結(jié)直腸癌中上皮間質(zhì)化相關(guān)轉(zhuǎn)錄調(diào)控和信號(hào)通路研究進(jìn)展

何俊君，劉龍飛 ，周賢

(南華大學(xué)附屬南華醫(yī)院 ，湖南衡陽421002 )

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·綜述·

結(jié)直腸癌中上皮間質(zhì)化相關(guān)轉(zhuǎn)錄調(diào)控和信號(hào)通路研究進(jìn)展

何俊君，劉龍飛 ，周賢

(南華大學(xué)附屬南華醫(yī)院 ，湖南衡陽421002 )

上皮間質(zhì)化(EMT)在結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移、侵襲中起重要作用。EMT可通過核心轉(zhuǎn)錄因子、Brachyury蛋白、叉頭轉(zhuǎn)錄因子等轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)E-鈣蛋白和波形蛋白的表達(dá)來調(diào)控結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移和侵襲；也可通過轉(zhuǎn)化生長因子β信號(hào)通路、Wnt信號(hào)回路、RAS/ERK1/2 信號(hào)環(huán)路、PI3K/AKT信號(hào)環(huán)路等信號(hào)通路調(diào)控結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移和侵襲。

上皮間質(zhì)化；結(jié)直腸癌；信號(hào)通路；轉(zhuǎn)錄調(diào)控

結(jié)直腸癌的發(fā)病率居全球常見惡性腫瘤第3位[1]， 40%～50%結(jié)直腸癌患者確診時(shí)已發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，且復(fù)發(fā)率較高，5年生存率極低[2]。上皮間質(zhì)化(EMT)是公認(rèn)的介導(dǎo)腫瘤播散的重要因素之一[3], 上皮細(xì)胞發(fā)生EMT時(shí)，細(xì)胞間連接黏附成分、細(xì)胞基質(zhì)、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)均降低，細(xì)胞骨架重構(gòu)蛋白明顯增多。E-鈣蛋白表達(dá)降低標(biāo)志細(xì)胞發(fā)生EMT，腫瘤分化程度低，且更易發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，提示患者預(yù)后不良。波形蛋白的表達(dá)升高可增加患者腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移概率，提示患者預(yù)后不良。因此，E-鈣蛋白低表達(dá)及波形蛋白高表達(dá)被認(rèn)為是上皮細(xì)胞經(jīng)EMT過程促進(jìn)腫瘤遷移侵襲的可靠預(yù)測(cè)指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，EMT在結(jié)直腸癌、乳腺癌、前列腺的轉(zhuǎn)移及侵襲過程中發(fā)揮重要作用[4]。本文就EMT相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控及信號(hào)通路在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移、侵襲中的作用作一綜述。

1　EMT相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移及侵襲中的作用

研究發(fā)現(xiàn)，EMT主要通過3類核心轉(zhuǎn)錄因子直接或者間接地下調(diào)E-鈣蛋白的表達(dá)來調(diào)控結(jié)直腸癌的發(fā)展。第1類是SNAIL鋅指蛋白家族的轉(zhuǎn)錄因子，包括SNAIL1、SNAIL2[5]；第2類是E盒結(jié)合鋅指蛋白同源蛋白家族ZEB1和ZEB2[6];第3類是堿性螺旋-環(huán)-螺旋家族轉(zhuǎn)錄因子，包括TWIST1、TWIST2和E12[7]。研究發(fā)現(xiàn)，85%結(jié)直腸癌離體組織標(biāo)本中存在TWIST1表達(dá)升高，SNAIL1 和SLUG的表達(dá)并未明顯升高; 尿激酶型纖溶酶原激活劑(uPA)通過促進(jìn)EMT相關(guān)的細(xì)胞外基質(zhì)的降解來促進(jìn)EMT的過程，而ZEB1則具有激活uPA 的潛能[8]。SLUG 和ZEB1可下調(diào)E-鈣蛋白的表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤的浸潤、遷移能力增強(qiáng)，可明顯縮短患者生存時(shí)間[9]。ZEB2表達(dá)的上調(diào)促進(jìn)腫瘤的局部浸潤及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。ZEB1對(duì)SLUG、ZEB2都具有協(xié)同調(diào)控作用。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，SLUG與波形蛋白的表達(dá)呈正相關(guān)，可成為腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和血管生長的預(yù)測(cè)指標(biāo)[10]。Zhang等[11]采用TWIST1免疫組化染色和熒光原位雜交技術(shù)對(duì)人結(jié)直腸癌細(xì)胞進(jìn)行染色體易位分析，發(fā)現(xiàn)85%的TWIST1陽性的結(jié)腸癌細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)有間質(zhì)細(xì)胞表型，TWIST1的過表達(dá)與結(jié)直腸癌對(duì)淋巴結(jié)的浸潤能力及患者不良預(yù)后均呈正相關(guān)，可能是腫瘤微環(huán)境中的低氧誘導(dǎo)因子1α誘導(dǎo)了TWIST1的高表達(dá)。

許多其他種類的EMT轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)直腸癌的發(fā)展也有著密切的關(guān)系。EMT可通過鼠短尾突變體表型蛋白36(Brachyury)蛋白、敗醬草多糖(AP4)、叉頭轉(zhuǎn)錄因子、T細(xì)胞因子4、 胚胎干細(xì)胞關(guān)鍵蛋白、配對(duì)相關(guān)同源框-1、高遷移率蛋白家族A1、 鋅指蛋白281等轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展[12]。Brachyury蛋白和AP4可直接結(jié)合上皮鈣粘連素基因的啟動(dòng)子，觸發(fā)結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT；其他轉(zhuǎn)錄因子則首先與核心轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，通過結(jié)合后復(fù)合物來下調(diào)E-鈣蛋白的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移、侵襲。無論其具體機(jī)制如何，在發(fā)生EMT的所有細(xì)胞中共同的調(diào)控機(jī)制是抑制E-鈣蛋白表達(dá)、促進(jìn)波形蛋白的表達(dá)增高。

2　EMT相關(guān)的信號(hào)通路在結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移及侵襲中的作用

腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT時(shí)不僅需要各種轉(zhuǎn)錄因子，更需要有細(xì)胞內(nèi)外的多條信號(hào)通路參與才能完成。研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌發(fā)生EMT相關(guān)的主要信號(hào)通路有轉(zhuǎn)錄生長因子(TGF)β信號(hào)通路、Wnt信號(hào)回路、RAS/ERK1/2 信號(hào)環(huán)路、PI3K/AKT信號(hào)環(huán)路等。

2.1TGF-β信號(hào)通路EMT可通過調(diào)控TGF-β信號(hào)通路調(diào)控結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移及侵襲。細(xì)胞膜上TGF-β配體TbRⅠ與TbRⅡ受體結(jié)合成二聚體可激活Smad蛋白發(fā)生磷酸化，最終調(diào)控E-鈣蛋白表達(dá)降低。Smad蛋白定位于細(xì)胞核內(nèi)，在結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展中起轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)，已發(fā)生轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌患者癌組織中Smad4基因發(fā)生突變、E-鈣蛋白表達(dá)降低、β鏈蛋白表達(dá)升高[13]。Voomeveld等[14]研究發(fā)現(xiàn)，敲除Smad4基因的結(jié)直腸癌細(xì)胞株侵襲以及其遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移能力明顯強(qiáng)于未敲減細(xì)胞株，添加TGF-β受體激酶抑制劑孵育后，敲除Smad4基因的結(jié)直腸癌細(xì)胞株出現(xiàn)EMT。說明Smad4可通過抑制TGF-β信號(hào)環(huán)路逆轉(zhuǎn)結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生EMT，其具體機(jī)制可能是與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1促進(jìn)MMP9的表達(dá)有關(guān)。Smad4還可抑制SW480細(xì)胞的浸潤，也能將具有間質(zhì)表型的SW480細(xì)胞逆轉(zhuǎn)。此外，當(dāng)內(nèi)源性TGF-β下調(diào)時(shí)，Smad4的表達(dá)明顯增加，這說明自分泌的TGF-β與結(jié)直腸癌中的EMT有著緊密的聯(lián)系。Smad4也是骨形態(tài)形成蛋白(BMP)信號(hào)通路的重要組成部分。當(dāng)Smad4失活時(shí)細(xì)胞會(huì)觸發(fā)EMT，加強(qiáng)BMP的促腫瘤功能。因此，Smad4可通過TGF-β通路和BMP回路介導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生EMT[15]。同時(shí),Smad4也可以被認(rèn)為是TGF-β信號(hào)環(huán)路與其他通路共同促進(jìn)EMT的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.2 Wnt信號(hào)通路Wnt信號(hào)通路也是EMT影響結(jié)直腸癌發(fā)展不可或缺的信號(hào)通路，其典型突變是在結(jié)直腸癌中APC或β-鏈蛋白(β-catenin)發(fā)生的功能性突變。β-catenin轉(zhuǎn)錄復(fù)合物可直接激活ZEB1，上調(diào)MMP9的表達(dá)。DKK1是Wnt信號(hào)通路的一種強(qiáng)力抑制劑，而上調(diào)DDK1則能通過抑制EMT進(jìn)而抑制結(jié)直腸癌的進(jìn)展。上皮源性細(xì)胞中β-catenin相關(guān)基因發(fā)生功能性突變時(shí)，β-catenin在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)升高，異常激活Wnt信號(hào)通路，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)E-鈣蛋白表達(dá)降低[16]。Wnt信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白TCF4的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物可直接激活ZEB1，同時(shí)上調(diào)MT1-MMP9、LAMC2、 DKK1等與結(jié)直腸癌侵襲相關(guān)的基因表達(dá)[17]。Axin2是一種典型的Wnt通路抑制因子，能通過上調(diào)SNAIL1來促進(jìn)結(jié)直腸癌侵襲轉(zhuǎn)移[18]?？赡茉?yàn)锳xin2能激活其他信號(hào)通路來介導(dǎo)結(jié)直腸癌中EMT的發(fā)生、發(fā)展。SNAIL1能激活Wnt靶基因，促進(jìn)β-catenin高表達(dá)，說明SNAIL1對(duì)Wnt通路存在正反饋調(diào)節(jié)。

2.3RAS/ERK1/2 信號(hào)通路RAS/ERK1信號(hào)通路是被公認(rèn)的與結(jié)直腸癌EMT存在明顯相關(guān)性的信號(hào)通路。RAS與PI3K通路都是胞膜受體絡(luò)氨酸激酶(RTKs)的下游通路。既往研究發(fā)現(xiàn),結(jié)直腸腺癌細(xì)細(xì)胞中RAS 基因的高表達(dá)可干擾組蛋白的共價(jià)修飾，下調(diào)Cyclin D1蛋白和 E-鈣蛋白表達(dá)，最終導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生EMT[19]。研究發(fā)現(xiàn)，RAS通路可與TGF-β信號(hào)通路協(xié)同促進(jìn)結(jié)直腸癌的侵襲和轉(zhuǎn)移，SLUG 是RAS信號(hào)通路的一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活因子，其可能是治療因RAS基因突變誘導(dǎo)的結(jié)腸癌的一個(gè)有效靶點(diǎn)。有報(bào)道稱，E-鈣蛋白低表達(dá)的結(jié)直腸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移侵襲能力均通過激活RAS癌基因下游的RAS相似物 GTP酶來調(diào)節(jié)[20]。已證實(shí)在腸上皮細(xì)胞中激活MEK1可導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生EMT。研究發(fā)現(xiàn)，氧鐵還原蛋白類似物(AP-1)早期生長反應(yīng)基因-1(Egr-1)和Fra-1分別受MEK1介導(dǎo)的SNAIL1和SLUG調(diào)控，ERK/AKT通路激活可激活A(yù)P-1，上調(diào)EZH2基因的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生EMT，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)直腸癌的調(diào)控[21]。PHLPP基因是通過RAS信號(hào)途徑來抑制EMT的基因，同時(shí)也是一個(gè)腫瘤抑制基因[22]。Li等[23]發(fā)現(xiàn)PHLPP基因可通過抑制EMT來降低結(jié)直腸癌細(xì)胞的浸潤和腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。

2.4PI3K/AKT信號(hào)通路研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織中存在第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(PTEN)的失活及PIK3CA基因的突變，導(dǎo)致PI3K/AKT信號(hào)通路異常激活。Wang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，AKT通路可上調(diào)SNAIL1和SLUG等EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控腫瘤組織血管生成，介導(dǎo)結(jié)直腸癌的侵襲轉(zhuǎn)移[25]。PI3K/AKT信號(hào)通路的上游分子肝再生磷酸酶-3可抑制PTEN基因的表達(dá)，促使結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生EMT[26]。PI3K/AKT信號(hào)通路的下游效應(yīng)基因mTORC1 和 mTORC2可通過激活RhoA和 Rac1信號(hào)通路來介導(dǎo)結(jié)直腸癌的侵襲轉(zhuǎn)移調(diào)控[27]。糖原合成酶激酶-3是Wnt信號(hào)通路和PI3K-AKT信號(hào)通路的具有共同組成部分，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞核內(nèi)β鏈蛋白和SNAIL1表達(dá)升高，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞發(fā)生EMT[25]。

綜上所述，EMT通過核心轉(zhuǎn)錄因子、Brachyury蛋白、叉頭轉(zhuǎn)錄因子等轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)E-鈣蛋白和波形蛋白的表達(dá)來調(diào)控結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移和侵襲；也可通過TGF-β信號(hào)通路、Wnt信號(hào)回路、RAS/ERK1/2 信號(hào)環(huán)路、PI3K/AKT信號(hào)環(huán)路等信號(hào)通路調(diào)控結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移和侵襲。深入研究結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT與各類轉(zhuǎn)錄因子、信號(hào)通路之間的具體作用機(jī)制將為結(jié)直腸癌的治療提供新方法。

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湖南省科技廳科研基金資助項(xiàng)目(2015JC3084)。

劉龍飛(E-mail: 1987868044@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.18.038

R730.2

A

1002-266X(2016)18-0096-03

2016-01-22)