色素上皮衍生因子在胃癌进展中的作用

李慧聪，徐洪雨

【提要】 胃癌(gastric carcinoma, GC)对人类健康来说是一大威胁，是第三大常见的癌症死亡原因。2018年，超过100万人被诊断为GC，约有78.3万人死亡。死亡率高的部分原因是无症状患者在疾病诊断较晚，转移率较高。色素上皮衍生因子(Pigment epithelial-derived factor, PEDF)表现出各种对抗肿瘤进展的协同效应。PEDF可诱导肿瘤细胞分化和凋亡。此外，PEDF蛋白似乎能够抑制肿瘤细胞的增殖、血管化、细胞迁移、侵袭和转移。因此，PEDF蛋白被描述为一种有效的抗肿瘤药物，可能具有治疗胃癌的潜力。

胃癌对人类健康来说是一大威胁，是第三大常见的癌症死亡原因。全球每年有超过100万人新诊断为胃癌[1]。胃癌的主要风险在于早期无症状，当发现时97%的患者已发生转移[2]。血管生成是指由已存在的毛细血管生成新血管，在胃癌的转移和预后中具有重要作用[3]。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是肿瘤细胞分泌的主要血管生成诱导物，支持肿瘤生长和促进转移[4]。因此，抗血管生成治疗可能是胃癌治疗的一种策略。

PEDF是一种50 kda的非抑制因子，属于丝氨酸蛋白酶抑制剂基因家族，由血管内皮细胞、周细胞和视网膜色素上皮细胞分泌[5]。多项研究表明，PEDF与血管内皮细胞功能密切相关，具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗血管生成、抑制血管通透性等多种作用[6-10]。Zhang等[11]研究表明，在异种移植瘤模型中注射PEDF可抑制胃癌的生长及血管生成。然而，PEDF在癌症发展中的机制仍有争议。Tang DR等[12]研究表明，PEDF是一种存在于多种癌症中的致癌基因，PEDF促进人食管鳞癌的生长和迁移。因此，PEDF的功能及其在各种癌症中的作用机制有待进一步研究，也许能作为诊断和判断预后的生物标志物，或用于癌症治疗。本文回顾了PEDF在各种癌症中的作用及治疗潜力，探讨PEDF在胃癌中的可能作用机制，分析PEDF用于胃癌治疗的潜力。

1 PEDF在各种癌症中的作用

在大多数肿瘤进展过程中，PEDF可通过下调VEGF表达和诱导内皮细胞凋亡来有效抑制肿瘤血管生成[4]。例如PEDF在甲状腺乳头状癌(papillary thyroid carcinoma, PTC)的进程中可能通过影响HIF1α-VEGF(低氧诱导因子，HIF1α)途径发挥抗血管生成的作用，最终抑制PTC的转移[13]。PEDF通过下调乳腺癌中的HIF-1α来抑制内皮细胞源性和肿瘤细胞源性血管生成[14]。BaJoseph等[15]人体外用重组PEDF刺激平滑肌瘤细胞可下调VEGF、雌激素受体α和β的mRNA表达，降低VEGF蛋白表达和平滑肌瘤细胞增殖率。他们的体内模型显示，经重组PEDF处理的小鼠诱导的肌瘤病变的大小显著减少。

虽然有研究显示外源性PEDF可通过抑制肿瘤微血管密度(Microvessel density，MVD)和VEGF的表达来抑制肝癌的肿瘤生长[16]，但最近的研究发现肝细胞癌患者的血清PEDF水平高于非肝细胞癌患者，而PEDF在人肝细胞癌组织中的表达高于邻近的非肿瘤组织[17]。PEDF在肝癌患者中高表达，并且PEDF可以抑制肝癌细胞凋亡[17]，促进肝癌的转移[17]。Li CH等[18]人建立异位肿瘤移植小鼠模型，表明了全身PEDF在体内对肝癌发展的平衡作用：细胞内PEDF可能具有促进肿瘤生长的促瘤活性，而在晚期，分泌的PEDF可能作为一种典型的抗血管生成因子，在肿瘤进展中抑制血管生成。

Tang DR等[12]研究表明PEDF在食管癌肿瘤样本中的蛋白表达明显高于其对应的正常组织。在体外和体内研究了PEDF基因敲除对食管癌进展的影响。结果表明，shRNA(双链RNA)介导的PEDF降低能显著抑制食管癌细胞的增殖和侵袭，诱导细胞凋亡。体内实验进一步证实shRNA介导的PEDF敲除可显著抑制异种移植食管肿瘤的生长。

然而胰腺癌组织PEDF水平降低。大约30%的胰腺癌组织完全失去PEDF表达，在邻近的非恶性切片中发现的PEDF表达不足5%[19]。与健康志愿者相比，胰腺癌患者血清PEDF水平明显降低[19]。与良性胰腺疾病相比，胰腺癌患者的PEDF水平下降了75%。在胰腺癌患者中，促血管生成因子VEGF可增加约65%，使VEGF/PEDF比率提高3倍[20]。Harries等[21]研究发现PEDF在结直肠癌细胞组织中的表达下调，重组PEDF治疗可显著降低结直肠癌细胞的迁移和侵袭率，增加结直肠癌细胞株的粘附。他们的结果证实了PEDF在正常结直肠组织和细胞中的表达高于癌组织和细胞，PEDF对结直肠癌细胞的迁移和侵袭具有抑制作用。

2 PEDF在胃癌中的作用

近年来靶向治疗已经显著影响了几种常见实体肿瘤胃癌的治疗策略。在这方面，一些抗血管生成试剂已被批准用于晚期或转移性胃癌的治疗[22]。Zhang Y等[11]人为评价PEDF对胃癌生长的影响，建立了胃癌异位移植模型，结果表明PEDF对胃癌细胞生长和血管生成均有抑制作用，PEDF下调了VEGF在肿瘤组织和胃癌细胞中的表达，PEDF也能抑制VEGF转录因子HIF-1α的数量和核转位。有研究表明，PEDF剂量依赖性地促进内皮细胞的凋亡，IC50为80 nmol/L；但PEDF即使在640 nmol/L的高浓度下，对胃癌细胞也没有抗增殖作用，PEDF不能诱导胃癌细胞凋亡[23]。研究表明，Fas-FasL通路可能参与PEDF治疗的人骨肉瘤和黑色素瘤细胞的肿瘤凋亡；然而，PEDF处理并没有改变Fas或Fas-l(凋亡相关因子配体)蛋白水平[24]。这些结果表明PEDF抑制胃癌生长的机制主要是通过阻断血管生成，而不是通过直接促进肿瘤细胞凋亡。

大量的研究表明，肿瘤总生存率与肿瘤血管生成、局部侵袭和远处转移之间的关系密切。但并不是所有的肿瘤在其发育阶段的开始都有血管生成。因此在肿瘤微环境中分泌血管生成因子的阶段检测疾病是至关重要的[25]。Wang等[26]观察到，与正常胃黏膜动物模型相比，胃炎、萎缩、异型增生、胃间质瘤组织中VEGF表达明显增加；VEGF在非典型增生组织中的表达高于炎症和萎缩组织；VEGF在胃炎和萎缩组织中的表达差异无统计学意义。Aksoy等[25]人分析了胃癌和癌前病变患者及健康对照者血清VEGF、PEDF、TNF-α(肿瘤坏死因子)水平，发现与癌前病变组相比，胃癌组的VEGF和PEDF水平明显升高；但是癌前病变组和对照组之间差异不显著。在Aksoy等的研究中，血清VEGF和PEDF水平在组间表现出相似的趋势，他们认为PEDF水平的升高是对VEGF水平升高的反应，VEGF和PEDF似乎在癌症形成的晚期或之后促进了癌变。

3 PEDF对胃癌的可能作用机制

3.1 抑制VEGF通路

已经发现的是VEGF-A表达在淋巴结转移，肝转移，血管分布和预后差在胃癌升高。据报道，VEGF-A可增强GC中的增殖，迁移和细胞分裂[27]。包含VEGFA，VEGFB，VEGFC和胎盘生长因子的VEGF家族通过内皮受体VEGFR1和VEGFR2发出信号。Cai等[28]证明PEDF对VEGF诱导的血管生成的抑制作用是通过增强γ-分泌酶依赖的VEGFR-1 c端切割，从而抑制VEGFR-2诱导的血管生成；此外，PEDF还能调控VEGFR-1的磷酸化，而VEGFR-1本身也能调控VEGFR-2信号转导。然而，Johnston等[29]认为PEDF与VEGFR-1或VEGFR-2的相互作用可能促进受体内化和/或降解，从而限制VEGF功能，进而阻断血管生成活性。高血压模型表明，VEGF-A通过直接激活VEGF受体2，并通过磷酸肌醇-3-激酶/Akt信号通路促进视网膜神经节细胞神经保护[30]。PEDF也可能部分通过抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)介导的缺氧诱导因子1(HIF-1)的激活下调VEGF表达[31]。

3.2 受体介导的信号通路

Chen等[27]人研究了PEDF对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的分子作用，结果显示PEDF通过激活受体介导的和线粒体介导的通路诱导人内皮细胞凋亡，激活p38，然后切割caspase 3、8和9。提示PEDF的凋亡作用是通过多种途径和caspase依赖性实现的。Takenaka等[32]最近用MG63人骨肉瘤细胞证明了PEDF激活caspase-3并诱导细胞凋亡。非整合素37/67 kDa层粘连蛋白受体(LR)是一种新的PEDF受体。PEDF的抗血管生成活性至少部分是通过结合LR介导的。调节LR活性可能为治疗血管生成依赖性疾病[33]提供一个有吸引力的选择。胰腺是PEDF表达最丰富的器官之一[20]。与PEDF相互作用的细胞表面受体包括PEDFR(也称为ATGL、desnutrin和iPLA2ζ，由PNPLA2编码)、F1腺苷三磷酸酶/合成酶、LRP6和层粘连蛋白受体[34]。Wnt通路的重要激活因子脂蛋白受体相关蛋白6(LRP6)与PEDF结合在细胞膜上[35]。Tian T等研究提示PEDF可能促进LRP6磷酸化，并触发非磷酸化的β-catenin激活Wnt通路。在婴儿血管瘤中，增加PEDF/VEGF比值会诱导血管瘤衍生的内皮细胞(HemEC)凋亡。他们仅用PEDF治疗HemEC，发现促凋亡作用主要由PEDF实现，并导致凋亡蛋白caspase3裂解。这些结果表明，增加PEDF/VEGF比率可诱导HemEC凋亡，从而促进婴儿血管瘤消退。而层粘连蛋白受体LR中和抗体还可以阻断PEDF在HemEC中的抑制功能。同样，LR中和抗体也可以逆转PEDF介导的裂解caspase3的上调。这些结果表明，PEDF主要通过LR抑制HemEC的功能发挥其抗血管生成作用[36]。

3.3 抑制新生血管通透性

VEGF促进血管生成和血管通透性。PEDF不仅是一种抗血管生成药物，它还能抑制病理性增加的血管通透性。Yang等[32]人研究了PEDF阻断VEGF诱导的血管通透性增加的机制。他们发现PEDF可以防止VEGF诱导的内皮细胞跨内皮电阻(TER)下降。他们首次表明，PEDF阻断p38 MAP激酶和ERK的磷酸化/激活，其作用与p38丝裂原激活蛋白激酶和细胞外调节蛋白激酶的特异性抑制剂类似。

3.4 抑制肿瘤侵袭转移

ERK-VEGF/MMP-9信号通路若受到拮抗,则可抑制胃癌肿瘤细胞的增殖并诱导细胞产生凋亡,并下调胃癌细胞迁移和侵袭能力[37]。基质金属蛋白酶(matrix metal-proteinases, MMPs)的入侵促进功能和PEDF的抑制作用得到了一些观察结果的支持。例如，在软骨肉瘤细胞中，PEDF阻断了膜系的MT1-MMP到细胞表面的运输[38]。此外，PEDF下调MT1-MMP也被描述[39]。PEDF可被MMP2和MMP9剪切并阻断肿瘤细胞外渗[40]。冯智英等[41]人研究认为PEDF蛋白在胃癌的侵袭转移中起负调节作用，PEDF低表达容易发生淋巴结和远处转移及浆膜浸润，PEDF低表达可能使MMP-9的表达上调从而促进胃癌的侵袭转移。miR-93在多种类型的癌症中上调，包括乳腺癌[42]、骨肉瘤[43]和胃癌[44]，并作为肿瘤miRNA发挥作用。Jiang等[45]人研究发现PEDF是miR-93在膀胱癌中的一个直接靶点，结合具有特异性，而且miR-93通过靶向PEDF参与膀胱癌细胞的增殖和侵袭。

4 治疗的潜力

在小鼠的黑色素瘤模型中，慢病毒导入的PEDF通过抗血管生成抑制肿瘤细胞增殖，抑制黑色素瘤的肝转移，从而抑制肿瘤的生长[46]。将表达PEDF的肺癌细胞和对照肺癌细胞皮下移植到SCID(严重联合免疫缺陷，severe combined immune deficiency)小鼠的腹侧，结果表明过表达PEDF的肺癌细胞形成了较小的肿瘤，PEDF的过表达或外部PEDF的治疗抑制了肺癌细胞的迁移和侵袭。相反，PEDF沉默显着促进了癌细胞的迁移和侵袭[47]。体内研究表明，PEDF对骨肉瘤小鼠转移瘤的影响最大，与未治疗的对照组相比，肺转移瘤的发生减少了70%，原发肿瘤的大小减少了40%[48]。Yang等[11]小鼠实验PEDF治疗胃癌第28天，平均71.1%的原发性肿瘤生长被抑制。

PEDF衍生肽(CT/CTE)已用于大肠癌患者一线和二线化疗中与常规化学疗法奥沙利铂和伊立替康的联合治疗。[49]降低了对常规结直肠癌治疗(例如奥沙利铂或伊立替康)的耐药性。体内试验显示，在结直肠细胞系中用PEDF衍生肽处理后，肿瘤细胞的致瘤性显着降低。在长期治疗中，暴露于PEDF衍生肽导致所形成的肿瘤数目减少。与未处理的细胞相比，他们观察到的肿瘤减少了50%。CTE处理的异种移植细胞中有70%无法产生新的肿瘤(转移样模型)。对于CT治疗，效果不如CTE有效，他们观察到肿瘤生长降低了40%。这是治疗方法首次能够改变癌症的行为。修饰的起始细胞阻碍了肿瘤的重新生长，从而阻碍了转移动物模型的生长。

Bao XT等[50]人制备了一种载PEDF-DNA的脂质体(R-LP/PEDF)，使用iRGD肽对转移性结直肠癌进行肿瘤靶向基因治疗。他们的结果表明，肿瘤靶向R-LP/PEDF在体外对结直肠癌细胞的侵袭、迁移和促凋亡具有较强的抑制作用。此外，它减少了肺转移性肿瘤结节，延长了转移性结直肠癌小鼠模型的生存时间。这些结果验证了靶向PEDF-DNA治疗可以通过抑制肿瘤血管生成、细胞增殖、诱导细胞凋亡等途径有效治疗转移性结直肠癌。

5 总结

PEDF被广泛认为是实体肿瘤中的肿瘤抑制因子，因为它表现出抗血管生成和抗转移活性[51-53]。大部分癌症研究中，比如甲状腺乳头状癌[13]、乳腺癌[14]、结直肠癌[20]、肺癌[47]等都得到证实。然而，Cen L等[18]人在肝癌中发现PEDF是双重作用，早期促进癌症进展，晚期发挥抗血管生成作用抑制癌症进展；Tang DR等[12]人的研究认为PEDF促进食管癌的生成；胃癌11中PEDF可抑制原发肿瘤的生长和血管生成，但Aksoy等[25]人认为VEGF和PEDF似乎在癌症形成的晚期或之后促进了癌变。

PEDF在人类正常组织中广泛表达，在大多数实体肿瘤中表达下调，比如胰腺癌、结直肠癌[20]、卵巢癌、前列腺癌[54]；然而一部分癌症中PEDF的表达高于正常组织，比如肝癌[18]、食管癌[12]、胃癌[25]。比较PEDF对这些癌症的作用发现，PEDF上调的癌症中PEDF表现出促进癌症生成的作用。Cen L等[18]人首次证明了细胞内PEDF通过泛素蛋白酶体系统(ubiquitin proteasome system, UPS)抑制AMPK的激活，诱导脂肪生成通路，从而抑制FFA氧化通路，导致FFA水平升高和脂质积累，最终促进肝癌细胞增殖。

众所周知，PEDF可通过内皮细胞的Fas/FasL途径诱导细胞凋亡[7]，是一种有效的血管生成抑制剂[55]。研究表明，PEDF可激活Fas/FasL通路[7]，进而通过激活P53信号通路[23]和p38 MAPK依赖的caspase级联反应[32]调节细胞凋亡。在胃癌研究中，PEDF处理并没有改变Fas或Fas-l蛋白水平，不能直接促进肿瘤细胞凋亡[11]。

综述所述，PEDF在不同肿瘤中的表达及作用存在差异。PEDF还可以抑制胃癌的生成和侵袭转移，并且在胃癌中可能也发挥双重作用，有必要对PEDF在胃癌发展中的调控机制进行进一步研究，探究其对胃癌的治疗作用。