参与胃癌干细胞调控的细胞信号传导通路及生物信号分子作用机制研究进展

陈婷，李金徽，李云凤，马颖才，袁玲，荣光宏

1青海大学研究生院，西宁810016；2青海省人民医院消化科

正常组织细胞在各种因素的共同作用下发生基因突变，具备了无限分裂的特性，最终导致具有不同性状的肿瘤组织产生，包括肿瘤细胞、肿瘤间质组织等，这类具有发病起源作用的细胞即为肿瘤干细胞（CSCs）［1］。目前对CSCs的来源还不清楚，但针对肿瘤细胞溯源的大量研究［2］证明，CSCs可能来自正常组织内发生基因突变的成体干细胞或者去分化的体细胞。CSCs是导致肿瘤并维持肿瘤细胞生长能力的源头细胞，因其自我更新和不对称分裂的能力，具备发展为肿瘤组织内任何类型细胞的潜力，同时驱动肿瘤组织发生群体性持续扩张。胃是消化系统中的重要器官，因为胃功能的特点，胃上皮细胞需要不断的更新。因此，胃中的干细胞具有自我更新、高增殖能力和多元分化的能力，对调节生理组织更新和损伤修复至关重要，代表了存在于胃组织中的具有高增殖潜能的成体干细胞群。胃癌（GC）是人类主要的恶性肿瘤，具有CSCs功能的胃癌干细胞（GCSCs）是GC发病的始动因素。文献［3］显示，上皮—间充质转换（EMT）相关因子可出现在胃内癌前组织中，最终发展为GC组织中具有CSCs功能的GCSCs，同时受肿瘤微环境、信号传导通路和微小RNA的调控，其中涉及Snail、Twist和Zeb-1等转录因子。研究［4］显示，Wnt、Notch和其他信号通路参与了GCSCs的调控，从而刺激肿瘤细胞的生长、EMT、侵袭、转移、抑制凋亡和肿瘤间质血管生成。因此，了解参与GCSCs调控的信号传导通路和生物信号分子，对GC的靶向治疗和改善患者预后有着重要的帮助。现将参与GCSCs调控的细胞信号传导通路和生物信号分子作用机制研究进展综述如下。

1 参与GCSCs调控的细胞信号传导通路作用机制

1.1 Wnt/β-catemin信号通路 Wnt/β-catemin信号通路是由细胞外的Wnt蛋白、膜上的Frizzled受体、胞质内的β-catemin以及其他转录因子组成。βcatemin可能作为驱动基因与GCSCs的形成有关。研究［5］显示，由于结直肠腺瘤性息肉/轴蛋白/糖原合成激酶复合物的形成，使β-catemin发生聚集并向核内转移，与T细胞因子家族的转录因子结合，激活c-Myc、cyclinD1和生存素等靶基因，最终造成GC相关的体细胞突变。不对称二甲基精氨酸（ADMA）通过Wnt/β-catenin信号通路促进GC细胞的EMT进程以及迁移和侵袭［6］。异常的EMT激活可使胃上皮细胞间质特征增强而上皮特征减弱，并抑制细胞黏附分子，促进癌细胞起始、侵袭、转移和耐药［7］。

1.2 JAK2/STAT3信号通路 GC患者局部组织中补体C3与JAK2/STAT3信号通路的激活存在直接关系，并促进肿瘤细胞的浸润与转移。GC组织中STAT3磷酸化和IL-6表达明显增强，可持续通过局部组织T细胞免疫抑制和慢性炎症发挥促肿瘤作用，补体C3是JAK2/STAT3信号通路激活的上游调控因子，GC细胞内补体C3激活启动JAK2/STAT3信号通路并成为促进细胞增殖和迁移的必要信号，随后活化的STAT3蛋白作为转录因子可调控细胞增殖、凋亡、血管生成以及肿瘤侵袭和转移［8］。

1.3 Hedgehog信号通路 Hedgehog信号通路的失调是CSCs自我更新和耐药性的一个主要原因，即参与GC的预后。Hedgehog信号通路的靶基因包含GC细胞的化疗耐药标志物CD44，主要由通路中的SMO蛋白及GLI蛋白调节［9］。在GC细胞中，SMO蛋白调节GLI-1的核易位，进而促进CD44表达，在不同类型的GC细胞系中人工干预SMO蛋白抑制Hedgehog信号通路可显著降低GC细胞得生长能力［10］。因此，Hedgehog信号通路有望成为改善GC化疗耐药性的新靶点。

1.4 Notch信号通路 Notch信号通路是癌症中最活跃的信号通路之一，并且在维持CSCs的性状和肿瘤组织分化中具有关键作用。Notch信号通路可促进GC细胞的转移，且与患者预后不良有关［11］。由于Notch信号通路与CSCs自我更新和血管生成有关，针对Notch信号通路的靶向治疗成为一种潜在的抗CSCs治疗方法。MEDI0639是一种单克隆抗体药物，可与Notch受体特异性结合，从而抑制Notch介导的信号传导和靶基因的转录，阻止GC血管生成，并最终阻止GC细胞生长［12］。MEDI0639的临床试验间接印证了Notch信号通路在GC的发病及转移中的作用，并且研究证实该药物在晚期实体肿瘤中也具备抗肿瘤活性。

1.5 PI3K/AKT/mTOR信号通路 PI3K/AKT/mTOR信号通路是在多种癌症中异常激活的经典通路。PI3K/AKT/mTOR信号通路在血管生成、细胞增殖、代谢、存活、转移和耐药性中均起到关键作用，同样在GC的发病过程中，mTOR的激活将会导致GC进展，降低患者存活率［13］。

2 参与GCSCs调控的生物信号分子作用机制

2.1 Lgr5阳性细胞 胃干细胞亚群中Lgr5阳性细胞的Lgr5蛋白表达的细胞定位（细胞核与细胞质/膜）和肿瘤病理属性（解剖部位、组织类型和分子类型）呈动态分布，Lgr5蛋白在染色体不稳定的肠型GC中的高表达与较好的远期生存率相关，可将Lgr5蛋白作为GCSCs的生物标记物。已有研究［14］发现，核Lgr5阳性细胞可能是具有不同“干细胞”模式的癌细胞。在Lgr5阳性肠隐窝干细胞中使用Lgr5启动子驱动表达的CreER重组酶可导致基因表达快速转化，3至5周内出现肉眼可见的腺瘤。目前尚不清楚这些腺瘤最终是否会发展为腺癌，但可以确定的是，肠中的Lgr5阳性干细胞可能是肿瘤起始细胞。

2.2 Mist1阳性干细胞 同时STANGE等［15］发现，Mist1阳性干细胞是肠型GC合并krasandapc突变和弥漫型癌合并E-cadherin缺失的细胞来源，通过人工敲除Mist1阳性干细胞中的Cdh1基因，可确定Mist1阳性干细胞是印戒细胞癌的起源，而Notch信号通路作为一条独立的致癌途径，Mist1阳性干细胞通过该途径促进了GC的发展。研究显示，当慢性炎症时，Mist1阳性干细胞中E-cadherin的丢失可发展成为依赖于慢性炎症的弥漫型癌症［16］。

2.3 骨形态发生蛋白（BMP）BMP属于肿瘤生长因子-β信号蛋白超家族。已有研究证明胃间质分泌的BMP可调节胃上皮分化，其表达缺失会抑制BMP信号转导，以此增加了肠内分泌细胞、主细胞的数量，同时减少壁细胞数量［17］。BMP信号在Barrett食管病的发病机制中起着关键作用。也有证据显示，BMP是胃肠内分泌细胞分化的负调节因子，在Lgr5阳性细胞中BMP表达缺失可促进炎症，近而导致化生和异型增生［18］。因此，BMP可能在癌症发展的不同阶段扮演不同的角色，在未来对癌症不同阶段的研究中可能会提供更多的信息。

2.4 Lats基因 Hippo信号通路（也称为Hippo-YAP/TAZ信号通路）是一种与癌变、再生和代谢相关的途径。当Hippo通路被激活时，Lats基因表达产物磷酸化YAP/TAZ，间接抑制肿瘤活性，相反，当这一途径失活时，YAP/TAZ在细胞核中聚集，通过与转录因子形成复合物推动基因异常表达［19］。Lgr5阳性幽门干细胞可激活YAP/TAZ信号通路，成为远端GC的起源细胞。由于正常的幽门Lgr5阳性细胞几乎处于静止状态，CHOI等把Lats基因敲除后发现，Lgr5阳性细胞开始增殖。这些结果都表明，在正常胃上皮细胞中，由Lats基因缺失引起的YAP/TAZ信号通路的激活，从而触发了从低度上皮内瘤变到黏膜内癌的阶梯式进展，这证实了这种信号级联是体内胃癌发生的关键驱动因素［20］。

2.5 YAP 前列腺素D2（PGD2）是前列腺素的一种，由前列腺素D合成酶（PGDS）催化不稳定的中间产物前列腺素H2（PGH2）发生异构化而生成的。ZHANG等敲除PGD2合成酶和PGD2受体，增加了GC细胞的迁移能力，这证明了抑制PGD2到PGD2受体的信号转导与GC细胞增殖、迁移、自我更新及分化有关［21］。PGD2在GC皮下肿瘤模型中抑制肿瘤生长和发病率，在GC腹膜转移模型中抑制肝脏和肠系膜转移。进一步的研究发现，PGD2合成酶和PGD2受体在GC组织中的表达低于癌旁及正常组织，并且与患者的预后相关。而YAP在GC组织中的高表达，与GC的发生发展有关。YAP的过度表达增强了GC细胞的自我更新和干细胞标记物的表达，敲除YAP的表达可逆转上述现象。通过检测PGD2合成酶和PGD2受体在GC组织中的表达模式，证明了PGD2合成酶和PGD2受体与YAP在GC组织中的表达呈负相关［22］。其次，根据功能增益和功能丧失实验证实，YAP抑制PGD2合成酶和PGD2受体的表达，近而得出PGD2合成酶和PGD2受体的表达抑制了YAP诱导的肿瘤细胞在体外的增殖和自我更新，逆转了YAP的促肿瘤作用［23］。

2.6 miRNA mi RNA是参与调节导致癌症发生的关键靶点，目前已经发现一些miRNA改变CSCs相关标记物及其相关途径的表达。研究显示，miR-106b和miR-196a-5p的表达在CD44阳性GC细胞中表达上调，其中miR-106b直接靶向下调TGF-β信号通路抑制剂SMAD7蛋白的表达，间接激活TGF-β信号通路；与此同时，miR-196a-5p协同miR-106b发挥作用，并造成SMAD4的丢失，是GC发病原因之一［24］。此外，在GC细胞中通过TGF-β1诱导激活TGF-β信号通路后，观察到miR-200a的下调，造成GC细胞与EMT相关转录因子ZB1的表达上调，从而获得CSCs的侵袭和迁移特征［25］。除了TGF-β信号通路，还发现miRNA的表达失调与Wnt信号通路有关，从而促进了GCSCs的干细胞化［26］。从GC细胞中检测出BRD4蛋白调节因子高表达，并通过甲基化其启动子区下调mi R-216a-3p的表达，miR-216a-3p能下调CSCs相关Wnt信号通路的直接靶基因产物Wnt3a的表达，提高GCSCs的侵袭能力［27］。故miRNA在诱发GC的多种信号调控中具有关键作用，同时也是未来GCSCs靶向治疗的新方向。

2.7 CD133、PIWI及其他信号分子 CD133跨膜蛋白是一种公认的干细胞标记物，用流式细胞术对三种GC细胞系的CD133阳性和CD133阴性细胞进行基因表达谱分析，确定了CD133阳性表达在具有自我更新能力的CSCs中起着重要作用。CD133的上游信号基因主要含细胞周期相关功能基因，而CD133下游信号基因则与细胞骨架和转运的分子功能有关，且CD133与肿瘤浸润呈负相关［28］。CD133阳性表明GC的预后差、进展快、耐药性强，因此CD133被作为GC预后的标志物。此外，PIWI蛋白已成为肿瘤治疗的新靶点，它与piRNA形成了PIWI-piRNA复合物，在不同生物体的生殖系发育、干细胞自我更新中起着重要作用［29］。PIWI蛋白在不同类型的癌症中异位表达，其配体PIWIL1在GC组织和细胞系中异常表达促进了GC的进展［30］。癌症的发展不仅取决于恶性肿瘤细胞，还取决于基质的活化。研究［31］发现，间充质干细胞（MSCs）可被招募到肿瘤部位并被激活，以促进肿瘤的进展。中性粒细胞通过分泌IL-17、IL-23和TNF-α等炎症因子发挥作用，从而激活MSCs的AKT和p38通路，调节MSCs/CAFs的转化，促进胃癌的进展。此外，中性粒细胞诱导MSCs向癌细胞相关成纤维细胞转化，从而显著促进胃癌的生长和转移，并募集T细胞和巨噬细胞，从而促进肝细胞癌的进展和对索拉非尼的耐药性［32］。另有研究发现，NPTXR是一种Ⅱ型跨膜蛋白，在有转移潜能的GC组织中特异性高表达，也可能是控制GC进展或克服化疗耐药性的一个新治疗靶点［33］。

综上所述，CSCs是一种少量的、静止的、体积小的肿瘤细胞群体，具有类似“干细胞”指导肿瘤细胞增殖分化的特征，对于癌症进展、侵袭、转移、化疗耐药等方面的作用日益凸显。同样GC中的GCSCs也是GC治疗和患者预后的核心成分。但具有高敏感性、高特异性的GCSCs生物标志物尚未有明确的临床研究证据支撑，针对GCSCs相关细胞信号通路的靶向治疗才起步，这些研究内容的深入发掘将有利于对GC的早期诊断以及提高患者预后。