JNK信号通路在胃泌素促进大肠癌细胞增殖中的作用

武 平，茆家定

皖南医学院弋矶山医院胃肠二外科，安徽 芜湖 241000

JNK信号通路在胃泌素促进大肠癌细胞增殖中的作用

武 平，茆家定

皖南医学院弋矶山医院胃肠二外科，安徽 芜湖 241000

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK) 是广泛存在于细胞内的一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，分为4个亚族，c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)/应激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase,SAPK)就是其中的一个亚族，主要功能是将细胞外的信号传导至细胞内。胃泌素属于胃肠肽，具有营养性，其主要生理功能是营养正常的胃肠道黏膜组织，使其生长，胃泌素分泌过度还会促进胃肠道肿瘤细胞的生长。本文对JNK信号通路在胃泌素促进大肠癌细胞增殖中的作用作一概述。

JNK信号通路；胃泌素；大肠癌；激活蛋白-1

大肠癌是一种在人群中较为常见的恶性肿瘤。其发病率在人类恶性肿瘤中排第三位，死亡率排第四位。饮食习惯与其密切相关，例如动物蛋白的过度摄入与结直肠癌的发生直接相关[1]。而人类结直肠癌的发生和发展通常是由正常肠道上皮组织经过一系列复杂过程后转变为腺瘤性息肉，最终逐步转化为浸润性癌，是一个多步骤缓慢发展的过程[2]。已有的研究证实胃泌素与结直肠癌的增殖紧密相关[3]，近年随着研究深入，了解到c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-ter minal kinase,JNK)信号通路在其中参与着重要作用。详细研究该通路在结直肠癌细胞增殖中的作用和机制对开辟结直肠癌的早期预防、干预和靶向治疗新通路等均具有重要意义。

1 胃泌素

胃泌素早在1905年即被发现，其生理作用是可刺激胃窦分泌胃酸。过去几十年的研究已经证实胃泌素可刺激人体细胞的分裂和抑制细胞的凋亡，同时胃泌素及其衍生物可促进相关肿瘤比如结肠癌的发生和发展[4]。胃泌素和缩胆囊素(CCK)同属于神经内分泌肽家族的成员。并且有CCK-B和CCKBR两种生理配体。胃泌素是由胃窦G细胞分泌，与肠嗜铬样(ECL)细胞的CCKBR和壁细胞的CCK-B作用诱发胃酸分泌[5]。在人体正常或病理组织中均可有胃泌素表达。它主要由胃窦G细胞合成，但也可在十二指肠黏膜，胎儿和新生儿的胰腺、精细胞、多种肿瘤组织中低表达[6]。胃泌素基因的表达产物主要是胃泌素17和胃泌素34。胃泌素基因表达的最初产物为分子量较大的胃泌素前体。其合成经过复杂的翻译和修饰。例如其由mRNA翻译成由101个氨基酸组成的多肽，经过内质网修饰后成为含有80个氨基酸的多肽，后送入高尔基复合体内进一步加工。再经过相关酶类加工后最终形成具有生物活性的胃泌素17和胃泌素34。刺激胃泌素释放的因素包括食物(主要是存在于胃内的多肽)，迷走神经分泌的胃泌素释放肽和胃内pH数值的增加等因素。比如在胃酸缺乏时会刺激胃泌素的分泌，幽门螺杆菌感染可能也会促进胃泌素分泌增加，导致高胃泌素血症。此时增加的主要是胃泌素17在血液中的含量，根除幽门螺杆菌后，血液中胃泌素含量可恢复正常。胃泌素释放由胃酸分泌抑制，这种抑制称为负反馈调节，以防止分泌过量的胃酸。在胃内低pH时抑制G细胞释放胃泌素，刺激胃窦D细胞分泌生长抑素。近年研究还发现胃泌素的分泌可被胃内的铁离子所抑制[7]。

2 JNK

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)是广泛存在于细胞内的一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，分为4个亚族，即c-Jun 氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)、细胞外信号调节激酶(extracellular-signal regulated protein kinase,ERK)、ERK5/BMK1以及p38[8]。JNK/应激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase，SAPK)就是其中的一个重要亚族，JNK广泛存在于真核细胞的细胞质和细胞核内，它们的主要功能为将细胞外的信号传导至细胞内，并引起细胞一系列生理和病理过程。比如炎症反应，细胞增殖、分化、生长和凋亡等。JNK激酶家族包括3种蛋白：JNK1、JNK2和JNK3。它们分别由3个分开的相对独立的基因编码，分别为JNK1(MAPK8)、JNK2(MAPK9)和JNK3(MAPK10)。它们编码后的产物可被剪接成至少10种不同的产物。JNK1和JNK2可在大部分组织中表达，而JNK3仅在心和睾丸组织中表达[9]。JNK蛋白也被称为SAPK。此蛋白激酶类似于MAPK通路中的其他激酶，当细胞外刺激因子比如细胞因子、生长因子、病原体、毒物和药物等作用时，同样也会被一系列的磷酸化过程激活。MAP3Ks双重磷酸化激活MKK4和MKK7，激活后的MKK4和MKK7作为MAP2K蛋白激酶，可直接磷酸化JNKs上的苏氨酸183和络氨酸185上的残基形成特定的活化环而激活JNKs。在同级水平JNKs是通过与支架蛋白、双特异性磷酸酶和NF-κB转录因子结合途径而激活[10-11]。JNKs被上游MAP2K信号通路激活后，可以激活核内和核外的相关蛋白，包括转录因子激活蛋白1(AP-1)[11]。Wagner等[12]研究证实JNKs的持续激活与肿瘤的发生和发展密切相关。且在许多的肿瘤细胞以及肿瘤患者的细胞中均可以发现JNK的异常表达和活化。Hirosumi等[13]发现JNK的异常表达和活化与糖尿病相关。过度抑制JNK可能是有害的。例如先前发现的几种癌基因，如Ras、C-fos、Met和 Bcr-Abl的活动和相互影响建立在对JNK依赖基础上。JNK信号通路在正常细胞转化为肿瘤细胞的过程中扮演着重要作用[11]。事实上，Min等[14]研究发现在小鼠细胞内的c-Jun，作为JNK的下游靶点，需要在Ras癌基因的诱导下使正常细胞转化为肝癌细胞。此外，直肠癌小鼠模型研究结果提示c-Jun癌基因的活化是依赖于JNK磷酸化诱导的。JNK磷酸化水平低的小鼠发生肠息肉的概率远低于磷酸化水平高的小鼠[15]。这些结果均提示了磷酸化的JNK作用于c-Jun后容易激发肿瘤。目前已经在多种肿瘤细胞系和肿瘤组织中发现有高表达的JNK蛋白。在这些实验结果的基础上，证实JNK与肿瘤的发生密切相关。但是关于JNK异常表达导致肿瘤发生的详细分子水平变化目前尚未可知[11]。

3 胃泌素和JNK信号通路

胃泌素可以刺激JNK的磷酸化，从而激活JNK信号通路，过程是胃泌素作用于其在细胞上的受体后，受体结合胞内因子，通过磷酸化JNK上的络氨酸和苏氨酸残基而激活JNK信号通路[16]。Dehez等[17]在稳定表达CCKBR的CHO DG44细胞上给予胃泌素刺激，并用Western blotting法检测JNK信号通路的活动情况，得出的结果证实以上说法,被称为依赖类SRC激活机制[11]。 此外胃泌素可激活细胞PKC系统，PKC进一步激活JNK信号通路，被称为依赖PKC的JNK信号通路激活机制。人类细胞上的络氨酸激酶受体或细胞因子受体等在接受生长因子等刺激时会激活JNK信号通路，从而使细胞产生有丝分裂作用。而利用反义寡核苷酸或者使c-Jun失活可导致细胞因子对细胞增殖的正性作用消失[18]。

4 胃泌素和大肠癌的关系

胃泌素在不同组织中具有促进细胞增长和抑制细胞凋亡的作用。血液中胃泌素的增加更有利于肿瘤的生成和发展。特别是在胃肠道中的肿瘤发生和发展中更为明显。目前胃泌素受体(CCKBR)已经在多种不同的肿瘤中被观察到，但是这种受体在人类胃肠道肿瘤中的表达情况仍有争议。因为很多研究结果说明胃泌素受体在人类胃肠道肿瘤细胞中的表达具有偶然性，即这种受体只是在一部分肿瘤细胞中表达。众所周知的是一些肿瘤可以自分泌胃泌素并作用于自身，促进肿瘤细胞的生长[19]。Siddheshwar等[20]研究发现胃泌素在肿瘤中的表达结果与预计相矛盾，这可能是这些实验过程只注重测定胃泌素的酰胺化形式，并把这种形式的胃泌素和肿瘤相联系起来,而没有考虑到其他形式。我们知道某些肿瘤，比如结直肠癌可以分泌高水平的胃泌素中间体，而这个过程并不影响胃泌素的酰胺化形式的含量。在结直肠癌和腺瘤性息肉组织中已经发现有胃泌素的表达，甚至在食管腺癌和Barrett食管也发现了胃泌素及其受体的高表达，但在健康的结肠黏膜中没有发现。这些结果均表明，胃泌素的活化表达可能是发生在腺瘤癌和上皮化生癌的早期，胃泌素可能对这些肿瘤的进一步恶化起到关键作用。Watson等[21]的动物模型研究结果证明在长期胃泌素高表达的情况下(例如采用方法抑制胃酸的分泌)，可以导致更高的腺瘤性息肉病甚至结直肠癌发生率。胃泌素及其衍生物的增加可以促进细胞的增殖和迁移能力，抑制细胞的凋亡。而这些生理病理变化正是肿瘤发生、发展的重要步骤。虽然体外和体内动物模型研究均表明胃泌素水平的高表达与肿瘤的发生率呈正相关。但是否适用于人类，目前尚不清楚。流行病学研究结果显示临床利用质子泵抑制剂会导致高胃泌素血症，但尚无法证明患者身上的高胃泌素血症本身增加了胃肠道腺癌的发病率[22]。另一项研究发现较高的结直肠癌发病率通常伴有较高的血清胃泌素水平，也就是说高胃泌素水平特别有利于胃肠道中肿瘤的生长。研究同时发现服用质子泵抑制剂和结直肠癌的发生并无关联[23]。在此方面我国也有相关具体研究，结果证实胃泌素可通过MAPK的相关通路刺激HT29人结肠癌细胞增殖，而给予丙氨酸则可抑制这个过程[24]。肠息肉是结直肠癌的前期阶段，Han等[3]用APC基因突变的小鼠诱发肠息肉，然后给予一定剂量胃泌素观察其是否对息肉有增殖作用，结果为胃泌素对结直肠息肉具有增殖作用，间接证明了胃泌素在结直肠癌发生、发展中起关键性作用。此外，Stepan等[25]在1999年通过实验论证了甘氨酸延伸型胃泌素可对结直肠癌细胞的生长起到促进作用。

5 JNK信号通路和大肠癌的关系

5.1 AP-1 AP-1是与促有丝分裂信号传导级联的多个基因转录的转录因子之一。表达于多种类型细胞，是由c-Jun和c-Fos组成的异二聚体。最近研究发现AP-1可以影响多种生理病理过程，比如增殖、转化、分化和凋亡[26]。而现已证实AP-1可以通过调节细胞内因子如细胞周期蛋白D1、P16、P19(ARF)、P21(CIP1/ WAF1)和P53从而控制细胞的增殖和凋亡[27]。虽然目前AP-1的活化在大肠癌生长中的作用目前知之甚少，研究小组证实Suto等[28]大肠癌的生长与AP-1密切相关。AP-1在细胞的分化和凋亡过程中至关重要。该小组重组了腺病毒，让其含有c-Jun的显性负性突变体 (Ad-DN-c-Jun)并让其分别在体内和体外感染结肠癌细胞(HT-29)，以研究AP-1在结直肠癌细胞生长中的作用。试验结果证实AP-1无论在体内或者体外均对肿瘤细胞的生长至关重要，并且在HT-29肿瘤细胞的细胞周期中起着重要作用。实验得到的证据是不管在体内或体外实验中，DN-c-Jun基因转移后明显对HT-29结肠癌有抑制作用。并发现了以AP-1基因为疗法的治疗结直肠癌的新途径。然而它在大肠癌发生、发展中的具体分子水平生物学作用尚未阐明，为了研究其在大肠癌中的作用，又构建了腺病毒表达TAM67的模型，此模型中c-Jun表达阴性，从而在结肠癌细胞中抑制内源性AP-1合成和AP-1与DNA结合的活性。结果均与以上结论相符[20]。

5.2 配对盒蛋白2(PAX-2) PAX-2是一种转录因子，在胚胎期起着关键作用。当它出现在成年人组织内时，通常起着致癌作用。但目前具体致癌机制尚不清楚[27]。Zhang等[29]研究证实PAX-2与人类结肠癌密切相关。细胞周期蛋白D1在人的原发结直肠癌肿瘤细胞中的表达会增加，并且其表达与PAX-2相关。研究发现抑制PAX-2可以导致细胞周期蛋白D1的表达下降。Zhang等[29]结果表明PAX-2可以正调节细胞周期蛋白D1的表达。低水平的PAX-2会抑制AP-1的活性，从而诱导细胞周期蛋白D1的表达。这表明PAX2通过AP-1诱导细胞周期蛋白D1表达。PAX2对AP-1的成员，包括c-Jun、c-Fos和JunB的表达影响较小。结果提示PAX2可以在抑制c-Jun和JunB结合的同时磷酸化c-Jun，从而提高AP-1的活性，以上结果均提示PAX2通过AP-1促进结肠癌细胞的增殖。

5.3 自噬体 JNK的靶蛋白含有转录因子c-Jun，被JNK磷酸化活化后，促进靶基因的转录相关蛋白，比如促凋亡蛋白或抗凋亡蛋白，比如BAX和bcl2。自噬体是一个蛋白降解系统，自噬相关基因的Beclin 1在自噬体形成中起关键作用。用人癌细胞系CNE2和Hep3B研究JNK介导的自噬基因Beclin 1表达在神经酰胺诱导的自噬细胞死亡中的作用。内质网的IRE1应激的早期阶段激活JNK从而导致自噬体的形成。发现JNK基因的激活，会导致自噬基因Bcl1的高表达，从而证实JNK通路与自噬体的形成具有正相关作用[30]。

5.4 Wnt信号通路 Wnt信号通路控制细胞的增殖和细胞的发育。在Wnt通路未被激活的细胞内，可以正常降解腺瘤性息肉病(APC)肿瘤抑制蛋白和轴蛋白等组成的混合物，而糖原合酶激酶磷酸化β连环蛋白则用于后续的泛素化和降解[31]。Wnt信号通路在维持肠道稳态和预防肠道肿瘤上具有关键作用。JNK是其最重要的底物之一。而参与组成AP-1转录因子的c-Jun，可在肠道细胞中调控Wnt信号通路的活性。JNK可以刺激肠道祖细胞的增殖和迁移。除了几个已知的c-Jun/AP-1的靶基因，Wnt的靶基因Axin2和Lgr5高表达就是被JNK的活化刺激。这证明JNK信号通路和Wnt信号通路是有连接的。JNK信号通路可以控制Wnt信号通路表达的分子TCF4，而染色质免疫沉淀和基因报告分析确定了TCF4是c-Jun的直接靶基因，同时在动物模型身上发现增加JNK的活性可以增加大肠癌的发生率。即TCF4表达的调节是通过JNK引导的，并且同时联通Wnt和JNK通路的正反馈环从而诱导大肠癌细胞增殖[32]。

6 总结

胃泌素通过JNK信号通路作用于大肠癌细胞。

综上所述，胃泌素作用于大肠癌细胞上的胃泌素受体，受体与胞内细胞因子结合后通过依赖类SRC激活机制和依赖PKC的JNK信号通路激活机制激活JNK信号通路。被激活后的JNK信号通路通过AP-1、 PAX-2、自噬体和Wnt信号通路作用于大肠癌细胞，通过上述一系列复杂的细胞内调节，从而调控大肠癌细胞的增殖和凋亡。近年随着JNK信号通路研究的逐步深入，了解该通路及其相关靶蛋白等因子，进一步在分子水平分析大肠癌的病因和相关机制，通过外界因素调节控制胃泌素和相关通路、蛋白表达等,这为临床上结直肠癌的治疗提供了一个新的思路。对结直肠癌的早期预防、高危筛查和靶向治疗等均具有重要意义。

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(责任编辑：陈香宇)

The role of JNK signal pathway in promoting colorectal cancer cells proliferation

WU Ping,MAO Jiading

Department of Gastrointestinal Surgery,Yijishan Hospital,Wannan Medical College,Wuhu 241000,China

Mitogen activated protein kinase (MAPK) widely exists in cells of a group of serine/threonine protein kinases,which are divided into four subtribe,c-Jun amino terminal kinase c-Jun N-terminal kinase (JNK)/stress-activated protein kinase (SAPK) is one of the nation,the main function is extracellular signaling to the cell. Gastric belongs to gastrointestinal peptide,its main physiological function is normal gastrointestinal mucosa tissue nutrition,making its growth,excessive stomach secrete hormone will cause the gastrointestinal tumor cell growth. The role of JNK signal pathway in promoting colorectal cancers cells proliferation was reviewed in this article.

JNK signal pathway; Gastrin; Colorectal cancer; Activator protein-1

安徽省自然科学基金项目(1408085MH149)

武平，硕士研究生，研究方向：肠道疾病。E-mail: 393876244@qq.com

茆家定，硕士研究生，副主任医师，研究方向：胃肠道疾病。E-mail: maojiading0205@sina.com

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.02.002

R735.3+4

A

1006-5709(2016)02-0126-04

2015-08-13