胃泌素原在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

劉夢詩 黃玉偉

(上海市第一人民醫(yī)院寶山分院消化內(nèi)科，上海 200940)

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是臨床常見的惡性腫瘤之一。CRC發(fā)病率在全世界男女性惡性腫瘤中均位居第3。在我國，CRC的發(fā)病率呈上升趨勢，處于惡性腫瘤和致死因素的第4位。早在1993年Nemeth等[1]就在人類結(jié)腸癌組織中檢測到胃泌素原(progastrin)，之后人們逐漸發(fā)現(xiàn)胃泌素原在CRC細(xì)胞的增殖、抗凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮著重要作用，并有望成為CRC的生物學(xué)標(biāo)志物之一。

1 胃泌素原及其衍生物

1.1 胃泌素原的生成及結(jié)構(gòu) 人類胃泌素基因位于17號染色體，轉(zhuǎn)錄生成的胃泌素mRNA在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中翻譯生成含有101個氨基酸的前胃泌素原，后者經(jīng)裂解去掉N-末端信號肽(21個氨基酸)后形成胃泌素原。胃泌素原的結(jié)構(gòu)相對簡單，其被2個雙精氨酸切割位點分成3個部分：第一部分是N端1～35的側(cè)翼片段；第二部分是位于中間的38～72氨基酸片段，由胃泌素-34和C端的甘氨酸組成；最后一部分是含6個氨基酸的C端側(cè)翼片段。

在前胃泌素原的C端胃泌素序列翻譯完成之前，其N端的信號肽就已經(jīng)被切除,所以生物體內(nèi)的前胃泌素原常不完整。而胃泌素原完整存在，并且可以被提取出來，被認(rèn)為是胃泌素基因的第1種蛋白產(chǎn)物[2]。

1.2 胃泌素原的加工及其衍生物 成熟胃泌素是胃泌素原經(jīng)激素酶原裂解、修飾等處理后形成的，主要由胃竇部的G細(xì)胞和十二指腸近端黏膜分泌。胃泌素原被轉(zhuǎn)運至高爾基體后由高爾基囊泡運輸?shù)紾細(xì)胞底部的分泌顆粒內(nèi)，在此過程中，在胰蛋白酶、類羧基肽酶等作用下形成甘氨酸延伸型胃泌素34(glycine-extended gastrin 34，Gly-G34)。分泌顆粒內(nèi)的Gly-G34在肽酰甘氨酸α-羥單氧化酶(peptidyl α-amidating mono-oxygenase，PAM)的作用下形成酰胺化胃泌素34(G34)，后者在激素轉(zhuǎn)化酶的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為酰胺化胃泌素17(G17)。非內(nèi)分泌顆粒內(nèi)的Gly-G34在激素轉(zhuǎn)化酶作用下生成甘氨酸延伸型胃泌素17(glycine-extended gastrin 17，Gly-G17)，而Gly-G17不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為G17。G34、G17即為成熟胃泌素，其中G17是胃竇胃泌素的主要形式，也是膳食后血液循環(huán)中胃泌素的主要形式。G34是十二指腸中胃泌素的主要形式，半衰期較長，它是介于膳食之間的主要胃泌素形式。胃泌素原和甘氨酸延伸型胃泌素為不成熟的胃泌素，稱為非酰胺化胃泌素，其含量小于總分泌肽的10%[3]。而CRC患者血中非酰胺化胃泌素水平升高，可能是由于胃泌素基因相關(guān)CRC細(xì)胞中缺乏將前胃泌素轉(zhuǎn)化成酰胺化形式的酶。

2 胃泌素原受體

目前，胃泌素原的作用受體仍存在爭議。相關(guān)研究認(rèn)為，胃泌素原通過膽囊收縮素2受體(cholecystokinin 2 receptor，CCK-2R)起作用；也有不少實驗證實胃泌素原可以和膜聯(lián)蛋白A2(annexin A2，AnxA2)結(jié)合后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄；還有學(xué)者[4]認(rèn)為，胃泌素原的作用機(jī)制與CRC細(xì)胞表面的鐵離子、黏多糖等有關(guān)。而這些作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步證實。

2.1 CCK-2R CCK-2R不同于成熟胃泌素受體，主要表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和胃腸道組織中。正常結(jié)腸組織中不表達(dá)該受體[5]；在胃腸道腫瘤和肺腫瘤組織中，CCK-2R表達(dá)顯著升高[6]。相關(guān)體內(nèi)、體外實驗[6-7]均證實，胃泌素原可以通過CCK-2R依賴性通路來誘導(dǎo)結(jié)腸細(xì)胞增生，當(dāng)CCK-2R缺失或受抑制時，其作用減弱。但有研究[8]發(fā)現(xiàn)，CCK-2R與胃泌素原在結(jié)腸癌細(xì)胞及纖維母細(xì)胞中的作用并無相關(guān)性。

2.2 AnxA2 AnxA2是鈣依賴性磷脂結(jié)合蛋白超基因家族中的成員，在人CRC組織中高表達(dá)，可能與CRC的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。AnxA2不是胃泌素原的特異性受體，但下調(diào)細(xì)胞膜上AnxA2水平可以使胃泌素原對各類靶細(xì)胞的作用下降50%～80%[9]。用胃泌素原分別處理AnxA2+/+、AnxA2-/-小鼠，用0.9%氯化鈉液處理的AnxA2-/-小鼠，發(fā)現(xiàn)AnxA2+/+小鼠結(jié)腸隱窩細(xì)胞中CD44/DCAMKL+1陽性率較其他組高1.5～2倍，而另外2組差異無統(tǒng)計學(xué)意義，說明AnxA2在胃泌素原的促增殖過程中起重要作用。AnxA2缺失或功能受抑制時，小鼠結(jié)腸上皮的細(xì)胞分裂和增殖受到抑制[10]。進(jìn)一步研究[11-12]發(fā)現(xiàn)，胃泌素原與AnxA2結(jié)合形成復(fù)合物，并迅速轉(zhuǎn)移至細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，但是，胃泌素原與AnxA2復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的作用機(jī)制尚不明確，仍待進(jìn)一步研究。

3 胃泌素原與CRC的關(guān)系

早在上世紀(jì)90年代，Wang等[13]就發(fā)現(xiàn)，表達(dá)人胃泌素基因的轉(zhuǎn)基因小鼠血液中胃泌素原水平明顯升高，且升高水平與結(jié)腸癌發(fā)生存在顯著相關(guān)性。無論是在體內(nèi)還是體外[14]，胃泌素原均可以作用于結(jié)腸黏膜細(xì)胞，起到促進(jìn)增生、抗凋亡作用，且顯著增加結(jié)腸腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移潛能。

3.1 胃泌素原促進(jìn)結(jié)腸細(xì)胞增生和抗凋亡 正常結(jié)腸上皮細(xì)胞的增生和凋亡處于平衡狀態(tài)，胃泌素原對結(jié)腸細(xì)胞有促分裂、抗凋亡作用，破壞穩(wěn)態(tài)、增加結(jié)腸癌的易感性。對小鼠進(jìn)行DNA損傷處理后發(fā)現(xiàn)，hGAS+小鼠的結(jié)腸上皮細(xì)胞中細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4(cyclin dependent kinase 4，CDK4)和細(xì)胞周期蛋白D1(cylin D1)水平明顯上升，且hGAS+小鼠的結(jié)腸組織中癌前病變的數(shù)量和大小均顯著高于對照組[15]。實驗[16-17]證實，在胃泌素原作用下，結(jié)腸黏膜細(xì)胞中腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物(CD44、DCLK1、Lgr5、CD133等)水平上升，據(jù)此推論，胃泌素原可以促進(jìn)結(jié)腸干細(xì)胞分裂，此外，提高動物模型的胃泌素原水平還可以促進(jìn)腫瘤抑制基因(APC/p53)突變，但該突變在結(jié)腸癌發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步探究。

3.2 促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移 腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的又一重要特征。在正常情況下，細(xì)胞和細(xì)胞之間存在一些黏附連接結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)對于保持細(xì)胞間信息交流和限制細(xì)胞遷移起著特殊的作用。Hollande等[18]實驗證實，胃泌素原可以激活Src激酶、磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3-K)和蛋白激酶Cα，使黏附連接及緊密連接復(fù)合物裂解，細(xì)胞更易于遷移；還可以增加細(xì)胞旁通透性、增加細(xì)胞流動性，使腫瘤更容易轉(zhuǎn)移。

4 胃泌素原的主要作用通路

4.1 Ras/MAPK/EPK通路 Ras/MAPK/EPK通路主要被絲裂原激活，如生長因子與受體結(jié)合后，能激活小G蛋白Ras，進(jìn)而激活該通路。胃泌素原可激活該通路，且該過程與結(jié)腸癌前病變的發(fā)生有關(guān)。增生性息肉和管狀腺瘤中胃泌素原陽性細(xì)胞所占比例顯著高于正常組織，過度表達(dá)胃泌素原的增生性息肉細(xì)胞中，EPK激活細(xì)胞占53%，而在低表達(dá)和中度表達(dá)胃泌素原的增生性息肉細(xì)胞中僅為29%和22%，表明胃泌素原水平與p-EPK激活存在顯著相關(guān)性(P=0.008)[19]。

與正常結(jié)腸上皮相比，結(jié)腸癌細(xì)胞中胰島素樣生長因子Ⅱ(insulin-like growth factor Ⅱ，IGFⅡ)過度表達(dá)[20]。Tao等[21]體外實驗發(fā)現(xiàn)，胃泌素原可以刺激結(jié)腸纖維母細(xì)胞分泌IGFⅡ，后者可使IGF1受體磷酸化，刺激Ras蛋白，從而激活MAPK/EPK通路。

4.2 核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB) 在靜息細(xì)胞中，NF-κB與細(xì)胞質(zhì)中的抑制因子(inhibitory κB，IκB)形成復(fù)合體，以無活性形式存在于胞漿中。當(dāng)細(xì)胞受細(xì)胞外信號刺激后，IκB被蛋白酶降解，游離的NF-κB迅速移位到細(xì)胞核，與其對應(yīng)的啟動子結(jié)合，誘導(dǎo)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄[22]。致腫瘤性因素和炎性反應(yīng)誘導(dǎo)的NF-κB激活，可導(dǎo)致白血病和結(jié)腸癌的發(fā)生。

體外情況下，用胃泌素原處理小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞，15～30 min后觀察到NF-κB p65激活狀態(tài)的細(xì)胞百分?jǐn)?shù)上升約2～4倍[12]，胃泌素原可以直接或間接激活NF-κB[23]。體內(nèi)實驗[11]發(fā)現(xiàn)，胃泌素原可以使IκB激酶復(fù)合體α/β(IκB kinase α/β，IKKα/β)磷酸化、降解，促進(jìn)近端結(jié)腸中的NF-κB p65激活。IKKβ抑制物NEMO均可以阻斷胃泌素原的抗凋亡作用[24]，這為結(jié)腸癌的治療提供一種選擇。

4.3 Wnt/β-catenin(Wnt/β鏈蛋白) Wnt配體與其跨膜受體結(jié)合，抑制β鏈蛋白降解復(fù)合物(APC、AXIN和GSK3)的活性，從而允許穩(wěn)定的β鏈蛋白進(jìn)行核轉(zhuǎn)移，促進(jìn)Wnt靶基因的轉(zhuǎn)錄激活。而CD44/CD133/Lgr5這幾個腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物，就是β-鏈蛋白/Tcf/Lef轉(zhuǎn)錄因子的靶基因之一[25]；過度表達(dá)β鏈蛋白可引起腸黏膜細(xì)胞異常增生和腺瘤形成。胃泌素原可以與AnxA2結(jié)合，從而激活該通路，但胃泌素原對該通道的具體作用機(jī)制尚不明確。

Sarkar等[11-12]發(fā)現(xiàn)，胃泌素原促進(jìn)結(jié)腸細(xì)胞增殖的作用與其調(diào)節(jié)β-catenin/Tcf-4的表達(dá)有關(guān)。內(nèi)源性胃泌素原缺失時，β-catenin/Tcf-4抑制物表達(dá)增加，導(dǎo)致結(jié)腸細(xì)胞增殖速度明顯下降，抑制腺瘤性息肉病突變[26]。但是，Do等[27]的實驗表明，胃泌素原過度表達(dá)的增生性息肉中，Wnt/β-catenin通道沒有激活。

4.4 JAK-STAT(just another kinase-STAT)通路 在多種腫瘤中檢測到了STAT3通路激活，但是結(jié)腸癌中鮮有報道。Do等[27]研究發(fā)現(xiàn)，低級別和高級別腺瘤中STAT3陽性細(xì)胞的比例明顯高于正常細(xì)胞，而增生性息肉和正常結(jié)腸組織中的STAT3的活化差異無統(tǒng)計學(xué)意義，且STAT的活化與胃泌素原的表達(dá)之間也沒有顯著相關(guān)性。但是，目前有關(guān)胃泌素原與STAT3通路關(guān)系的文獻(xiàn)不多。

4.5 其他通路 有研究[28]發(fā)現(xiàn)，在CCK2R、β-鏈蛋白參與下，胃泌素原可以抑制轉(zhuǎn)化生長因子β/骨形態(tài)發(fā)生蛋白(transforming growth factor-β/bone morphogenetic protein，TGF-β/BMP)通路，促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移，且在CRC中的作用取決于腫瘤分期。在腫瘤發(fā)生的早期，該通路通過調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡而抑制腫瘤的發(fā)展；但在腫瘤的晚期促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。Zhang等[29]提出，Notch通路激活的水平與結(jié)腸癌病理分級、侵襲范圍、有無轉(zhuǎn)移存在相關(guān)性。但是，目前關(guān)于胃泌素原與Notch等通路的關(guān)系仍有待進(jìn)一步研究。

5 臨床應(yīng)用與展望

結(jié)腸癌發(fā)病率呈逐年升高的趨勢，且大多數(shù)患者在發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)處于癌癥晚期，病死率高。結(jié)腸腺瘤是公認(rèn)的結(jié)腸癌癌前病變，若能及時診斷腺瘤，則可以大大降低結(jié)腸癌的發(fā)生率。胃泌素原作為一種激素前體，對結(jié)腸細(xì)胞有著促增殖及抗凋亡、黏附、轉(zhuǎn)移的作用，其在結(jié)腸腺瘤、腺癌、增生性息肉中均有表達(dá)。增生性息肉中胃泌素原陽性細(xì)胞比例顯著高于正常結(jié)腸，且對息肉和癌癥有一定診斷意義。

綜上所述，胃泌素原有望成為CRC的新生物學(xué)標(biāo)志物，并應(yīng)用于結(jié)直腸增生性息肉篩查，提高癌前病變發(fā)現(xiàn)率，降低CRC發(fā)病率；也可直接用于CRC的篩查。

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