脫氧膽酸在結(jié)直腸癌演進(jìn)中作用的研究現(xiàn)狀

羅沈暉 曹海龍 王邦茂

天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院消化科

高脂肪飲食是結(jié)直腸癌發(fā)病的高危因素，它可以增加腸腔內(nèi)次級(jí)膽酸，特別是脫氧膽酸(DCA)的含量。DCA在結(jié)直腸癌的演進(jìn)中扮演著重要的角色。大量研究表明其具有致癌與促癌作用[1]，但相關(guān)致病機(jī)制并不明確，現(xiàn)就DCA在結(jié)直腸癌發(fā)生中研究進(jìn)展作一綜述。

1 脫氧膽酸簡(jiǎn)介

DCA為次級(jí)膽汁酸之一。肝細(xì)胞以膽固醇為原料合成初級(jí)膽汁酸，起促進(jìn)腸道中脂類物質(zhì)消化吸收的作用。初級(jí)膽汁酸在末端回腸及結(jié)腸中厭氧菌的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)膽汁酸。其中初級(jí)膽汁酸包括膽酸和鵝脫氧膽酸，次級(jí)膽汁酸包括DCA及石膽酸。部分次級(jí)膽汁酸可通過(guò)腸肝循環(huán)被腸道有效的重吸收，其余隨糞便排出體外。

2 基于人群的流行病學(xué)研究

流行病學(xué)資料顯示，正常人糞便中的DCA含量低于結(jié)直腸癌或腺瘤病人，糞便DCA的升高能明顯促進(jìn)結(jié)直腸腫瘤增大，左半結(jié)腸表現(xiàn)尤為明顯[2]。有研究者發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸腺瘤病人血清中的DCA含量增高，與腸腺窩基底層細(xì)胞程序性凋亡相關(guān)[3]。一項(xiàng)Meta分析[4]結(jié)果顯示，膽囊切除后腸道內(nèi)次級(jí)膽汁酸濃度升高，結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)隨之增加，亞組分析顯示女性和右半結(jié)腸的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)更顯著。因此，有研究者提出膽囊切除術(shù)是大腸癌發(fā)病的危險(xiǎn)因素之一。至于膽囊切除術(shù)能否增加結(jié)直腸腺瘤的發(fā)病率仍存在爭(zhēng)議[5,6]。腸道中次級(jí)膽酸含量能隨著脂肪攝入的增加而升高，研究表明高脂飲食也可促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展[7]。

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究

3.1.1 脫氧膽酸與氧族氮族應(yīng)激 DCA可誘導(dǎo)活性氧簇(ROS)和活性氮簇(RNS)的產(chǎn)生，腸上皮暴露于高濃度DCA可造成DNA的損傷，基因組穩(wěn)定性受到破壞，修復(fù)酶功能受影響，使基因突變率增加，促進(jìn)了結(jié)直腸癌的發(fā)生[8,9]?；蚪M不穩(wěn)定主要表現(xiàn)為異倍體的出現(xiàn)、染色體內(nèi)不穩(wěn)定和基因點(diǎn)突變[10]。有人用DCA處理BCS-TC2細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分離、細(xì)胞膜失對(duì)稱、染色質(zhì)濃縮、DNA降解，2h內(nèi)即出現(xiàn)細(xì)胞凋亡[11]。Kong等[12]發(fā)現(xiàn)DCA可造成miRNAs作用失調(diào)，發(fā)揮促腫瘤形成作用，結(jié)直腸腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和侵襲作用受高表達(dá)的miR-199a-5p抑制，細(xì)胞周期相關(guān)的蛋白CAC1受到miR-199a-5p調(diào)節(jié)。DCA通過(guò)抑制miR-199a-5p作用和(或)促進(jìn)CAC1表達(dá)增高，達(dá)到促腫瘤形成的作用。

多個(gè)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，脫氧膽酸通過(guò)NAD(P)H氧化酶(使蛋白激酶B、絲裂原活化蛋白激酶和p38及下游的轉(zhuǎn)錄因子核內(nèi)激活蛋白AP活化)和PLA2誘導(dǎo)的氧族氮族應(yīng)激除了造成基因損傷改變DNA修復(fù)相關(guān)蛋白結(jié)構(gòu)，還能激活NF-κB，調(diào)控抗凋亡基因，造成線粒體損傷影響細(xì)胞自噬能力。連續(xù)性的作用使得正常結(jié)腸細(xì)胞基因穩(wěn)定性發(fā)生改變，突變的細(xì)胞發(fā)生選擇性增殖，通過(guò)非整倍體化、基因突變與增殖的連鎖反應(yīng)作用使細(xì)胞發(fā)生癌變[13,14]。Schlottman等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)DCA以濃度和時(shí)間依賴性的方式作用于多種結(jié)腸癌細(xì)胞系，短時(shí)間內(nèi)作用能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，但長(zhǎng)時(shí)間引起細(xì)胞增殖失控、凋亡抑制，打破了增殖和凋亡的平衡，最終引起穩(wěn)態(tài)破壞進(jìn)而發(fā)生惡變[15]。另外，Rial等[16]通過(guò)用DCA處理HCT116、HT29細(xì)胞系發(fā)現(xiàn)CXCL8 表達(dá)增高，CXCL8與AP-1、NF-κB相結(jié)合使細(xì)胞侵襲性增強(qiáng)。

3.1.2 脫氧膽酸與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

(1)脫氧膽酸與法尼酯X受體：法尼酯X受體(FXR)首次于1995年由Forman在大鼠肝cDNA文庫(kù)中分離 ，F(xiàn)XR信號(hào)通路擁有自身調(diào)節(jié)環(huán)，初級(jí)及次級(jí)膽汁酸能激活不同構(gòu)象的FXR，且具有不同的作用[17]。作為一種膽汁酸受體，F(xiàn)XR在膽汁酸合成、轉(zhuǎn)運(yùn)和排泄中發(fā)揮了重要作用。Maran[18]對(duì)FXR基因敲除小鼠的研究顯示，在FXR基因敲除小鼠的結(jié)腸中β-catenin、c-Myc和cyclinD1蛋白含量提高，增強(qiáng)了結(jié)腸細(xì)胞增殖能力。Lax等[19]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌腸黏膜中FXR受體表達(dá)明顯低于未發(fā)生不典型增生的黏膜，這可能反映了對(duì)潛在致癌的膽汁酸的防御機(jī)制的缺陷。體外細(xì)胞系的研究發(fā)現(xiàn)人結(jié)腸癌細(xì)胞系Caco-2和HT-29均出現(xiàn)FXR表達(dá)下調(diào)，而且分化程度越低的細(xì)胞系，其表達(dá)程度也越低，而在未分化細(xì)胞系SW480和轉(zhuǎn)移來(lái)源的SW620細(xì)胞系中未發(fā)現(xiàn)FXR表達(dá)[20]。FXR基因的缺失和啟動(dòng)子甲基化的靜默作用，均能導(dǎo)致FXR mRNA的低表達(dá)。另外，Silva等[21]研究得出低濃度的DCA(10 Amol/L)可通過(guò)FXR 促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231 的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。DCA能否通過(guò)影響FXR途徑促進(jìn)結(jié)直腸癌演進(jìn)及其相關(guān)機(jī)制需大量研究進(jìn)行證實(shí)。

(2)脫氧膽酸與Wnt通路：Wnt/β-Catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在生物發(fā)育、細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)及細(xì)胞凋亡等生命過(guò)程中發(fā)揮重要作用，其異?；罨诙喾N人類腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。Wnt為細(xì)胞間的一種分泌蛋白，能傳遞細(xì)胞信號(hào)至糖原合成酶激酶3(GSK-3β)。GSK-3β是能使β連環(huán)蛋白(β-catenin)發(fā)生磷酸化的絲氨酸蘇氨酸激酶。正常狀態(tài)下，GSK-3β、β-catenin與APC、軸蛋白形成蛋白復(fù)合體。這一多蛋白復(fù)合物中任何一個(gè)成分的改變，均可導(dǎo)致β-catenin降解障礙，從而激活Wnt途徑。未磷酸化β-catenin可調(diào)控下游基因的過(guò)度表達(dá)，如環(huán)氧化酶-2(COX-2)、細(xì)胞周期蛋白(CyclinD1)等。β-catenin、尿激酶型纖溶酶原激活劑及其受體(uPA/uPAR)和CyclinD1在結(jié)腸癌中過(guò)度表達(dá)，同時(shí)β-catenin和E-鈣黏附分子(E-cadherin)分離使細(xì)胞間黏附性降低，都與腫瘤的生長(zhǎng)、侵潤(rùn)及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。Pai等[22]發(fā)現(xiàn)，低濃度DCA(5 and 50 microM)能顯著促進(jìn)SW480細(xì)胞β-catenin相關(guān)途徑的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)細(xì)胞增殖與侵襲能力。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)DCA誘導(dǎo)產(chǎn)生的β-catenin還能通過(guò)調(diào)節(jié)孤核受體Nur77，以增強(qiáng)HCT116細(xì)胞的增殖和遷移能力[23]。

(3)脫氧膽酸與EGFR通路：經(jīng)典的EGFR通路主要有兩個(gè)：絲裂原激活蛋白酶途徑(Ras/Raf/MEK/ERK/MAPK通路)與磷脂?；?激酶(PI3K)途徑。DCA產(chǎn)生抑制凋亡的效應(yīng)依賴于EGFR的活化，主要是通過(guò)干擾細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)而激活受體，產(chǎn)生下級(jí)級(jí)聯(lián)反應(yīng)[24]。研究發(fā)現(xiàn)DCA能夠誘導(dǎo)酪氨酸磷酸化且以配體依賴的方式激活酪氨酸激酶的EGFR信號(hào)通路，激活Ras/Raf/MEK/ERK/MAPK通路，活化AP-1以介導(dǎo)細(xì)胞增殖與分化[25]；還可以活化PI3K/Akt/I-κB/NF-κB途徑，調(diào)節(jié)下游靶分子如Caspase家族和NF-κB轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞增殖和凋亡[13]。Lee等[14]研究發(fā)現(xiàn)，DCA能夠通過(guò)激活EGFR/PKC/Ras/Raf-1/MEK1/ERK/CREB，PI3/Akt/IkappaB/NF-κB和p38/MSK1/CREB多重通路，上調(diào)HM3結(jié)腸癌細(xì)胞的MUC2黏蛋白的轉(zhuǎn)錄，而JNK/c-Jun/AP-1通路抑制這一作用，這些研究結(jié)果為膽汁酸調(diào)節(jié)黏蛋白基因提供了新的分子機(jī)制,可能有助于進(jìn)一步說(shuō)明DCA的致癌作用。另外，Zhu等[26]發(fā)現(xiàn)DCA能通過(guò)PKC途徑誘導(dǎo)激活COX-2，基質(zhì)中尤以癌相關(guān)成纖維細(xì)胞為主的COX-2的激活能明顯增加結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖能力及侵襲性。

3.2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

3.2.1 正常鼠模型 Bernstein等[27]用0.2%的DCA食物喂養(yǎng)誘導(dǎo)野生B6.129PF2/J小鼠發(fā)生結(jié)腸炎，給藥2個(gè)月時(shí)小鼠開(kāi)始出現(xiàn)輕度炎癥反應(yīng)，8個(gè)月后小鼠生長(zhǎng)明顯受限，結(jié)腸組織中硝基酪氨酸表達(dá)顯著，誘發(fā)小鼠結(jié)腸癌。Payne等[1,28]用含0.2%DCA食物喂養(yǎng)野生C57BL/J.129*小鼠歷時(shí)10個(gè)月誘導(dǎo)產(chǎn)生無(wú)蒂腺瘤，其中5/6發(fā)生近端結(jié)腸無(wú)蒂腺瘤；而后用相似方法喂養(yǎng)野生B6.129PF2/J小鼠，94%發(fā)生腫瘤，其中56%為腺癌。

3.2.2 基因異常小鼠模型 抑癌基因Apc發(fā)生突變能導(dǎo)致腸道自發(fā)形成腫瘤，Apcmin/+小鼠品系是在小鼠同源APC基因第850位點(diǎn)發(fā)生無(wú)義突變，造成其腸道多發(fā)腺瘤，是一種良好的家族性腺瘤性息肉病小鼠模型。Baltgalvis等[29]對(duì)Apcmin/+小鼠模型分別喂養(yǎng)高脂和正常飲食，6周后結(jié)果顯示高脂飲食組小腸腺瘤數(shù)目相對(duì)于對(duì)照組增加75%，免疫組化β-catenin陽(yáng)性率增高2倍，炎癥反應(yīng)更加嚴(yán)重，間接證明了次級(jí)膽汁酸的致癌作用。另外，Maran等[18]對(duì)FXR基因缺失小鼠的研究顯示，若將Apcmin/+小鼠的FXR基因敲除，小腸腺癌體積會(huì)明顯增大；AOM誘導(dǎo)FXR基因敲除的C57BL/6小鼠，結(jié)直腸腺癌增多增大。Modica等[30]研究指出FXR基因敲除小鼠的早期死亡率增加和腸道腫瘤進(jìn)展，雖然FXR缺失致癌的確切機(jī)制不完全明確，但資料提示這與TNFα活性增加及活化的中性粒細(xì)胞、巨嗜細(xì)胞浸潤(rùn)進(jìn)而激活Wnt信號(hào)通路有關(guān)，DCA致癌作用是否通過(guò)FXR作用，仍需進(jìn)一步研究。

3.2.3 結(jié)腸癌鼠模型 Onose等[31]對(duì)F344雄性大鼠先用DMH和DSS處理，0.3%DCA喂養(yǎng)20周發(fā)現(xiàn)結(jié)腸腫瘤的種類明顯增多，體積顯著增大。用抗氧化偶氮甲烷(AOM)誘導(dǎo)的大鼠腫瘤模型發(fā)現(xiàn)DCA可以增加結(jié)腸腫瘤的發(fā)生率，并誘發(fā)K-ras突變。AKR/J小鼠能抗AOM誘導(dǎo)結(jié)直腸腫瘤的形成，腫瘤發(fā)生率低，F(xiàn)lynn等[32]用含0.25%DCA的食物喂養(yǎng)AOM-AKR/J小鼠，加重了耐藥的AKR/J小鼠結(jié)腸上皮發(fā)生的高度不典型增生，同時(shí)發(fā)現(xiàn)β-catenin核易位在這一過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。

4 展望

DCA在結(jié)直腸癌演進(jìn)中發(fā)揮著重要作用，相關(guān)機(jī)制十分復(fù)雜。盡管DCA的促結(jié)直腸癌作用在流行病學(xué)、細(xì)胞及動(dòng)物水平等研究中得以證實(shí)，但DCA作為致癌因子的相關(guān)機(jī)制尚有許多未明之處：DCA與癌基因、抑癌基因有無(wú)關(guān)聯(lián)，DCA如何打破細(xì)胞凋亡增殖平衡，腫瘤形成中FXR發(fā)生何種改變，DCA是如何影響腫瘤的生物學(xué)行為？這一系列問(wèn)題都需進(jìn)行廣泛、深入的研究來(lái)解答。

[1]Bernstein C,Holubec H,Bhattacharyya AK,et al.Carcinogenicity of deoxycholate,a secondary bile acid[J].Arch Toxicol,2011,85(5):863-871.

[2]Kawano A,Ishikawa H,Kamano T,et al.Significance of fecal deoxycholic acid concentration for colorectal tumor enlargement[J].Asian Pac J Cancer Prev,2010,11(6):1541-1546.

[3]Fracchia M,Galatola G,Sarotto I,et al.Serum bile acids,programmed cell death and cell proliferation in the mucosa of patients with colorectal adenomas[J].Dig Liver Dis,2005,37(7):509-514.

[4]Xu YK,Zhang FL,Feng T,et al.Meta-analysis on the correlation of cholecystectomy or cholecystolithiasis to risk of colorectal cancer in Chinese population[J].Ai Zheng,2009,28(7):749-755.

[5]Zhao C,Ge Z,Wang Y,et al.Meta-analysis of observational studies on cholecystectomy and the risk of colorectal adenoma[J].Eur J Gastroenterol Hepatol,2012,24(4):375-381.

[6]Siddiqui AA,Kedika R,Mahgoub A,et al.A previous cholecystectomy increases the risk of developing advanced adenomas of the colon[J].South Med J,2009,102(11):1111-1115.

[7]Butler LM,Wang R,Koh WP,et al.Marine n-3 and saturated fatty acids in relation to risk of colorectal cancer in Singapore Chinese:a prospective study[J].Int J Cancer,2009,124(3):678-686.

[8]Payne CM,Crowley-Skillicorn C,Bernstein C,et al.Hydrophobic bile acid-induced micronuclei formation,mitotic perturbations,and decreases in spindle checkpoint proteins:relevance to genomic instability in colon carcinogenesis[J].Nutr Cancer,2010,62(6):825-840.

[9]Longpre JM,Loo G.Protection of human colon epithelial cells against deoxycholate by rottlerin[J].Apoptosis, 2008,13(9):1162-1171.

[10]Payne CM,Bernstein C,Dvorak K,et al.Hydrophobic bile acids,genomic instability,Darwinian selection,and colon carcinogenesis[J].Clin Exp Gastroenterol,2008,1:19-47.

[11]Ignacio Barrasa J,Olmo N,Pérez-Ramos P,et al.Deoxycholic and chenodeoxycholic bile acids induce apoptosis via oxidative stress in human colon adenocarcinoma cells[J].Apoptos is,2011,16(10):1054-1067.

[12]Kong Y,Bai PS,Sun H,et al.The deoxycholic acid targets miRNA-dependent CAC1 gene expression in multidrug resistance of human colorectal cancer[J].Int J Biochem Cell Biol,2012,44(12):2321-2332.

[13]Payne CM,Crowley-Skillicorn C,Bernstein C,et al.Hydrophobic bile acid-induced mitotic perturbations and micronuclei formation:relevance to genomic instability in colon carcinogenesis[J].Nutr Cancer,2010,62(6):825-840.

[14]Lee HY,Crawley S,Hokari R,et al.Bile acid regulates MUC2 transcription in colon cancer cells via positive EGFR/PKC/Ras/ERK/CREB,PI3K/Akt/IkappaB/NF-kappaB and p38/MSK1/CREB pathways and negative JNK/c-Jun/AP-1 pathway[J].Int J Oncol,2010,36(4):941-953.

[15]Schlottman K,Wachs FP,Krieg RC,et al.Characterization of bile salt-induced apoptosis in colon cancer cell lines[J].Cancer Res,2000,60(15):4270-4276.

[16]Rial NS,Lazennec G,Prasad AR,et al.Regulation of deoxycholate induction of CXCL8 by the adenomatous polyposis coli gene in colorectal cancer[J].Int J Cancer,2009,124(10):2270-80.

[17]Lew JL,Zhao A,Yu J,et al.The farnesoid X receptor controls gene expression in a ligand-and promoter-selective fashion[J].J Biol Chem,2004,279(10):8856-8861.

[18]Maran R.M,Ann Thomas,Megan Roth,et al.Farnesoid X receptor deficiency in mice leads to increased intestinal epithelial cell proliferation and tumor development[J].Pharm Exper Therap,2009,328(2):469-477.

[19]Lax S,Schauer G,Prein K,et al.Expression of the nuclear bile acid receptor/farnesoid X receptor is reduced in human colon carcinoma compared to nonneoplastic mucosa independent from site and may be associated with adverse prognosis[J].Int J Cancer,2012,130(10):2232-2239.

[20]De Gottardi A,Touri F,Maurer CA,et al.The bile acid nuclear receptor FXR and the bile acid binding protein IBABP are differently expressed in colon cancer[J].Dig Dis Sci,2004,49(6):982-989.

[21]Silva J,Dasgupta S,Wang G,et al.Lipids isolated from bone induce the migration of human breast cancer cells[J].J Lipid Res,2006,47(4):724-733.

[22]Pai R,Tarnawski AS,Tran T.Deoxycholic acid activates beta-catenin signaling pathway and increases colon cell cancer growth and invasiveness[J].Mol Biol Cell,2004,15(5):2156-2163.

[23]Wu H,Lin Y,Li W,et al.Regulation of Nur77 expression by β-catenin and its mitogenic effect in colon cancer cells[J].FASEB J,2011,25(1):192-205.

[24]Jean-Louis S,Akare S,Ali MA,et al.Deoxycholic acid induces intracellular signaling through membrane perturbations[J].J Biol Chem,2006,281(21):14948-14960.

[25]Im E,Martinez JD.Ursodeoxycholic acid (UDCA) can inhibit deoxycholic acid (DCA)-induced apoptosis via modulation of EGFR/Raf-1/ERK signaling in human colon cancer cells[J].J Nutr,2004,134(2):483-486.

[26]Zhu Y,Zhu M,Lance P.Stromal COX-2 signaling activated by deoxycholic acid mediates proliferation and invasiveness of colorectal epithelial cancer cells.Biochem[J].Biophys Res Commun,2012,425(3):607-612.

[27]Bernstein H,Holubec H,Bernstein C,et al.Unique dietary-related mouse model of colitis[J].Inflamm Bowel Dis,2006,12(4):278-293.

[28]Payne CM,Holubec H,Bhattacharyya AK,et al.Exposure of mouse colon to dietary bile acid supplement induces sessile adenomas[J].Inflamm Bowel Dis,2010,16(5):729-730.

[29]Baltgalvis KA,Berger FG,Pe a MM,et al.The interaction of a high-fat diet and regular moderate intensity exercise on intestinal polyp development in Apc Min/+ mice[J].Cancer Prev Res(phila),2009,2(7):641-649.

[30]Modica S,Murzilli S,Salvator L,et al.Nuclear bile acid receptor FXR protects against intestinal tumorigenesis[J].Cancer Res,2008,68(23):9589-9594.

[31]Onose J,Imai T,Hasumura M,et al.A new medium-term rat colon bioassay applying neoplastic lesions as endpoints for detection of carcinogenesis modifiers-validation with known modifiers[J].Cancer Lett,2006,232(2):272-278.

[32]Flynn C,Montrose DC,Swank DL,et al.Deoxycholic acid promotes the growth of colonic aberrant crypt foci[J].Mol Carcinog,2007,46(1):60-70.