《Journal of Advanced Research》：From barrier invasion to niche formation: mechanisms and therapies in breast cancer brain metastases
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背景：乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，也是脑转移的主要来源之一。脑转移的发生涉及复杂的遗传、表观遗传、血管生成及间质相互作用，使循环肿瘤细胞能够跨越血脑屏障(BBB)并适应神经微环境。BBB的限制性特征显著阻碍治疗药物渗透，导致脑转移临床干预极具挑战性。目前立体
背景：乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，也是脑转移的主要来源之一。脑转移的发生涉及复杂的遗传、表观遗传、血管生成及间质相互作用，使循环肿瘤细胞能够跨越血脑屏障(BBB)并适应神经微环境。BBB的限制性特征显著阻碍治疗药物渗透，导致脑转移临床干预极具挑战性。目前立体定向放射外科(SRS)与全脑放疗(WBRT)等标准方案疗效有限，构成重大临床难题。
目的：本综述旨在系统整合当前关于乳腺癌脑转移生物学机制的研究进展，评估新兴治疗策略的发展格局。研究人员试图阐明BBB浸润过程与支持性肿瘤微环境(TME)的形成机制，分析现有疗法的局限性，并重点探讨克服药物递送瓶颈的创新方法。
核心科学概念：研究人员阐述了BBB浸润的分阶段生物学过程，以及独特的脑转移TME如何支持肿瘤定植。综述评估了分子靶向治疗和免疫治疗的临床应用现状与局限，指出激酶调节剂、新一代免疫治疗等临床前策略常因耐药机制难以转化。为解决BBB与血-肿瘤屏障(BTB)造成的药物递送瓶颈，研究人员重点介绍了可增强药物穿透效率与疗效的微创递送技术进展。最后，综述讨论了多学科治疗策略的未来方向，为精准干预提供新视角。
引言
全球癌症数据显示，乳腺癌是全球第二大常见癌症，占2022年新增231万例癌症病例的11.6%，且在女性中发病率与死亡率均居首位。约10%–15%的乳腺癌患者会发生脑转移，晚期患者发生率可达25%。脑转移显著降低患者总生存期并严重损害生活质量。乳腺癌脑转移(BCBM)是从原发灶到中枢神经系统(CNS)的多步骤过程：肿瘤细胞经历上皮-间质转化(EMT)获得侵袭与迁移能力，进入循环后通过跨内皮迁移到达脑部，再经间质-上皮转化(MET)形成转移灶。脑微环境的独特细胞组成、解剖结构、代谢特征及免疫状态对转移细胞施加选择性压力，成功定植需要癌细胞与脑内驻留成分的动态互作。当前BCBM管理采用局部与全身联合策略，包括手术切除、SRS、WBRT、化疗及靶向治疗，但BBB限制了多数药物的实质穿透，亟需优化治疗策略。本综述围绕BCBM的核心挑战展开：首先讨论BBB侵袭与特异性TME建立的基础生物学事件，其次总结新型疗法、分子靶点及免疫治疗策略，随后介绍克服BBB与BTB限制的微创递送进展，最后探讨整合精准靶向、免疫调控与先进递送技术的多学科策略，并提出改善预后的未来方向。
乳腺癌细胞向脑部的播散
侵袭性生长是乳腺癌转移的起点。转移级联包括多步骤序列：癌细胞突破基底膜侵入周围组织，进入血管或淋巴系统，在循环中存活，通过跨内皮迁移在远处部位外渗，最终定植并形成宏观转移灶。
肿瘤细胞的初始分离与播散
BC细胞转移始于从原发灶脱离并向周围间质迁移侵袭。原发肿瘤细胞脱离需要破坏上皮细胞间黏附，通常伴随EMT样状态。乳腺癌中EMT受肿瘤内在程序与微环境信号共同调控：TME中的TGF-β、缺氧诱导的HIF-1α及促炎因子（如IL-6）通过Smad、NF-κB及整合素-FAK通路激活EMT，由Snail、Slug、Twist、ZEB1/2等转录因子驱动，导致E-钙黏蛋白表达下调、N-钙黏蛋白/波形蛋白上调，同时紧密连接蛋白降解与肌动蛋白细胞骨架重组增强细胞运动与侵袭能力。肿瘤细胞通过基质金属蛋白酶(MMPs)降解基底膜，并在CXCR4介导的趋化作用下进入血液或淋巴管。不同乳腺癌亚型EMT激活模式存在显著差异：HER2阳性亚型高度依赖HER2/TGF-β/SNAIL轴，通过自分泌TGF-β信号促进BBB穿透与脑定植；三阴性乳腺癌(TNBC)则绕过TGF-β/SMAD通路，通过ALDH1A3、ELK3-CYFIP2、EGFR/STAT3、Wnt/β-连环蛋白等多通路并行驱动EMT，且常与NK细胞免疫逃逸直接偶联。这些差异为亚型特异性精准干预提供了分子基础。
脱离原发灶后，侵袭性癌细胞克隆以循环肿瘤细胞(CTCs)或多细胞簇形式进入血液。CTC簇相比单个CTC具有更强的生存与转移优势：更大的体积赋予更高机械稳定性，可抵抗血流剪切力；通过上调AKT与CD47逃避NK细胞与巨噬细胞清除；微绒毛结构扩大与血管壁接触界面，促进黏附；趋化因子信号（如CXCR4与内皮细胞来源CXCL12结合）通过FAK信号促进向脑部趋化及VCAM-1依赖性牢固黏附。CTC簇还可形成低氧微环境，通过激活HIF-1α信号促进糖酵解与活性氧(ROS)积累，协同增强生存与定植潜能。此外，CTC可招募调节性T细胞(Tregs)与中性粒细胞形成免疫抑制环境，通过与血小板形成复合物遮蔽免疫识别，并利用RGS18上调HLA-E以逃避免疫监视。
癌细胞黏附、外渗与BBB破坏
脑是TNBC与HER2阳性亚型的主要转移部位，BC细胞需克服限制性BBB。BBB由紧密连接的内皮细胞、周细胞、基底膜及星形胶质细胞终足构成，维持CNS稳态。肿瘤细胞外渗策略包括：在血管分叉处血流减速促进物理滞留与弱黏附；炎症信号诱导内皮细胞E-选择素表达上调，在TNFα刺激下通过CD44介导促进跨内皮迁移。BBB破坏始于紧密连接开放：BC细胞通过极性重塑形成细长形态并伸出侵袭伪足，物理性破坏细胞间连接；分泌MMPs降解血管基底膜；VEGF、IL-1、IL-6、干扰素-γ、TNF-α、TGF-β、IGF-1及PDGF等细胞因子与生长因子调节血管通透性，其中VEGF可促进脑微血管内皮肌动蛋白重构、细胞间隙形成与通透性增加；BC细胞可激活感觉神经元分泌P物质，通过非经典Toll样受体7(TLR7)信号通路驱动转移；肿瘤来源的细胞外囊泡(EVs)携带miR-105等microRNAs下调内皮细胞紧密连接蛋白（如ZO-1），破坏屏障完整性。穿越BBB后，肿瘤细胞在脑内建立转移灶，并启动新生血管生成与血管周围微环境重塑，形成特异性神经血管单元即BTB。
脑部定植
肿瘤细胞穿过BBB后需在脑微环境中适应存活，涉及保护性基因改变、代谢重编程、神经拟态、干细胞特性获得、免疫逃逸及表观遗传重塑。脑转移微环境中的CTC糖酵解通量、脂肪酸氧化及磷酸戊糖途径活性升高：FABP7介导HER2阳性BC细胞代谢重编程，支持糖酵解表型与脂滴储存，促进脑微环境适应；肿瘤细胞可模拟神经元并与神经元形成突触样结构，劫持神经系统信号促进进展，脑源性神经营养因子(BDNF)通过与其受体原肌球蛋白相关激酶B(TrkB)异源二聚化增强细胞存活能力；脑转移依赖干细胞样癌细胞，TGLI1转录因子通过激活转移起始癌干细胞与TME中星形胶质细胞介导脑转移。
转移瘤的免疫抑制微环境比原发灶更为显著：肿瘤细胞通过Irf2bp1-Stat1-importin α-Nlrc5通路抑制MHC-I表达与抗原呈递，实现免疫逃逸；TME中存在FOXP3阳性Tregs、LAMP3阳性耐受性树突状细胞、CCL18阳性M2样巨噬细胞、RGS5阳性癌相关成纤维细胞及LGALS1阳性小胶质细胞等免疫抑制群体；肿瘤细胞过表达CD47，与巨噬细胞抑制性受体信号调节蛋白(SIRPα)结合，阻止吞噬；细胞外基质蛋白HSP47(SERPINH1)上调促进胶原分泌沉积，通过诱导小胶质细胞M2极化并分泌大量炎症抑制因子，削弱T细胞抗肿瘤免疫反应。此外，m6A修饰的YTHDF3及KMT2C/D组蛋白甲基转移酶突变等表观遗传改变也驱动脑转移定植。定植后的肿瘤细胞增殖形成继发灶，进一步破坏BBB；与完整BBB不同，BTB由肿瘤来源VEGF抑制紧密连接表达，表现为周细胞覆盖不均、反应性星形胶质细胞增多、终足收缩及基底膜破裂，结构完整性受损、通透性增加，限制治疗药物进入颅内病灶。
肿瘤微环境互作
BCBM的TME包含免疫细胞、成纤维细胞、内皮细胞、星形胶质细胞、神经元及恶性细胞等多样组分。随着转移灶扩大，BBB重塑为高通透性的BTB，促进外周免疫细胞浸润，形成抑制抗肿瘤免疫应答的免疫抑制微环境。
神经元
神经元是脑的功能单位，脑转移灶扩张导致的机械压迫与应力会升高局部神经元死亡。BC细胞进入软脑膜后与巨噬细胞共定位，刺激巨噬细胞分泌胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)，BC细胞通过表达GDNF受体神经细胞黏附分子(NCAM)接收抗凋亡信号，借助软脑膜巨噬细胞促进自身存活。此外，转移性细胞可与神经元回路直接互作，激活含GluN2B的N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)信号，取代星形胶质细胞在突触微环境中的位置，形成假三联突触，通过NMDAR信号支持颅内肿瘤生长。
星形胶质细胞
星形胶质细胞主要支持保护神经元，但在病理状态下可作为脑稳态的关键调节者发挥免疫属性。BCBM进程中，反应性星形胶质细胞最初通过FasL介导信号触发肿瘤细胞死亡发挥抑癌作用，但肿瘤细胞可分泌丝氨酸蛋白酶抑制剂拮抗该效应，促进存活。随后星形胶质细胞转向促瘤功能：聚集在侵袭肿瘤细胞周围释放促血管生成因子与基质金属蛋白酶9(MMP9)，支持脑转移早期定植；与BC细胞共培养时可促进肿瘤细胞上调生存相关基因，增强化疗耐药性；通过分泌BDNF诱导BC细胞中TrkB与HER2异源二聚化，促进增殖；还可通过诱导BC细胞中Cdk5表达，经Irf2bp1介导抑制stat1 import蛋白α-Nlrc5通路，导致MHC-I下调，帮助肿瘤细胞逃避免疫监视。
小胶质细胞
小胶质细胞是CNS驻留免疫哨兵，可极化为M1与M2两种状态：M1型通过产生TNFα、IL-1β、IL-12及活性氧发挥抗肿瘤作用，具有抗原呈递能力，可诱导细胞毒性T细胞分化；过度激活则会产生神经毒性介质，加剧神经损伤。M2型分泌IL-10、TGF-β等因子，发挥抗炎修复作用，但在TME中促进肿瘤生长与转移。临床数据显示绝经前BC患者脑转移灶中M2小胶质细胞大量浸润，且与较差生存相关，雌激素可进一步驱动M2极化；BC细胞来源的富含miR-503的外泌体可促进小胶质细胞M2极化，增强免疫抑制因子分泌，抑制T细胞增殖。星形胶质细胞与小胶质细胞存在密切互作：STAT3激活的反应性星形胶质细胞分泌MIF因子作用于小胶质细胞CD74受体，扩增促瘤小胶质细胞亚群；星形胶质细胞分泌的CCL2持续招募髓系细胞，与肿瘤来源外泌体共同巩固小胶质细胞的促生长表型，共同塑造脑转移的免疫抑制微环境。
T细胞
与原发性乳腺癌相比，BCBM的肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)密度更低，PD-L1表达更低，呈免疫惰性表型。CD8阳性与CD4阳性T细胞均可浸润脑肿瘤，但CD4阳性Tregs可抑制多种免疫细胞活性，维持免疫耐受；随着脑转移进展，Tregs积累增加，促进肿瘤发生、进展并降低免疫检查点抑制剂疗效。
其他细胞
自然杀伤(NK)细胞仅占CNS免疫细胞的很小比例，受局部神经递质与免疫介质调节发挥免疫监视与细胞毒功能；少突胶质细胞不直接参与免疫反应，但可在神经损伤时与神经胶质协作释放免疫相关因子；中性粒细胞被招募至BCBM转移前微环境，促进肿瘤细胞播散。
BCBM的当前治疗策略与挑战
BCBM管理通常采用多模式方案，包括WBRT、SRS、手术切除、全身化疗与姑息治疗，选择取决于转移灶数量、大小、是否弥漫、颅外疾病控制情况及KPS评分。但SRS与WBRT会引起急慢性神经毒性，且未显著改善总生存期(OS)；由于BBB阻断，曲妥珠单抗等大分子抗体难以进入脑部，疗效有限。
分子靶向治疗
HER2/ERBB2抑制剂
HER2阳性乳腺癌患者终生CNS转移风险高达50%。曲妥珠单抗与帕妥珠单抗等单克隆抗体因分子量过大难以穿透BBB，但对合并颅外转移的患者仍可控制系统性疾病进展、延长OS，仍是脑转移诊断后的一线全身治疗方案之一。鞘内联合静脉给予曲妥珠单抗可实现长期生存，但缺乏标准化给药方案。酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)因分子量小、亲脂性高，更易穿透BBB：NALA试验显示奈拉替尼联合卡培他滨较拉帕替尼联合卡培他滨可降低CNS进展累积发生率；图卡替尼是口服HER2选择性TKI，HER2CLIMB试验首次前瞻性证实其可为CNS转移患者带来临床获益，改善CNS客观缓解率(ORR)、无进展生存期(PFS)与OS；拉帕替尼联合SRS可在不增加放射性坏死发生率的前提下改善脑转移局部控制。
VEGF与VEGFR抑制剂
贝伐珠单抗可联合化疗或放疗用于HER2阳性BCBM治疗，联合卡铂可提高CNS ORR，联合紫杉醇可增强化疗疗效，与依托泊苷、顺铂联用后再行WBRT可改善PFS；小分子抗血管生成药阿帕替尼在TNBC脑转移患者中显示出显著抗肿瘤活性。
PARP抑制剂
PARP抑制剂通过合成致死效应靶向BRCA1/2突变的TNBC细胞。比较基因组学分析显示BCBM样本的同源重组缺陷(HRD)评分高于配对原发灶，提示脑转移灶可能对PARP抑制剂更敏感。
细胞周期蛋白依赖性激酶4/6(CDK4/6)抑制剂
CDK4/6抑制剂联合内分泌治疗已成为HR阳性/HER2阴性晚期乳腺癌的标准一线方案，可改善PFS与OS。瑞波西利联合阿那曲唑可使合并脑转移与眼眶转移的患者持续获益9个月；Elacestrant联合阿贝西利在经治ER阳性、HER2阴性转移性乳腺癌中显示出临床活性。
PI3K/Akt/mTOR通路抑制剂
PAKT试验显示AKT抑制剂Capivasertib联合紫杉醇作为一线治疗可改善复发性转移性TNBC的PFS与OS；Pan-Akt抑制剂GDC-0068可抑制PIK3CA突变BCBM生长并延长小鼠模型生存期；INAVO120研究中Inavolisib联合哌柏西利与氟维司群显著延长PFS，安全性可控。
TGF-β抑制剂
TGF-β在TNBC中高表达与不良预后相关。抗TGF-β/PD-L1双特异性抗体YM101可增强T细胞向TME招募，在三阴性乳腺癌模型中显示出优于单药的疗效；双功能融合蛋白Bintrafusp alfa可同时抑制TGF-β与PD-L1免疫抑制通路，具有更强TGF-β阻断能力与抗肿瘤效力。
免疫检查点治疗
免疫检查点阻断(ICB)通过靶向PD-1、CTLA-4及其配体恢复抗肿瘤免疫。PD-L1阳性晚期TNBC已将ICB联合化疗列为指南推荐一线方案，KEYNOTE-355研究显示白蛋白紫杉醇联合帕博利珠单抗可显著改善初治或复发转移性TNBC的PFS。BCBM中53%表达PD-L1、36%表达PD-L2，提示ICB潜在治疗价值。ICARUS-BREAST01试验中HER3-DXd显示出53.5%的ORR，且在HER3与HER2不同表达水平的肿瘤中均有抗肿瘤活性。
以T细胞为中心的免疫治疗
嵌合抗原受体(CAR)-T细胞疗法已在血液恶性肿瘤中验证疗效，正探索用于实体瘤。靶向HRG-1β的CAR-T细胞可有效抑制HER家族受体驱动的乳腺癌，克服HER2靶向治疗耐药；EGFR靶向CAR-T细胞在EGFR高表达的TNBC中显示出强效特异性抗肿瘤活性；含4-1BB共刺激域的HER2-CAR-T细胞较CD28共刺激域具有更优肿瘤靶向性、增殖能力与更低耗竭表型，局部颅内给药可在原位异种移植模型中发挥强效抗肿瘤作用。T细胞受体(TCR)工程化T细胞疗法可识别MHC呈递的肽段，靶向更广泛抗原（包括细胞内蛋白与肿瘤突变新抗原），ROPN1与PLAC1已被验证为安全有效的TCR-T靶点。
肿瘤疫苗
肿瘤疫苗通过呈递肿瘤相关抗原(TAgs)激活树突状细胞(DCs)，进而诱导细胞毒性T淋巴细胞应答。HER2与MUC1等TAgs已进入BCBM疫苗临床试验，DCVax-Direct利用自体肿瘤裂解物脉冲DCs，I期试验正在评估其安全性与可行性。
新型药物递送策略
传统BCBM治疗面临BBB穿透效率低的核心瓶颈，多种创新递送载体被开发以跨越BBB。
纳米载体
纳米药物在改善BCBM免疫治疗中具有巨大潜力，包括脂质纳米颗粒(LNPs)、聚合物纳米颗粒、碳基纳米颗粒、无机金属纳米颗粒与磁性纳米颗粒等。LNPs凭借亲脂性与小尺寸天然穿透BBB，表面可修饰脑靶向配体；谷胱甘肽(GSH)靶向聚乙二醇脂质体阿霉素2B3-101在I/II期试验中显示出安全性与初步抗肿瘤活性；负载多西他赛的两亲性聚合物脂质纳米颗粒可延长BCBM小鼠中位生存期。聚合物纳米颗粒可通过AMD3100功能化修饰靶向CXCR4受体，提高肿瘤组织靶向性，包裹阿霉素后可改善BCBM小鼠生存结局。
病毒载体
腺相关病毒(AAV)与慢病毒可通过特定机制跨越BBB递送治疗物质。慢病毒通过基因组整合实现长期治疗基因表达，适用于需长期干预的疾病，但存在插入诱变致癌风险。AAV可高效转导神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞及内皮细胞，AAV9血清型可在静脉注射后转导新生小鼠神经元、星形胶质细胞与脑血管细胞；经衣壳工程改造的AAV.CPP.16可有效穿透啮齿类与非人灵长类动物BBB，成为胶质母细胞瘤抗肿瘤因子递送的有效载体。
细胞载体
神经干细胞(NSCs)与间充质干细胞(MSCs)具有天然归巢能力、低免疫原性与可工程化修饰特性，是脑部药物递送的首选载体。工程化人NSCs可作为脑肿瘤靶向递送平台，表达治疗基因并定位于肿瘤部位，绕过BBB产生高浓度化疗药物，降低脱靶毒性；工程化溶瘤腺病毒NSC-CRAd-S-pk7的I期试验证实其在高级别胶质瘤中的安全性与治疗潜力；MSC11FCD疗法在复发性胶质母细胞瘤中已进展至II期临床。
外泌体载体
外泌体是30–150 nm的内吞起源细胞外囊泡，脑内皮细胞来源外泌体可穿透BBB并具有组织趋向性，表面修饰可增强摄取效率。树突状细胞来源外泌体经狂犬病毒糖蛋白(RVG)修饰可靶向脑部神经元、小胶质细胞与少突胶质细胞；CXCR4阳性TRAIL工程化外泌体与卡铂联用在BCBM小鼠模型中显示出强效协同抗肿瘤效应。细菌外膜囊泡(OMVs)除作为天然纳米载体外，还可通过病原体相关分子模式(PAMPs)有效激活先天免疫应答，为重塑脑转移免疫抑制微环境提供新策略。
聚焦超声
聚焦超声(FUS)联合微泡(MBs)可通过机械力瞬时破坏BBB，增强药物外渗。低强度聚焦超声(FUS)可安全可逆地开放BBB，将化疗药物、基因、抗体、病毒载体甚至干细胞靶向递送至脑部。早期临床试验证实该方法在胶质母细胞瘤中耐受性良好，可增强卡铂肿瘤递送；应用于BCBM治疗时，可使阿霉素与T-DM1的外渗分别增加7倍与2倍。FUS联合MBs治疗的安全性已得到验证，BBB开放可在24小时内可逆，无严重相关不良事件，仅可能出现短暂头痛、头晕等轻微症状。
结论与展望
尽管过去二十年晚期乳腺癌治疗取得显著进展，CNS转移仍是重大临床挑战。BCBM应被视为一种生物学上独立的疾病状态，而非单纯的终末期并发症，其具有独特的BBB穿透、神经适应与免疫逃逸需求。未来研究需聚焦以下方向：利用单细胞与空间多组学解析BCBM时空演化规律，明确循环肿瘤细胞跨越BBB及休眠细胞再激活机制；系统剖析脑微环境中突触样信号、代谢耦合与胶质可塑性等多细胞互作；整合脑脊液多组学与高分辨率成像加强动态监测，结合患者来源类器官平台实现个体化药物测试；优化聚焦超声联合微泡、功能化纳米载体与工程化外泌体等多模式递送策略；开发脑转移相关靶向药物与克服颅内“免疫荒漠”的免疫治疗协同方案；将神经认知功能、心理健康与康复纳入核心终点。最终通过整合机制多组学、TME靶向策略、递送技术与涵盖诊断至康复的全程管理，将脑转移转化为可管理的慢性疾病，同时保障患者生活质量。
