信号通路在胃癌转移中作用的研究进展

杨蛟洋，舒格格，李东宝，周 进

苏州大学附属第一医院 普外科胃肠外科，江苏 苏州 215129

远处转移是肿瘤最重要的特征之一,由肿瘤细胞及其所处的微环境共同决定。胃癌转移所涉及的信号通路复杂繁多,信号通路的激活或抑制与上皮细胞间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、胃癌细胞干性和肿瘤血管生成等息息相关。至今研究较多的胃癌转移相关通路有:TGFβ/Smad、PI3K/Akt、Wnt、MAPK/ERK、Hedgehog、Notch、Hippo、JAK/STAT。本文围绕以上8条信号通路影响胃癌转移的机制进行综述,可为胃癌的临床诊断和治疗提供参考。

1 信号通路与胃癌转移

1.1 TGFβ/Smad通路与胃癌转移

上皮细胞-间充质转化(epithelial-mesen-chgmal transition,EMT)成为近年来揭示肿瘤转移机制的重要的概念和理论之一。肿瘤细胞经历上皮向间充质转化,失去上皮表型,获得间质表型,基底膜断裂,为癌细胞转移提供条件。促进EMT的转录因子有Snail、Slug、Twist、SIP1、SIP2和ZEB1等,这些转录因子通过调控其靶基因如E-cadherin、细胞角蛋白、N-cadherin、vimentin、β-catenin、ZO-1、claudins等蛋白的表达,让肿瘤细胞与原发灶间黏附减弱,从而促进肿瘤细胞运动、侵袭和转移。而很多信号通路促进胃癌侵袭转移就是诱导EMT的发生。

EMT是一个复杂的过程,各种信号通路可以调节某些转录因子触发EMT,其中最常见的信号通路之一就是TGFβ/Smad信号通路。胃癌细胞合成并分泌转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGFβ),TGFβ结合TGFβRII,使后者丝/苏氨酸残基被TGFRII激酶反式磷酸化,从而TGFβRI构象激活,随后将Smad2和Smad3磷酸化,磷酸化的Smad2和Smad3与Smad4相互作用,产生与DNA和许多转录因子直接结合的三聚体,调节相关靶基因表达。已有研究结果表明激活TGFβ/Smad信号通路可促进上皮细胞-间充质转化,介导胃癌的侵袭与转移。同源盒蛋白A10(homeobox protein hox-A10,HOXA10)可促进TGFβ2转录,激活TGFβ/Smad2/Smad2/3信号轴,进而增强Smad2/3的核表达,形成TGFβ2/Smad/METTL3信号轴介导EMT促进胃癌转移[1]。癌相关成纤维细胞(cancer associated fibroblasts,CAFs)分泌的半乳糖凝集素-1(galectin-1,GAL-1,由LGALS1编码)通过TGFβ1/Smad通路和Smad相关蛋白诱导胃癌细胞EMT,促进其迁移和侵袭[2]。此外,SALL4作为一种锌指转录因子可直接激活TGFβ1启动子,进而激活TGFβ/Smad1信号通路,诱导EMT,促进胃癌转移[3]。非编码RNA也可以调节TGFβ通路。CircRNA OXCT1可通过依赖于TGFRβ/Smad4信号通路吸附miR-136,下调Smad4的表达,进而调节E-cadherin、N-cadherin和vimentin的表达,从而促进细胞的迁移、侵袭和裸鼠肺转移[4]。用胃癌来源的小细胞外囊泡miR-151a-3p处理小鼠发现库普弗细胞可吸收miR-151a-3p,反式活化TGFβ1,随后激活Smad2/3途径并增强GC细胞的干细胞样特性促进胃癌肝转移[5]。

1.2 PI3K/AKT通路与胃癌转移

磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/AKT通路通过对一系列下游底物的丝/苏氨酸磷酸化修饰介导胃癌转移,PI3K和AKT是该通路的关键调节因子。当PI3K/AKT通路被受体酪氨酸激酶或GPCR激活后,PI3K将PIP2磷酸化为PIP3,而PTEN作为PI3K通路的负调节因子可使PIP3去磷酸化为PIP2。当胞内PIP3累积时,可通过PDK1和mTORC介导的磷酸化作用结合并激活AKT从而调节靶蛋白的表达。PI3K通路的异常激活或者PTEN蛋白的异常表达均可导致胃癌的发生和转移。

并不是所有从原发灶脱落的肿瘤细胞都可以定植到转移灶发展成新的肿瘤。只有具有自我更新和分化潜能的肿瘤细胞,即肿瘤干细胞,才能够启动和维持肿瘤的生长,进而发展成转移结节。研究表明,PI3K通路与胃癌干细胞的形成息息相关。转录调节因子转导蛋白样1X连接受体1(transducin beta-like 1X-related protein 1,TBL1XR1)依赖于PI3K/AKT信号通路来激活ERK1/2/SOX2信号通路,形成PI3K/AKT/TBL1XR1/ERK1/2/SOX2轴促进胃癌细胞的干性、上皮-间充质转化以及肺和淋巴转移[6]。另外,激活的PI3K通路也可增加转移侵袭相关蛋白表达促进胃癌转移侵袭,如MMP9、MMP7等。PI3K/AKT/β-连环蛋白可上调残留样蛋白1(vestigial like family member 1,VGLL1)的转录,而后者与TEAD4结合的形成复合体可激活基质金属肽酶9(MMP9)的转录,进而促进胃癌细胞的远处转移[7]。基质金属肽酶7(MMP7)和胰岛素样生长因子1(insulin like growth factor 1,IGF1)作为性别决定区域Y框 12(SRY-box transcription factor 12,SOX12)的直接转录靶点,可被SOX12反式激活,而IGF1又可通过PI3K/AKT/CREB途径诱导SOX12表达,形成IGF1/CREB/SOX12反馈环,进而促进GC的增殖和转移侵袭[8]。有部分研究表明PI3K/AKT通路亦参与了上皮-间充质转化过程。胃癌组织中Bcl2相关基因4(BAG cochaperone 4,BAG4)增强了PI3K、AKT和P65的磷酸化,进而上调ZEB1转录,说明BAG4可通过激活PI3K/AKT/ZEB1轴诱导上皮-间充质转化,促进胃癌细胞的侵袭和转移[9]。胃癌中G蛋白偶联雌激素受体(G protein-coupled estrogen receptor 1,GPER1)可通过PI3K/AKT通路调控EMT相关蛋白和Snail、Slug、Twist1等转录因子的表达,以此来调控胃癌转移侵袭[10]。人类凋亡抑制蛋白家族新成员Livin通过激活AKT信号诱导SGC7901细胞发生EMT,从而促进胃癌细胞体外的迁移侵袭能力[11]。

PTEN基因作为该通路的负调控因子,其异常上下调也参与了胃癌发生发展。胃癌组织中的类生育酚转移蛋白(alpha tocopherol transfer protein like,TTPAL)通过烟酰胺-N-甲基转移酶激活PI3K/AKT通路,诱导GSK3β磷酸化,下调PTEN表达水平,进而促进胃癌的转移侵袭[12]。非编码RNA CircRAB31通过吸附miR-885-5p上调PTEN的转录,进而抑制PI3K/AKT信号转导,抑制胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭[13]。

1.3 Wnt通路与胃癌转移

Wnt信号通路调控胚胎发育过程中的器官发育和正常的成长稳态等过程,Wnt蛋白是重要的细胞外配体,β-连环蛋白(β-catenin)是典型Wnt途径的重要核效应因子。在胞外缺乏Wnt配体时,细胞质中的β-catenin由“破坏复合体”调节,经过磷酸化被泛素-蛋白酶体降解;当Wnt与其胞膜上的受体复合体结合后,胞质蛋白DVL被激活的受体招募到质膜上,促进受体复合体的多聚化并招募“破坏复合体”的组成部分,抑制β-catenin的降解,β-catenin积聚并迁移到细胞核调控基因转录表达。

研究表明,很多编码蛋白可直接调节Wnt经典通路影响胃癌进展。Zic家族成员1(Zic family member 1,Zic1)可破坏β-连环蛋白/转录因子4复合体,其在胃癌组织中的下调变向增强Wnt/β-catenin信号促进胃癌细胞迁移侵袭[14]。此外,蛇毒蛋白H家族成员1(SERPINH1)也可通过Wnt/β-catenin信号通路调控EMT和胃癌转移[15]。胃癌的发生发展还与胃癌干细胞样细胞的存在有关。临床结果表明,胃癌中较高的DOCK6表达与肿瘤大小、侵袭深度、淋巴结转移、血管侵袭和病理分期呈正相关,其异位表达通过激活Rac1促进胃癌干细胞特征[16]。除了编码蛋白,非编码RNA也可调控Wnt经典通路。Circ AXIN11虽为非编码RNA,但其编码的新蛋白AXIN1-295aa可与APC竞争性作用,导致 “破坏复合体”功能障碍,激活Wnt信号通路,促进胃癌的发生与转移进展[17]。LINC01133在GC中作为miR-106a-3p的竞争内源RNA,可通过海绵化miR-106a-3p阻断β-catenin蛋白的核积聚,进而抑制胃癌细胞的转移[18]。

1.4 MAPK/ERK通路与胃癌转移

丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/ERK信号通路可参与调节胃癌细胞增殖、凋亡、分化、迁移、侵袭,血管生成等过程。MAPK级联信号转导由3个不同层次的分子所组成,当胞外配体激活膜受体后,接头分子将鸟苷酸交换因子和受体连接,将信号传递到小GTP结合蛋白(Ras),后者便激活通路核心的级联反应,即MAPKKK(Raf)/MAPKK(MEK1/2)/MAPK(ERK)。活化的ERK二聚体再调节胞浆中的靶蛋白或是转移到细胞核,对一系列转录因子进行磷酸化进而调节基因表达。

MAPK信号通路可在多种肿瘤的转移过程中被检测到,包括胃癌,提示MAPK信号通路可通过不同的机制调节胃癌细胞的侵袭和转移。长链非编码RNA LINC02253在胃癌细胞中的表达显著增加,招募甲基转移酶3(methyltransferase 3,N6-adenosine-methyltransferase complex catalytic subunit,METTL3),增强KRT18的N6-甲基化修饰,进而激活MAPK/ERK信号通路正向调节胃癌细胞的生长、迁移和侵袭[19]。LncRNA LINC00152[20],lncRNA AK025387[21],lncRNA DUSP5P1[22]等也可通过增强MAPK/ERK信号通路促进胃癌细胞的迁移和侵袭。

MAPK/ERK通路作为一条重要的促癌途径,也可通过诱导EMT促进胃癌转移。在胃癌组织中上调的ELTD1可与CSK相互作用并抑制其表达,激活MAPK/ERK诱导EMT发挥促进肿瘤转移侵袭的作用[23]。纺锤体和着丝粒相关复合体亚基3(spindle and kinetochore associated complex subunit 3,SKA3)负性调控双重特异性磷酸酶2(dual specificity phosphatase 2,DUSP2),激活MAPK/ERK通路,促进胃癌的迁移侵袭、黏附和EMT[24]。

1.5 Hedgehog通路与胃癌转移

Hedgehog信号通路包括分泌型信号糖蛋白配体Hedgehog(HH)、跨膜蛋白受体Patch(patch,PTCH),以及与G蛋白偶联的磷酸化受体Smoothened(smoothened,frizzled class receptor,SMO) 组成复合体和胶质瘤相关癌基因同源物(GLI family zinc finger,GLI)等蛋白成分,在正常的生理情况下,通路处于静止状态,当通路被异常激活时便会引发肿瘤发生发展等病理过程。声波刺猬信号分子(sonic hedgehog signaling molecule,SHH),沙漠刺猬信号分子(desert hedgehog signaling molecule,DHH)和印度刺猬信号分子(indian hedgehog Signaling mole-cule,IHH)作为HH的3种配体可与PTCH胞外区受体结合,解除对SMO的抑制;GLI转录因子是HH途径的效应因子,并通过依赖SMO和非依赖SMO途径进行调节。依赖SMO的途径涉及共同的HH/PTCH/SMO轴,在这些水平上的突变或转录和表观遗传异常导致GLI转录因子的结构性激活。相反,非依赖SMO的途径包括通过外部信号通路及其相互作用的蛋白或通过表观遗传和转录调控GLI转录因子的表达来绕过SMO对GLI转录因子的调节。在胃癌组织中,Hedgehog-Pat/Smo-GLI信号通路可促进肿瘤淋巴结转移,且与肿瘤分化程度呈正相关[25]。HIF1α积累除了通过激活Hedgehog途径改变EMT外,还能促进细胞增殖、迁移和侵袭能力,后又发现白藜芦醇能显著降低HIF-1α蛋白水平,通过抑制Hedgehog途径对抗低氧诱导的胃癌侵袭和EMT[26]。此外,人端粒酶反转录酶(human telomerase reverse transcriptase,hTERT)可与GLI1启动子的Sp1位点结合进而上调胃癌组织中的GLI1表达水平,最终导致胃癌的转移侵袭[27]。

1.6 Notch通路与胃癌转移

Notch信号通路是一种第二信使非依赖途径,直接接受相邻细胞的信号并传导到细胞核,启动下游转录因子的表达,进而调节细胞分化、增殖、凋亡和黏附,在维持正常细胞和组织的功能方面起着关键作用。Notch信号通路由3部分组成:Notch受体、Notch配体和DNA结合序列。当配体与相邻两个细胞之间的Notch受体结合时,Notch信号通路被激活,诱导Notch受体的连续切割,导致信号接收细胞中Notch胞内域的释放,根据其核定位序列,进入细胞核与转录因子结合调节下游基因转录表达。Notch信号通路的异常激活也与许多恶性肿瘤的发病机制有关。胃癌中转录因子KLF16转录上调微原纤维相关蛋白5,激活Notch通路,介导EMT促进胃癌转移侵袭[28]。Notch1表达上调与胃癌淋巴结转移显著相关,雷公藤内酯醇通过泛素-蛋白酶体途径降解致癌蛋白Notch1,可有效地抑制胃癌的生长和淋巴转移[29]。

1.7 Hippo通路与胃癌复发转移

Hippo通路最早是在21世纪初被发现的,是抑制果蝇组织生长的关键信号途径,其主要参与胚胎发育、组织动态平衡、伤口愈合和再生、免疫和肿瘤发生等过程。Hippo通路是一种肿瘤抑制通路,其失活与各种癌的进展和转移有关。Yes1相关转录调节因子(Yes1 associated transcriptional regulator,YAP)是典型的Hippo通路的主要作用因子,在包括胃癌在内的多种癌中对肿瘤的起始、进展和转移有重要作用。当YAP由于泛素化修饰受阻碍无法降解或者因其他任何原因使YAP表达增高,都会使YAP的核浓缩增加,并使它们作为转录辅助激活因子的活性增加,进而导致Hippo通路失调,胃癌细胞增殖,转移和侵袭等恶性行为被促进,如泛素特异性肽酶49[30],泛素特异性蛋白酶22[31]均可使YAP积聚。GCSCs 中 SCD1 的下调与 Hippo 通路中的关键蛋白 YAP的表达有关,并且核YAP易位也被 SCD1 增加所促进,进而导致胃癌细胞迁移侵袭及干性[32]。甲基转移酶3 (methyltransferase 3,N6-adenosine-methyltransferase complex catalytic subunit,METL3)也参与了胃癌的增殖和转移,METTL3可通过甲基化修饰YAP促进胃癌细胞的增殖和迁移[33]。含有WD40重复序列的F-box和WD重复结构域5 (F-box and WD repeat domain containing 5,FBXW5)可导致LATS1/2泛素化,使Hippo通路失效,并使胃癌恶化,促进胃癌细胞转移侵袭[34]。总之,Hippo通路的激活导致了YAP的多个丝氨酸残基的磷酸化,磷酸化的YAP可以通过与14-3-3蛋白相互作用滞留在细胞质中,然后被泛素-蛋白酶体系统降解,而去磷酸化的YAP/TAZ可进入细胞核,促进介导增殖和迁移的基因的转录。

1.8 JAK/STAT通路与胃癌转移

JAK/STAT通路可快速将信号由膜传到核,通过激活STAT调节下游靶基因表达,参与调节肿瘤细胞增殖转移等过程。JAK家族由非受体酪氨酸蛋白激酶组成,有JAK1、JAK2、TYK2和JAK3 4种,当细胞因子等配体与其受体结合时,JAK酪氨酸激酶被激活并传递调节信号。信号转导和转录活化因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)家族包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和 STAT6等,而其中信号传感器和转录激活因子3 (STAT3)是STAT蛋白的关键成员,当其被磷酸化激活时发生STAT-STAT二聚化并移位到细胞核,调节转录。在多种肿瘤细胞中,由于STAT3的过度激活,可增强肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移能力,并抑制肿瘤细胞的凋亡,从而进一步增强了肿瘤的恶性生物学行为。信号转导适配器分子2(signal transducing adaptor molecule 2,STAM2)通过上调磷酸化JAK2和磷酸化STAT3,促进MMP2和MMP9的表达,从而促进胃癌细胞迁移和侵袭能力[35]。JAK/STAT信号通路异常激活可导致胃癌中STAT3的间接靶标microRNA miR193a表观遗传沉默,接头蛋白和转移调节因子YWHAZ表达上调,从而导致胃癌细胞迁移侵袭[36]。

2 问题与进展

胃癌远处转移是由各种信号通路综合作用的结果,各种信号通路的异常导致了胃癌向更为晚期的方向发生发展。虽然目前对胃癌转移的机制研究已初有成绩,但是关于如何治疗晚期胃癌患者以获得良好预后仍然是临床最大的难题。相信随着对胃癌发生发展的机制研究更加深入探索,晚期胃癌患者的治疗难题终将被克服。