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第一篇 肿瘤基础篇
第一章 胃癌发生发展机制
胃癌是全世界最常见的恶性肿瘤之一,发病率居世界第四位,死亡率居世界第二位 [1],是继肺癌之后主要的肿瘤死因 [2,3]。关于肿瘤的分析资料显示,全球每年有989 600例胃癌新发病患者和738 000例胃癌死亡患者,发病率和死亡率分别占肿瘤患者的8%和10%,这些胃癌新发病患者和死亡患者70%以上在发展中国家 [4]。
作为发展中国家,我国胃癌患病率和死亡率均超过世界平均水平的两倍,平均每三分钟就有一名中国人死于胃癌。胃癌的发病率随着年龄增加而显著升高,令人担忧的是,近来的胃癌患者呈逐年年轻化趋势 [5]。早期的、准确的诊断和有效的治疗可以减少胃癌患者病死率、延长患者生存时间、提高患者生存质量。尽管目前有X线钡餐、内镜成像、CT、血清肿瘤标记物检测等多种诊断方法和手术、化疗、放疗、生物治疗等多种治疗方法,但是尚无特异性和敏感性均很高的胃癌诊断方法和非常有效的治疗方法,而胃癌发病机制的研究,可以为早期诊断、个体化治疗提供方法和依据,从而提高胃癌的早期诊断率,为患者赢得宝贵的治疗时间,提供合理的治疗方法。
胃癌的发生和发展是多病因、多步骤、多阶段、涉及多基因改变的进行性发展过程 [6-8],是由多种环境影响、多种肿瘤形成通路参与的疾病过程 [9]。胃癌的发生发展主要和以下因素有关。
一、性 别
性别是肿瘤研究中重要的因素,男性胃癌患者发病率是女性患者的2倍 [4]。胃癌分别是男性和女性的第一和第二大死因。Mousavi S M等研究了伊朗2003年到2008年间肿瘤的发病率和死亡率,结果显示:胃癌是男性最常见的肿瘤,预测将来会有更高的发生率 [10]。男性患者的发病率高于女性患者 [11,12],一方面可能由于雌激素的作用 [13],另一方面可能是女性的个人卫生保健意识比男性高,使女性胃癌患者的早期诊断率高。
二、遗传因素
环境因素是胃癌发生的主要原因,但遗传因素在胃癌形成中也起着一定作用。伊朗2002年胃癌发病率比过去的30多年增加了两倍,胃癌患者家族中的发病率较高 [14],伊朗北部和西北部胃癌发生率高 [15]。有趣的是,在加拿大住的伊朗居民除了乳腺癌外,胃癌发病率也明显增加 [16]。日本高发区的土著移居美国后,其发病率仍高于当地的白种人。我国北京、上海、西安、福州等9个城市752例胃癌病例对照研究结果表明,有家族史者胃癌的发病率高,而弥漫型胃癌与遗传因素关系密切。这些结果提示胃癌的发生与遗传因素密切相关。
三、环境因素
胃癌发生率最高的国家在亚洲、东欧和南美,发生率最低的国家在北美和亚洲大部分地区 [4]。亚洲国家如日本、韩国 [17]、伊朗和中国是胃癌高发区。我国胃癌高发区为:山东、辽宁、福建、甘肃、青海、宁夏、吉林、江苏、上海等地,尤其是祁连山内流河系的河西走廊、黄河上游、长江下游、闽江口、木兰溪下游及太行山南段等地。不同地域的胃癌发病率不同,很可能和种族(种族之间的危险因子需要进一步的研究 [18])、地质水质、生活方式、饮食习惯等因素有关。
1.地域
地质为火山岩、高泥炭、有深大断层的地区,环境中含多种致癌物质。火山岩中含较高的3,4-苯并芘,泥炭中含较高的有机氮等亚硝胺前体,都容易导致胃黏膜损伤。水中含较高的镍、硒和钴,硒和钴引起胃黏膜损害,镍促进3,4-苯并芘的致癌作用。硫酸尘雾、铅、石棉、除草剂等环境中的人群,患胃癌风险明显增高。
2.吸烟
吸烟和胃癌发生有很大的相关性 [19,20]。胃癌的发生趋势和吸烟趋势是相当相似的,如发展中国家吸烟者增加而发达国家吸烟者减少 [21]。吸烟者胃癌发病率是不吸烟者的2倍 [22]。烟草中约含60种化学致癌物,其中尼古丁和他的衍生物nitrosamines 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone(NNK)是最主要的致癌物质。尼古丁可能通过促有丝分裂成分调节肿瘤细胞增殖 [23]。同时,吸烟还能诱导环氧化酶2(cycloxygenase-2,COX-2)表达和活化,增加前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)和血栓素A2(thromboxane A2,TXA2)释放,导致前列腺素I2(prostaglandin I2,PGI2)和TXA2产物不平衡。TXA2调节多种生物学效应,如血小板激活、细胞收缩、血管发生,NNK通过影响TXA2促进肿瘤生长和转移;PGE2促进炎症进展,从而加速肿瘤形成。但是COX-2和PGE2在吸烟相关肿瘤中的具体作用机制还不清楚 [24]。
3.饮酒
酒精本身不是致癌物质,但是饮酒增加患胃癌的风险 [25-28]。由于酒精会刺激胃黏膜、使胃黏膜细胞发生改变、促进致癌物质的吸收、诱导活性氧产生,影响DNA损伤后的修复。Duell E.J.等对444例原发性胃癌患者进行前瞻性研究,以吸烟、贲门非贲门部位、组织亚型(弥散型和肠型)进行分层,在组织亚型中,再根据幽门螺杆菌(H.p)感染进一步分析。结果显示,大量饮酒和男性肠型非贲门胃癌风险呈正相关,啤酒和胃癌发生呈正相关,葡萄酒和饮料酒不呈正相关 [28]。Steevens J等对120 852例受试者进行了饮食和其他肿瘤风险的基础问卷调查,经过16.3年的随访,前瞻性研究结果显示,胃贲门腺癌、胃非贲门腺癌和饮酒无关 [20]。Tramacere I等研究显示,饮酒量和胃癌相关,每天10g饮酒和胃癌风险无关,但是每天50g饮酒和胃癌发生有关 [29]。胃癌和饮酒量相关可能是由于大量饮酒者营养不良、饮食不健康引起的 [30]。饮酒可以增加c-Fos和c-Jun的蛋白水平 [31,32]。c-Fos和c-Jun蛋白结合后,形成AP-1复合物,复合物和COX-2启动子结合后,上调COX-2转录表达,引起下游炎症因子PGE2的变化,从而调控胃癌血管的生成和侵袭 [33]。但是也有大量研究显示胃癌和饮酒无关 [20,34-39],饮酒和胃癌的关系见于大量的流行病学调查,但是目前还没有统一的结果。
4.生活状态
生活状态和胃癌的发生有很大的关系 [40],长期心理状态不佳:如压抑、忧愁、孤独、抑郁、憎恨、厌恶、自卑、自责、罪恶感、人际关系紧张、生闷气等,通过中枢神经系统降低机体对致癌物质的防御能力,使胃癌风险明显升高。
5.饮食习惯和胃癌的关系
饮食不规律,吃饭过快,食用高盐、过烫、亚硝酸盐含量高、霉变的食物等,都可能增加胃癌的风险。流行学研究显示,隔夜菜、腌制、烟熏食品与胃癌的发病率密切相关。高盐饮食增加胃癌风险 [41,42],主要由于高盐食品可以引起胃黏膜屏障损伤,导致胃黏膜上皮细胞对亚硝基化合物等致癌物的敏感性增加。不过胃癌和咸食的关系,在流行病学方面的研究结果是有差异的。Kim J等通过前瞻性队列研究,调查咸食对韩国成人胃癌发生率的影响,以韩国30岁至80岁之间的政府雇佣员工、学校教职员工及其家属为研究对象,1996年至1997年之间对受试者进行首次健康体检,经过6~7年的随访,2003年对2 248 129例受试者进行胃癌发病率分析,用Cox相对危险回归法模型对危害比(HR)及其95%CI进行评估,结果表明,高盐饮食和胃癌风险的相关性较低 [43]。腌晒、烟熏食品以及剩饭与胃癌发生呈显著正相关。腌晒食品含有高浓度的亚硝基化合物,其中的化学致癌物N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍(MNNG)和N-乙基-N-硝基-N-亚硝基胍(ENNG)可以诱导大鼠、小鼠和狗发生胃癌 [44]。肉类在熏制过程中可以产生多环芳烃等致癌物质 [45],烹饪食物中的硝酸盐在室温放置24小时后可转换成亚硝酸盐。这些物质都可以致癌,多环芳烃和亚硝基化合物为强致癌物。
大量摄入动物肉类和脂肪也是胃癌的危险因素,饱和脂肪酸、胆固醇和单不饱和脂肪酸与胃癌的发生发展相关 [46]。由于高脂肪食物可破坏胃黏膜屏障,增加其对致癌物的易感性。动物肉类富含胺,在胃内增加亚硝基化合物的合成,促进胃癌的发生。然而,动物肉类也被认为是预防胃癌发生的保护因素,因为动物肉类富含蛋白质,能提高胃黏膜损伤后的修复能力 [47]。因此,动物肉类对胃癌发生的影响有待进一步深入研究。
大多数国家胃癌发病率下降的原因主要是由于低盐饮食等生活方式的改变、冰箱的使用、新鲜水果蔬菜的食用 [48-50]。随着人们生活水平的提高、冰箱的普及,胃癌的发病率下降 [51]。伊朗的一项研究表明,他们把食物保存在冰箱中,大大减少了烟熏食物的食用,使胃癌的发病率明显下降 [52]。Demirer等 [53]通过病例对照研究,也发现长期使用冰箱是预防胃癌的保护因素。
同样,新鲜水果和蔬菜的食用,使含亚硝酸盐、亚硝基化合物、3,4-苯并芘和环芳烃食品摄入减少,含维生素A、B、E的食物摄入增加,减少了胃癌的发病率。Azeve do等 [47]报道,每人平均每天多食100g新鲜蔬菜,可使男性和女性胃癌的死亡率每年分别下降10/10万和5/10万,该数字约占葡萄牙胃癌死亡率的1/3。由于新鲜水果蔬菜富含的维生素A、C、E和β-胡萝卜素具有抗氧化、清除氧自由基的作用,抗坏血酸(维生素C)还可作用于亚硝酸盐,将其转化成无致癌作用的氧化亚氮,抗坏血酸自身被氧化成脱氢抗坏血酸,抗坏血酸通过这种亚硝酸盐的逆转方式来预防亚硝基化合物的形成 [54]。新鲜水果尤其是柑橘类和蔬菜(含抗氧化剂)和葱属如洋葱、大蒜、韭菜、大蒜茎和大葱等能减少胃癌发生的风险 [55,56],新鲜的鱼 [57,58]也是胃癌的预防因子。
流行病学和实验研究证明,豆制品对胃癌有保护作用,大豆中所含的异黄酮,尤其是染料木黄酮具有抗癌作用 [54]。也有报道称绿茶含有丰富的抗氧化剂,如茶多酚、维生素C和维生素E等,可预防胃癌 [59,60]。此结果与Kono S等 [61]的调查结果一致,但与Tsubono Y等的前瞻性队列研究结果不同。因此,有关绿茶对胃癌的保护效应尚不确定。
糖尿病是目前常见的疾病,糖尿病和高血糖被认为是多种肿瘤的风险因子,Ikeda F等对2603例≥40岁的日本受试者进行了前瞻性研究,根据HbA1c水平(≤4.9%,5.0%~5.9%,6.0%~6.9%,≥7.0%)将受试者分成4组,经过14年随访后发现:97例受试者发展成了胃癌,和5.0%~5.9%组(每年每1000人中有2.5人发展为胃癌)比较,6.0%~6.9%(每年每1000人中有5.1人发展为胃癌)组和大于等于7.0%(每年每1000人中有5.5人发展为胃癌)组发病率增加,≤4.9%组(每年每1000人中有3.6人发展为胃癌)发病率增加,但是没有统计学差异。既有HbA1c水平(≥6.0%)增高,又有H.p感染者胃癌发生的风险明显增高。因此高血糖是胃癌的风险因子,高血糖和H.p感染共同存在增加了胃癌的风险 [62]。Chen YL等对2000年至2005年间、年龄≥20岁、新诊断为糖尿病的台湾患者(n=19 625)进行了研究,同时设年龄、性别匹配的非糖尿病者为对照组(n=78 500),随访到2008年结果显示,诊断为糖尿病的前4年里,胃癌的发病率很低,但是以后的时间里,糖尿病组胃癌发病率比对照组高76%。糖尿病患者α-糖苷酶抑制剂和胃癌发病率降低有关。糖尿病和胃癌的风险随着时间的推移而波动,随着糖尿病时间的延长,胃癌发病的风险增加 [63]。但是关于胃癌发生和糖尿病关系也一直在争论中。
良好的饮食习惯,如三餐定时定量、进食速度减慢等与胃癌的发生呈负相关,提示良好的饮食习惯可降低患胃癌的危险性。冰箱使用率增高、饮食结构合理等也是降低胃癌发生的因素。总之,胃癌发病率下降的原因之一是预防胃癌的保护因素增强,降低了胃黏膜对致癌物的易感性,以及致胃癌危险因素减少综合作用的结果。
四、H.p感染
尽管吸烟、饮酒、生活环境、遗传因素在疾病的进展过程中有很重要的作用,H.p感染也是胃癌最常见的原因之一 [64,65]。H.p是最常见的人类感染,全球有50%的发病率,而发展中国家有90%。H.p是一种革兰染色阴性的螺旋状、S形或弧形弯曲的细菌,是一种专性微需氧菌,生长缓慢,需要3~5天才能生长。H.p的菌体蛋白质有尿素酶、磷脂酶A2、黏蛋白酶以及与其毒力密切相关的细胞毒素相关基因(cytotoxin associated gene,CagA)蛋白、空泡毒素(vacuolating cytotoxin,VacA)蛋白、脂多糖、黏蛋白、氧化酶、碱性磷酸酶、DNA酶、蛋白酶和脂肪酶等。脂多糖含脂质A,刺激巨噬细胞释放多种细胞激肽,具有细胞毒作用和炎症介质作用;黏蛋白酶分解黏蛋白多聚体,使胃液黏稠度下降,渗透选择性丧失,有利于H.p穿入胃黏膜发生定植,同时释放毒性产物,损害胃黏膜。自从1982年Warren和Marshall首先从人胃黏膜中培养出H.p以来,许多学者对其进行了深入研究,已经将其确定为慢性活动性胃炎和消化性溃疡的重要致病菌,认为是胃癌的癌前病变(萎缩性胃炎、肠上皮化生)的重要病因和促进因素,与胃腺癌及胃黏膜相关淋巴瘤(MALT)的发生发展密切相关 [66]。早在1994年WHO就将H.p列为Ⅰ类致癌原 [67-69]。从H.p感染到胃癌的发生过程大致为:H.p感染→单纯性胃炎→慢性萎缩性胃炎→肠上皮化生→不典型增生→胃癌。肠型胃癌几乎由H.p感染引起 [70]。H.p的根除可减少早期胃癌内镜切除后的复发 [71-73]。研究认为H pylori致病机制如下:
1.H.p毒力
H.p通过多种促炎因子,激活感染与癌变之间的信号通路,引起慢性胃炎并最终改变胃的生理环境,诱发胃癌,其作用基础可能是H.p毒素和多种细胞因子相互作用,通过体液及细胞免疫反应参与癌变过程。
H.p的主要毒力致病基因包括细胞毒素相关基因A(CagA)、空泡形成细胞毒素A(VacA)基因、上皮接触诱导蛋白(IceA)等位基因、血型抗原-黏附(BabA)基因和炎症外膜蛋白(OipA)基因。
其中,CagA与胃癌的关系最为密切。CagA蛋白由细胞毒素相关基因(CagA)编码,分为东方型和西方型。目前研究表明,CagA阳性H.p感染者比CagA阴性H.p感染者更容易患消化性溃疡、萎缩性胃炎和胃癌。在许多胃癌高发地区,几乎所有感染H.p的患者CagA均为阳性。与之形成鲜明对比的是,西方国家感染的H.p者只有60%患者CagA阳性。Held等 [74]通过病例对照研究发现,CagA阳性的H.p感染者患胃腺癌的危险是CagA阴性H.p感染者的7.4倍。Ohnishi等通过研究CagA转基因小鼠,发现CagA最终导致胃上皮细胞增生和胃癌形成,首先在动物活体内证实了CagA是潜在的癌基因 [75]。由于胃上皮细胞中含有丰富的多胺,H.p直接与宿主上皮细胞作用后,精胺氧化酶SMO(PAOh1)使多胺代谢成亚精胺,促进细胞凋亡和DNA损伤。Chaturvedi R等以CagA(+)和CagA(-)H.p感染的胃癌上皮细胞株为研究对象,检测精胺氧化酶SMO、凋亡和DNA损害水平,结果发现,CagA(+)菌株或者CagA异位表达会导致胃上皮细胞SMO水平、凋亡和DNA损伤增加,SMO敲除或者抑制后阻断细胞凋亡和DNA损伤。沙土鼠和小鼠中DNA损伤是CagA依赖性的,表达SMO的细胞也是CagA依赖性的,CagA的致病作用可能归因于SMO [76]。H.p上调人胃上皮细胞中SMO(PAOh1)mRNA的表达、启动子活性和酶活性,最终导致细胞凋亡和DNA损伤。CagA的其他作用机制包括影响细胞骨架重排,增加原癌基因c-Fos和PGE2表达 [77]。
VacA是与H.p致病有关的另一重要毒力因子,由VacA基因编码,引发多种细胞活性如细胞空泡形成、细胞膜通道形成、凋亡和免疫调节等。VacA存在于所有的H.p菌株中,仅50%~60%的菌株表达VacA蛋白。VacA通过影响B淋巴细胞抗原表达,从而抑制T淋巴细胞活化 [78]。Galmiche等发现VacA可直接损伤线粒体,诱导细胞凋亡 [79]。VacA也能使机体内的阴离子附着于细胞膜并进入细胞,形成独立的电压依赖通道,诱导细胞凋亡。VacA致病机制还包括修饰基因,损伤细胞周期相关基因及诱导炎症反应等 [80]。这些结果均提示VacA在胃癌发生发展过程中起重要作用。
OipA和H.p感染的胃黏膜炎症过程相关,OipA基因普遍表达于东亚地区各种H.p菌株中,而西方国家只有不超过50%的菌株表达OipA基因。OipA基因与十二指肠溃疡、胃癌有明显的相关性。
IceA的两种基因型IceA1和IceA2在分离菌株中的阳性表达率分别为68%和80%,约40%菌株呈双阳性表达 [81]。胃癌患者IceA1阳性菌株表达是胃炎的3.6倍,且IceA1与VacA s1同时表达 [82],使胃癌发病率增加了5.6倍 [83]。
2.基因的突变
活化了的原癌基因称为癌基因,早期胃癌患者H-ras第12位密码子突变率为50%,而正常对照组及浅表性胃炎组未发现H-ras基因突变。H.p感染后容易出现H-ras点突变,点突变后H-ras编码的p21蛋白表达增加,p21蛋白不断向细胞内传递信号,促使细胞持续增殖,最终导致癌变,且H.p感染者p21表达率高于H.p阴性的患者 [84]。p53在胃癌中有50%的突变率,H.p感染时,胃内产生的氧自由基、超氧化物、NO等可使p53基因突变或失活,NO使p53碱基C→T突变易位而失去抑癌作用 [85]。H.p还可诱导脱氨酶(activation-induced deaminase,AID)异常表达,但是根除H.p后AID表达降低,AID通过IκB激酶依赖的NF-κB激活和CagA介导途径,致使抑癌基因p53累积突变,导致胃癌发生。Perri等 [86]研究还发现,p16和APC突变体在H.p感染者胃黏膜细胞中过度表达。
3.和细胞增殖凋亡的关系
H.p感染与胃黏膜上皮细胞增殖、凋亡之间的动态平衡,使胃结构功能处于正常状态,二者失衡后,最终导致胃癌发生。H.p引发胃癌的过程中,存在细胞的过度增生,同时存在细胞的异常凋亡。研究表明,H.p感染可致胃黏膜上皮细胞增生活跃 [87]。H.p感染产生的炎性细胞因子与细胞相互作用,促进细胞增生。其中淋巴细胞释放的细胞因子,可引起肿瘤生长因子α(TGF-α)、表皮生长因子(EGF)等表达增加,亦可因胃黏膜微环境的改变导致胃炎及化生上皮细胞过表达TGF-α,促进细胞增殖。H.p感染使上皮细胞增殖大于正常水平1倍以上,但是根除H.p后增殖恢复到正常水平 [88]。Suzuki等 [89]对H.p诱导胃组织细胞增殖机制进行了研究,结果显示,H.p尤其是CagA阳性菌株,通过丝裂原激活蛋白激酶途径使Cyclin-D1激活,最终导致增殖增加。H.p直接结合c-met受体并激活基质金属蛋白酶(MMP),可加重细胞的损伤;同时,H.p可刺激胃黏膜上皮细胞分泌巨噬细胞游走抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF),MIF与CD74结合,启动下游信号途径并下调p53、上调Bcl-2,促进胃黏膜上皮细胞增殖、抑制凋亡 [90]。H.p还可以通过死亡受体途径(FasL)和线粒体途径激活Caspase-3诱导细胞凋亡 [91]。郭艳等 [92]用尿素酶法、Warthin Starry染色法检测了60例胃癌及癌旁组织的H.p,用免疫组化检测胃癌及癌旁组织Caspase-3的表达。结果H.p阳性的胃癌组织中Caspase-3表达量明显低于H.p阴性者,提示H.p感染下调胃癌组织Caspase-3的表达,从而抑制肿瘤细胞凋亡。H.p还可通过上调COX-2及抑制HSP70,使胃黏膜上皮细胞的增殖增加、凋亡抑制,最终导致胃癌发生 [93]。
H.p通过脂多糖(lipopolysaccha-rides,LPS)和特异性跨膜受体(TLR4)结合,激活NF-κB通路,通过凋亡途径调节细胞周期,诱导细胞修复基因的表达,促进NO合酶和多种黏附因子产生 [94]。H.p还可以直接与宿主上皮细胞相互作用,通过激活NF-κB的分泌来诱导上皮细胞增殖、分化、促使慢性炎症形成,从而诱导癌变及侵袭 [95]。
H.p感染可通过激活端粒酶诱发胃癌,H.p在胃黏膜恶变中起启动子作用。端粒(telomere)是真核生物染色体末端的一种特殊结构,作用是保持染色体的完整性。细胞分裂一次,由于DNA复制时的方向必须从5′方向到3′方向,DNA每次复制端粒就缩短一点,所以端粒的长度反映细胞复制史及复制潜能。当端粒缩短到一定程度时即引起细胞衰老。端粒除保证DNA完整复制外,在维持染色体结构稳定、染色体在细胞中的定位、引起细胞衰老等方面起着重要作用。端粒酶对端粒的保护作用是延长细胞寿命的一个特征,而细胞寿命的延长与肿瘤的发生密切相关。88%的胃癌细胞表达端粒酶活性。研究表明,H.p感染程度与端粒酶活性一致,端粒酶活性在晚期肿瘤明显增加。H.p可能通过hTR表达增加,导致端粒酶活性增加 [96],最终诱发癌变。
4.相关基因表达量的变化
H.p感染可影响胃黏膜上皮细胞蛋白表达和基因突变,如Bax、Ras、c-myc、c-met和Bcl-2等。H.p感染使Bax基因 [97]、c-myc基因激活 [98]、Ras基因编码的p21蛋白表达增加 [99],导致胃癌发生。胃癌和c-met基因密切相关,c-met基因编码肝细胞生长因子受体(HGFR),过表达的HGFR与基质细胞产生的肝细胞生长因子特异性结合,参与肿瘤的形成与进展。H.p感染者c-met原癌基因表达量较未感染者明显高,且随病情发展,c-met表达量随之增加。H.p感染后,CagA可直接和胃黏膜上皮细胞中的c-met结合,激活c-met [100],诱发胃癌 [101]。H.p感染后原癌基因Bax、c-met、Bcl-2等活化或过表达,同时使p27和APC等抑癌基因失活。Shirin等 [102]研究显示,H.p阳性组p27Kip1蛋白表达较低,H.p阴性组p27Kip1蛋白表达水平较高,两者呈负相关关系,因此,p27Kip1蛋白表达下调可能是H.pylori诱发胃癌的机制之一。
5.H.p和环氧化酶-2表达的关系
环氧化酶(cyclooxygenase,COX)是一种膜结合蛋白,主要有COX-1和COX-2两种亚型。COX-2是一种诱导合成酶,正常组织中不表达或表达量很低。在H.p感染→单纯性胃炎→慢性萎缩性胃炎→肠上皮化生→不典型增生→胃癌的发展过程中,COX-2表达逐渐增加 [103]。动物水平研究显示,用H.p喂养小鼠后可见胃黏膜COX-2表达显著增加,而抗H.p治疗后,COX-2表达则明显降低 [104]。细胞水平显示,与H.p共孵育的胃癌细胞内,COX-2表达增多,H.p感染可诱导人胃癌细胞株MKN45高表达COX-2 [105],引起p38-MAPK信号蛋白磷酸化及其下游因子ATF-2的表达 [45]。H.p感染诱导COX-2高表达后,COX-2激活Bcl-2基因,使细胞处于持续增殖状态 [106]。Walduck AK等 [107]研究表明,H.p感染使385个基因的表达发生了改变,加入COX-2抑制剂NS389后,筛选出了与COX-2相关的160个基因,包括影响胃生理特征的基因(胃泌素,Galr1)、上皮屏障功能基因(Tjp1,Connexin45,Aqp5)、炎症相关基因(Icam1)、凋亡相关基因(Clu)和增生相关基因(Gdf3,Igf2)。H.p感染后胃泌素表达增加 [108],促使COX-2 mRNA的半衰期延长,使COX-2表达增加 [109]。相反,胃泌素释放肽(gastrin-releasing peptide,GRP)抑制剂可以降低胃癌组织COX-2的表达。COX-2在胃癌的发生发展过程中起着重要作用,但是H.p感染促进COX-2高表达的机制尚未阐明。一般认为,H.p感染可以诱发炎症反应,在细胞受到H.p菌体和各种炎症因素如:细胞因子、生长因子、癌基因及促肿瘤剂等刺激后,COX-2表达上调 [110],上调的COX-2通过多种机制促进胃癌的发生。
H.p与胃癌发生、发展密切相关,H.p感染后可能造成胃黏膜炎性反应、调节癌基因和抑癌基因的表达、诱导黏膜上皮增殖和异常凋亡,这些因素均可能直接损害胃黏膜引发胃癌,但H.p感染致癌的确切机制正在大范围的调查研究中。随着现代分子生物学技术的发展,有望从分子水平阐明H.p感染与胃癌的关系,为胃癌的预防和防治提供新的科学依据。
五、肿瘤细胞增殖凋亡、血管生成及EMT相关基因改变
正常生物的基因组内存在众多与肿瘤发生相关的基因,促进细胞分裂增殖的称为原癌基因,抑制细胞分裂增殖的称为抑癌基因。正常情况下,它们对调节细胞的分裂和分化起重要作用;但在异常情况下,如细胞受到病毒感染、多种致癌和促癌因素的长期作用等,导致多个原癌基因或抑癌基因蛋白表达量或蛋白结构发生改变,或者蛋白表达空间和时间发生紊乱,改变了的多种基因共同作用,使细胞增殖大于细胞凋亡坏死时,肿瘤就可能发生。
肿瘤细胞的生长凋亡就像种子和土壤的关系,肿瘤细胞生长在肿瘤微环境中,肿瘤微环境是一个复杂的系统,它由许多基质细胞组成,包括成纤维细胞、免疫细胞、炎性细胞、脂肪细胞、胶质细胞、平滑肌细胞以及血管内皮细胞等。肿瘤细胞的营养主要靠血管输送,肿瘤的血管形成主要是指从周围组织芽生出新的毛细血管。新生毛细血管生成的主要过程是肿瘤细胞分泌血管生成刺激因子,如血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子,激活内皮细胞并分泌蛋白酶,破坏基底膜,使内皮细胞收缩、趋化、迁移与增殖,形成血管芽,最终吻合成毛细血管网。当肿瘤的体积超过营养物质所能维持的大小时,肿瘤血管形成过程被激活,因此,肿瘤细胞在缺氧的环境下,使促血管形成蛋白如血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子产生增多,同时各种蛋白溶解酶的活性增加,降解基底膜以及细胞之间的连接,促使血管扩张和通透性的增加,内皮细胞不断迁移与增殖,最终形成血管腔样结构,新生血管经过进一步的发育成熟,形成能为肿瘤生长提供所需营养物质的毛细血管网,同时血管床给肿瘤细胞提供了进入血循环和形成远处转移的机会。
肿瘤转移主要机制之一是上皮间质转化(epithelial mesenchymal transition,EMT),EMT以上皮细胞极性的丧失及间质特性的获得为重要特征。正常上皮细胞发生EMT后,可发展成原位癌,原位癌继续发展,肿瘤细胞可通过EMT形成局部扩散,侵入淋巴管和血管发生转移。
肿瘤组织的增殖和凋亡失调、肿瘤细胞克隆性生长、肿瘤细胞侵袭和转移是恶性肿瘤最基本的生物学特性。肿瘤细胞的增殖凋亡、血管生成及EMT是肿瘤发生发展最主要的机制。这些过程涉及许多基因的改变。
1.增殖凋亡相关基因
(1)Ras:
Ras家族包括三个功能基因,即H-ras、K-ras和N-ras。H-ras定位于11p,K-ras定位于12p,N-ras定位于1p,它们编码分子量为21kD的蛋白质p21。p21蛋白分布于质膜内侧,具有鸟苷三磷酸(GTP)酶活性,在膜受体到腺苷环化酶信号转导过程中起重要作用 [111],p21 Ras如果持续处于和GTP结合的活化状态,则引起细胞的异常增殖,导致肿瘤发生。Ras导致肿瘤发生的主要方式为点突变,10%~15%的肿瘤中至少有一种Ras基因发生点突变,这些点突变降低了Ras蛋白将GTP水解为鸟苷二磷酸(GDP)的能力,从而使具有活性的Ras蛋白半衰期延长,不断促进细胞生长,最终导致细胞恶性转化。因此,Ras基因被认为是肿瘤发生的启动基因。通过检测p21蛋白的表达情况,可以了解细胞的异常增殖、分化状态。研究显示,p21阳性表达还与胃癌分化程度、浸润深度、临床分期及转移呈正相关,和预后呈负相关。胃癌中活化的Ras基因主要是H-ras和K-ras,其突变位点主要是第12、13、61密码子的点突变,其编码的p21蛋白在胃癌中高表达,p21蛋白可刺激细胞增殖和抑制细胞凋亡,从而促进胃癌的发生、发展 [112]。但是,Hunt等 [113]对863例慢性萎缩性胃炎患者K-ras基因的突变进行了研究,经过6年的随访后,并未发现K-ras基因阳性的慢性萎缩性胃炎患者更易出现癌前病变表现,说明K-ras基因突变在从胃炎到不典型增生过程中的作用不大。Schubbert S研究显示,Ras基因突变主要发生在胰腺癌(90%)、结肠癌(50%)和甲状腺癌(50%),但是很少发生在胃癌中 [114]。很多遗传学因素或者环境改变可能促进胃癌Ras基因活化而不是突变,如胃癌的生长因子受体、上皮生长因子受体等通过基因扩增过表达 [115]。近来研究表明,膜肌动连接蛋白Ezrin对Ras的活化是很重要的,它通过和N末端的膜相关黏附分子及C末端的骨架相互作用,重构细胞骨架 [116,117],Ezrin过表达对Ras的活化起重要作用,miR-204作为新的Ras基因活化因子,可能直接作用于ezrin [118]。另外,H.p感染也能通过EGFR激活Ras [119]。关于Ras和胃癌的关系正在不断地探索研究中。
(2)p53:
正常野生型p53基因位于人类染色体17p13.1,全长约20kb,由11个外显子和10个内含子组成。它是一种抑癌基因,编码p53蛋白,参与细胞周期的调节,抑制DNA合成和复制 [120],控制G0或G1期细胞进入S期,从而抑制细胞增殖,而突变型p53蛋白对DNA亲和力下降,抑制细胞能力减弱,失去了抗癌活性 [121]。用相同的突变方法检测结果显示,胃癌患者p53突变率波动在0~82%之间 [122,123]。Uchino等 [124]研究表明,p53基因突变在胃癌形成和发展中较常见。p53基因编码区的点突变和p53等位基因的缺失可导致p53基因突变,导致细胞生长失控而形成肿瘤。Goncalves等 [125]对80例早期胃癌患者进行研究表明,野生型p53基因阴性患者的生存时间比阳性患者短,进一步说明野生型p53基因编码的蛋白对胃癌细胞增殖具有抑制及促凋亡作用。
p53基因的多态性也和胃癌相关。基因多态性是指在一个生物群体中,同时存在两种或多种不连续的变异型或基因型或等位基因。多态性产生于基因水平上的变异,一般发生在基因序列中不编码蛋白的区域和没有重要调节功能的区域。p53基因的多态性常见于4号外显子的72位密码子,4号外显子附近区域编码接近中央疏水区的氨基,决定蛋白的构象与DNA特异性结合。p53基因的多态性由精氨酸或脯氨酸单个碱基对的改变组成,产生了三种基因型:纯合的精氨酸(Arg/Arg)、纯合的脯氨酸(Pro/Pro)、杂合子(Pro/Arg)。Shen等 [126]对324例中国胃癌患者和317例非癌症对照组受试者进行了p53CD72多态性分析,Logistic回归分析结果显示,与Pro纯合子个体相比,p53Arg等位基因(Pro/Arg和Pro/Arg)与胃癌有关,且饮酒能显著提高Arg等位基因个体患胃癌的风险,表明p53CD72多态性与胃癌的易感性有关。但也有相反的报道,Kim等 [127]报道,韩国人胃癌发病与p53基因CD72多态性无关,而与遗传易感性和环境因素有关。
多项研究发现p53蛋白同时能促进Ras基因的活化,进一步引起细胞转化和持续增殖。胃癌组织中Ras及p53蛋白共同阳性表达率较高,并存在显著相关性,即p53阳性组织大多同时伴有p21蛋白表达,在胃癌的发展过程中,两者具有协同作用。
(3)p16:
p16基因是一种抑癌基因,定位于9p21,全长8.5kb,包含2个内含子和3个外显子,启动子和外显子1、2含有多个甲基化的5’-CpG岛。自从1993年被发现以来,它一直是肿瘤分子生物研究的热点,参与正常细胞生长的负性调控 [128,129]。可抑制细胞周期蛋白依赖性激酶4-CDK4和细胞周期蛋白依赖性激酶6-CDK6的活性,从而抑制细胞增殖。p16对细胞周期的抑制作用主要体现在p16能与CyclinD竞争性结合CDK,抑制CDK4和CDK6激酶的活性、阻止细胞进入S期、抑制DNA的合成、影响PRb在肿瘤细胞周期调节中的作用。p16通过抑制CDK4、CDK6激酶的活力而使PRb不能磷酸化,未磷酸化的PRb增多可抑制细胞增殖,同时高磷酸化的PRb可诱导p16基因的表达,p166表达增加又可通过与CDK结合抑制其活力,最终使PRb的磷酸化程度减弱。Otterson GA等 [130]研究表明,p16基因表达产物抑制CDK4和CDK6,使Rb蛋白磷酸化减少,从而阻断cyclinD Rb等介导的转录因子E2F活化,抑制细胞增殖。
p16基因在多种肿瘤细胞株如神经胶质瘤、黑色素瘤、乳腺癌细胞株纯合缺失 [129]。在各种人类肿瘤中,p16缺失和突变率达75%,高于p53基因。CDKN2/p16基因突变或缺失后,p16蛋白表达减少或消失,对CyclinD-CDK4/6复合体的活性抑制降低,导致细胞周期调节失控,细胞生长加速,转化受阻,逐渐发展成胃癌。p16在胃癌组织中的缺失或突变主要集中于外显子2区域 [131]。胃癌组织中p16基因1、2外显子CpG岛的甲基化,使p16基因表达明显减少,但是p16基因突变和缺失率很低,表明异常甲基化也是胃癌发生的主要机制。异常甲基化主要出现在低分化胃癌,外显子2的超甲基化主要发生在胃癌的晚期 [132]。目前研究还显示,p16在胃癌的表达明显低于正常胃黏膜,p16表达与组织分化程度呈正相关,与浸润深度、淋巴结转移呈负相关 [133],p16阳性表达比阴性者预后好 [134]。
(4)PTEN:
PTEN基因定位于10q23.3,由9个外显子和8个内含子组成,全长200kb。PTEN基因是具有双特异性磷酸酶活性的抑癌基因,不仅参与细胞周期的调控,而且调节细胞的正常生长和发育,促进细胞凋亡。该基因的突变失活与人类多种恶性肿瘤的发生发展密切相关。Hino R等 [135]研究发现,无论是从mRNA水平还是从蛋白水平,癌组织中PTEN基因表达都很低,正常胃黏膜上皮PTEN蛋白100%阳性表达,胃癌组织PTEN蛋白66%阳性表达。PTEN能通过多种途径诱导细胞凋亡:①PTEN能增强Fas/FasL或者细胞色素C介导的凋亡,这些凋亡通路又能诱发Caspase-3的表达。②PTEN通过水解PIP3 3′位上磷酸基团,调节第二信使PIP3的水平,激活AKT,AKT磷酸化糖原合成酶3而使其失活,活化的GSK3磷酸化CyclinD 1使其降解,因此PTEN抑制了CyclinD 1的聚集,使细胞周期阻滞,从而诱导细胞凋亡。③PTEN抑制APK上游ERK RAS的活化以及Shc的磷酸化,负调节促细胞分裂素激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)细胞信号传导途径,抑制细胞的生长和分化、促进细胞凋亡 [136]。④PTEN被多种microRNAs调控表达,从而调控细胞的凋亡。microRNAs是一种非编码RNA,是重要的调控因子,PTEN能被多种miRNAs调控。microRNA-21(miR-21)在胃癌组织中高表达,和肿瘤的分化程度、局部浸润、淋巴结转移相关,miR-21的抑制使PTEN表达增加 [137]。MiRNA-214在胃癌细胞株BGC823、MKN45和SGC7901中过表达,PTEN是miRNA-214的靶基因,BGC823、MKN45和SGC7901细胞株中miRNA-214的下调使PTEN表达增加 [138]。⑤通过检测胃癌组织和胃癌细胞株PTEN和S380残基磷酸化PTEN(p-PTEN)的表达,发现胃癌组织中PTEN蛋白表达减少而p-PTEN蛋白表达增加,但是PTEN和p-PTEN表达和胃癌患者的临床病理特征没有任何关系,而且胃癌细胞株p-PTEN和PTEN的比例比良性细胞株高。表明PTEN和p-PTEN的异常表达可能是促进胃癌形成的早期事件,PTEN失活可能由于S380残基的磷酸化引起 [139]。
PTEN蛋白突变和异常表达发生在多种肿瘤中,除了和增殖凋亡相关外,和肿瘤的形成、分化、转移也密切相关 [140-143]。PTEN缺失或者突变可增强VEGF和MMPs的表达,促进肿瘤的血管生成及转移 [144-146]。
(5)Survivin:
Survivin是凋亡抑制蛋白家族中的新成员,该基因定位于染色体17q25,全长15kb,由4个外显子和3个内含子组成,分子量约16.5kD,由142个氨基酸组成。Survivin主要在胚胎组织及肿瘤组织中呈不同程度表达,具有抗凋亡活性和促细胞增殖作用 [147]。Survivin基因具有抗凋亡的结构特征:保守的N端BIR结构域,缺乏RING锌指的C端螺旋结构及两个剪接变构体。特异性干扰Survivin后细胞集中于G2/M相,而G0/G1相的细胞数量减少 [148]。Survivin可以直接和p21 waf、Caspase-3和Caspase-7连接,抑制他们的活性,阻断细胞凋亡过程 [149,150]。胃癌细胞株HGC-27中Survivin蛋白受miR-34a的负性调控,影响胃癌细胞株的增殖和侵袭 [151]。近来的研究发现,IFN-γ是IFN-γ-JAK/STAT通路中的重要分子,在胃癌细胞中,IFN-γ能下调Survivin蛋白表达,促进细胞凋亡 [152];IFN-γ同时上调STAT1蛋白的表达,STAT1又可上调Caspase-3和Caspase-7的表达,抑制细胞的凋亡Survivin和STAT1调控细胞的凋亡,但是它们的生物学作用相反。Survivin在胃癌中的作用尚需要进一步的研究证实 [153]。
(6)HER-2:
原癌基因HER-2/neu又称c-erbB 2基因,属于表皮生长因子受体表皮生长因子受体(EGFR)超家族,是一种磷酸化受体蛋白,定位于染色体17q21,编码分子量为185kD的跨膜蛋白,在正常情况下处于非激活状态。HER-2受体胞内区具有酪氨酸蛋白激酶PTK活性,自身也具有若干酪氨酸残基Tyr磷酸化位点,特异性生长因子与HER受体结合后可诱导二聚体化并激发受体的交叉磷酸化,磷酸化的受体可以把细胞外的生长信号迅速转导至核内,刺激与细胞分裂有关的基因表达,调控细胞的分裂、增殖和分化 [154,155]。基因突变可激活HER-2基因,HER-2的扩增将导致转录上调,蛋白合成增加,通过不同的信号传导通路,参与抑制肿瘤细胞凋亡,促进肿瘤细胞增殖,上调血管内皮生长因子VEGF,促进肿瘤新生血管生成,增加肿瘤细胞侵袭能力。HER-2蛋白过表达在细胞的分裂、增殖、转化、肿瘤的转移、侵袭中也发挥重要作用。HER-2基因扩增和(或)蛋白过表达提示肿瘤恶性程度高,转移能力强。
HER-2基因扩增及蛋白表达与患者性别、年龄无关,与胃癌细胞分化程度无显著相关性。HER-2阳性表达的胃癌组织局部侵袭性更大。它参与胃癌的淋巴转移过程,且随着肿瘤浸润、转移能力增强,HER-2基因阳性表达量也增强。总之,HER-2在胃癌向中晚期发展、向深部组织浸润、发生淋巴结转移的过程中起着非常重要的作用。
HER-2靶向抗体曲妥珠单抗(herceptin,赫赛汀)是重组DNA衍生的人源化单克隆抗体,它选择性作用于HER-2阳性表达的细胞,通过抑制HER-2蛋白表达而抑制肿瘤细胞增殖,目前herceptin已被列为HER-2阳性表达的乳腺癌患者治疗用药,在胃癌中作用因HER-2表达研究结果不一而没有被用于临床。Tanner等 [156]报道HER-2靶向抗体对HER-2扩增的胃癌和乳腺癌细胞N87和SKBP-3具有相同的抑制细胞生长作用。Rebischunge等 [157]证实,HER-2靶向抗体联合化疗对HER-2过度表达的转移性胃癌有效。
(7)Bmi 1:
Bmi 1是一种原癌基因,属多梳基因家族成员中的转录抑制因子,和c-myc共同作用,通过抑制下游INK4A调控细胞增殖、淋巴形成 [158,159]。肠上皮化生、异型增生和胃癌组织Bmi 1的表达量高于正常胃黏膜组织,胃癌组织Bmi 1表达量高于癌旁组织,提示Bmi 1与胃黏膜细胞的恶性转化相关,是和胃癌发生及肿瘤浸润密切相关的基因。张晓伟等 [160]通过RNAi技术抑制胃癌细胞株AGS中Bmi 1的表达,结果显示,Bmi 1及其相关蛋白的表达均明显下调,p16INK4a(p16INK4a是一种非常重要的抑癌蛋白,可通过抑制癌细胞分裂和诱导癌细胞死亡而减少肿瘤的发生)表达明显上调,细胞克隆形成减少,提示胃癌细胞株Bmi 1的表达下调可通过下调Akt/PKB活性、上调p16INK4a表达、促进肿瘤细胞凋亡,并降低胃癌细胞株AGS增殖能力实现。Bmi 1在胃癌细胞和组织过表达,是独立的预后因子,和胃癌的临床分期、淋巴结转移相关。胃癌组织中Mel-18减少,和Bmi 1的表达呈负相关。Bmi 1的下调伴随着AKT/PKB活性的降低和p16的上调,表明胃癌发生过程中,Bmi 1通过p16、AKT/PKB,和Mel-18调节肿瘤的进展 [161]。但是Bmi 1在胃癌中的确切机制仍不清楚。
2.血管生成相关基因
(1)VEGF:
促使肿瘤血管新生的因子很多,血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是最重要的因子,它位于人类染色体6p21.3,全长28kb,由7个内含子和8个外显子组成。VEGF成员有VEGF-A、B、C、D、E以及胎盘生长因子。VEGF具促内皮细胞增殖分化、增加微血管通透性、诱导血管生成等功能。VEGFR家族主要有VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3和Neuropilins,都属于酪氨酸蛋白激酶受体。VEGFR-1主要存在于单核细胞和内皮细胞,与VEGF-A、B以及PIGF结合,促进正常的血管生成和造血功能;VEGFR-2与VEGF-A、C、D结合,调节内皮细胞的增殖、分化以及微血管的通透性,它们是VEGF促血管生成的主要受体;VEGFR-3主要与VEGF-C、D结合,是淋巴内皮细胞中酪氨酸激酶特异性受体,动脉、静脉、毛细血管内皮细胞表达很少。VEGFR-3促进淋巴管的生成,也可以通过调节VEGFR-2信号通路维持脉管系统结构的完整性 [162]。Neuropilins是VEGF特异性的共同受体,与VEGFR相互作用,增强VEGF与VEGFR的亲和力。
VEGF的生物学功能主要有:促进血管生成,增加血管通透性,刺激内皮细胞增殖,使内皮细胞形状改变;刺激单核细胞及成骨细胞迁移,诱导蛋白水解酶、组织因子、基质胶原酶等在内皮细胞表达,改变细胞外基质,介导内皮细胞的迁移和浸润。VEGF在胃癌组织高表达,并与肿瘤的浸润深度、淋巴结转移、远处转移及临床分期呈正相关。胃癌患者血清VEGF-A明显增加 [163],具有特异性的促进血管内皮细胞有丝分裂的活性 [164],和胃癌的进展密切相关。VEGF-C参与淋巴管和血管的生成 [165,166],VEGF-C及其受体FLT-4在胃癌的发生发展过程中可能起一定的作用,两者高表达可能与胃癌淋巴结转移有关。
VEGF可被许多信号通路如磷酸化PKCbⅡ、磷酸化p38和磷酸化ERK1/2 [167,168]调控。PKCbⅡ和ERK1/2蛋白能被STC-1活化,阻断PKCbⅡ或ERK1/2可逆转STC-1诱导的VEGF表达,表明STC-1可通过活化PKCbⅡ或ERK1/2调控VEGF表达 [169]。同时VEGF能调控STC-1的表达,提示STC-1和VEGF之间可能存在相互正反馈调节作用 [170]。VEGF和肿瘤的血管生成及疾病状态密切相关 [171,172]。胃癌中IL-6通过Stat3信号通路诱导VEGF表达 [173],EGCG可抑制胃癌VEGF表达和Stat3活化 [174]。IL-6通过活化Stat3诱导VEGF表达和血管生成 [175]。胃癌Stat3活性的阻断和Stat3-DNA连接活性降低及VEGF mRNA表达减少相关 [173]。EGCG通过抑制Stat3活性抑制IL-6诱导的VEGF表达和血管生成,IL-6诱导的血管生成是VEGF依赖性的 [176]。一旦活化,Stat3转入核内,和特异的DNA启动子序列连接,诱导下游基因的表达 [177]。IL-6使Stat3入核增加、Stat3-DNA连接活性增加,用EGCG处理后,Stat3核异位及Stat3-DNA连接活性明显降低 [178]。EGCG抑制Stat3后,VEGF启动子的活性降低。以上这些数据提示,通过IL-6抑制Stat3活性、核转位和Stat3-DNA连接活性,EGCG下调VEGF表达。人胃癌细胞株SGC7901中的VEGF被干扰后,抑制Bcl-2和Survivin表达,诱导p53上调,促使其下游的p21活化,最终导致细胞凋亡 [179]。
自从哈佛大学医学院Folkman博士 [180]提出“肿瘤饿死”假说开始,抗血管药物受到越来越多的关注。贝伐单抗(bevacizumab)是世界上首个上市的重组抗人VEGF单克隆抗体,它通过阻断VEGF的分泌及VEGFR家族成员中的VEGFR-1和VEFGR2信号传递来阻止VEGF诱导的细胞增殖和转移,从而抗血管生成 [181,182]。索拉非尼(sorafenib)是多靶点酪氨酸激酶抑制剂,能抑制VEGFR、血小板衍生生长因子受体、B-Raf、Raf-1以及c-Kit,进而阻断血管生成 [183]。范得它尼(vandetanib,ZD6474)是一种合成的苯胺喹唑啉化合物,为小分子酪氨酸激酶抑制剂,可同时作用于肿瘤细胞表皮生长因子受体、VEGFR及RET酪氨酸激酶,下调肿瘤细胞的血管生成因子,抑制表皮生长因子对肿瘤血管内皮细胞的信号传导,达到抑制血管生成的目的 [184]。AMG-386是首个上市的重组Fc-肽融合蛋白类药物,可中和Tie2受体与促血管生成素1和2之间的相互作用,从而抑制血管生成。研究显示,AMG-386单药或联合化疗在抗实体肿瘤方面有一定的疗效,且不良反应较轻 [185]。AMG-386联合化疗治疗胃癌或胃食管连接部癌的Ⅱ期临床试验正在进行中 [186]。Alphastatin是人纤维蛋白原α链末端的24个氨基酸片段,能抑制人脐静脉内皮细胞成管过程 [187],但其具体作用机制还不清楚 [188]。综上所述,VEGF是很有前景的胃癌抑制基因。VEGF和其他血管生成因子,例如:bFGF、TGF-β、TNF-α等的表达还可以直接被NF-κB调节 [95]。
(2)CD105:
CD105是转化生长因子受体复合物的组成成分,是相对分子质量为180kD的新生血管细胞黏附分子,定位于血管内皮细胞,和活化的内皮细胞连接参与肿瘤的血管生成,可调节细胞对转化生长因子的反应,是比传统的CD31、CD34、vWF更敏感、更特异的微血管标记物 [95,189]。正常血管内皮细胞较少表达CD105,但其在肿瘤血管内皮细胞中表达明显增加 [190]。刘爱东等 [191]通过流式实验发现,胃癌组织CD105的表达量明显高于正常胃黏膜组织,与胃癌的浸润和淋巴结转移密切相关,与MMP-9呈正相关。动物体内实验结果显示,用CD105治疗肿瘤是有效的 [192,193]。
(3)SKY:
SKY基因是目前发现的唯一具有抑癌作用的蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinases,PTKs),是抑癌基因。DNA甲基化是指在机体正常细胞中进行的、在DNA甲基转移酶(DNA methyltrasferases,DNMTs)的作用下,基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5碳原子共价键结合一个甲基。Nakashima H等 [194]通过免疫组化方法,对250例胃癌患者SKY的表达进行了分析,结果发现,胃癌患者中SKY的阳性表达率为42.4%,SKY表达与T1期肿瘤、肿瘤的血管转移及淋巴转移密切相关。Carter WB等 [195]认为,SKY基因在胃癌表达失活的主要原因可能是SKY基因启动子甲基化,SKY与HER-2是一对功能相反的基因,SKY可以通过抑制HER-2收缩血管内皮细胞的作用而抑制肿瘤转移。SKY基因启动子甲基化水平与恶性肿瘤的病理分型、临床分期、侵袭性、淋巴结转移及预后关系尚待进一步深入研究。
3.EMT相关基因
EMT是上皮细胞失去上皮特性同时获得间质特性,并且具有运动能力的生物学过程,该过程与细胞分子水平的变化、形态学改变有关。EMT参与肿瘤转移,即肿瘤细胞失去上皮细胞特性及细胞极性,获得间质特性,降解基底膜,向癌旁组织运动侵袭。EMT伴随多个细胞分子标志物改变:上皮细胞标志物如E-cadherin表达下调;间叶表型标记物如波形蛋白N-cadherin表达上调;诱导EMT的细胞因子和转录因子如Snail、Slug、Twist、TGF-β等表达上调;对诱导EMT有辅助作用的MMP-2、MMP-9等表达上调。其中E-cadherin表达下调是EMT发生中最重要的分子事件。E-cadherin的调节通过一系列转录因子实现,这些转录因子可分为直接抑制因子和间接抑制因子,直接抑制转录因子有Snail、Kruppel-like factor 8(KLF8)等,它们直接作用于CDH-1基因的启动子而抑制E-cadherin的转录表达。间接抑制的转录因子有Twist、Goosec-oid E2.2和FoxC2等 [196]。
参与调节E-cadherin表达的因子和通路很多,炎症因子可通过介导SNU719胃癌细胞株Snail的上调表达来减少E-cadherin的表达 [197]。人胃癌组织E-cadherin表达下调,而NF-κB和Snail表达上调,用NF-κB的抑制剂PDTC处理SGC7901细胞株后,Snail呈时间依赖性减少,但是E-cadherin呈时间依赖性增加,结果提示,胃癌组织E-cadherin的减少可能通过NF-κB诱导Snail上调而实现 [198]。Snail是最初在果蝇体内发现的锌指转录抑制因子家族成员,它能够直接与CDH-1启动子区E-box 5-CACCTG-3结合,抑制E-cadherin mRNA表达,通过促进EMT而促进肿瘤的发生。脊椎动物Snail家族有三个成员,Snail (Snail 1),Slug(Snail 2)和Smuc(Snail 3),其中Snail(Snail1)诱导EMT的作用最强,正常上皮细胞Snail表达缺失,但肿瘤上皮细胞Snail高表达,且与肿瘤的发生发展呈正相关 [199]。Snail与CDH-1启动子的直接结合依赖于Sin3A去乙酰基转移酶(HDAC1HDAC2)和多硫蛋白2复合物的共同作用,其锌指DNA结合区域和氨基末端SNAG区是对CDH-1启动子起决定性作用的区域 [200],PAK、GSK3、SCP和LOXL2可以在翻译后对Snail进行调控,包括Snail的核外定植和降解,如GSK3磷酸化Snail第104和107位点上的丝氨酸,诱导其向核外迁移,Snail向核外迁移还与第132个和143个氨基酸密切相关 [201],进入细胞质后,Snail第96和100位点上的丝氨酸被磷酸化,导致胞质中的Snail被泛素化和降解 [202]。Snail可以通过磷酸化其他位点增加其活性,如PKA和CK21分别磷酸化第11和92位点上的丝氨酸,以及与Sin3A共抑制复合物的协同作用来抑制CDH-1基因表达 [203]。此外,PAK1可以磷酸化Snail氨基酸C末端序列,使其核内定植量明显增加 [204]。另外,LOXL2通过氧化Snail第98和137位点上的赖氨酸从而防止GSK3对其降解从而增加Snail的活性 [205]。研究显示,一种E3泛素连接酶FBXL14可诱导Snail泛素化和蛋白酶体降解 [206]。HGF/SF与Egr-1协同作用激活MAPK信号通路,增加Snail活性,从而抑制E-cadherin表达,最终促进EMT发生 [207],TGF-β诱导的Smad3蛋白在MDCK细胞的细胞核内与MRTF-A协同作用后增加Snail2蛋白表达,促进EMT [208]。Notch信号通路直接作用于Snail启动子增加其转录,并且在缺氧诱导下,HIF-1通过Notch途径激活LOXL2,从而避免Snail降解、促进EMT发生 [209]。NF-κB信号通路主要在转录水平和翻译后水平影响Snail的表达,NF-κB直接与Snail启动子作用,促使其mRNA表达上调 [210],NF-κB对Snail翻译后水平调节是通过抑制GSK3对Snail的磷酸化实现的,TNF-α通过磷酸化IKKa活化NF-κB,同时TNF-α激活Akt信号通路,直接上调Snail,诱导EMT发生 [211]。最近研究发现,LOXL2和LOXL3与Snail协同作用抑制E-cadherin mRNA的转录,这种作用主要是通过LOXL2/3与Snail中SNAG区域结合实现的 [205]。此外,CTGF(Connective tissue growth factor)可通过活化NF-κB信号通路下调E-cadherin的表达 [212]。Slug是Snail转录家族成员之一,是新发现的E-cadherin基因转录抑制因子,对164例胃癌患者组织E-cadherin和Slug蛋白进行免疫组化检测,结果发现E-cadherin和Slug蛋白的阳性表达率分别是43.9%和29.9%。E-cadherin减少而Slug蛋白表达增加的患者淋巴结转移、淋巴管侵袭和血管侵袭的程度更严重,预后更不好 [213]。
Twist是存在于果蝇、鼠、人等生物体内的一种碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loophelix,bHLH)转录因子 [214],是缺氧诱导因子1(HIF-1)的靶基因,能通过不同途径调节肿瘤细胞的凋亡,促进细胞的恶性转化,参与肿瘤细胞EMT过程并促进其侵袭和转移,在肿瘤的发生发展过程中发挥重要作用。Twist基因在肿瘤进展中能独立诱导一系列间充质标记物产生 [215]。Twist间接抑制E-cadherin,促进EMT,诱导肿瘤侵袭转移 [216]。Twist还可以直接促进Snail的表达,从而抑制E-cad的转录 [217]。缺氧也可以增强Twist活性,诱导EMT发生,该作用主要通过HIF直接作用于Twist,刺激其转录,促进肿瘤侵袭与转移 [216]。Twist基因在胃癌SGC7901细胞高表达,且与细胞的增殖能力相关,胃癌细胞株SGC7901 的Twist基因被沉默后,细胞生长减缓,形态发生明显改变,有较多细胞呈圆形,细胞异型性小。结果提示,Twist基因沉默后SGC7901细胞凋亡增加,增殖降低 [218]。Twist在调控胃癌方面发挥重要作用,但其发生机制尚未完全阐明,有待深入研究。
MMP-9编码基因位于染色体20q12-q13,全长4506bp,含13个外显子。组织发育、伤口愈合和肿瘤侵袭等都可诱导MMP-9表达,主要由巨噬细胞产生,也可以由中性粒细胞产生,编码92kD的明胶酶B,有效分解基底膜和细胞外基质,在基质降解和再塑中发挥重要作用,并可由此改变细胞微环境,参与肿瘤间质血管的发生。刘爱东等 [219]发现,胃癌组织的MMP-9表达明显高于正常胃黏膜,侵及浆膜和浆膜外者的MMP-9表达明显高于未侵及浆膜者,低分化组明显高于高中分化组,淋巴结转移组明显高于淋巴结未转移组。Guilford在1998年首先发现了E-cadherin基因突变和家族性胃癌之间的关系 [70],E-cadherin的突变是遗传型胃癌常见的原因,约占30%,在所有的突变类型中,无意突变、剪接突变和框移突变占77.9%,错义突变占22.1% [220]。新近研究发现,E-cadherin 14外显子上会发生2275G>T的截短突变 [221]。Simoes-Correia J等首次提出即使没有临床症状的胃癌患者,E-cadherin突变导致的不稳定足以表明遗传型胃癌已发病 [222]。胃癌EMT与侵袭转移是多因素共同作用的复杂过程,在某些上皮癌中,E-cadherin蛋白的低表达与N-cadherin的反常表达是一个主要的事件,且在增强癌细胞的侵袭和转移方面较E-cadherin低表达更为明显而直接,可能存在E-cadherin向N-cadherin的转化,即与EMT现象有关。未分化胃癌细胞株MKN45高表达Twist,细胞的迁移和侵袭能力强,Twist被抑制后,N-cadherin和纤维连接蛋白的表达降低,但是E-cadherin表达没有降低。相反,中分化的胃癌细胞株MKN28高表达Twist,N-cadherin和纤维连接蛋白的表达上调,E-cadherin表达下调。结果提示,Twist可能通过N-cadherin和纤维连接蛋白产物调节细胞的迁移和侵袭 [223]。但是Kamikihara T等检测146例胃切除术后胃癌患者N-cadherin和E-cadherin的共表达情况,结果N-cadherin阳性和阴性表达例数分别是31例和115例,不能显示N-cadherin和EMT的关系 [224]。N-cadherin和EMT、胃癌之间确切的关系正在不断地研究中。
最近发现microRNA对EMT有很强的调节作用,microRNA-10表达水平与乳腺癌的进展密切相关,而Twist可以促进microRNA-10b的转录 [225]。microRNA-200家族被认为是上皮细胞标记物和EMT的主要调节剂 [226],在E-cadherin缺失和N-cadherin高表达的侵袭性乳腺癌细胞系中缺失 [227],microRNA-200家族可靶向作用于ZEB1、ZEB2和SIP1,从而抑制EMT的发生 [228,229]。谢乐等 [230]发现ZEB1与microRNA-141及microRNA-200之间存在反馈环路。
EMT涉及的信号通路有TGF-β/Smad通路、Wnt/β-catenin通路、PI3K/AKT通路、Src通路及整合素通路等,各种细胞因子通过以上通路作用于靶基因,从而调控胃癌的发生、发展、侵袭和转移。
胃癌是全世界肿瘤的第二大死因,胃癌的发生发展和性别、年龄、环境因素、遗传、生活方式、基因改变等多种因素有关。积极预防、早期诊断和合理的个体化治疗是减少胃癌发病率和死亡率的主要途径和方法,这些途径和方法的实现需要以胃癌发病病因及机制为理论基础。近来肿瘤分子生物学研究发现了和胃癌形成相关的许多基因 [231],这些基因和H.p感染、宿主基因多态性、环境因素等的关系密切又错综复杂。从众多的机制中寻找能治疗胃癌的关键基因和通路,减少胃癌患者的发病率和病死率,是大家今后努力的方向。
(常建兰)