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背景和目的恶性肿瘤骨转移是微环境作用的结果。临床工作中发现骨转移合并骨髓转移的患者治疗效果差,且乳腺癌患者中合并骨髓转移的比例最高。研究骨转移和肿瘤微环境的关系具有重要意义。骨是晚期恶性肿瘤常见的转移部位,晚期肺癌、乳腺癌骨转移的发生率分别为40%,70%。骨转移患者常出现严重的骨痛、病理性骨折、脊髓神经压迫、高钙血症等骨相关事件(skeletal-related events,SREs),严重缩短患者的生存时间。肺癌是发病率、死亡率第一的恶性肿瘤,前期研究表明钙磷蛋白(calcyphosine,CAPS1)与非小细胞肺癌骨转移密切相关。CAPS1是一种依赖于环腺苷酸蛋白激酶A磷酸化的底物,且可能通过PI3K-AKT-mTOR信号通路发挥作用。目前,CAPS1在肺癌骨转移中的作用机制尚无文献报道。骨转移(bone metastasis,BM)合并骨髓转移(bone marrow metastasis,BMM)的患者治疗效果差,严重危害患者的健康,乳腺癌合并BMM的比例最高。Notch信号通路的异常激活与乳腺癌等多种恶性肿瘤的发生、发展、侵袭、转移密切相关。本研究旨在探索骨转移和微环境的关系,研究CAPS1通过PI3K-AKT-mTOR信号通路在恶性肿瘤骨转移中发挥作用的机制和恶性肿瘤骨转移或骨髓转移的特征及作用机制,为恶性肿瘤骨转移患者的治疗提供理论依据。材料和方法1、WB技术检测骨肉瘤(osteosarcoma,OS)、癌旁(paracancer)、非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)及肺癌骨转移(bone metastasis,BM)组织中CAPS1的表达情况,构建慢病毒包装的CAPS1过表达载体,构建筛选CAPS1过表达H460细胞系(H460-CAPS1)及空载H460细胞系(H460-puro);2、WB技术验证H460-CAPS1和H460-puro细胞系中CAPS1的表达情况;克隆形成实验、CCK-8实验、凋亡实验、划痕实验、Transwell实验检测细胞功能变化;3、WB技术检测H460、H460-CAPS1和H460-puro细胞系中mTOR、CAPS1的表达情况;分别使用PI3K、AKT、mTOR抑制剂处理H460-CAPS1和H460-puro细胞系,WB技术检测PI3K、AKT、mTOR、CAPS1的表达情况,判断CAPS1在PI3K-AKT-mTOR通路中可能的作用位点;4、收集2010年1月至2018年1月在上海交通大学附属第六人民医院收治并确诊的乳腺癌骨或骨髓转移患者的临床资料,25例为乳腺癌合并骨髓转移,214例为乳腺癌合并骨转移,收集的数据通过独立样本t检验、卡方检验、Wilcoxon秩检验等进行分析,Kaplan-Meier方法用于绘制生存曲线。5、每组各收集2例乳腺癌骨转移、骨髓转移患者的骨穿刺组织标本进行外显子组测序。使用Kaplan-Meier绘图仪(http://kmplot.com)、WB实验分析验证测序结果中显著突变的基因。结果1、在蛋白水平,CAPS1在NSCLC原发组织及骨转移组织中表达量高于骨肉瘤组织及癌旁组织。2、H460-CAPS1细胞中CAPS1过表达;克隆形成实验、CCK-8实验、凋亡实验、划痕实验、Transwell实验显示H460-CAPS1细胞的增殖、迁移能力增强。3、H460-CAPS1细胞中mTOR表达量高于对照组;使用PI3K抑制剂处理H460-CAPS1、H460-puro细胞后,H460-CAPS1细胞中CAPS1的表达量降低;分别使用AKT、mTOR抑制剂处理后,CAPS1表达量无明显变化。4、收集239例乳腺癌患者的资料,包括25例BMM和214例BM。在BMM组,16例进行骨转移组织病理活检,均为雌激素受体(ER)阳性(100%);BM组121例进行骨转移组织病理活检,88例(73%)ER阳性。BMM组(10.00±3.82月)的中位生存期显著短于BM组(25.00±2.89月)(p<0.05)。在BMM组和BM组中,局部治疗加全身治疗组和仅全身治疗组之间的总生存期差异无明显统计学意义。5、全外显子组测序结果显示多种信号通路的异常导致了乳腺癌骨或骨髓转移的发生,包括Notch信号通路。结论1、CAPS1可增强肺癌细胞的增殖和迁移能力,且其位于PI3K下游,可能通过PI3K-AKT-mTOR通路发挥作用。2、乳腺癌患者骨转移病变组织ER阳性的患者更容易发生骨髓转移;乳腺癌合并骨髓转移的患者总生存期短;乳腺癌骨或骨髓转移是多种信号通路异常作用的结果,尤其是Notch信号通路。