p38MAPK及EMT在食管腺癌中的研究进展

钟江利 王红 赵凌苇

(遵义医科大学附属医院,贵州 遵义 563000)

p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号途径参与恶性肿瘤的快速增殖、迁移及凋亡过程。研究证实食管腺癌(EAC)的发生、发展与MAPK信号转导通路密切相关〔1〕。上皮间质转化(EMT)在肿瘤侵袭和转移过程中扮演重要角色,可以作为监测肿瘤形成和发展的生物标志物,在食管癌的浸润和转移中发挥重要作用,与患者的预后密切相关。本文对p38MAPK信号通路及EMT在EAC中的研究进展进行综述。

1 p38MAPK与EAC

1.1p38MAPK通路概述 p38MAPK信号通路是MAPK家族的重要组成部分,p38MAPK在细胞质呈静止状态,激活后转移至细胞核。迄今为止,已鉴定出4个p38激酶家族成员:p38α、p38β、p38γ和p38δ。 p38α和p38β具有75%的序列同源性,并普遍存在于心肌细胞、成纤维细胞、软骨细胞、牙髓细胞等细胞中,而p38γ和p38δ具有70%的序列同源性,p38γ和p38δ也以组织特异性方式表达。例如,p38γ在骨骼肌和心脏中大量表达,p38δ在巨噬细胞中大量表达。由于p38α的表达无处不在,是p38MAPK家族中最有特色的成员,激活后通过大量的底物发挥其功能。体外和体内证据表明,100多种蛋白质易受p38MAPK的直接磷酸化,其中约一半是转录因子,其余的底物包括蛋白激酶、磷酸酶、凋亡调节因子、生长因子受体和细胞骨架蛋白等,这些底物及其下游靶点介导p38信号在炎症、增殖、凋亡等多种细胞过程中的功能〔2〕。

1.2p38MAPK与EAC的关系 研究显示,p38MAPK作为关键的炎症信号通路,参与了多种肿瘤的发生、发展,在肿瘤的细胞增殖、分化、转化及凋亡中都有重要的作用〔3,4〕。在世界范围内,食管癌是第8大最常见的癌症,但却是癌症相关死亡的第6大最常见原因〔5〕。在过去的几十年中,EAC的发病率迅速增加,而食管鳞状细胞癌的发病率逐渐下降。该变化表明两种肿瘤的发病机制存在差异,并且致癌环境也在改变。EAC于1989年被首次报道,1900年文献综述发现只有6例〔6〕。随着人们生活方式及习惯的改变,在过去近30年中增加了6倍以上〔7,8〕。EAC发病率在西方国家以年均10%的速度递增,在我国亦呈现升高的趋势,是一种高死亡率、5年生存率低于20%的侵袭性疾病。Barrett食管(BE)是EAC目前已知的癌前病变,随着时间的推移,BE患者有持续和过度的EAC风险。患有BE的个体患EAC的可能性是普通人群的30～125倍〔9〕。BE是由慢性胃食管反流病(GERD)发展而来,长期存在GERD症状的BE患者癌变的风险最高,主要有害成分反流的胃内容物是酸和胆盐。胆汁酸和盐酸可诱导活性氧和一氧化氮的产生,与DNA损伤和基因突变有关〔10,11〕,这些机制涉及MAPK途径从细胞表面到细胞核的信号。研究表明,即使没有BE的存在,长期存在的GERD本身就是一种腺癌的风险因子,这种风险与GERD发生频率、严重程度及反流症状的持续时间相关〔12〕。p38MAPK信号通路主要由MAPK激酶(MKK)3和MKK6介导的双重磷酸化激活,以响应多种细胞应激和炎性细胞因子〔13〕,MKK活性的抑制导致癌细胞在包括食管在内的多种组织中增殖减少〔14～17〕。Jaiswal等〔18〕研究表明,在胆盐诱导的细胞增殖中,细胞外调节蛋白激酶(ERK)和p38MAPK通路有着不可或缺的作用。在EAC中,酸通过ERK和p38MAPK激活增殖,酸性条件下ERK1/2和p38MAPK途径的激活可以通过Gi/o蛋白耦联受体、磷脂酰胆碱特异性磷脂酶(PC-PL)C、磷脂酶(PL)D、PLA2和蛋白激酶(PK)C的激活来介导〔19〕,目前在一些EAC细胞中已经检测到MAPK活性的增加〔20～22〕。p38MAPK在酸和胆盐的刺激下被激活,促进了食管黏膜白细胞介素(IL)-6、IL-8和IL-1β等炎性介质的释放,进而引起一系列生物学反应产生癌变,但具体机制尚不清楚,有待研究予以证实。

1.3p38MAPK与肿瘤治疗 p38MAPK通路广泛参与肺癌、乳腺癌、卵巢癌、肝癌、食管癌等多种肿瘤凋亡的启动、细胞周期的静止等,通过诱导肿瘤细胞的凋亡从而达到抗肿瘤的作用。但是p38MAPK通路参与了多种应激,不是一条完全独立的传导路径,而是与其他传导路径协同或拮抗共同发生作用〔23〕,不仅在不同肿瘤细胞的作用不同,甚至可能起到完全相反的作用。如在乳腺癌中,p38MAPK信号可以抑制肿瘤坏死因子(TNF)-α,从而诱导乳腺癌细胞凋亡〔24〕。在角膜上皮细胞的迁移中,p38MAPK阻断剂SB203580几乎可完全抑制其过程〔25〕。同样,研究也表明在血管紧张素(Ang)Ⅱ诱导的血管外膜成纤维细胞的迁移中,特异p38MAPK抑制剂SB202190发挥着不可忽视的作用〔26〕。另有研究表明,p38MAPK与肿瘤的耐药有关〔27〕,对这一机制的研究可以逆转肿瘤的耐药过程,辅助目前抗肿瘤药物的治疗。这就需要更多的研究来充分认识p38MAPK在不同肿瘤细胞中的效应来区别治疗。

2 EMT与EAC

2.1EMT概述 EMT最初被定义为胚胎发育过程中发生形态变化所需的复杂分子过程,最早是由Greenburg和Hey在胚胎学领域提出来的,目前已扩展到肿瘤的进展和转移中〔28〕。EMT被分为3型,Ⅰ型与胚胎发育相关,Ⅱ型与炎症及伤口愈合相关,Ⅲ型主要参与肿瘤的发生、发展〔29〕。上皮细胞在很大程度上依赖于一个非常精细的调节和高度调控的EMT程序,将其转化为间充质状态。在EMT过程中,极化上皮细胞的细胞特性(细胞-细胞黏附和细胞极性)丢失,侵袭性的间充质表达增高。不同上皮(β-连环蛋白,E-钙黏蛋白)和间充质标记物(波形蛋白、N-钙黏蛋白、纤维连接蛋白和α-平滑肌肌动蛋白)的协同丢失和获得,增强了肿瘤的迁移和侵袭能力及细胞凋亡的抵抗力,增加了细胞外基质的产生,并与转移的进展有关〔30〕,其对于胚胎发育、伤口愈合、纤维化、癌症进展和转移至关重要〔31～33〕。 除了促进肿瘤发展阶段的转变,使原发性肿瘤转化为侵袭性恶性肿瘤,EMT与肿瘤的产生也有关,包括增加自我更新、肿瘤启动等功能。其中E-钙黏蛋白和波形蛋白分别是上皮细胞和间质细胞的代表标志。E-钙黏蛋白是一种相对分子质量为120 000的一类依赖钙的跨膜黏连糖蛋白,表达于上皮组织中,在上皮细胞的细胞黏附及相邻细胞的紧密连接中起了重要作用,E-钙黏蛋白的下调可使肿瘤发展过程中侵袭和转移性的增加〔34〕。E-钙黏蛋白的异常表达已被证明在多种人类恶性肿瘤的侵袭和转移中起重要作用〔35〕,如食管癌、胃癌、卵巢癌、乳腺癌等。柳志〔36〕研究也表明 E-钙黏蛋白在淋巴结转移和预后差的肝内胆管癌中低表达。波形蛋白是间充质细胞表达的中间丝蛋白,表达于发生EMT的上皮细胞中,调节参与细胞迁移的多种细胞类型〔37〕。研究表明,波形蛋白在癌症中的过度表达与肿瘤的加速生长、浸润和不良预后密切相关〔38〕。对EMT的研究表明,上皮来源的恶性肿瘤细胞利用其获得迁移和侵袭的能力〔39〕。EMT相关的信号途径有MAPK信号通路、转化生长因子(TGF)-β信号通路、Wnt/β-连环蛋白信号通路、核转录因子(NF)-κB信号通路、Notch信号通路、微小RNA途径,也有研究发现在结直肠癌细胞中,转录因子RGC32通过Smad/Smad蛋白(Sip)1信号通路发生EMT〔40〕。胰腺癌中胚胎蛋白(Nodal)可通过依赖Smad2/3信号通路诱导EMT发生〔41〕。

2.2EMT与EAC的关系 近年来,EAC的发病率呈迅速上升趋势,其在美国发病率甚至已经超过食管鳞癌〔42〕,引起了广泛的重视。即使积极采用外科手术、化学疗法和放射疗法在内的治疗措施,患者的预后也很差,复发和转移的发生率很高。长期酸暴露导致食管上皮细胞间质转化是诱发食管反流病的关键事件,越来越多的证据表明在反流性食管炎-BE-不典型增生-EAC的演变过程中,食管黏膜细胞EMT扮演着重要的作用。有研究〔43〕表明酸和胆盐可以直接诱导BE细胞减少上皮表达,增加间质表达,且酸性胆盐诱导的EMT是BE上皮细胞的一种独特性质,因为类似的条件不能诱导食管鳞状细胞发生EMT,酸性胆盐导致血管内皮生长因子(VEGF)-A的分泌和产生,VEGF-A激活VEGFR2信号,导致转录抑制因子锌指结合蛋白(ZEB)1和ZEB2的增加,从而降低钙黏蛋白的表达。通过EMT诱导上皮细胞转化为间质细胞,这一过程可能是BE肠化生的基础。另外,从BE到不典型增生到EAC过程中,其EMT标志物E-钙黏蛋白表达下降,波形蛋白增强〔44,45〕。另有研究表明这一过程中Smad4、α-平滑肌肌动蛋白(SMA)表达增多,TGF-β表达明显升高〔46,47〕,且呈递增趋势,表明TGF-β/Smad信号通路参与从食管炎到EAC的过程。TGF-β可能通过多种信号传导机制诱导EMT,包括转录因子如锌指转录因子(Snail)1的配体激活受体直接磷酸化或Smad通路〔48〕。Smads是TGF-β1受体直接作用底物,活化后的Smads可以激活或抑制其转录。Snail是含有锌指结构的DNA结合蛋白,几乎所有的EMT过程都与其相关〔49〕。Snail通过识别并与Smad竞争性结合E-钙黏蛋白的连接基序从而抑制其表达,同时增加间质细胞标志物的表达,诱导EMT的发生。除此以外,细胞EMT化同时还受多种影响因素的共同调控。

2.3EMT与肿瘤治疗 近年来,上皮-间质转化因其在抗肿瘤药物中的作用而受到越来越多关注。EMT通过多条信号通路传导来调控肿瘤的侵袭与转移,如果能针对该肿瘤涉及信号分子进行阻断,那么将会为肿瘤治疗开辟新天地。研究表明,特异性抑制Notch信号通路可以有效抑制宫颈癌细胞增殖及迁移能力〔50〕,为宫颈癌联合用药和靶向治疗提供了实验基础。有实验证实阿司匹林及吲哚美辛均可通过影响Wnt/β-连环蛋白信号通路而发挥抑瘤作用〔51〕。另外,EMT受多种生长因子调控,也可通过抑制生长因子从而抑制肿瘤中的EMT。不仅如此,EMT在肿瘤的抗耐药性中也有着十分重要的作用,逆转EMT,进而逆转肿瘤的耐药性。已有研究〔52〕发现EMT抑制剂能够增强药物的化学敏感性,如二甲双胍联合顺铂/放射治疗非小细胞肺癌,双硫仑联合吉西他滨治疗转移性胰腺癌。尽管这些药物被证明可以有效增强化学疗法的效力,但EMT抑制剂的安全性尚不清楚,故仍需更多的研究才能为临床效力。EMT是受多种信号通路网络调控的复杂过程,与众多影响因子的协同拮抗作用相关,阻断EMT过程发生的靶点,可以为更多EMT相关肿瘤的治疗提供基础。

3 p38MAPK与EMT在食管腺癌中的相关性

p38MAPK信号转导通路可被缺氧、炎性因子等多种胞外信号激活,参与细胞分化、凋亡、炎症反应等过程,研究发现p38MAPK信号通路和Ras、Raf胞外信号调节蛋白激酶(MEK)-ERK途径参与肿瘤EMT过程。事实上,各信号通路之间也存在交互作用,往往多条信号通路之间发生信号“串话”。在乳腺癌人乳腺癌细胞系(MCF)-7中,转染pcDNA-Snail载体后,p38MAPK表达水平明显升高,提示p38MAPK参与调节细胞EMT过程。在肺癌中,胱抑素(CST)A通过抑制ERK/MAPK途径阻止了TGF-β1诱导的EMT〔53〕。越来越多的研究表明p38MAPK和EMT之间有着非常密切的联系。也有学者发现在胆管癌细胞系胆管癌细胞系(ICBD)上脂多糖(LPS)能够激活Toll样受体(TLR)4信号转导通路,活化下游的p38MAPK信号通路表达上调,导致上皮细胞标志物E-钙黏蛋白的表达显著降低,而间皮细胞的标志物波形蛋白的表达显著升高,诱导EMT的发生〔54〕。在长期炎症刺激下可以促使细胞EMT化,有文献提示p38MAPK信号通路参与了食管上皮黏膜细胞炎症反应,这一结果暗示了p38MAPK可能在EAC的EMT发生过程中也发挥重要作用。在反流性食管炎、BE至EAC这一过程中,可能在酸和胆盐的刺激下激活了p38MAPK,p38MAPK活化后可上调TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8及基质金属蛋白酶(MMP)3、MMP9等,TNF-α通过上调NF-κB而诱导Snail 锌指蛋白活性,通过上调E盒结合锌指蛋白(ZEB1、ZEB2)的表达,促进EMT表达,但这一机制尚不明确,仍有待进一步的研究。

综上,p38MAPK及EMT是目前肿瘤研究的热点,p38MAPK是肿瘤发生发展的网络通路,上皮-间质转化是肿瘤转移机制中不可或缺的重要组成部分,大量研究表明两者在EAC的发生发展中有着重要作用,同时有研究表明p38MAPK可以激活EMT而促进肿瘤细胞增殖,如肺癌、胆管细胞癌等。p38MAPK、E-钙黏蛋白、波形蛋白在EAC中也存在着相关的表达,但目前国内外关于p38MAPK与EMT在EAC中共同作用的相关研究鲜有,只有充分认识p38MAPK、EMT在EAC中的作用机制,明确是否存在共同通路,进一步对其通路进行阻断,才能阻滞或逆转EMT的发生,并有望成为EAC转移早期诊断和防治的有效方法。