趋化因子受体4/趋化因子配体12轴与胃癌发生发展关系研究进展

王 瑾，王一晨，胡 园，刘 屏，董宪喆

（1.中国人民解放军总医院临床药理学研究室，北京 100853；2.山西中医药大学中药学院，山西 晋中030619；3.首都医科大学宣武医院药物研究室，北京 100053）

胃癌是全球常见的恶性肿瘤之一，发病率和死亡率分别居各类肿瘤的第5位和第3位。我国作为胃癌的高发国家，随着人口老龄化，胃癌发病率呈不断上升趋势[1-3]。目前，手术是治疗胃癌的首选方法，但胃癌早期诊断率低，预后差[4]，因此探寻治疗胃癌的新方法具有重要意义。趋化因子网在胃癌等多种恶性肿瘤的发生和转移中发挥重要作用，其中趋化因子受体4（chemokine receptor-4，CXCR4）和其趋化因子配体12（chemokine ligand-12，CXCL12）是趋化因子网中的关键分子[5]。CXCR4是由352个氨基酸组成的G蛋白偶联受体，具有7次穿膜结构，在体内大部分组织和器官均有表达。CXCR4分子质量小，有4个保守的半胱氨酸残基维持其三级结构的稳定，可参与体内多种生理机制，包括参与HIV-1病毒侵染，胚胎发育和肿瘤迁移等。CXCL12被认为是CXCR4的唯一配体在组织中广泛表达，参与T细胞、单核细胞、造血细胞和肿瘤细胞的趋化行为。近年来研究发现，CXCR4和CXCL12的表达与肿瘤的发生、转移密切相关。CXCL12不仅可通过自分泌或旁分泌促进肿瘤的发生发展，还可趋化高表达CXCR4的肿瘤发生特异性转移[6-8]。CXCR4/CXCL12轴是指由趋化因子CXCR4与其特异性配体CXCL12相结合的具有信息传递、细胞转移等功能的一组耦联分子对。研究表明，CXCR4/CXCL12轴与细胞浸润、迁移及器官发育密切相关，参与胃癌细胞的存活、生长、增殖和转移等一系列的生理病理过程，抑制CXCR4/CXCL12轴可有效抑制胃癌的生长和转移[9-11]。为此，本文旨在综述CXCR4/CXCL12轴及其相关信号的表达对胃癌的影响及靶向抑制剂对胃癌的调控，为以CXCR4/CXCL12轴为靶点治疗胃癌提供思路。

1 CXCR4/CXCL12轴与胃癌的关系

1.1 CXCR4和CXCL12在胃癌细胞中的表达

CXCR4和CXCL12在胃癌细胞中广泛表达。人胃癌细胞NKP，NUGC4和KATOⅢ中选择性的高表达CXCR4mRNA，在腹膜内的NUGC4细胞中CXCR4mRNA表达强度增加，能功能性地诱导CXCL12的趋化反应，促进癌细胞的增殖和转移。CXCR4mRNA在NCI-N87和SNU-1细胞中低表达，而在MKN-28，TMK-1，NUGC3和MKN-45细胞中几乎不表达。相比于正常的胃黏膜上皮细胞，癌细胞BGC-823中的CXCR4mRNA呈高表达[20-21]。CXCR4的表达参与HGC-27和K-MK-2细胞的增殖和转移，采用CXCR4短发夹RNA的慢病毒感染细胞后发现，敲低CXCR4的表达对HGC-27和K-MK-2细胞增殖具有明显抑制作用。但CXCL12mRNA在上述胃癌细胞中几乎不表达[19]。CXCL12在腹膜、肝、淋巴结和胃黏膜癌细胞中的表达，反映了胃癌转移的主要部位。分析CXCL12对胃癌细胞SGC-7901和MGC-803增殖的影响，发现以浓度为0.1～200 nmol·L-1的 CXCL12孵育细胞72 h后，细胞增殖显著且呈浓度依赖性增加，CXCL12 10 nmol·L-1对胃癌细胞的增殖影响最大；CXCR4的拮抗剂AMD3100对CXCL12诱导的胃癌迁移有明显抑制作用[17]。SGC-7901和MGC-803细胞中均表达CXCR4，CXCR4mRNA的阳性表达与CXCL12mRNA表达基本一致。采用Transwell侵袭小室法分析CXCL12的表达对AGS细胞侵袭能力的影响，发现空白对照组、CXCL12 50和100 μg·L-1处理组AGS细胞的侵袭能力呈浓度依赖性增加，提示CXCL12的高表达能明显增强AGS细胞体外侵袭能力[23]。

CXCR4的表达主要集中于胃癌细胞的细胞质和细胞核内，细胞质中CXCR4的表达强度与胃癌细胞分化、浸润深度、肿瘤分期和5年生存率无关，而核内CXCR4的表达与胃癌细胞低分化、远距离转移和5年存活率降低密切相关。人胃腺癌细胞AGS核内CXCR4mRNA高表达，在膜表面表达水平较低。研究表明，细胞质内CXCR4的表达与患者总体存活期密切相关，体外CXCR4细胞质表达的细胞的总体存活时间比核CXCR4表达的时间短[24]。CXCL12在胃癌细胞的细胞质和细胞膜、肿瘤浸润淋巴细胞和正常胃腺及胃软膜中均有表达。胃癌细胞膜CXCL12与淋巴结转移、浸润深度、淋巴浸润、肿瘤直径、临床分期均有显著相关性。与膜CXCL12阴性组相比，CXCL12表达呈阳性的癌细胞的淋巴结转移、浸润深度、淋巴和静脉浸润、肿瘤直径明显增加[25]。根据CXCL12的表达程度（强、中和弱表达），发现CXCL12阴性表达的胃癌细胞存活率较其弱表达、中表达和强表达的癌细胞明显降低，提示CXCL12的表达可以作为胃癌的独立预后因素[26]。

1.2 CXCR4和CXCL12在胃癌组织中的表达

CXCR4和CXCL12在胃癌组织中的表达显著升高。PCR检测人胃癌标本和癌前病变标本中CXCR4和CXCL12的表达，发现胃癌组织中CXCR4和CXCL12mRNA明显高于癌前病变[12]。免疫组化染色结果显示，进展期胃癌中CXCL12和CXCR4的阳性染色分别为94.4%和91.7%，显著高于正常胃黏膜和早期胃癌组织；相比于癌旁胃癌组织，原发性胃癌中CXCR4和CXCL12表达明显增加[13]。研究表明，CXCR4和CXCL12的表达与胃癌细胞分化、胃癌浸润深度、TNM分期、患者5年生存率和总生存期相关。CXCR4和CXCL12的表达随胃癌分化程度的下降呈升高趋势，晚期胃癌患者体内CXCR4和CXCL12的表达明显高于早期胃癌患者和健康受试者[14]。根据肿瘤中CXCR4和CXCL12从阴性到强阳性的表达进行统计，患者的5年生存率分别为56.6%，60.8%，40.1%和33.0%，患者的生存期分别为60.0，62.4，41.7和36.6个月，提示正常胃黏膜中CXCR4和CXCL12低表达；随着肿瘤进展程度的增加，CXCR4和CXCL12表达增强，患者的5年生存率和总生存期明显减少，提示CXCR4和CXCL12的表达可作为胃癌预后的生物标志物[15]。

CXCR4/CXCL12轴与胃癌的远距离转移有关。检测98例接受胃切除手术的腹膜转移患者的腹腔中CXCL12和CXCR4的表达，发现61例检出 CXCR4，76例检出 CXCL12，提示 CXCR4和CXCL12的表达与胃癌腹膜转移密切相关[16]。胃癌腹膜癌患者常伴有恶性腹水。免疫组化结果显示，33例原发性胃癌腹膜转移患者的恶性腹水中，CXCR4阳性表达有22例（67%），CXCL12阳性表达有28例（85%），表明CXCR4/CXCL12轴与腹膜癌的发生发展有显著相关性[17]。36例胃癌转移淋巴结的患者中，CXCL12和CXCR4的阳性表达率分别为94.4%和91.7%，表达强度明显高于邻近正常黏膜组织，提示CXCR4/CXCL12轴是胃癌恶化潜在的预测因子[18]。胃癌肝转移组织中CXCR4和CXCL12的表达较原发性胃癌显著增加，且CXCR4和CXCL12的高表达与肿瘤分期较晚（Ⅲ+Ⅳ期）有关，Ⅲ+Ⅳ期胃癌肝转移组织中CXCR4和CXCL12表达明显高于Ⅰ+Ⅱ期[19]。

2 CXCR4/CXCL12轴相关信号通路参与胃癌进程

2.1 靶向JAK2/STAT3信号通路参与胃癌进程

Janus蛋白酪氨酸激酶2（Janus protein tyrosine kinase 2，JAK2）/信号转导和转录激活因子3（signal transduction and transcription activator 3，STAT3）信号通过促进肿瘤微血管的生成，参与包括胃癌等多种实体肿瘤的发生发展。胃癌中CXCR4过表达可激活其下游STAT3的相关通路，用AMD3100抑制CXCR4/CXCL12轴，发现其下游信号分子JAK2和STAT3的表达显著下调，进而下调血管内皮生长因子的表达，胃癌血管生成受到阻碍。提示CXCR4/CXCL12轴及其下游的JAK2/STAT3轴可能共同参与胃癌的调控[27]。

2.2 靶向Pl3K-Akt-mTOR信号通路参与胃癌进程

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（protein kinase B/mammalian target of Rapamycin，Akt/mTOR）信号通路激活可抑制细胞凋亡或自噬，延长细胞存活周期，促进肿瘤细胞生长和增殖。Akt/mTOR通路作为CXCR4/CXCL12轴的下游信号通路参与胃癌的发生发展，CXCR4和CXCL12的高表达诱导Akt和mTOR活化，Akt的表达上调激活PI3K/Akt通路，同时上调其下游分子基质金属蛋白酶2（matrix metalloploteinase-2，MMP-2）和MMP-9的表达。研究表明，采用PI3K通路下游信号分子局灶性黏连激酶的抑制剂PF573，228感染胃癌细胞能明显抑制胃癌的转移[28-29]。

2.3 靶向C-MET参与胃癌进程

C-MET是原癌基因c-met编码的蛋白，是肝细胞生长因子的受体。C-MET可通过自分泌或旁分泌途径刺激多种信号通路，促进多种恶性肿瘤的发生和转移。C-MET在胃癌中高表达促进胃癌的侵袭和转移。研究表明，C-MET的激活与CXCL12所诱导的脂筏中的小洞蛋白1密切相关，CXCR4/CXCL12轴激活C-MET后，CXCL12通过CXCR4与C-MET的信号转导诱导上皮间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），从而促进胃癌转移[28]。

2.4 靶向磷酸甘油酸激酶1参与胃癌进程

磷酸甘油酸激酶1（phosphoglycerate kinase1，PGK1）作为糖酵解通路中的关键酶，可促进肿瘤的发生和发展。PGK1通过增加胃癌中CXCR4和CXCL12的表达促进胃癌细胞存活和生长，PGK1基因的敲除或抑制能够明显阻碍胃癌的发展。1-磷酸鞘氨醇1（sphingosine-1-phosphate 1，S1P1）是一种免疫调节剂，采用特异性激动剂SEW-2871激活S1P1信号，上调CXCL12在胃癌中的表达，通过与CXCR4的相互作用，诱导肿瘤内髓系来源抑制性细胞高表达，CD8+CD69+T细胞百分比降低[30]。

2.5 靶向多巴胺和cAMP调节的磷蛋白32参与胃癌进程

多巴胺和cAMP调节的磷蛋白32（dopamine and cAMP-regulated phosphoprotein 32，DARPP-32）在胃癌中的表达率达到80%。由此表明，DARPP-32及其信号转导通路可能与胃癌的发生有关。幽门螺杆菌的感染能够诱导肿瘤的侵袭和转移，感染幽门螺杆菌的胃癌细胞MKN-45和HGC-27通过上调肿瘤坏死因子α促进CXCR4的表达。KATOⅢ细胞用CXCL12处理后，细胞内MAPK磷酸化增强，AMD3100通过阻止MAPK磷酸化抑制胃癌细胞内受DARPP-32调控的CXCR4的表达。分析野生型AGS和MKN-45细胞的侵袭活性发现，与AGS细胞相比，MKN-45细胞中DARPP-32蛋白高表达且侵袭性明显增强。相比之下，内源性DARPP-32在MKN-45细胞中的表达更为稳定，DARPP-32通过调节CXCR4介导的MT1-MMP/MMP-2途径活化来促进细胞侵袭；相反，DARPP-32的敲低逆转了这些信号转导并降低细胞的侵袭活性[21，24]。研究发现，胃癌中DARPP-32，CXCR4和CXCL12表达显著高于邻近正常组织。Pearson方法分析后证实，胃癌中CXCR4与DARPP-32或CXCL12与DARPP-32呈正相关。DARPP-32表达的AGS细胞经CXCL12处理后，CXCR4趋化转移至细胞膜。采用AMD3100抑制CXCR4可导致MT1-MMP显著降低，采用CXCR4 siRNA后也得到了类似的结果[30]。综上所述，CXCR4和CXCL12是DARPP-32介导的胃癌侵袭的主要因素。

2.6 靶向其他信号分子参与胃癌进程

三叶因子家族2（trefoil factor family 2，TFF2）蛋白的表达通过激活胃癌中的CXCR4完成信号传导，进而促进癌细胞的增殖，能通过AMD3100来消除，提示TFF2蛋白可能是CXCR4的上游信号分子，CXCR4为TFF2的真正的信号传导受体[21]。癌相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts，CAF）介导整合素β1在细胞表面聚集进而激活CXCR4/CXCL12 轴，诱导胃癌的生长和转移[27]。环状RNA circ_0056618通过负调控miR206的表达，能促进胃癌中CXCR4的表达。

3 抑制CXCR4/CXCL12轴对胃癌的调控

3.1 CXCR4拮抗剂对胃癌的调控

胃癌中CXCR4/CXCL12轴的抑制会产生类似抗肿瘤的作用。研究表明，CXCR4的拮抗剂AMD3100能显著抑制CXCL12诱导的NUGC4细胞增殖，AMD3100不仅可减弱CXCL4/CXCR12轴的下游信号的转导，还可以减弱TME与癌细胞之间的相互作用，从而有效抑制胃癌细胞的增殖、侵袭和迁移[31-32]。此外，AMD3100通过抑制CXCR4表达及其下游途径有效地增强了胃癌中多西紫杉醇的化学敏感性[33]。在NUGC4细胞异种移植裸鼠模型中，AMD3100能明显减少腹膜癌和恶性腹水的形成，表明CXCR4拮抗剂在胃癌的腹膜转移中具有新的治疗意义[34]。

3.2 抑制CXCR4/CXCL12轴的药物对胃癌的调控

3.2.1 临床研究

白花丹素（5-羟基-2-甲基-1，4-萘醌）通过抑制核转录因子κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）的活化下调胃癌患者血清中CXCR4和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达，且呈剂量依赖性降低[35]。乌梅散可下调患者血清中CXCR4和低氧诱导因子-1α（hypoxiainducible factor-1α，HIF-1α）基因的表达，进而抑制胃癌转移。相比于静脉化疗，消癌平治疗的胃癌晚期患者血浆中CXCR4的表达明显降低，而联合静脉化疗后对胃癌细胞的杀伤力更强，抑制癌细胞的增殖和迁移效果更显著[36]。健脾化痰方通过抑制癌相关成纤维细胞活化，下调患者血清中CXCR4，CXCL12和MMP-2的表达，发挥抗肿瘤转移作用[37]。华蟾素提取物下调胃癌肝转移灶中CXCR4和CXCL12的表达，可降低胃癌肝转移率[38]。

3.2.2 动物模型研究

在裸鼠原位胃癌模型中，低分子肝素通过降低CXCR4的表达抑制肿瘤生长及远处转移[39]。向胃癌移植瘤小鼠静脉注射重组人血管内皮抑素（恩度），观察到小鼠体内移植瘤质量较对照组小鼠明显减小，联合放疗后可显著降低肿瘤微环境中CXCR4和CXCL12的表达，抑制肿瘤的侵袭和转移[40]。苦参注射液联合5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-Fu）通过抑制裸鼠胃癌移植瘤组织中CXCR4，CXCL12和VEGF的表达，抑制肿瘤血管生成；苦参碱联合卡铂能协同作用于其胃癌细胞，剂量依赖性地抑制其增殖并诱导凋亡，其作用机制可能与细胞内CXCR4mRNA的表达降低有关[41]。健脾养正消癥方在控制裸鼠胃癌转移的同时，伴随着MMP-9，MMP-14，CXCR4和VEGF表达的下调[42]。

3.2.3 细胞水平研究

红花提取花青苷能抑制胃癌细胞SGC-7901的生长及侵袭能力，同时伴随着CXCR4和VEGF表达下调，花青苷浓度越大对胃癌细胞VEGF和CXCR4的表达抑制作用越显著[43]。PI3K/mTOR信号通路在CXCR4/CXCL12介导的胃癌细胞迁移中发挥重要作用，作为mTOR抑制剂的西罗莫司能够抑制CXCL12诱导的胃癌迁移，而且CXCL12高表达的胃癌细胞对于西罗莫司的抑制作用更为敏感[44]。白藜芦醇通过抑制胃癌SGC-7901细胞中CXCL12的表达，下调CXCR4和CXCR7的mRNA水平，降低ERK蛋白磷酸化，进而抑制VEGF和MMP-9的分泌和肿瘤血管生成[45]。罗格列酮抑制MGC-803细胞迁移的机制之一可能与下调NF-κB及其下游基因CXCR4和COX-2的表达有关[46]。乌梅散抑制MGC-803细胞的增殖和转移，且呈浓度依赖性[47]。

4 结语

CXCR4/CXCL12轴作为一对耦联分子对，在胃癌的生长和转移中有显著的平行协同作用，两者相互依赖，在胃癌的存活、浸润及转移中呈正相关；两者又相互影响，与JAK2/STAT3和PI3K/Akt/mTOR等信号通路及C-MET，PGK1和DARPP-32等信号分子相互作用构成环路，进而调控其生物学功能，而这些环路和机制还需进一步深入研究。同时，CXCR4/CXCL12轴在胃癌中的表达能够较全面地反映肿瘤进展，CXCR4和CXCL12的表达与胃癌的病理分级、肿癌分期、肿瘤分化程度、胃癌的浸润程度和转移范围均相关。

有报道称，调节CXCR4和CXCL12在肿瘤中的表达可调控胃癌的侵袭和转移。一方面，可直接诱导胃癌细胞与基膜的黏附，促进肿瘤细胞伪足的形成，调节胃癌的浸润和转移；另一方面通过促进细胞黏连蛋白和胶原蛋白的降解，使完整的细胞外基膜遭受破坏，进而促进胃癌的侵袭和转移。据研究，胃癌转移患者的腹膜、肝和淋巴结中CXCR4和CXCL12的表达相较其他器官组织显著增强，提示上述器官可能是胃癌转移的主要部位。而CXCR4/CXCL12轴的拮抗剂AMD3100和一些药物能够明显拮抗CXCR4和CXCL12的表达，抑制胃癌的侵袭和转移。因此，CXCR4/CXCL12轴有望成为靶向治疗胃癌的新靶点。

综上所述，CXCR4和CXCL12的表达与胃癌的发生发展密切相关。因此，CXCR4/CXCL12轴可能成为胃癌的一种新的生物标志物，在胃癌进展、预后判断和治疗方面具有广阔的临床应用前景。