多胺与幽门螺杆菌相关胃癌的研究进展

储琳琳 王娜 郝佳慧 孙虓 刘成霞

滨州医学院附属医院消化内科 滨州医学院附属医院消化病研究所，滨州 256600

胃癌作为一种具有高侵袭性和异质性的恶性肿瘤，仍然是全球性的健康问题［1］。胃癌有两种类型：⑴肠型通过“Correa Cascade”组织学步骤发展，从非萎缩性胃炎到萎缩性胃炎、肠化生和癌；⑵弥漫性胃癌［2-4］。多胺是微生物、植物和动物中普遍存在的分子［5-6］。在哺乳动物中，它们由许多不同的细胞产生，包括上皮细胞和免疫细胞，从胚胎发生到衰老过程中发挥着许多重要的生物学作用［7］。由于其阳离子性质，多胺可与大分子相互作用，可通过表观遗传和染色质结构修饰、翻译、细胞生长、增殖和分化促进基因调控［7-8］。研究表明，胃癌与细胞内多胺代谢异常密切相关。本文总结了多胺代谢在胃癌发生中的重要性。

多胺及多胺的代谢途径

1.多胺

大量多胺存在于动物体内，多胺的结构是链状，主要的官能团来自链上的氨基。精胺、亚精胺和腐胺，它们统称为多胺。腐胺、精胺和亚精胺参与多种已研究及尚未深入研究的生物过程，且腐胺、精胺、亚精胺三者之间可相互转化。多胺是一种生物体内大量存在的阳离子胺，在生物体内酸碱度适宜条件下，多胺能与DNA、RNA、蛋白质等带负电荷的生物大分子相互作用。多胺在细胞的生长、发育及分化中发挥着重要影响［9］。

2.多胺的合成

哺乳动物体内多胺的主要合成来源分别是通过食物摄入、肠道微生物合成和细胞生物合成。有3 种主要的多胺——腐胺、亚精胺和精胺。它们依次由氨基酸（L-精氨酸和L-甲硫氨酸）分解代谢合成［6，10］。首先，精氨酸酶（arginase，ARGI）是一种参与尿素循环的酶，催化精氨酸水解为L-鸟氨酸和尿素［11］。ARGI 存在两种亚型：胞质ARGI 1，其主要在肝脏中表达，在骨髓中表达程度较低；线粒体ARGI 2，其存在于多种外周哺乳动物组织中，包括胃肠道、肾和前列腺。虽然这两种亚型催化相同的生化反应，但它们在细胞表达、调节和定位方面不同［12］。第二，L-鸟氨酸被限速酶鸟氨酸脱羧酶（ornithine decarboxylase，ODC）转化为第一种多胺——腐胺。或者，腐胺也可通过精氨酸-胍丁胺-腐胺途径产生［13］。精氨酸通过精氨酸脱羧酶代谢为胍丁胺，然后通过胍丁胺酶将胍丁胺转化为腐胺。第三，腐胺分别通过亚精胺合酶和精胺合酶依次转化为亚精胺和精胺；两种反应都需要从脱羧的S-腺苷甲硫氨酸（denosylmethionine，dcSAM）提供氨丙基［7，10］，所述dcSAM 是通过腺苷甲硫氨酸合酶将甲硫氨酸转化为S-腺苷甲硫氨酸和通过限速酶S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶将SAM 转化为dcSAM 而合成的。dcSAM通常保持较低水平来限制多胺合成［7］。

细胞内多胺稳态也通过精胺向亚精胺和亚精胺向腐胺的逆转化来维持。这通过两种不同的途径发生。第一种途径涉及酶二胺乙酰转移酶1（diamine acetyltransferase 1，SAT 1）和过氧化物酶体N1-乙酰-精胺/亚精胺氧化酶（peroxisomal N1-acetyl-spermine/spermidine oxidase，PAOX）。SAT 1 催化乙酰基从乙酰辅酶A 转移到亚精胺或精胺的N1 位，然后PAOX 催化乙酰化多胺的裂解，导致亚精胺或腐胺、3-乙酰氨基丙醛和过氧化氢的生成［14-16］。多胺逆转化的第二种途径：精胺氧化酶（spermine oxidase，SMOX）将精胺直接裂解为亚精胺、3-氨基丙醛和过氧化氢［17］。SMOX 是组织中亚精胺的主要来源。有研究已经证明，小鼠中SMOX 基因的缺失会导致亚精胺含量降低和精胺积累［18］。

3.多胺与肿瘤的相关性

吴亚平和李英［19］研究发现，多胺水平升高与肿瘤发生有关，并且精胺在癌症患者体内浓度明显比正常人高。McNamara 等［8］发现，在多种癌症（皮肤癌、乳腺癌、结肠癌、肺癌和前列腺癌）中多胺浓度和ODC活性升高，考虑是由于生物合成增强导致的。多胺能影响肿瘤相关基因的表达；Gerner 和Meyskens［20］研究发现，此过程主要通过促进细胞生长增殖和抑制细胞凋亡来实现。Babbar和Gerner［21］研究发现，在多数前列腺癌和结肠癌患者中，多胺通过氧化产生过量的活性氧，引起正常组织细胞损伤及突变，严重者甚至会导致癌变，从而得出结论多胺在前列腺癌及结肠癌患者体内发挥着重要作用［22］。多胺体内浓度水平失调及ODC活性增加均可导致癌症发生［23］。Huang 等［24］研究发现，亚精胺/精胺N1-乙酰基转移酶mRNA 及酶蛋白在多胺细胞中的含量都明显增加。在转移性组织中多胺含量比在前列腺细胞中的增加更为明显。Rawat 等［25］基于以上实验研究结果，考虑在人体内缺乏雄激素的状态下，促进多胺细胞增殖可能是抑制前列腺癌进一步生长的一种机制。研究发现，精胺及亚精胺对前列腺癌的检测具有较高的选择性。一些与多胺结构具有高度相似性的多胺类似物，与细胞内天然多胺竞争性结合多胺转运通道，借助该通道进入细胞内，促进多胺的分解代谢和细胞内多胺损耗，从而减少细胞内天然多胺的含量［26］。

幽门螺杆菌感染与胃癌发生过程中的多胺代谢

1.ODC的表达

一些研究报道了幽门螺杆菌感染患者胃组织和巨噬细胞中ODC 蛋白和mRNA 表达的增加。Patchett 等［27］使用14C鸟氨酸生物测定法检查了32 例正常患者和22 例确诊胃癌患者的胃黏膜ODC 活性，并与47例上消化道恶性肿瘤风险增加的患者进行了比较，特别是胃部分切除患者或家族性腺瘤性息肉病患者；正常患者的ODC 活性水平明显低于胃切除或确诊胃癌的患者；重要的是，无论临床组如何，胃萎缩或肠上皮化生区域的ODC 活性都显著增加。此外，在一组慢性浅表性胃炎、慢性萎缩性胃炎、胃发育不良和胃癌患者中，Miao 等［28］通过免疫组化证实了ODC 蛋白表达与胃黏膜恶性程度之间的正相关，这表明ODC 是癌前病变的潜在生物标志物。

Chaturvedi等［29］证实了这些数据，他们进一步证明了幽门螺杆菌诱导的胃炎患者ODC mRNA 表达增加；免疫组化显示，这些感染患者的固有层单核细胞主要表达ODC。此外，Hardbower 等［30］使用免疫荧光显示，与未感染的个体相比，幽门螺杆菌感染患者的CD68+ODC+细胞数量显著增加。Elitsur等［31］观察到，幽门螺杆菌感染的6例儿童与未感染的12 例儿童的胃黏膜中ODC 活性没有显著变化，胃炎症与ODC水平之间也没有相关报道；6例幽门螺杆菌阳性儿童表现为胃炎，特别是3例慢性轻度胃炎和3例慢性活动性中度胃炎，但没有胃萎缩。ODC 活性测定和ODC 免疫组化分析均显示感染和未感染儿童的胃ODC 活性无差异［31］。与其他研究中评估的成年人相比，这些受感染儿童的年龄和缺乏胃萎缩可以解释研究之间的差异［29-30］。

为了研究ODC 诱导与幽门螺杆菌之间存在的关系，Konturek 等［32］对20 例萎缩性胃炎患者进行了为期7 d 的幽门螺杆菌根除治疗（奥美拉唑、阿莫西林和克拉霉素）和为期3 个月的维生素C 治疗；治疗后3 个月，在胃组织中观察到胃炎严重程度的降低以及ODC mRNA水平的降低。该研究组之前曾表明，在萎缩性胃炎和胃溃疡患者中，采用三联疗法根除幽门螺杆菌可降低胃黏膜ODC 活性，增加胃黏膜细胞凋亡［33］。

2.SMOX的催化

SMOX 是胃肠道多胺代谢中的一种重要酶，因为它能有效调节精胺浓度［18］。为了研究SMOX 表达与幽门螺杆菌相关胃癌风险之间的关系，Gobert 等［34］对哥伦比亚患者的活检和幽门螺杆菌临床分离物进行了评估，这些患者生活在安第斯山区，发生胃癌的风险较高，或者生活在太平洋沿岸地区，幽门螺杆菌感染患者的胃癌风险较低；胃活检的免疫染色显示，与低风险人群相比，高危地区幽门螺杆菌感染患者的上皮中SMOX 蛋白更丰富；这在幽门螺杆菌介导的疾病的所有阶段都观察到，即非萎缩性胃炎、萎缩性胃炎和肠化生。SMOX 水平从非萎缩性胃炎到萎缩性胃炎到肠化生逐渐增加［35］。临床幽门螺杆菌分离株表明，与低风险菌株相比，高风险菌株明显更易诱导SMOX mRNA 表达，从而确立了幽门螺杆菌在SMOX 诱导中的重要作用［37］。此外，Murray-Stewart 等［35］研究了高风险和低风险胃活检中肿瘤抑制基因miR-124 的表观遗传沉默及其与SMOX 水平的关系；用miR-124 转染的幽门螺杆菌感染的AGS 细胞维持了SMOX mRNA 的基础水平，而阴性对照和野生型AGS 细胞的SMOX mRNA 水平增加了6～8 倍；随后对哥伦比亚90 例患者的胃黏膜DNA 进行测序分析，发现与低风险人群相比，高风险人群中3 个miR-124 基因座的DNA 甲基化水平显著升高，这与免疫组化检测的SMOX 蛋白表达增加相关。此外，与感染低风险临床分离株的动物相比，感染哥伦比亚高风险地区PZ5056 株幽门螺杆菌的12 周蒙古沙鼠表现出更多的发育不良和局限于发育不良腺体的SMOX 染色［18］。与对照动物相比，研究组在感染幽门螺杆菌PMSS1 4 周的C57BL/6 小鼠的胃组织中没有观察到SMOX mRNA 表达显著增加，也没有观察到精胺浓度增加；SMOX 缺失小鼠中没有SMOX 表达，精胺浓度显著降低，表明基础SMOX 活性影响胃组织中的多胺浓度［36］。对感染幽门螺杆菌的RAW 264.7 巨噬细胞的体外试验显示，SMOX mRNA 表达和随后的精胺分解代谢显著增加［37-39］。这些数据表明，SMOX在幽门螺杆菌胃炎的GEC和巨噬细胞中被诱导。

3.幽门螺杆菌感染和胃癌期间人类多胺浓度

因为多胺支持增殖，所以认为它们的水平可能是肿瘤发生的标志。因此，Lundell和Rosengren［39］分析了接受全胃切除术或次全胃切除术患者的胃肿瘤组织；在所有16 例患者中，腐胺和亚精胺浓度与来自相同个体的正常胃黏膜相比显著增加；然而，两组精胺水平差异无统计学意义；对14 例患者的ODC 活性的后续分析显示，与正常胃黏膜相比，肿瘤组织中ODC活性增加，但差异无统计学意义。在一项研究幽门螺杆菌感染对多胺水平影响的临床试验中，Linsalata 等［40］通过高效液相色谱法评估了20例接受胃镜检查的幽门螺杆菌阳性和6 例幽门螺杆菌阴性患者的胃窦和身体活检中的多胺水平，与幽门螺杆菌阴性患者相比，阳性患者多胺水平更高［40］。

小 结

在过去的几十年里，多胺的研究取得了相当大的进展，阐明了多胺的细胞和分子功能。在幽门螺杆菌诱导的胃癌中，多胺对于癌发生和进展是关键的。由于多胺在癌症发展中的新兴含义，有越来越多的有前途的临床试验，使用药物通过靶向多胺代谢途径用于潜在的化学预防和抗癌治疗。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明储琳琳：起草文章，对文章的知识性内容作批评性审阅；王娜：起草文章，指导；郝佳慧：对文章的知识性内容作批评性审阅，支持性贡献；孙虓：起草文章，支持性贡献；刘成霞：对文章的知识性内容作批评性审阅，获取研究经费，行政、技术或材料支持，指导，支持性贡献