Caspase-9与胃肠道恶性肿瘤的关系研究进展

刘 阳 综述，王 康 审校

(1.四川医科大学，四川 泸州 646000；2.四川省医学科学院 · 四川省人民医院胃肠外科，四川 成都 610072)

△通讯作者

Caspase-9与胃肠道恶性肿瘤的关系研究进展

刘 阳1综述，王 康△审校

(1.四川医科大学，四川 泸州 646000；2.四川省医学科学院 · 四川省人民医院胃肠外科，四川 成都 610072)

Caspase半胱氨酸蛋白酶家族，其家族成员在细胞凋亡过程中起着重要的作用。caspase-9是一种促凋亡因子，是caspase系统中引起细胞凋亡最关键的成份之一。细胞凋亡也称为程序性死亡，是一种正常的生理现象。肿瘤的发生、发展与细胞凋亡失衡密切相关，细胞凋亡失衡导致细胞异常增殖及凋亡减少，从而导致肿瘤发生。本文就Caspase-9与胃肠道恶性肿瘤的关系作以下综述。

Caspase-9；胃肠道恶性肿瘤；细胞凋亡

据国家癌症中心2014年数据显示，男性恶性肿瘤发病率前五位依次为肺癌、胃癌、肝癌、食管癌、结直肠癌，女性发病率前五位依次为乳腺癌、肺癌、结直肠癌、胃癌、肝癌。胃癌、结直肠癌在男性恶性肿瘤死亡率中分别位于第三、五位，女性中分别位于第二、五位[1]。

近年来，人们逐渐认识到恶性肿瘤不仅仅是细胞增殖和分化异常所导致的，同时也与凋亡异常有关。细胞凋亡是1972年由美国病理学家Kerr等[2]首先提出，是一种基本的生物学现象，是机体为维持内环境的稳定、由基因控制的细胞自主的有序的死亡，是一种主动的过程，涉及一系列基因的激活、表达及调控等作用，如Caspase家族、Bcl-2家族等。而凋亡过程的紊乱与许多疾病的发生有直接或间接的关系，如肿瘤、自身免疫性疾病等。

细胞凋亡的通路有:线粒体通路、内质网通路及死亡受体通路，三条凋亡通路最后均有Caspase的激活，说明Caspase是凋亡通路的关键[3]。Caspase半胱氨酸蛋白酶家族，目前共发现了14个成员，并分为三大类:凋亡启动因子、凋亡执行因子和炎症介导因子。Caspase-9属于凋亡启动因子中的一种，能在其他蛋白的辅助下发生自我活化并识别和激活下游的Caspase，放大级联反应。

Caspase-9在成人的许多正常组织中均有表达，例如食管、胃、膀胱、甲状腺、乳腺等组织。近年来许多研究发现Caspase-9基因的异常表达与肿瘤的发生发展、转移及不良预后存在密切关系。郝伶俐等[4]运用免疫组化研究非小细胞肺癌组织，发现癌细胞中Caspase-9的阳性表达明显低于癌旁组织和正常组织。有研究发现，Caspase-9 基因的单核苷酸多态性对恶性肿瘤有一定的影响，Park等[5]发现携带Caspase-9 -1263A>G位点GG基因型的个体患肺癌的风险较AA基因型或AG基因型低，而Caspase-9 -712C>T位点基因型为CT型或TT型的个体患肺癌的风险较CC型高。由此看来，不同基因型与患癌风险存在相关性。Yoo等[6]发现Caspase-9 -712C>T位点基因型为CT型、CC型的肺癌患者术后总体生存率及无病生存率较高，而TT型患者较低，提示Caspase-9的表达与预后有显著关系。同样，Gangwar等[7]报道了Caspase-9基因型为GG型的个体患膀胱癌的机率最低。类似在乳腺癌[8]、前列腺癌[9]、多发性骨髓瘤[10]、甲状腺癌[11]、非霍奇淋巴瘤[12]中也发现了Caspase-9的异常表达。

1 Caspase-9的生物学特性与作用机制

多数Caspase以非活性的前体形式存在，即Caspase酶原或procaspase，其分子的位点被天门冬氨基酸蛋白酶切割后形成多聚体而激活，由于Caspase可自我活化并能相互激活，因此凋亡过程一旦触发，即呈级联放大反应。Caspase-9位于级联反应上游，当凋亡起始信号作用于线粒体后，使线粒体释放出细胞色素(cyt-c)等促凋亡因子，并与凋亡蛋白酶活化因子-1(Apaf-1)结合，在dATP的作用下，使Apaf-1改变构象形成八聚体，后者再与Caspase-9结合形成凋亡小体，并诱导其发生自我催化，然后再进一步激活下游的Caspase-3、Caspase-7等，使级联反应进一步放大，Caspase-3和Caspase-7通过破坏细胞核纤层，直接导致细胞结构的破坏[13～17]。

2 Caspase-9与胃癌

研究发现Caspase-9在正常胃组织中呈阳性表达，潘科等[18]研究发现Caspase-9在慢性浅表性胃炎、慢性萎缩性胃炎、肠上皮化生、不典型增生、胃癌组织中的表达呈逐渐下降的趋势，并与凋亡指数的变化趋势一致，提示Caspase-9表达降低能减少细胞凋亡，使凋亡失衡，从而导致胃癌的发生。Park等[19]在研究丝裂霉素C引起人胃癌细胞株SUN-16凋亡时发现，Caspase-9在胃癌细胞凋亡过程中具有重要作用。但Yoo等[20]在对进展期胃癌进行研究时发现，Caspase-9在胃癌组织中的表达率明显高于正常组织，这与大多数研究结果不同。

大多认为在胃癌中，Caspase-9磷酸化后形成p-Caspase-9抑制了促凋亡作用，这种磷酸化可能是由于编码Caspase-9的基因发生了突变，产生了p-Caspasse-9。有研究[21]发现p-Caspase-9在中分化和低分化胃癌中的表达较高，肠型胃癌中高于弥漫性胃癌，胃未分化肿瘤高于分化较好的肿瘤。Yoo等[22]在运用免疫组化的方法研究胃癌组织中是否有磷酸化的Caspase-9(p-Caspase-9)表达时，发现高达55%的胃癌组织中有p-Caspase-9，而正常胃黏膜细胞、浅表黏膜细胞、黏液细胞中几乎没有p-Caspase-9，他们还发现p-Caspase-9在肠型胃癌和弥漫性胃癌之间没有差异。另外p-Caspase-9的表达与肿瘤浸润深度、远处转移、临床分期均没有显著关系。

Liamarkopoulos等[23]在研究Caspase-9基因单核苷酸多态性及其与胃癌的关系时，发现-1263A>G位点基因型为AG或GG的个体比其他基因型的个体患胃癌的风险更低，且胃癌患者中，GG型、AG型、AA型的患者术后5年发生不良事件的机率逐渐升高，总体生存率逐渐下降，认为G型等位基因的个体可能具有更低的患胃癌的风险与更高的存活率。

目前许多抗癌药物都会通过活化Caspae-9蛋白来发挥作用。塞来昔布是一种高选择性的非甾体抗炎药，对环氧化酶-2(COX-2)的抑制作用较强，近年来，发现在上皮性肿瘤，如胃癌、结直肠癌中COX-2都有过度表达[24，25]，所以，Wang等[26]研究了塞来昔布对胃癌细胞和细胞色素C、Caspase-9的蛋白表达周期动力学影响，结果显示血液中的细胞色素C含量增加，活化的Caspase-9蛋白增加，从而抑制肿瘤细胞增殖及诱导其凋亡，虽然其中的机制尚未研究清楚。最近，在研究中草药提取物对胃癌的影响时，也有重要发现，例如鱼藤素[27]、杜鹃素[28]、紫草素[29]等物质，在诱导肿瘤细胞凋亡的过程中，同样发现了Caspase-9蛋白表达的增加。

部分进展期胃癌患者将会产生腹水，腹水中的癌细胞是引起腹膜种植转移的一个主要原因。Fang等[30]研究已有腹水的胃癌患者组织中的Caspase-9蛋白表达水平，发现Caspase-9蛋白表达水平较高的患者，细胞凋亡的比例相对较高，其总体生存期也相对较长，作者认为若能激活腹水肿瘤细胞中的Caspase-9基因，则有可能改善患者的预后。

3 Caspase-9与小肠肿瘤

小肠约占胃肠道总长的75%，面积约占90%以上，但小肠肿瘤约占所有胃肠道肿瘤的5%左右，恶性肿瘤占1%～2%。小肠肿瘤发病率低的可能原因有:①小肠蠕动快导致内容物通过快，减少了致癌物质与肠黏膜的接触；②肠道内菌群较少使潜在的致癌物质量减少；③小肠内高浓度的免疫球蛋白IgA、苯芘羟化酶及碱性肠液可使某些致癌物质失活；④小肠内集合淋巴结多，免疫力强，抗肿瘤能力强。倪文凯等[31]研究发现十二指肠腺癌组织中Caspase-9蛋白表达较癌旁组织低下，提示Caspase-9异常表达与十二指肠腺癌的发生发展有关。目前有关Caspase-9与小肠肿瘤的研究报道仍然较少。

4 Caspase-9与结直肠癌

研究发现结直肠癌组织中Caspase-9基因的异常表达与肿瘤发生、发展及预后存在密切关系。Shen 等[32]研究II期结直肠癌患者的病理标本，发现在肿瘤组织中，Caspase-9表达均降低，Caspase-9在未分化肿瘤的阳性表达率明显低于分化较好的肿瘤，且Caspase-9表达明显降低者总体生存期与无病生存率也更差，认为Caspase-9表达的高低可作为II期结直肠癌患者的预后指标。艾毅钦等[33]运用免疫组化方法检测直肠癌放化疗前活检标本及手术后切除标本中Caspase-9的蛋白水平，发现放化疗前Caspase-9蛋白高表达者，术后病理反应好，生存期较长，认为放化疗前检测直肠癌组织中Caspase-9蛋白表达水平可作为术前放化疗敏感性的预测因子。沈小钢等[34]发现与正常黏膜相比在结肠癌组织中Caspase-9的表达是下调的，高表达促进细胞凋亡，低表达则使细胞继续存活。因此，他们认为Caspase-9可能是一种抑癌基因，同时还发现Caspase-9在组织分化过程中具有重要作用，低分化肿瘤的Caspase-9蛋白水平较中/高分化的低。Theodoropoulos[35]通过运用聚合酶链式反应(PCR)研究Caspase-9基因单核苷酸多态性与结直肠癌的关系，发现拥有-1263A>G位点G型等位基因的人患结直肠癌的风险较低，拥有A型等位基因的结直肠癌患者生存率较低。因此，作者认为，Caspase-9 G型等位基因可显著降低患结直肠癌的风险，并增加结直肠癌患者的总体生存率。

Akiko等[21]运用免疫组化的方法研究磷酸化Caspase-9(p-Caspase-9)在胃癌和结直肠癌的表达时发现，结直肠癌患者中的p-Caspase-9阳性表达率高达47%，高于胃癌患者，但是Caspase-9的表达率却低于胃癌患者，同时发现Caspase-9磷酸化后将会抑制其促凋亡活性，表明在结直肠癌中Caspase-9的磷酸化可能是抑制线粒体凋亡通路的其中一种机制，虽然不清楚p-Caspase-9信号具体的生物学机制，但他们相信Caspase-9的磷酸化可作为评估肿瘤发现和治疗的一个生物学指标。Kristel等[36]通过诱导结直肠癌干细胞中的活化的Caspase-9(iCasp9)二聚化发现，iCasp9二聚化后可快速有效的杀灭肿瘤细胞，包括那些对5-氟尿嘧啶和奥沙利铂耐药的细胞，不过这是体外研究，对人体内的肿瘤细胞是否有效暂时还缺乏相关实验数据支持。5-氟尿嘧啶引起肿瘤细胞凋亡是通过激活Caspase-9启动线粒体途径[37]，而二聚化iCasp9诱导细胞凋亡则不是通过线粒体途径。同时作者还发现其可能的机制是激活凋亡通路的下游，诱导细胞凋亡，这为治疗肿瘤又提供了一个研究方向。

王凌等[38]在研究丁酸钠诱导结肠癌细胞株凋亡过程中发现，丁酸钠干预后，可使Caspase-9活性增加，从而引发下游的Caspase-3活性增强，促进细胞凋亡，还可能逆转某些肿瘤的抗药性，与抗肿瘤药物联合使用，可增加患者生存率。

5 结论

近年来，人们对Caspase家族的研究从未停止过。Caspase不仅在细胞凋亡中扮演重要角色，而且还在细胞增殖、细胞免疫、细胞周期、细胞分化等过程中发挥作用。Caspase-9与许多肿瘤的发生、发展、预后有一定联系，特别是与胃肠道肿瘤存在密切关系。目前分子生物学正在飞速发展，对细胞凋亡的认识也越来越多，但Caspase-9在恶性肿瘤中的凋亡机制仍尚未研究清楚，随着对Caspase-9与肿瘤关系研究的深入，期待通过检测Caspase-9能够对肿瘤进行早期诊断、指导治疗及判断预后。

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The research progress of Caspase-9 in gastrointestinal cancer

LIU Yang，WANG Kang

R735.2

B

1672-6170(2016)02-0168-04

2015-10-20；

2015-11-15)