幽门螺杆菌CagA 与胃癌发生的相关分子机制研究进展

陈正威，董哲斌，邬恒淼，何奕成，项翰霆，陈桑桑，梁超

胃癌（GC）是全球范围内最常见的恶性肿瘤之一，是癌症相关死亡的第三大原因。2020 年全球胃癌新增病例突破百万，中国胃癌患者占比更是高达43.9%[1]。胃癌的发病机制始于慢性炎症，幽门螺杆菌（HP）已被证实能导致胃炎、消化性溃疡等多种胃部疾病，若未进行即时的治疗干预，HP 感染最终将导致胃癌发生[2]。鉴于HP 与胃癌的密切关系，目前其已被国际癌症研究组织归为Ⅰ类致癌物质[3]。截至2021 年，我国HP感染患者占比达总人口的44.2%（约5.89 亿人），并且呈现出明显的家庭内聚现象，这可能与我国传统的桌餐制饮食习惯密切相关[4]。细胞毒素相关蛋白A（CagA）是HP 分泌的细胞毒素之一，已被证明在胃癌发生中起着至关重要的作用[5]。本综述旨在介绍CagA与胃癌发生的相关性及CagA介导胃癌的分子机制，并探讨该领域的进展和前景。

1 CagA

CagA 是HP 分泌的毒力因子，是Cag 致病岛（cag PAI）编码的血清学标志物之一，是HP 发挥细菌毒力的主要方式[6]。其通过IV 型分泌系统（一类与细菌接合机制有关的分泌系统）末端的CagA 基因编码，并通过这种分泌系统利用宿主细胞表面分子，如整合素和磷脂酰丝氨酸，将CagA 以能量依赖的方式输送到宿主细胞内[7]。在细胞中，CagA 可以在其C 端重复的谷氨酸（Glu）-脯氨酸（Pro）-异亮氨酸（Ile）-酪氨酸（Tyr）-丙氨酸（Ala）组成的基序处被宿主Src/Abl 酪氨酸激酶磷酸化[8]，这一基序被称为EPIYA 基序。EPIYA 基序中显示出地理依赖性变异：东亚HP 分离株携带ABD 型，而西方分离株携带ABC 型。研究证明，CagA 蛋白EPIYA 基序的磷酸化与C 或D 位点的存在和数量密切相关，而与A或B 位点无关[9]。磷酸化激活后的CagA 在靶细胞中与多种宿主蛋白质相互作用，并持续性激活多种致癌信号通路的异常表达[10]。其通过抑制胃黏膜上皮细胞自噬、炎症反应、上皮间质型转化等多种病理反应，高度参与了胃癌的发生及进展。一项关于HP和胃癌的大型多中心临床研究表明，CagA 阳性HP感染者患胃贲门腺癌和胃非贲门腺癌的风险远远高出CagA 阴性感染者[11]。

2 CagA 介导的与胃癌相关的信号通路

2.1 PI3K/Akt 信号通路 PI3K/Akt 途径是一条与磷脂酰肌醇相关的细胞内经典信号通路，其不仅在癌症的发生发展过程中至关重要，而且该通路在细胞的正常功能中也发挥着重要作用，其中包括细胞的增殖、黏附、迁移、侵袭、代谢和存活功能[12]。在HP感染的患者体内，CagA 通过其CRPIA（即负责磷酸化非依赖性活性的保守重复序列）基序激活c-Met蛋白，该基序对于激活PI3K/Akt 信号通路和HP 感染中的多效性转录反应至关重要[13]。PI3K/Akt 信号通路通过mTOR（一种自噬调节器）参与自噬[14]。研究证实，CagA 通过PI3K/Akt 信号通路负性调节胃上皮细胞自噬，从而分别促进HP 感染后胃癌细胞的增殖和HP 相关的慢性胃上皮细胞炎症反应，且进一步诱导与促炎反应相关的NF-B 信号传导[15]，随着慢性胃炎的进展，胃上皮细胞将发生肠上皮化生，甚至出现轻度、中度或重度非典型增生，进而进展至胃癌。此外，Palrasu 等[16]的研究表明，CagA 通过激活PI3K/Akt 途径XIAP E3 泛素连接酶的磷酸化，从而增强宿主促凋亡因子Siva1 的泛素化和蛋白酶体降解。CagA 对Siva1 的抑制增加了胃黏膜细胞的DNA受损和细胞凋亡的抑制，这一机制被认为与胃肿瘤细胞形成相关。

2.2 ERK/MAPK 信号通路 细胞外调节蛋白激酶（ERK）是ERK/MAPK 信号通路的中心介质。ERK级联是调节多种细胞过程的关键信号通路，包括增殖、分化、凋亡和应激反应。ERK/MAPK 信号通路的激活对于癌症发生和发展过程中细胞生长和存活的调节密切相关，其在肿瘤细胞的存活和发育中起着至关重要的作用[17]。研究显示，在肿瘤发生和发展过程中，持续激活的MEK/ERK信号通路参与了胃上皮细胞上皮间质型转化过程和细胞的恶性转化[18]。磷酸化CagA 与蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2 的Src 同源2 结构域相互作用，从而刺激其磷酸酶活化[19]。活化的SHP-2 能够诱导ERK/MAPK 途径。研究证实，CagA 激活的ERK/MAPK 途径导致胃肿瘤抑制因子RUNX3表达下调，从而加速慢性胃炎到胃癌的进展[20]。与此同时，有研究表明HP感染可以通过CagA/ERK途径下调胃动蛋白1（GKN1）的表达[21]，GKN1 在胃上皮细胞炎症损伤期间发挥修复作用，由于GKN1下调，胃黏膜的完整性受到破坏，使得HP 感染后造成的胃黏膜炎症反应加重，增加胃癌发生的可能[22]。2.3 Wnt/ -catenin 信号通路-连环蛋白是典型Wnt/ -catenin 信号通路的关键因子，在细胞核中作为T 细胞/淋巴样增强转录因子的共激活因子。在Wnt 信号刺激不足的上皮细胞中-连环蛋白主要与E-连环蛋白相互作用形成黏附连接，胞质游离-连环蛋白与Axin/APC/GSK3复合物结合形成-连环蛋白降解复合体，接下来，丝氨酸/苏氨酸激酶GSK3 磷酸化-连环蛋白的n 端Ser33/37/Thr41 残基，并通过泛素-蛋白酶体系统将其靶向降解[23]。研究指出，CagA 与E-连环蛋白相互作用，破坏E-连环蛋白/-连环蛋白复合物的形成，从E-连环蛋白/-连环蛋白复合物中释放-连环蛋白进入细胞质，且CagA 还可以直接与GSK-3结合并消耗其活性，抑制胞质-连环蛋白的磷酸化和蛋白酶体降解[24]。研究证实，CagA 阳性的HP 诱导-连环蛋白在细胞胞质和细胞核中积累，进而激活Wnt信号通路，并增加其靶基因如c-myc 和cyclin D1 的转录活性。据报道，这种激活受蛋白激酶B 依赖的-连环蛋白在c端Ser552 和Ser675 位点的磷酸化调控。这种磷酸化增加了-连环蛋白在细胞核中的积累，并增强了辅助因子如TCF4 和14-33的招募，增加目标基因的转录活性[25]。Yong 等[26]的研究指出，CagA 阳性的HP 通过Wnt/-catenin 信号通路调节胃肿瘤干细胞（CSCs）特异性标志物标记物Nanog和Oct4，从而促进胃癌细胞中CSCs样特性的出现。此外，关于CagA通过Wnt/-catenin 通路介导的癌症干细胞样特性，CagA与化学致癌物MNNG刺激协同作用诱导胃黏膜上皮细胞的上皮间充质转化以及CSCs 样特性的产生，这一作用通过在CagA 诱导Wnt2 蛋白的高表达介导-连环蛋白水平增加的同时，MNNG 抑制E-钙粘蛋白，从而导致细胞质中大量游离的-连环蛋白聚集积累并最终进入细胞核，最终导致Wnt/-catenin 通路的过分激活，进一步诱导了胃黏膜上皮细胞CSCs 样特性的产生[27]。肿瘤干细胞的成瘤能力是普通肿瘤细胞的数百倍，胃肿瘤干细胞是促进胃癌发生及进展的关键[28]。

3 CagA 与胃癌相关的重要分子

3.1 SHP-2 磷酸酶SHP-2 是蛋白酪氨酸磷酸酶家族成员之一，在细胞生长增殖和凋亡过程中起着关键作用，在静息状态下，SHP-2 的N-SH2 和PTP 结构域可以形成抑制性的分子内相互作用，并使SHP-2处于封闭，无活性状态。与SH2 结构域结合的酪氨酸磷酸化上游激活剂诱导构象重排并破坏自身抑制功能，随后SHP-2 处于开放的活性构象中，可以去磷酸化其底物[29]。当CagA 通过IV 型分泌系统进入胃上皮细胞后，酪氨酸激酶蛋白首先结合并磷酸化EPIYA-A、EPIYA-B 基序，随后磷酸化的CagA 又促使EPIYA-C 或EPIYA-D 与SHP-2 蛋白结合形成活化后的SHP-2 结合复合物[30]。实验已证实，CagA 与SHP-2 结合复合物可以在严重胃部疾病患者的胃黏膜细胞中分离出[31]，当CagA-P-SHP-2 蛋白复合物形成时，SHP-2 的磷酸酶活性被激活，导致细胞粘附激酶（FAK）的去磷酸化和Rap1、B-Raf 和Erk 蛋白组成的信号通路的启动，这些信号通路引起细胞形态学变化，增强细胞动力，并干扰细胞内信号传导[32]。同时，CagA 还可以与另一种SH 结构域SHIP2 结合，其对EPIYA-C 片段有更强的亲和力，CagA 能与SHIP2 相互作用，并通过改变质膜上磷脂酰肌醇组成来增强幽门螺杆菌-寄主细胞之间的附着力，从而增加后续转运到寄主细胞中并与失调促癌磷酸酶SHP-2 结合的CagA 数量。CagA 的这些功能可能共同导致细胞功能失调，促进恶性转化相关的多种遗传变异的累积，导致胃上皮细胞异常增殖和迁移，最终诱导胃萎缩和胃癌[33]。

3.2 肌肉Z 线亚单位1 的帽状肌动蛋白（CAPZA1） CAPZA1 编码F-肌动帽状蛋白的亚单位，其通过与肌动蛋白丝的倒刺端结合来调节肌动蛋白聚合和细胞运动，从而参与上皮细胞的连接形成[34]。CAPZA1 通过结合细胞核中的LDL 受体相关蛋白（LRP1）胞内结构域（LRP1-ICD）阻止了LRP1-ICD与溶酶体相关膜蛋白1（LAMP1）近端启动子的结合，从而抑制LAMP1 的表达。在受HP 感染的胃上皮细胞中，CAPZA1 过度表达，自溶酶体形成受到抑制，使得CagA 得以逃避自噬降解[35]，这是CAPZA1过度表达的胃上皮细胞内CagA 能在细胞中积累的原因[36]。此外，另一项研究表明，在HP 感染的胃黏膜中，因为CAPZA1 过度表达导致胃上皮细胞中的自溶小体形成受到抑制，导致移位的CagA 积聚，从而诱导一种被称为CD44 变异体9（CD44v9）的mRNA 表达，具有CD44v9 的肿瘤干细胞样细胞已被证明是一种能促进癌症转移的癌症干细胞亚型，其有助于促进胃癌的发展、复发及耐药性产生[36]。

3.3 白细胞介素-8（IL-8） IL-8 可促进肿瘤细胞增殖、血管生成和癌细胞迁移，并激活肿瘤部位的巨噬细胞和免疫反应，进而诱导多种促肿瘤生长因子的表达[37]。在暴露于HP 的胃上皮细胞的全基因组分析中，IL-8 是上调最多的细胞因子[38]，CagA能够激活转录因子NF-B，并将其转移到细胞核中，从而上调IL-8 的转录[39]。CagA 通过诱导IL-8 因子高表达，从而促进胃黏膜上皮细胞炎症反应加重，在胃癌发生中起到关键作用[40]。Zeng 等[41]发现，CagA N 末端的303-456 残基可通过ERK/MAPK信号通路诱导AGS细胞分泌IL-8，且胞外CagA可能也具有诱导IL-8 产生的能力；CagA中末端EPIYA磷酸化基序通过激活NF-B 途径，可通过与转化生长因子激活酶1 相互作用，诱导胃上皮细胞中IL-8 基因转录[42]。

4 结论与展望

全球近半数新增胃癌患者出现在我国，胃癌较高的发病率和较差的预后，给我国社会带来沉重的负担。由于用于胃癌诊断和预后的现有生物标志物的低敏感性和非特异性，并且胃癌的诊断仅基于消化道内镜等侵入性检查，目前对胃癌早期的诊断十分困难，因此，对与胃癌发生发展相关的研究显得格外重要。作为第一个被人类发现的幽门螺杆菌致癌蛋白，CagA 已被证实与胃癌形成、预后以及肿瘤干细胞特异性表面标志物的表达密切相关，并成为当下研究的焦点。CagA 通过激活PI3K/Akt、ERK/MAPK、Wnt/-catenin 等多种信号通路高度参与胃上皮细胞的炎症反应、自噬、肠上皮化生等，并且在促进胃癌细胞耐药增强、增殖转移、肿瘤干性形成中发挥作用。除了与宿主细胞的信号通路相互作用外，CagA 与细胞内的其他蛋白之间的功能相互作用可以进一步调节其致癌作用，然而目前关于CagA 与胃癌相关的具体机制尚未明确，因此，进一步针对CagA致癌机制的探讨可以有效预防胃癌的发生，并对临床上胃癌的诊治提供有益的理论基础。

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