結(jié)腸癌干細(xì)胞相關(guān)信號(hào)通路

趙 敏 張?zhí)K閩 卞堯堯 曾 莉 (南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 0046)

結(jié)腸癌(CRC)是全球第二常見(jiàn)的癌癥類(lèi)型，第四大癌癥相關(guān)死亡原因〔1〕，其發(fā)病率和死亡率居高不下，嚴(yán)重影響人類(lèi)生命健康。近數(shù)十年來(lái)，隨著癌干細(xì)胞(CSCs)概念的提出和發(fā)展，對(duì)CSCs相關(guān)信號(hào)通路也進(jìn)行了更深入的探索。2007年首次從CRC組織中分離出 CSCs，也是最早發(fā)現(xiàn)于消化道腫瘤中的CSCs〔2，3〕，是存在于腫瘤細(xì)胞中的一小部分具有自我更新、增殖、分化能力的細(xì)胞群，其特異性的表面標(biāo)志物和異?；罨男盘?hào)通路與結(jié)腸癌的發(fā)生、發(fā)展、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移、低生存率和耐藥性密切相關(guān)〔4〕，從而通過(guò)調(diào)控相關(guān)的表面標(biāo)志物和信號(hào)通路成為靶向治療腫瘤的關(guān)鍵。本文就影響CSCs的相關(guān)信號(hào)通路綜述如下。

1 Wnt信號(hào)傳導(dǎo)通路

Wnt信號(hào)通路是一類(lèi)調(diào)節(jié)胚胎和組織發(fā)育過(guò)程中高度保守的通路，隨著通路內(nèi)越來(lái)越多的受體和共同受體被發(fā)現(xiàn)，形成了更高級(jí)配體-受體復(fù)合物向下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的錯(cuò)綜復(fù)雜的受體網(wǎng)絡(luò)〔5〕。目前Wnt信號(hào)傳導(dǎo)主要有3個(gè)核心途徑:Wnt/β-catenin信號(hào)，主要控制細(xì)胞增殖過(guò)程;Wnt/PCP(Planner Cell Polarity)信號(hào)，主要控制組織形態(tài)的發(fā)展過(guò)程;Wnt/Ca2+信號(hào)，主要控制細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)改變。其中Wnt/β-catenin信號(hào)途徑研究最多，是Wnt信號(hào)通路的經(jīng)典通路，后兩類(lèi)信號(hào)途徑由于技術(shù)難點(diǎn)，在組織穩(wěn)態(tài)的生理功能還不甚了解，所以此部分主要針對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)通路的相關(guān)靶點(diǎn)進(jìn)行綜述。

在缺乏Wnt配體的情況下，β-catenin作為一種重要的轉(zhuǎn)錄共激活因子被蛋白酶降解去除和多蛋白破壞復(fù)合物磷酸化。當(dāng)Wnt受體激活時(shí)，蛋白破壞復(fù)合體會(huì)被迅速抑制，β-catenin則會(huì)積累，隨后移位到細(xì)胞核。在核內(nèi)與T細(xì)胞因子(TCF)/淋巴樣增強(qiáng)結(jié)合因子(LEF)家族轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同驅(qū)動(dòng)各種基因的表達(dá)，包括調(diào)節(jié)干細(xì)胞，細(xì)胞周期進(jìn)程和細(xì)胞增殖。因此，轉(zhuǎn)錄因子β-catenin是調(diào)節(jié)Wnt通路的關(guān)鍵因素，Wnt/βcatenin傳導(dǎo)是許多成年干細(xì)胞的標(biāo)志，可以在許多分裂或再生組織中觀察到〔6〕，該通路異?；罨蛲分械娜魏我蜃舆^(guò)度表達(dá)都與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切，如乳腺癌、CRC等。所以通過(guò)抑制Wnt信號(hào)通路的傳導(dǎo)來(lái)阻斷癌細(xì)胞的分化對(duì)于CRC的治療是非常有意義的。

Sui等〔7〕發(fā)現(xiàn) β-catenin在血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)介導(dǎo)的腫瘤血管生成中起重要作用，丹參酮Ⅱ作為血管生成抑制劑能夠抑制正常氧條件下的低氧誘導(dǎo)因子(TGF)-β1/β-catenin/TCF3/LEF1 信號(hào)通路及缺氧條件下的低氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1α/β-catenin/TCF3/LEF1信號(hào)通路的激活。Monin等〔8〕將用于治療絳蟲(chóng)感染的水楊酰胺衍生物氯硝柳胺(Niclosamide)作為抗CRC的治療劑，發(fā)現(xiàn)其發(fā)揮的抑制作用與Wnt/β-catenin活性的降低有關(guān)，可能是由于氯硝柳胺破壞核β-catenin-Bcl9-LEF/TCF三聯(lián)體的形成或者通過(guò)非經(jīng)典Wnt/c-Jun氨基端激酶(JNK)途徑的激活發(fā)揮抑制作用。

R-spondin(RSPO)家族是 Wnt/β-catenin信號(hào)通路的相關(guān)蛋白，RSPO2和RSPO3融合物在人類(lèi)結(jié)腸腫瘤中與腸腺瘤性息肉蛋白(APC)和Catenin beta-1突變相互排斥，這表明RSPO的增加可以替代這些最常見(jiàn)的突變作為腸腫瘤發(fā)生的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素〔9〕。Hilkens等〔10〕證明RSPO3通過(guò)引起其擴(kuò)增及促進(jìn)包括Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)基因在內(nèi)的相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)刺激Lgr5+干細(xì)胞，Lgr4+細(xì)胞，Paneth細(xì)胞及其靜止前體，促進(jìn)腫瘤的快速生成。Storm等〔11〕顯示在PTPRKRSPO3-融合陽(yáng)性的人類(lèi)異種移植腫瘤物中靶向RSPO3能夠抑制腫瘤生長(zhǎng)并促進(jìn)分化。

LEF1屬于 TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子家族，是 Wnt/βcatenin信號(hào)通路中一個(gè)非常重要的核轉(zhuǎn)錄因子〔12～14〕，并且在大腸腫瘤中表達(dá)明顯高于其他轉(zhuǎn)錄因子，尤其是通過(guò)免疫組化技術(shù)檢測(cè)時(shí)〔15〕。在沒(méi)有Wnt信號(hào)傳導(dǎo)的情況下，LEF1與Groucho相關(guān)的共抑制因子結(jié)合，從而負(fù)調(diào)節(jié)Wnt信號(hào)基因的表達(dá)〔16〕。當(dāng)Wnt信號(hào)穩(wěn)定后，β-catenin會(huì)取代與Groucho相關(guān)的共抑制因子，并且增強(qiáng) LEF1轉(zhuǎn)錄因子活性〔17〕。LEF1與 βcatenin活性無(wú)關(guān)〔13〕，因此靶向LEF1將提供更直接的預(yù)防癌癥增殖和轉(zhuǎn)移的方法。Huang等〔18〕將 miR-219-5p作為一種腫瘤抑制因子阻斷LEF1的表達(dá)，通過(guò)降低蛋白激酶B(AKT)和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號(hào)通路的激活抑制CRC的上皮細(xì)胞間質(zhì)化(EMT)。

目前正在研究的大多數(shù)靶向治療方法不僅會(huì)抑制腫瘤組織中的Wnt信號(hào)，也會(huì)破壞正常組織中的Wnt信號(hào)。因此，如何將正常組織與腫瘤組織分開(kāi)，成為重要問(wèn)題。有研究發(fā)現(xiàn)在APC失活引起的腸干細(xì)胞異常增殖過(guò)程中需要轉(zhuǎn)錄輔因子復(fù)合物Ebd-Ewg，與βcatenin-TCF共同合作以激活A(yù)PC1失活后腸干細(xì)胞中Wnt靶基因的高水平轉(zhuǎn)錄，但在正常生理過(guò)程中，只有Ebd轉(zhuǎn)錄因子參與腸干細(xì)胞，而無(wú)Ewg轉(zhuǎn)錄因子〔19〕。

2 Notch信號(hào)傳導(dǎo)通路

在哺乳動(dòng)物中，Notch信號(hào)有4個(gè) Notch受體(Notch1～4)和 5個(gè) Notch配體(δ-like-1，-3和-4及Jagged1和2)。在與特異性配體結(jié)合之后，Notch受體的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)裂解并轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，其結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子重組結(jié)合蛋白免疫球蛋白κJ區(qū)域以激活Notch靶基因〔20〕。Notch信號(hào)通路激活后可能通過(guò)多種方式促進(jìn)腫瘤擴(kuò)散〔21〕，包括維持 CSCs自我更新〔22〕，直接涉及腫瘤侵襲的細(xì)胞過(guò)程(如EMT和乏氧應(yīng)答)，控制血管新生及在轉(zhuǎn)移微環(huán)境中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

miR-34a作為腫瘤抑制因子是CRC早期分裂的細(xì)胞命運(yùn)決定簇。Zhang等〔23〕發(fā)現(xiàn)miR-34a是通過(guò)靶向Notch信號(hào)通路來(lái)抑制CRC轉(zhuǎn)移的。該課題組經(jīng)過(guò)臨床研究發(fā)現(xiàn)，miR-34a表達(dá)與腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移負(fù)相關(guān)，并與人類(lèi)CRC的分化和生存率呈正相關(guān);體外miRNA功能試驗(yàn)表明，在SW480細(xì)胞中，miR-34a與Notch1和Jagged1中假定的3＇-非翻譯區(qū)聯(lián)系，減弱了CRC遷移和入侵;另外，miR-34a通過(guò)Notch1和Jagged1降低了波形蛋白和纖連蛋白的表達(dá)。王園園等〔24〕人工干預(yù)miR-101在CRC細(xì)胞株HCT116中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)miR-101是靶向干擾Notch1的表達(dá)來(lái)發(fā)揮抑癌作用的。Xiao等〔25〕使用rDDK-1(Wnt信號(hào)通路抑制劑)和LY374973(Notch信號(hào)通路抑制劑)能夠協(xié)同抑制HCT-116細(xì)胞系的增殖，遷移和G2/M百分比，并可進(jìn)一步抑制移植腫瘤模型中腫瘤體積和重量。

3 TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)通路

TGF-β是人類(lèi)最大的生長(zhǎng)因子家族，包括超過(guò)30種相關(guān)配體，根據(jù)序列相似性條件主要分為T(mén)GF-β/Activin/Nodal亞家族通路和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)亞家族通路，調(diào)節(jié)分化，遷移和凋亡等細(xì)胞行為的許多方面〔26〕。當(dāng)這一信號(hào)通路上的成員出現(xiàn)突變，對(duì)腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移有促進(jìn)作用〔27〕。

居頌文〔28〕檢測(cè)CRC患者血漿外泌體表面mTGF-β1處于高表達(dá)狀態(tài)，可能與CRC免疫抑制環(huán)境的構(gòu)成相關(guān)，并促進(jìn) CRC的發(fā)生、發(fā)展。三基序蛋白(TRIM)25多在胃癌、女性生殖系統(tǒng)中異常表達(dá)，BMP-4在 CRC組織和細(xì)胞中表達(dá)普遍上調(diào)，Yokoyama等〔29〕研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)BMPⅠ型受體抑制劑LDN-193189對(duì)內(nèi)源性BMP信號(hào)傳導(dǎo)的抑制，增加了CRC雙特異性磷酸酶(DUSP)5的表達(dá)，通過(guò)Erk絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)的去磷酸化誘導(dǎo)凋亡，減輕了CRC形成。Sun等〔30〕發(fā)現(xiàn)TRIM25也存在于CRC中，它激活了TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)途徑，以促進(jìn)腫瘤的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，為治療CRC提供了潛在靶點(diǎn)。

4 Hedgehog(Hh)信號(hào)傳導(dǎo)通路

Hh信號(hào)通路對(duì)正常的胚胎發(fā)育、組織形成和細(xì)胞分化至關(guān)重要，其信號(hào)異常與多種癌癥有關(guān)。Hh信號(hào)調(diào)控Gli代碼，有些研究者認(rèn)為Gli1和Gli2是CRC形成的主要分子開(kāi)關(guān)〔31〕，也有研究者認(rèn)為Gli3是關(guān)鍵分子開(kāi)關(guān)〔32〕。人類(lèi)CRC細(xì)胞中具有活化的Hh信號(hào)傳導(dǎo)，由SHh配體和Gli1效應(yīng)物轉(zhuǎn)導(dǎo)，該信號(hào)對(duì)于表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)記物性別決定相關(guān)基因簇2，八聚體結(jié)合蛋白4和NANOG，EMT分化和腫瘤轉(zhuǎn)移至關(guān)重要〔33〕，Hh信號(hào)在癌細(xì)胞的復(fù)制潛力是通過(guò)調(diào)節(jié)人類(lèi)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(hTERT)來(lái)決定的〔34〕。

Hh信號(hào)傳導(dǎo)在CRC腫瘤發(fā)生中的作用尚未完全闡明，Trnski等〔35〕又提供了該信號(hào)傳導(dǎo)參與CRC細(xì)胞存活的有力證據(jù)，在人CRC組織樣本中 GSK3β和Gli3的表達(dá)水平較高，GSK3β表達(dá)與DUKES分期呈正相關(guān);在CRC細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)失調(diào)的GSK3β上調(diào)Hh-Gli信號(hào)并對(duì)CRC細(xì)胞存活有積極影響;氯化鋰可以增強(qiáng) Gli3-SuFu-GSK3β復(fù)合物形成，導(dǎo)致更有效的Gli3分裂和Hh-Gli信號(hào)下調(diào)，減少細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。Gerling等〔36〕研究結(jié)果表明，下游Hh信號(hào)減弱能夠增強(qiáng)CRC發(fā)展，基質(zhì)特異性Hh的活化可以作為CRC抑制劑降低腫瘤負(fù)荷并阻止晚期腫瘤進(jìn)展。

5 核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB信號(hào)傳導(dǎo)通路

NF-κB家族成員通常以二聚體形式存在。在靜止?fàn)顟B(tài)下，NF-κB與IκB結(jié)合形成異源多聚體，其位于無(wú)活性狀態(tài)的細(xì)胞質(zhì)中。隨著NF-κB激活劑的刺激，IκB激酶(IKKs)被激活，導(dǎo)致三聚體磷酸化、IκB蛋白N末端泛素化和降解。因此，NF-κB二聚體被釋放并通過(guò)翻譯后修飾進(jìn)一步活化。然后，NF-κB二聚體轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核中，與κB序列相互作用并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。NF-κB通路調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)，細(xì)胞存活和增殖，在CRC細(xì)胞生長(zhǎng)、存活、入侵和遷移中起著非常關(guān)鍵的作用〔37〕。NF-κB 信號(hào)與腸 CSCs去分化相關(guān)。上調(diào)的NF-κB募集環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CBP)，并幫助CBP將RelA/p65與β-catenin結(jié)合，從而激活Wnt并誘導(dǎo)非癌干細(xì)胞去分化〔38〕。NF-κB信號(hào)參與誘導(dǎo)干細(xì)胞基因表達(dá)。IκB激酶2(IKK2ca)在腸上皮細(xì)胞中被組成型激活，并增加腸干細(xì)胞中干細(xì)胞樣基因ASCL2，olfactomedin4(OLFM4)，Delta-like 1 同源物(DLK1)和 Bmi-1表達(dá)以促進(jìn)腸道腫瘤發(fā)生〔39〕。IKK2ca表達(dá)的腸上皮細(xì)胞可以分泌細(xì)胞因子和趨化因子，誘導(dǎo)骨髓細(xì)胞并激活成纖維細(xì)胞，從而產(chǎn)生腫瘤微環(huán)境〔39〕。核基質(zhì)結(jié)合因子(SAFB)在癌細(xì)胞入侵、轉(zhuǎn)移和血管生成中發(fā)揮重要作用，它的異位表達(dá)抑制了CRC細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。Jiao等〔40〕揭示了SAFB是通過(guò)靶向TAK1對(duì)NF-κB信號(hào)進(jìn)行控制的，與TAK1和 NF-κB相關(guān)基因的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，表明 SAFBTAK1-NF-κB通路是早期治療CRC的潛在目標(biāo)。Su等〔41〕發(fā)現(xiàn)月莧草提取物三萜烯酸(螺旋酸、油酸和雙丙酸)可能被認(rèn)為是治療CRC的潛在治療劑，它們能夠減少炎癥、抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)HT-29細(xì)胞的凋亡，通過(guò)在 NF-κB和信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)3途徑上的作用，獲得了抗CRC效應(yīng)。

6 表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

表皮生長(zhǎng)因子(EGF)信號(hào)對(duì)于CRC干細(xì)胞的出現(xiàn)和維持是至關(guān)重要的。當(dāng)EGF、TGFα等配體與EGFR結(jié)合后，促進(jìn)干細(xì)胞相關(guān)分子Notch、HH、Oct3/4和Wnt的表達(dá)。EGFR蛋白調(diào)節(jié)CSCs生長(zhǎng)和細(xì)胞凋亡，已被證實(shí)為若干人類(lèi)癌癥的相關(guān)治療靶點(diǎn)。西妥昔單抗和帕尼單抗就是針對(duì)EGFR的兩種抗癌藥物，其與EGFR的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而阻止受體酪氨酸激酶和與細(xì)胞存活、增殖、轉(zhuǎn)移及血管發(fā)生相關(guān)的多個(gè)下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)的活化〔42〕。但只有部分患者對(duì)此有效，受繼發(fā)性EGFR突變或其他耐藥機(jī)制影響，仍有一大部分患者無(wú)效，這也就需要新型靶向藥物來(lái)抑制所有EGFR突變的CRC患者。

miRNA對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有雙重作用，可作為癌基因靶向腫瘤抑制基因，也能夠靶向癌基因促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。miR-520家族在腫瘤中異常表達(dá)，并且該miRNA家族中的轉(zhuǎn)錄物已經(jīng)被鑒定為致癌基因的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑〔43〕。Zhang等〔44〕在體外和體內(nèi)研究中發(fā)現(xiàn)，miR-520a-3p通過(guò)調(diào)節(jié)EGFR信號(hào)通路抑制細(xì)胞遷移，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，在G0/G1期導(dǎo)致CRC細(xì)胞周期阻滯，并在異種移植小鼠中減慢腫瘤生長(zhǎng)。

綜上，CRC 干細(xì)胞主要包括 Wnt、Notch、TGF-β、Hh、NF-κB、EGFR 等相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，對(duì) CSCs相關(guān)通路的調(diào)控已經(jīng)成為預(yù)防CRC發(fā)生發(fā)展及其耐藥、轉(zhuǎn)移的重要治療途徑，更進(jìn)一步地探索CRC CSCs相關(guān)信號(hào)通路上的分子機(jī)制，也會(huì)為抗癌藥物的發(fā)展開(kāi)拓新思路。而在調(diào)控過(guò)程中，除了靶向異常信號(hào)通路，也會(huì)影響正常細(xì)胞組織，這就迫切需要將正常組織與腫瘤組織區(qū)分開(kāi)來(lái)，更精準(zhǔn)地靶向治療。