VEGF，缺氧、癌基因活化及许多细胞因子均可加强VEGF在特定细胞中的表达。大量研究已证实VEGF是刺激肿瘤血管生成的最为关键的生长因子，其通过旁分泌形式作用于血管内皮上的特异受体Flt-1 （fins-like tyrosine kinase）和KDR（kinase insert domaincontaining receptor） 引起内皮细胞的增殖和迁移，诱导血管生成，从而促进肿瘤的生长和转移。

HIF-1α 可使肿瘤细胞避免低氧诱导的细胞凋亡，在低氧条件下应激发挥抗凋亡蛋白的作用，使靶基因VEGF等的表达增强，从而发挥代偿作用。有研究证实VEGF含有缺氧反应元件。在组织缺氧时，HIF-1α不仅可以促进VEGF转录，还能增加VEGF mRNA 稳定性，从而上调VEGF表达。VEGF阳性细胞在肿瘤组织周边部位及坏死区域周围多见，局部缺氧是诱导VEGF在恶性肿瘤中表达的关键因素。

研究显示，CAIX、HIF-1α和VEGF在基底细胞样乳腺癌中明显高表达，阳性表达多集中于基底细胞样乳腺癌形成的腔面及坏死区周围。并且，CAIX、HIF-1α和VEGF的表达与基底细胞样乳腺癌的淋巴结转移情况、pTNM分期密切相关。提示，CAIX、HIF-1α和VEGF在基底细胞样乳腺癌的发展中具有一定的作用，可以作为评价基底细胞样乳腺癌患者预后的指标。CAIX、VEGF位于VLH肿瘤抑制基因的下游，由HIF-1途径激活，同时，研究显示 CAIX、HIF-1α、VEGF在基底细胞样乳腺癌肿的表达呈正相关。由此认为CAIX、HIF-1α和VEGF协同参与基底细胞样乳腺癌的发生、发展（图2-7-1～图2-7-3）。

图2-7-1　CAIX在BLBC中的阳性表达（IHC×100）

图2-7-2　CAIX在BLBC中的阳性表达主要位于坏死组织周围（IHC×100）

图2-7-3　HIF-1α在BLBC中的阳性表达（IHC×100）

肿瘤细胞比正常细胞葡萄糖的摄取和利用显著增加，并且采用的是糖酵解的方式。葡萄糖是水溶性成分，不能通过简单扩散通过细胞膜双脂质层，需要特异载体蛋白调控进入细胞质。葡萄糖转运蛋白（glucose transport protein，Glut）是哺乳动物细胞转运葡萄糖的载体，介导葡萄糖在细胞膜两侧转运。Glut-1是葡萄糖转运蛋白家族的成员之一，其功能是逆浓度梯度进行葡萄糖转运。恶性肿瘤微环境缺氧时，多种癌基因和生长因子激活Glut-1和糖酵解酶，促进葡糖糖的摄取和转运，满足肿瘤细胞缺血、缺氧环境下恶性癌细胞快速增殖的能量需求。Glut-1在缺氧的环境中表达增加，并且受到HIF-1的双重调控。Glut-1的过表达可出现于多种恶性肿瘤中，例如非小细胞肺癌、结肠癌、胃癌。并且Glut-1的过表达与肿瘤高侵袭性及不良预后相关。

Kang等证明Glut-1的表达与高核分级、ER和PR阴性、总生存期及无病生存期密切相关。Glut-1的表达与P53的高表达具有明显关系，P53被认为是肿瘤侵袭性重要的生物标志物。野生型P53抑制Glut-1的基因转录，相反的，突变型P53上调了Glut-1基因启动子的转录活性。这导致了葡萄糖代谢及细胞能量供给的增加，导致了肿瘤生长的加速。

BLBC的特点是表达EGFR、c-kit和VEGF，并且具有P53和BRCA1的高突变率。Glut-1在乳腺癌中的表达与高组织学分级、ER阴性、PR阴性、CK5/6阳性、EGFR表达及P53的高表达密切相关，但与患者的种族、肿瘤大小、病理学分期及HER-2表达情况无明显关系。同时，Glut-1在基底细胞样乳腺癌中的阳性表达率显著高于非基底细胞样乳腺癌组，并且在低分化肿瘤中表达明显增强，进一步证明了Glut-1与BLBC的发生密切相关（图2-7-4）。同时，研究还发现HIF-1与Glut-1及BRCA1相关性乳腺癌的关系，BRCA1相关的乳腺癌经常具有高级别、高增殖活性和三联阴的特点，并且经常表达基底样细胞角蛋白。Glut-1和HIF-1的过表达与BRCA1相关性乳腺癌的发生密切相关。

图2-7-4　Glut-1在BLBC中的阳性表达（IHC×100）