谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶、幽門螺桿菌感染與胃癌關(guān)系的研究進(jìn)展

馬艷春(綜述),趙亞剛(審校)

(廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院消化內(nèi)科,廣州 510010)

谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶(GST)是一種多功能的Ⅱ相代謝酶家族,也是一個(gè)同源二聚體酶的超基因家族,普遍存在于各種生物體內(nèi)。在哺乳動(dòng)物各組織中均含有不同種類的GST,其含量和活性亦各不相同。GST可分為膜結(jié)合微粒體家族和胞質(zhì)家族2大類。哺乳動(dòng)物GST至少具有8類同工酶:α、δ、κ、π、θ、ω、μ和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合微粒體型。而在人GST家族中有5 種胞漿型同工酶 :同工酶 α、μ、θ、π、ζ。主要組織分布分別為“肝、腎、小腸”、“肝、心臟、肌肉” 、“紅細(xì)胞、胃腸道”、“胎盤 、肺” 、“肝、外周血” ?；蚍謩e位于 6p12、1p13.3、22q11.2、11q13、14q24.3;基因位點(diǎn)分別為谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶 A1(GSTA1)、A2、谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶 M 1～ 5(GSTM 1～5)、谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶 T1(GSTT1)、T2、谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶 P1(GSTP1)、谷胱甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶 Z(GSTZ)。由此可見,不同的基因表型是由編碼基因多態(tài)性決定的。本文就GST、幽門螺桿菌(helicobacter pylori,HP)感染與胃癌關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

1 GST-π

GST-π主要分布在胎盤、泌尿系統(tǒng)、消化系統(tǒng)上皮。π的基因包括人胎盤型GST(GST-π)和大鼠胎盤型GST(GST-P)。1979年Marnervik等首次從胎盤組織中分離出一種酶,并命名為谷胱甘肽s-轉(zhuǎn)移酶-π,又稱為胎盤型谷胱甘肽s-轉(zhuǎn)移酶。1991年Reinemer P.等[1]首先從豬肺中獲得GST-π的晶體結(jié)構(gòu)。隨后確定了人胎盤GST-π的晶體結(jié)構(gòu)[2]。GST-π是由2個(gè)多肽亞基折疊而成的一種酸性蛋白,相對(duì)分子質(zhì)量為8萬,每個(gè)亞基由209個(gè)氨基酸構(gòu)成,編碼基因位于第11號(hào)染色體上(11q13),包含7個(gè)外顯子和 6個(gè)內(nèi)含子,全長2.8 kb。與其他GST不同的是,GST-π至少有3個(gè)底物結(jié)合點(diǎn),即G位點(diǎn)、H位點(diǎn)和Luisa R.等[3]發(fā)現(xiàn)的第3個(gè)底物結(jié)合位點(diǎn),其氨基酸序列尚未確定。

GST-π的生物學(xué)特性:①催化GSH的巰基與各種親電分子(化學(xué)致癌物和烷化劑)和巰水性分子結(jié)合,產(chǎn)生一種硫醚連接的谷胱甘肽結(jié)合物,使其更具極性和更易溶于水,經(jīng)膽汁和尿液排出體外。②通過非酶結(jié)合的方式將機(jī)體內(nèi)各種潛在毒性化學(xué)物質(zhì)及致癌劑、親脂性化合物等從體內(nèi)排出,從而達(dá)到清除毒性物質(zhì)、致癌物質(zhì)及解毒和保護(hù)DNA遺傳物質(zhì)穩(wěn)定性的目的。③當(dāng)GST表達(dá)增強(qiáng)或活性增強(qiáng),GST通過抑制JNKI和ASKI來調(diào)節(jié)促細(xì)胞分裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路。該通路通過蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)的相互作用,參與細(xì)胞生存和死亡的信號(hào)傳導(dǎo),從而使JNKI和ASKI等誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的通路被抑制,細(xì)胞化療藥物潴留量明顯減少,產(chǎn)生耐藥性[4]。

2 HP感染與胃癌的關(guān)系

1982年澳大利亞學(xué)者Warren和Marshall從人胃黏膜中培養(yǎng)出HP,并斷定其與胃十二指腸疾病相關(guān)。20多年來,研究人員從流行病學(xué)、基礎(chǔ)到臨床方面對(duì)其進(jìn)行了大量的研究,并取得豐碩的成果。公認(rèn)HP是慢性胃炎、消化性潰瘍的重要致病因素,與胃黏膜相關(guān)性淋巴組織瘤(MALT)和胃腺癌的發(fā)生密切相關(guān)[5-6]。流行病學(xué)調(diào)查顯示,HP感染與胃癌的發(fā)生存在顯著相關(guān)。HP感染后,胃癌發(fā)生率增加4～9倍[7]。HP與胃癌的Meta分析結(jié)果顯示,HP與胃癌關(guān)系 OR值一般在 2～4之間[8]。

HP確切致病機(jī)制尚不明確,慢性胃炎→黏膜萎縮→腸上皮化生→異型增生→胃癌,是多因素共同作用的結(jié)果。腫瘤的發(fā)生是由于基因表達(dá)異常,細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成紊亂,從而導(dǎo)致細(xì)胞的生長、分化和調(diào)節(jié)失控。

3 HP感染與GST表達(dá)

在HP致癌機(jī)制的過程中,HP感染時(shí)胃黏膜上皮氧自由基明顯增多,而氧自由基又與細(xì)胞的生長、分化、增殖、轉(zhuǎn)化等密切相關(guān),故可推測氧自由基直接參與介導(dǎo)了HP所致的胃黏膜上皮細(xì)胞惡變的發(fā)生和發(fā)展。在腫瘤癌變之前,細(xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯變化,但細(xì)胞的功能和代謝酶卻出現(xiàn)異常。研究發(fā)現(xiàn),GST的保護(hù)作用表現(xiàn)為通過酶蛋白自身的氧化清除活性氧和自由基[9]。近年來,GST正在成為一種新型腫瘤標(biāo)志物,并且其與HP和胃癌的關(guān)系受到各國學(xué)者的關(guān)注和重視。

目前對(duì)HP與GST的關(guān)系研究尚少,慢性胃炎到胃癌的發(fā)生的不同階段以GST所代表的人體解毒系統(tǒng)與HP感染關(guān)系密切。HP感染影響胃黏膜GST的表達(dá),削弱其對(duì)胃黏膜損傷的保護(hù)作用,促進(jìn)胃內(nèi)致癌物質(zhì)的形成和致突變作用。但其在胃黏膜中的表達(dá)是上調(diào)、下調(diào)或不表達(dá),國內(nèi)外學(xué)者意見不一致,并且其具體的致病機(jī)制尚不明確。

有研究結(jié)果表明,HP感染拮抗GST的表達(dá)[10]。其機(jī)制可能是由于HP感染導(dǎo)致GST基因缺失或其中某種致病因素抑制GST的活性部位的激活有關(guān),從而削弱了GST的保護(hù)作用,有利于各種致毒物質(zhì)對(duì)胃黏膜屏障的破壞。Verhulst M.L.等[11]檢測GST在HP(-)無潰瘍性消化不良、HP(+)感染根治后、HP(+)3組胃黏膜標(biāo)本中的表達(dá)情況,提示GST在HP(+)組中的表達(dá)顯著低于其他2組。Kim H.S.等[12]通過對(duì)211例胃腺癌患者的胃癌組織和癌旁組織與113例正常人胃組織GST活性的研究發(fā)現(xiàn),HP感染在胃癌組織、癌旁組織、正常組織的發(fā)生率分別為45%、69%、44%;在HP感染組織中,GST表達(dá)較HP(-)組織明顯降低。表明GST活性降低可能由于HP感染有關(guān)。國內(nèi)學(xué)者高會(huì)斌等[10]的研究也得到同樣的結(jié)論。

然而有的學(xué)者發(fā)現(xiàn),HP陽性組在腸上皮化生→不典型增生→胃癌發(fā)生過程中,GST的表達(dá)呈由高到低的動(dòng)態(tài)變化,且明顯高于HP陰性組[9,13]。究其原因可能是因?yàn)槟c化黏膜分泌的酸性黏液易于HP的黏著,HP黏著時(shí)間越長,對(duì)胃黏膜的損害程度越嚴(yán)重。同時(shí)其產(chǎn)生的氧自由基會(huì)刺激GST的大量產(chǎn)生,從而清除這些氧自由基,保護(hù)胃黏膜的完整性。而GST在不同胃黏膜組織中由高到低的表達(dá),可以理解為GST的保護(hù)功能由部分喪失到完全喪失,無法抵抗HP的致毒作用所致。

GST的遺傳多態(tài)性使其在不同人群中的表達(dá)不一致。Izzotti A.等[14]在胃黏膜中誘導(dǎo)氧化DNA損傷。HP和宿主基因多態(tài)性的相互關(guān)系方面的研究中,通過培養(yǎng)和聚合酶鏈反應(yīng)檢測119例消化不良患者的胃黏膜組織發(fā)現(xiàn),HP攜帶者GSTM1在胃黏膜的表達(dá)沒有顯著升高。從而解釋了細(xì)菌和宿主基因多態(tài)性的相互作用可能使得胃癌只發(fā)生在HP感染的部分人群。

4 GST表達(dá)與胃癌的關(guān)系

HP啟動(dòng)自由基反應(yīng)鏈,產(chǎn)生大量活性氧物質(zhì),進(jìn)一步加重胃黏膜屏障的破壞,引起細(xì)胞膜及胞內(nèi)大分子物質(zhì)的過氧化損傷。同時(shí)HP激活胃上皮細(xì)胞及固有膜炎癥細(xì)胞,導(dǎo)致炎癥介質(zhì)釋放,使細(xì)胞增殖動(dòng)力加速,遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性降低。因此,氧化應(yīng)激和DNA破壞是胃癌發(fā)病中的重要機(jī)制。GST作為自身保護(hù)酶,能減少氧化應(yīng)激,清除氧自由基,穩(wěn)定遺傳物質(zhì)。其在生物體內(nèi)的正常表達(dá)是胃癌發(fā)生的保護(hù)因子。Ruzzo A.等[15]通過對(duì)126例HP(-)轉(zhuǎn)移胃癌患者和144例來自意大利胃癌高發(fā)區(qū)Marche市HP(-)對(duì)照樣本的研究發(fā)現(xiàn),GSTP1、GST T1可能與降低轉(zhuǎn)移型胃癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

由于GST酶和基因家族的多態(tài)性,其在胃癌發(fā)生、發(fā)展中的致病機(jī)制尚不明確。印度學(xué)者Tripathi S.等[16]收集76例胃腫瘤、67例非潰瘍性消化不良、44例消化性潰瘍和100例健康對(duì)照組資料,對(duì)其GST T1、GSTM1、GSTP1作為致癌-解毒酶的基因分型在胃腫瘤中的作用進(jìn)行研究,GST T1、GSTM1采用聚合酶鏈反應(yīng)(PCR),GSTP1采用限制性酶切片段長度多態(tài)性(PCR-RFLP)技術(shù),結(jié)果發(fā)現(xiàn),GST T1*0基因型在胃腫瘤患者[30/76(40%)]的比例比消化性潰瘍[5/44(11%);P＜0.01,OR 5,95%CI=1/4]和健康對(duì)照組[23/100(23%);P＜0.05,OR 2,95%CI=1/4)]要高。Saadat M.[17]運(yùn)用Meta分析再次證實(shí)了GSTM1*0和GSTT1*0表達(dá)上調(diào)是胃癌的危險(xiǎn)因子。

在胃癌的發(fā)生機(jī)制中,腫瘤相關(guān)基因啟動(dòng)區(qū)的異常甲基化與胃癌關(guān)系密切[18]。GSTP1啟動(dòng)區(qū)CpG島的超甲基化是GST基因失活的重要因素,從而使GST的解毒功能減弱,促使胃癌的發(fā)生和發(fā)展。Hong S.H.等[19]通過分析細(xì)胞修復(fù)基因(GSTP1)的甲基化水平及胃癌特異甲基化DNA片段(MINI 25)發(fā)現(xiàn),在胃癌組(n=100)GSTP1超甲基化水平相對(duì)與健康對(duì)照組(n=238)顯著升高(P＜0.01),Kim H.C.等[20]在對(duì)早期胃癌GSTP1啟動(dòng)區(qū)甲基化的研究中也發(fā)現(xiàn)存在超甲基化現(xiàn)象。

GST過度表達(dá)與多藥耐藥(MDR)機(jī)制有關(guān)。多藥耐藥是指腫瘤細(xì)胞對(duì)某一種化療藥物產(chǎn)生耐藥性后,對(duì)其他化學(xué)結(jié)構(gòu)及機(jī)制不同的化療藥物也產(chǎn)生交叉耐藥性[21]?；熤委熢谖赴┑木C合治療中占重要地位,多藥耐藥嚴(yán)重影響腫瘤患者的化療效果和生存質(zhì)量,而且導(dǎo)致化療失敗的重要原因是腫瘤細(xì)胞對(duì)抗癌藥物的耐藥。另外,GST的表達(dá)與胃癌的組織學(xué)類型有關(guān)。在低、中、高分化腺癌中,GST的表達(dá)呈梯度上調(diào),并且GST的高表達(dá)與胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)[22]。說明高中分化腺癌比低分化腺癌、有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移比無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移更易產(chǎn)生耐藥性。腫瘤的組織類型、有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是影響胃癌患者預(yù)后的重要因素。由于GST能反應(yīng)腫瘤的這些生物學(xué)特性,所以GST可以作為判斷胃癌預(yù)后和腫瘤對(duì)化療藥物敏感性的重要指標(biāo),從而指導(dǎo)臨床制定個(gè)性化的化療方案,提高化療效果。

5 展望

人類腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是多種因素共同作用的結(jié)果,包括環(huán)境、飲食、遺傳、炎癥介質(zhì)的釋放及原癌基因的激活、抑癌基因的失活、酶學(xué)的變化等。目前對(duì)GST家族的研究還處于初步階段,由于GST家族的遺傳多態(tài)性和復(fù)雜性,其在腫瘤領(lǐng)域的研究還存在爭議,具體的作用機(jī)制尚不明確。通過對(duì)GST基因家族與腫瘤易感性、特異性的深入研究,可以為腫瘤的治療提供多角度、多層次的全新思路。

[1]Reinemer P,Dirr H W,Ladenstein R,et al.The three-dimensional structure of class pi glutathione-S-transferase in complex with glutathione sulfonate at 2.3 A resolution[J].EMBO J,1991,10(8):1997-2005.

[2]Reinemer P,Dirr H W,Ladenstein R,et al.Three-dimensional structure of class pi glutathione-S-transferase from human placenta in complex with S-hexy lglutathione at 2.8 A resolution[J].J M ol Biol,1992,227(1):214-226.

[3]Luisa R,Robertaf C.M onobromobimane occupies a distinct xenobiotic substrate site in glutathione-S-transferase π[J].Protein Sci,2003,12(11):2575-2587.

[4]Townsend D M,T ew K D.The role of glutathione-S-transferase in anti-cancer drug resistance[J].Oncogene,2003,22(47):7369-7375.

[5]Simán J H,Engstrand L,Berglund G,et al.Helicobacter pylori and CagA seropositivity and its association with gastric and oesophageal carcinoma[J].Scand J Gastroenterol,2007,42(8):933-940.

[6]M alfertheiner P,Megraud F,O'Morain C,et al.Current concepts in the management of helicobacter pylori infection:the maastrichtⅢ consensus report[J].Gut,2007,56(6):772-781.

[7]黃莉,楊飛.幽門螺旋桿菌感染與胃癌的相關(guān)性研究[J].中華綜合臨床醫(yī)學(xué)雜志,2008(4):49-50.

[8]劉愛民,趙金扣.幽門螺旋桿菌感染與胃癌 Meta分析[J].中國腫瘤,2006,15(9):583-586.

[9]李巖,梁楓,徐進(jìn)康.GST-π在不同胃黏膜病變中的表達(dá)及其與幽門螺旋桿菌感染的關(guān)系[J].中華現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與臨床,2005(5):35-37.

[10]高會(huì)斌,齊維娟,于永強(qiáng),等.谷胱甘肽s轉(zhuǎn)移酶-π在胃黏膜病變組織中的表達(dá)及其與幽門螺旋桿菌感染的關(guān)系[J].中日友好醫(yī)院學(xué)報(bào),2008,22(5):273-275,封4.

[11]Verhulst M L,van Oijen A H,Roelofs H M,et al.Antral glutathione concentration and g lutathione-S-transferase activity in patients with and without helicobacter pylo ri[J].Dig Dis Sci,2000,45(3):629-632.

[12]Kim H S,Kwack S J,Lee B M.Alteration of cy tochrome P-450 and glutathione-S-transferase activity in no rmal and malignant human stomach[J].J Toxicol Environ Health,2005,68(19):1611-1620.

[13]王旭光,王蘭,袁媛.甲黏膜腸化中π類谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)及其與幽門螺桿菌感染的相關(guān)性[J].中華醫(yī)學(xué)雜志,2002,82(15):1033-1036.

[14]Izzotti A,de Flo ra S,Cartiglia C,et al.Interplay between Helicobacter pylori and host gene polymorphisms in inducing oxidative DNA damage in the gastric mucosa[J].Carcinogenesis,2007,28(4):892-898.

[15]Ruzzo A,Canestrari E,M altese P,et al.Polymorphisms in genes involved in DNA repair and metabolism of xenobiotics in individual susceptibility to sporadic diffuse gastric cancer[J].Clin Chem Lab Med,2007,45(7):822-828.

[16]Tripathi S,Ghoshal U,Ghoshal U C,et al.Gastric carcinogenesis:possible role of polymorphisms of GST M1,GSTT1,and GSTP1 genes[J].Scand J Gastroenterol,2008,43(4):431-439.

[17]Saadat M.Genetic polymorphisms of glutathione-S-transferase T1(GST T1)and susceptibility to gastric cancer:a meta-analysis[J].Cancer Sci,2006,97(6):505-509.

[18]Poplawski T,T omaszewska K,Galicki M,et al.Promoter methylation of cancer-related genes in gastric carcinoma[J].Exp Oncol,2008,30(2):112-116.

[19]Hong S H,Kim H G,Chung W B,et al.DNA hypermethy lation of tumo r-related genes in gastric carcinoma[J].J Korean Med Sci,2005,20(2):236-241.

[20]Kim H C,Kim J C,Roh S A,et al.Aberrant CpG island methylation in early-onset sporadic gastric carcinoma[J].J Cancer Res Clin Oncol,2005,131(11):733-740.

[21]Berger D,Citarella R,Dutia M,et al.Novel multidrug resistance reversal agents[J].J Med Chem,1999,42(12):2145-2161.

[22]李秋元,祝森志,陳素鉆,等.C-erbB-2及GST-π基因在汕頭地區(qū)胃癌患者中的表達(dá)特點(diǎn)[J].廣東醫(yī)學(xué),2006,27(6):882-884.