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背景和目的乳腺癌是女性中最常见的恶性癌症之一,并且是由于重要器官中继发性肿瘤的发展而导致癌症死亡的主要原因。虽然原发性肿瘤的外科治疗起到了显著成效,但转移癌一般很难治愈。约有百分之八十的乳腺癌患者随着疾病的进展而发生骨转移。乳腺癌的骨转移大多是溶骨性的,典型特征是破骨细胞的过度活化导致病理性骨吸收,并且伴有剧烈疼痛,骨折,神经压迫和高钙血症。溶骨性病变的发展主要基于癌细胞和破骨细胞之间在骨质破坏和肿瘤扩散的恶性循环中的复杂相互作用。乳腺癌细胞产生多种溶骨因子激活破骨细胞骨吸收,随后骨基质嵌入转化生长因子β(TGF-β)的释放反过来促进肿瘤生长。核因子κB配体受体激活剂(RANKL)和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)是破骨细胞分化和存活中最重要的两个调节因子。另外,肿瘤坏死因子α(TNFα),肿瘤生长因子β(TGF-β),白介素-6(IL-6),赖氨酰氧化酶(LOX),胰岛素样生长因子-I(IGFI)和胰岛素样生长因子-II(IGFII)等因子也可以通过非经典途径刺激破骨细胞生成。已知乳腺癌细胞可产生许多溶骨因子,包括甲状旁腺激素相关蛋白(PTHrP),IL-1,IL-6,IL-8,IL-11,血管内皮生长因子(VEGF)和结缔组织生长因子(CTGF)等。其中一些因子通过增加成骨细胞RANKL的表达来激活破骨细胞生成,而另一些因子则与RANKL刺激产生协同作用或以独立于RANKL的方式激活破骨细胞生成。与已知的溶骨性因子方面研究相比,我们对明显溶骨性恶性循环之前的起始过程知之甚少。IL-11是IL-6家族的成员,并且两种细胞因子共享GP130作为共同的信号转导物。IL-6和IL-11都是由乳腺癌细胞产生的溶骨因子,并且它们的表达与骨转移的发展密切相关。不同的是,IL-6诱导破骨细胞分化依赖于成骨细胞,而IL-11则可以直接诱导破骨细胞分化。已有研究证明过表达IL-11的乳腺癌细胞系增加了小鼠骨转移模型中的肿瘤负荷和溶骨性病变。此外,表达IL-11的人乳腺癌肿瘤具有较高的骨转移发生率。然而,IL-11是独立于RANKL诱导破骨细胞分化,还是仅仅与RANKL协同促进破骨细胞形成,这一点目前仍有疑问。材料与方法初期动物实验将三种侵袭力不同的肿瘤细胞MCF-7、MDA-MB-231和BoM-1833注射进小鼠股骨后对小鼠的生存时间进行计数,并且利用Micro-CT三维重建对骨转移股骨处发生的骨溶解程度进行评估。同时,用三种肿瘤细胞的条件培养基分别对破骨细胞进行培养后通过TRAP染色和FAK染色对OC的分化进行鉴定。从基因芯片分析结果中筛选出三种肿瘤细胞的骨溶解相关基因后,利用相应单克隆抗体阻断相关溶骨因子,并利用TRAP染色和FAK染色对OC分化进行鉴定分析。接下来,通过蛋白免疫印迹实验对JAK/STAT3通路、STAT3下游的靶基因c-Myc、OC分化相关marker进行检测。然后,通过AG-490阻断STAT3的磷酸化,利用TRAP染色和免疫印迹实验进一步评价IL-11对相关通路的激活效应。最后,在动物体内利用AG-490抑制STAT3的活化,并通过Micro-CT,组织学TRAP染色,免疫组化以及小鼠生存时间计数对骨转移股骨处发生的骨溶解程度以及肿瘤的生长进行评估。结果初期动物实验将三种侵袭力不同的肿瘤细胞注射进小鼠股骨后对小鼠的生存状态以及股骨处发生的骨溶解程度进行评估,我们发现骨特异转移性BoM-1833诱导骨溶解的早期发生和肿瘤的快速生长。同时,将三种肿瘤细胞的条件培养基分别对破骨细胞进行培养后发现BoM-1833显著促进破骨细胞分化与生成。基因芯片显示MCF-7、MDA-MB-231和BoM-1833细胞间存在差异表达基因,从中筛选出IL-11、CTGF、VEGF和PTHrP四种骨溶解相关基因在BoM-1833细胞中表达最高。分别对四种基因的表达进行抑制,发现IL-11被抑制后BoM-1833对破骨细胞分化的促进作用显著下降,证明IL-11在BoM-1833条件培养基活化破骨细胞形成的过程中是必不可少的。接下来我们对IL-11下游的JAK1/STAT3通路和相应的靶基因进行了检测和探索,发现IL-11激活了独立于RANKL信号通路的JAK1/STAT3信号通路,促进了STAT3下游靶基因c-Myc的表达,进而实现激活破骨细胞分化。后期动物实验进一步发现,利用AG-490阻断STAT3磷酸化可以显著减轻BoM-183骨转移小鼠股骨处的溶骨症状以及减弱肿瘤的生长。结论本研究首次提出:肿瘤细胞分泌的IL-11可独立于RANKL的途径激活破骨细胞生成,揭示了IL-11在乳腺癌骨转移介导的骨溶解中的重要作用和潜在的分子机制。通过AG-490靶向STAT3是缓解骨转移性乳腺癌骨溶解和肿瘤生长的潜在治疗策略。