ATP4B 在胃癌发生发展中的作用及诊治研究进展

马秀雯，闫丹措，王学红

1 青海大学研究生院，西宁 810016；2 青海大学附属医院消化内科

胃癌是一种严重影响人类生命健康的消化系统恶性肿瘤，根据2020 年全球癌症统计报告，2020 年全球胃癌新发病例108.9万例，死亡病例76.9万例，分别位列所有癌症发病率和病死率的第五位和第四位［1］。胃癌的病死率与诊断时其所处的疾病阶段密切相关，早期患者手术治疗是有效的手段，但由于胃癌发病隐匿，很多患者发现时已失去手术机会，我国胃癌患者确诊后的5 年生存率为20%~60%［2］。因此，胃癌的早期诊断和早期治疗是降低胃癌病死率的关键。胃H+-K+-ATP酶亦称胃质子泵，是由α亚基和β两个亚基构成的异二聚体，α亚基和β亚基分别由人类染色体19q13 上的ATP4A 基因和13q34 上的ATP4B 基因编码，ATP4A 扮演管家基因角色，除了在胃中表达以外，还在肾上腺、胰腺、小脑等多种组织广泛表达，而ATP4B 具有组织和细胞特异性，主要在胃黏膜中表达［3］。研究报道，ATP4B 在胃癌组织和细胞中表达下调，且在胃黏膜恶变过程中呈逐渐下降趋势，胃黏膜中ATP4B 的表达减少是胃黏膜恶性转化的关键因素［4］。但关于ATP4B在胃癌发生发展过程中的具体机制目前尚不清楚。有学者发现，ATP4B 基因内区域发生DNA 过甲基化和组蛋白低乙酰化导致其在胃癌中表达下调［5］。胃癌中ATP4B 基因下调可促进肿瘤细胞的生长、增殖、侵袭及抑制细胞凋亡，且与胃癌患者的不良预后密切相关，恢复ATP4B 表达可通过改变细胞能量代谢和诱导细胞凋亡发挥抑癌作用［6］。ATP4B 可能是胃癌诊断和治疗的潜在关键靶点，胃癌和癌前病变患者血清中ATP4B 抗体升高，可作为评估胃黏膜萎缩不全的重要生物标志物［7］。胃癌中ATP4B过表达可增加化疗药物对胃癌细胞的敏感性从而增强抗瘤效应。现就ATP4B 在胃癌发生发展中的作用及诊治研究进展作一综述，为胃癌的发病机制提供新的方向。

1 ATP4B的结构和功能

胃H+-K+-ATP 酶位于壁细胞，可在组胺、胃泌素及乙酰胆碱等激素的刺激下，通过自身的磷酸化与去磷酸化的构象改变，利用ATP 水解产生的能量，将H+从壁细胞内输送至胃腔，并将K+从胃腔转运到壁细胞，完成H+/K+跨膜转运，维持胃酸的正常分泌［8］。H+-K+-ATP 酶由α 和β 两个亚基构成，α 亚基包含1 033~1 035个氨基酸，主要负责催化ATP 酶和H+/K+的跨膜运输，β 亚基由293 个氨基酸组成，有6或7个糖基化位点，主要功能是维持H+-K+-ATP酶活性并辅助α 亚基发挥泌酸作用［9］。ATP4A 和ATP4B的酸分泌对壁细胞的结构和功能至关重要，使用抑酸剂抑制H+-K+-ATP 酶可减少胃酸的产生，酸分泌减少会促进壁细胞变性，加剧胃黏膜萎缩［10］。ATP4A 和ATP4B 在调控细胞能量代谢、细胞凋亡、增殖及分化等肿瘤形成过程中发挥重要作用［6，11］。

2 ATP4B在胃癌中表达失调的机制

ATP4B 在胃癌中发挥抑癌基因作用，通过抑制细胞的生长、增殖和细胞分化，对肿瘤的发生起到负向调节作用，当其表达下调时，可引起细胞恶性转化，促进胃癌的发生。高通量测序技术主要用于识别人类特定疾病的潜在生物标志物，尤其在肿瘤中的应用更为广泛。近年来，多项研究通过高通量测序技术来筛选鉴定胃癌候选生物标志物及相关基因特征时发现，ATP4B 可以作为胃癌诊疗中具有前景的生物标志物。ATP4B 在正常组织和胃癌组织中具有明显的表达差异，相较于正常组织，ATP4B 蛋白及ATP4B mRNA 在胃癌中表达显著下降，可明显区分正常组织和胃黏膜组织，在胃癌诊断中起重要作用［12］。目前，ATP4B 在胃癌中表达下调的具体机制尚不清楚。有学者认为，ATP4B 通过表观遗传修饰参与了这一过程。表观遗传学是指基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达方式发生变化的一种遗传方式，其在转录和转录后水平上调节基因的表达，包括DNA 甲基化、组蛋白乙酰化、染色体重塑和非编码RNA 调控等［13］。既往研究表明，胃癌细胞中ATP4B mRNA 的表达下调与ATP4B 基因内区域的外显子1 发生过甲基化有关，并且ATP4B mRNA 的表达与DNA 甲基化水平呈明显负相关［14］。

在另一项研究也中得出相同结论，人类胃癌组织和细胞中ATP4B 表达下调伴随基因内区域DNA 高甲基化和组蛋白低乙酰化，而经DNA 甲基转移酶抑制剂5-脱氧胞苷（5-AZA）和组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古霉素A（TSA）处理的胃癌细胞中ATP4B 的表达恢复正常［5］，这一结果证实ATP4B 表达下调与表观遗传修饰密切相关。启动子区域高甲基化导致抑癌基因沉默是一个明确的表观遗传学标志，胃癌中ATP4B 基因内区域DNA 高甲基化和组蛋白低乙酰化修饰同时发生促使抑癌基因ATP4B 表达沉默［15］。因此，ATP4B 基因内区域的表观遗传改变有望成为未来开发胃癌诊断的重要生物标记物，对胃癌的早期诊断具有重要意义。

3 ATP4B在胃癌发生发展中的作用

3.1 ATP4B 通过调节能量代谢参与胃癌发生ATP4B 是壁细胞发挥正常泌酸功能的关键，壁细胞中含有丰富的线粒体，这些线粒体具有控制能量的产生、传递电子呼吸链、调节细胞信号转导和细胞凋亡的作用［16］。胃癌组织和细胞中ATP4B 表达降低与肿瘤低分化状态、淋巴结转移、TNM 分期及胃癌患者的不良预后相关，恢复ATP4B 的表达可显著抑制癌细胞的增殖、迁移和侵袭［11］。肿瘤细胞的快速增殖需大量的能量支持，这种情况下，癌细胞可改变代谢模式以补偿线粒体代谢功能紊乱对其产生的不利影响，满足肿瘤细胞快速生长及恶性增殖所需的物质和能量需求，此过程称为代谢重编程［17］。有氧糖酵解（Warburg 效应）是代谢重编程中的一种主要形式，Warburg 效应是在有氧的情况下向糖酵解转变的细胞代谢模式，癌细胞在有氧条件下进行高效糖酵解，这种效应与癌细胞的生长、侵袭、转移、耐药和不良预后密切相关［18］。Warburg 效应被认为是很多肿瘤恶性转化的核心，而这种代谢模式的转变与细胞中的代谢酶、线粒体蛋白及多种细胞因子水平相关。ATP4B 可降低细胞内线粒体膜电位、减少ATP 的生成并使细胞内活性氧（ROS）产生增加，导致肿瘤细胞呼吸链生物功能发生紊乱，进而影响癌细胞的能量代谢［6］。有研究者通过基因本体注释功能分析发现，ATP4B 调控的下游蛋白p53 主要富集在线粒体中，参与糖代谢、脂质代谢、氨基酸代谢、氧化还原反应等细胞能量代谢，胃癌中ATP4B 过表达可激活p53 并促进细胞色素C 氧化酶-2（SCO2）表达，通过激活p53/SCO2 通路影响细胞能量代谢而在胃癌中发挥作用［11］。p53 作为抑癌基因，主要通过维持细胞线粒体的完整性、调节氧化磷酸化、糖酵解等代谢过程参与肿瘤发生，肿瘤细胞中活化的p53 可下调葡萄糖转运蛋白（GLUT）从而降低细胞内葡萄糖通量，抑制糖酵解并促进氧化磷酸化［19］，进而逆转癌细胞的Warburg 效应。SCO2 位于线粒体内膜上，其功能主要是促进氧气与细胞色素C 的结合，驱动正常的细胞能量代谢。胃癌中p53 表达下调可诱导SCO2 表达缺失导致线粒体代谢从有氧代谢转变为无氧酵解。动物研究发现，ATP4A 基因敲除的小鼠胃黏膜发生萎缩、腺体增生、肠上皮化生及不典型增生等一系列癌前病变改变，其主要机制是ATP4A 基因表达下调后激活PI3K/Akt/mTOR 信号通路，从而上调其下游靶点因子缺氧诱导因子1α（HIF-1α），增加乳酸脱氢酶A （LDHA）的表达，启动Warburg 效应［20］。目前无相关研究证明ATP4B 与PI3K/Akt/mTOR 信号通路的关系，但ATP4A 和ATP4B 基因功能具有重叠效应，两者均与线粒体能量代谢密切相关，未来可进一步研究ATP4B 基因与此信号通路的关系，为ATP4B 在胃癌发生中的机制提供新的参考方向。

3.2 ATP4B 通过促进细胞凋亡参与胃癌发生 细胞凋亡是一种受严格调控的细胞自主的程序性死亡过程，是对外界有害刺激和损伤产生的正常生理反应，在胚胎生长、组织器官发育及内环境的稳定中起着重要的作用［21］。正常情况下，细胞增殖和凋亡处于一个动态平衡当中，而肿瘤的发生就是由于两者之间的平衡被打破，出现细胞增殖过度和细胞凋亡逃逸。细胞凋亡分为内源性和外源性两种途径，内源性凋亡通路受B淋巴细胞瘤-2（Bcl-2）基因家族调控［22］。Bcl-2 蛋白可降低细胞色素C 的释放进而抑制超氧阴离子的产生，对细胞凋亡起到负向调控作用［23］。有学者发现，降低胃癌细胞系中ATP4B 的表达，细胞凋亡率显著下降［11］。另有研究表明，上调胃癌细胞中ATP4B 表达通过增加凋亡蛋白Bax、Bid 生成，同时减少抗凋亡蛋白Bcl-2生成而诱导细胞凋亡发挥抗肿瘤作用［6］。

3.3 ATP4B 通过基因调控参与胃癌发生 基因调控是在DNA 水平、转录水平及翻译水平上通过调整基因的转录、翻译及翻译后修饰过程来控制基因的表达，以维持生物体的稳态和对外界环境的的适应能力，在肿瘤的发生过程中基因调控发挥关键作用［24］。ATP4B 可能受微小RNA（miRNA）的转录后调控机制参与胃癌的发生过程。miRNA 是一类由内源基因编码的长度约为22 个核苷酸的非编码单链RNA 分子，与靶标信使RMA（mRNA）的3'端非翻译区（3'-UTR）特异性结合，通过调节靶标mRNA 的翻译和降解来影响基因表达，从而对癌细胞产生促进或抑制作用［25］。已明确恢复胃癌细胞和组织中ATP4B 表达对胃癌发生具有抑制作用，但其上游调控机制并不清楚。在一项生信分析中，利用GEO 数据库构建了miRNA-mRNA-TF 调控网络来鉴定胃癌中差异表达的miRNA，发现miR-199a-3p、miR-125b-5p和miR-199a-5p 在胃癌组织中表达上调，而miR-125b-5p、miR-199a-5p是ATP4B 的上游调控因子［26］。胃癌组织中miR-199a-5p 表达上调与肿瘤直径、淋巴结转移和TNM 分期有关，并通过miR-199a-5p/E-cadherin 通路促进胃癌细胞的增殖、转移和侵袭［27］。另有研究发现，miR-125b-5p/STAT3 信号轴与胃癌化疗耐药的发生及胃癌进展有关，可能是寻找癌细胞耐药的潜在靶点［28］。miR-181a-5p 对ATP4B 具有负向调控作用，通过体内体外试验表明miR-181a-5p 作为ATP4B 的上游调控因子，可以促进胃癌细胞的增殖、细胞集落形成和细胞周期转变，并在体外和体内增强癌细胞的侵袭、转移和上皮细胞向间质细胞的转变［29］。以上证据表明miRNA 对ATP4B 的调控在胃癌的发生中具有重要的作用，但具体的调控机制及在胃癌发生中的生物学作用仍需进一步深入探究。

4 ATP4B在胃癌诊断和治疗中的作用

胃镜联合活组织学检查是目前胃癌诊断的金标准，但操作具有一定的复杂性、有创性，受患者自身身体条件的影响较大，患者可接受程度较低，相对而言，血清学检查更简便，患者更容易接受。萎缩性胃炎作为一种癌前病变，需要定期内镜随访。血清ATP4B 抗体与胃黏膜萎缩关系十分密切，相较于ATP4B 自身抗体阴性患者，ATP4B 抗体阳性者更容易出现胃黏膜萎缩和肠上皮化生改变［30］。因此，检测血清ATP4B 自身抗体水平有助于早期识别胃黏膜癌前病变，加强内镜随访有益于提高胃癌的早期检出率。表观遗传药物可以通过恢复胃癌细胞中ATP4B 的表达发挥良好的抗肿瘤作用。ATP4B 表达增加还可以增强化疗药物多西他赛的抗肿瘤效应。多西他赛是一类紫杉醇类化合物，通过抑制血管新生，减少细胞侵袭分子分泌，降低肿瘤标志物水平而在晚期胃癌患者中发挥良好的抗癌效果［31］。

综上所述，ATP4B 在胃癌中扮演抑癌基因角色参与胃癌的发生、发展过程。ATP4B 基因内区域发生甲基化和乙酰化修饰导致其在胃癌中表达下调，胃癌细胞中ATP4B 表达缺失后，线粒体能量代谢发生改变，导致癌细胞增殖活性、转移性和侵袭力增加从而促进肿瘤细胞的生长及恶性转化。ATP4B 还作为miRNA 的下游调控因子，受miRNA 转录后调控影响其表达，参与胃癌的发生。此外，ATP4B 在胃癌诊疗过程中发挥关键作用，ATP4B 表达下调与胃黏膜发育不良及恶性转化密切相关，可以作为评估胃萎缩不全的内镜检查前的一项重要标志物。胃癌中ATP4B 过表达可增加化疗药物对胃癌细胞的敏感性从而增强抗肿瘤效应。但目前，仍缺乏关于ATP4B 在胃癌发生中的具体机制及预测胃癌发生潜在价值的大样本临床研究。