Wnt信號(hào)通路在結(jié)直腸側(cè)向發(fā)育型腫瘤中的研究進(jìn)展

范久億 李 軍 丁士剛

北京大學(xué)第三醫(yī)院消化內(nèi)科(100191)

1982年命名為int-1的原癌基因在小鼠腺瘤病毒整合部位被發(fā)現(xiàn)，之后研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了int-1與果蠅無翅基因wingless為同源基因，兩者合稱為Wnt[1]。Wnt信號(hào)通路是一條進(jìn)化上高度保守的信號(hào)通路，由Wnt配體、跨膜受體、調(diào)節(jié)因子、胞質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白和核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子等共同構(gòu)成，參與調(diào)控細(xì)胞的生長、分化、遷移、凋亡等生理過程，其異常激活與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)[2]。Wnt信號(hào)通路在消化道腫瘤，尤其是結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。研究[3]表明80%的散發(fā)性結(jié)直腸癌患者可發(fā)生Wnt信號(hào)通路核心基因APC突變。結(jié)直腸側(cè)向發(fā)育型腫瘤(laterally spreading tumor,LST)是一種有較高惡變潛能的腫瘤，Wnt信號(hào)通路的激活在LST的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。本文就Wnt信號(hào)通路在結(jié)直腸LST中的研究進(jìn)展作一綜述。

一、 Wnt信號(hào)通路的組成

Wnt信號(hào)通路主要由Wnt家族分泌蛋白(Wnt)、跨膜受體卷曲蛋白(frizzled,Frz)以及低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6(low density lipoprotein receptor-related protein 5/6,LRP5/6)、β-連環(huán)蛋白(β-catenin)、蓬亂蛋白(dishevelled,Dvl)、腺瘤性結(jié)腸息肉病(adenomatous polyposis coli,APC)蛋白、糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)、酪蛋白激酶Iα(casein kinase Iα,CKIα)、軸蛋白(axin)、T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子/淋巴樣增強(qiáng)因子(T cell factor/lymphoid enhancing factor,TCF/LEF)等組成，包括經(jīng)典Wnt信號(hào)通路和非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路[4]。

1.經(jīng)典Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：Wnt/β-catenin轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路。在非激活狀態(tài)下，APC、GSK-3β、CKIα和axin形成降解復(fù)合物，使β-catenin磷酸化后被泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解。激活狀態(tài)下，Wnt配體與細(xì)胞膜表面的跨膜受體Frz和LRP5/6結(jié)合形成三聚體，使細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的Dvl活化，降低由APC、GSK-3β、CKIα和axin形成的降解復(fù)合物的穩(wěn)定性，阻止β-catenin磷酸化后被泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解。β-catenin因在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)濃度升高而轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)與轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF相互作用，進(jìn)而激活Wnt信號(hào)通路，活化下游靶基因表達(dá)，如myc、cyclin D1、TCF-1、MMP-7、AXIN2、BIRC5等[5-6]。TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子家族由LEF-1、TCF-1、TCF-3以及TCF-4組成，其中TCF-4在結(jié)直腸癌細(xì)胞中顯著表達(dá)，與結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)[6]。

2.非經(jīng)典Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：在非經(jīng)典Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，Wnt配體僅與Frz結(jié)合，而無需LRP5/6的作用，此通路包括Wnt/Ca2+信號(hào)通路和Wnt/平面細(xì)胞極性(planar cell polarity,PCP)通路。Wnt/Ca2+通路由Wn5a和Wnt11結(jié)合Frz，通過G蛋白介導(dǎo)促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Ca2+釋放，進(jìn)而激活鈣調(diào)素依賴蛋白激酶Ⅱ(calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ,Camk Ⅱ)、蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)和鈣調(diào)磷酸酶。Camk Ⅱ和PKC的激活對(duì)經(jīng)典Wnt信號(hào)通路產(chǎn)生抑制作用，而鈣調(diào)磷酸酶的激活則可激活活化T細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T cells,NFAT)，從而活化靶基因，調(diào)節(jié)細(xì)胞間黏附性。Wnt/PCP通路可激活Dvl蛋白的DEP結(jié)構(gòu)域，活化Rac、GTP酶、RhoA等，進(jìn)而激活c-Jun氨基末端激酶(JNK)，活化的JNK轉(zhuǎn)移至核內(nèi)，調(diào)控下游基因表達(dá)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞極性和細(xì)胞間黏附性[7]。

二、Wnt信號(hào)通路的調(diào)節(jié)

Wnt信號(hào)通路除受β-catenin、Dvl、APC、GSK-3β、axin等成員的活化狀態(tài)影響外，亦可被許多其他分子和基因調(diào)控。如Wnt抑制因子-1(Wnt inhibitory factor-1,WIF-1)、分泌型卷曲相關(guān)蛋白(secreted frizzled related proteins,SFRPs)、Dickkopf蛋白(Dkk)、抗衰老基因Klotho等可抑制Wnt信號(hào)通路，R-spondin蛋白(Rspo)、環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、NOTCH1等則可激活Wnt信號(hào)通路。WIF-1由1個(gè)N端區(qū)域、5個(gè)表皮生長因子樣重復(fù)區(qū)域和1個(gè)高親水性羧基端組成，可直接與Wnt蛋白結(jié)合而阻斷Wnt信號(hào)通路[8]。SFRPs與Frz受體具有部分相似的半胱氨酸富集區(qū)域序列，通過與Frz結(jié)合而抑制Wnt信號(hào)通路。SFRPs包含5個(gè)家族成員即SFRP1～5。最新研究發(fā)現(xiàn)，僅SFRP1在腫瘤細(xì)胞中表達(dá)缺失，SFRP2～4起源于腫瘤基質(zhì)，有促進(jìn)腫瘤發(fā)生傾向[9]。Dkk1作為Wnt信號(hào)通路抑制劑，可與Wnt競爭性結(jié)合LRP5/6，從而抑制Wnt信號(hào)通路活性。研究[10]顯示Dkk1在有骨轉(zhuǎn)移的乳腺癌細(xì)胞中過度表達(dá)，提示應(yīng)用抗Dkk1抗體可作為靶向治療的新策略。Klotho是一種抗衰老基因，其表達(dá)產(chǎn)物Klotho蛋白可抑制Wnt蛋白表達(dá)，阻止Wnt蛋白進(jìn)入細(xì)胞核激活下游基因，從而抑制 Wnt信號(hào)通路[11]。Rspo是分泌性蛋白家族，其furin-like結(jié)構(gòu)域被認(rèn)為是激活Wnt/β-catenin通路的關(guān)鍵部位[12]。COX-2在結(jié)直腸癌中過表達(dá)，其通過激活Wnt/β-catenin通路促進(jìn)腫瘤的生長[13]。Ishiguro等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)腸癌細(xì)胞中NOTCH1可誘導(dǎo)β-catenin向細(xì)胞核內(nèi)遷移，激活Wnt信號(hào)通路。

三、Wnt信號(hào)通路與結(jié)直腸LST

結(jié)直腸腺瘤主要分為LST和隆起型腺瘤(protruded-type adenoma,PA)。LST是一類起源于結(jié)直腸黏膜、側(cè)向擴(kuò)展生長的淺表型病變，直徑在10 mm以上，此類病變極少向腸壁垂直侵犯[15-16]。LST根據(jù)其在內(nèi)鏡下的不同表現(xiàn)分為顆粒型(laterally spreading tumor granular type,LST-G)和非顆粒型(laterally spreading tumor non-granular type,LST-NG)，前者又分為顆粒均一型和結(jié)節(jié)混合型，后者又分為扁平隆起型和假凹陷型[17]。LST因其具有較高惡變潛能而備受研究者關(guān)注。

1.Wnt信號(hào)通路成員與結(jié)直腸LST的關(guān)系：作為Wnt信號(hào)通路成員，Wnt、β-catenin、GSK-3β、APC等與LST之間存在緊密聯(lián)系。Shi等[18]研究了20例PA、20例LST和20例結(jié)直腸癌患者的Wnt/β-catenin/c-myc mRNA和蛋白表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌組織中Wnt/β-catenin/c-myc mRNA和蛋白表達(dá)均高于LST組，而LST組高于PA 組，提示W(wǎng)nt/β-catenin/c-myc信號(hào)通路的激活與LST的發(fā)生和惡變存在密切聯(lián)系。Wang等[19]對(duì)50例LST和54例PA患者的β-catenin、磷酸化GSK-3β、cyclin D1、c-myc的表達(dá)進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)β-catenin、磷酸化GSK-3β、cyclin D1以及c-myc在LST組中的表達(dá)水平明顯高于PA組，且不受患者年齡影響。此外該研究亦發(fā)現(xiàn)，LST中高級(jí)別上皮內(nèi)瘤變組β-catenin、磷酸化GSK-3β表達(dá)高于低級(jí)別上皮內(nèi)瘤變組，而PA組中無此差異，提示LST中Wnt信號(hào)通路的激活程度強(qiáng)于PA，LST較PA具有更高的惡變潛能。

2.Wnt信號(hào)通路調(diào)節(jié)因子與結(jié)直腸LST的關(guān)系：Wnt信號(hào)通路的抑制因子SFRPs與LST的關(guān)系愈發(fā)引起學(xué)界關(guān)注。翟國棟等[20]對(duì)SFRP1、SFRP2、SFRP5在52例LST和51例PA中的表達(dá)狀態(tài)和甲基化水平進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)LST患者的SFRP1基因存在高甲基化，SFRP1 mRNA和蛋白表達(dá)水平顯著降低，SFRP2、SFRP5基因不存在甲基化，其mRNA和蛋白表達(dá)水平與PA無明顯差異。Sugai等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，38例LST-G和35例LST-NG中SFRP1基因甲基化的發(fā)生率分別為68.4%、48.6%，兩者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。SFRP1基因甲基化可導(dǎo)致Wnt信號(hào)通路抑制因子SFRP1表達(dá)降低，進(jìn)而激活Wnt信號(hào)通路，可能為LST的發(fā)生、發(fā)展因素。

3.Wnt信號(hào)通路下游基因與結(jié)直腸LST的關(guān)系：孫穎等[22]的研究發(fā)現(xiàn)MMP-7 mRNA和蛋白在LST中的表達(dá)顯著高于PA 組，正常黏膜中則未見MMP-7表達(dá)。周峻鋒等[23]研究了55例LST、20例PA和10例炎癥性息肉(inflammatory polyp,IP)患者的TCF-4、MMP-7蛋白表達(dá)，發(fā)現(xiàn)TCF-4、MMP-7 在LST 組的表達(dá)水平顯著高于PA 組和IP 組，LST中TCF-4與MMP-7的表達(dá)呈正相關(guān)。MMP-7是金屬基質(zhì)蛋白酶家族中的重要成員，可降解基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)，增強(qiáng)細(xì)胞的侵襲性，對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移發(fā)揮重要作用。

Shi等[18]發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸LST組c-myc表達(dá)顯著高于PA組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。c-myc基因?qū)φ{(diào)節(jié)細(xì)胞增殖具有重要作用，其表達(dá)產(chǎn)物c-myc蛋白是細(xì)胞分裂周期G1期的進(jìn)展因子[24]。此外，c-myc亦可促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤組織中的血管生長[25]。

4.Wnt信號(hào)通路與結(jié)直腸LST分型：COX-2作為Wnt信號(hào)通路的激活因子，其在LST中的表達(dá)水平顯著高于PA[26]。Mukawa等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，COX-2在PA、LST-G以及LST-NG中的表達(dá)率分別為73.1%、88.2%、31.6%，LST-G中COX-2表達(dá)顯著高于LST-NG。段天英等[28]對(duì)55例LST和20例PA進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)β-catenin在LST結(jié)節(jié)混合型和LST-NG中的表達(dá)高于PA，顆粒均一型與PA間的表達(dá)則無明顯差異，提示LST結(jié)節(jié)混合型和LST-NG或許存在獨(dú)特的分子生物學(xué)機(jī)制，LST顆粒均一型的發(fā)生可能類似于PA。吳杰等[29]研究了β-catenin、磷酸化GSK-3β、樁蛋白、整合素連接激酶(integrin-linked kinase,ILK)在LST的4種不同內(nèi)鏡分型中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)即便同屬于LST-NG，β-catenin、磷酸化GSK-3β、樁蛋白在假凹陷型中的表達(dá)較扁平隆起型均顯著升高，提示LST假凹陷型可能具有特殊的發(fā)生機(jī)制。Sakai等[30]對(duì)LST-G和LST-NG基因突變的情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)APC基因突變率在兩種形態(tài)中分別為88%和82%，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且APC基因突變率在LST的兩種病理類型—腺瘤和癌中無明顯差異，提示APC基因突變與LST的早期發(fā)展相關(guān)。

四、總結(jié)

結(jié)直腸LST作為具有較高惡變潛能的腫瘤，其發(fā)生、發(fā)展機(jī)制以及靶向治療的研究對(duì)結(jié)直腸癌預(yù)防具有重要作用。Wnt信號(hào)通路除參與調(diào)控細(xì)胞的生長、分化、遷移、凋亡等生理過程，其異常激活與LST的發(fā)生有緊密聯(lián)系。目前關(guān)于Wnt信號(hào)通路在結(jié)直腸LST中的研究尚存在一些問題：研究納入病例數(shù)較少，其中發(fā)生率偏低的假凹陷型的例數(shù)則更少，導(dǎo)致研究結(jié)果可能存在偏倚；前述部分研究提出LST的不同分型間可能存在獨(dú)特的分子生物學(xué)機(jī)制，但未完全闡明等。由于Wnt信號(hào)通路是一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，與LST之間的關(guān)系仍存在許多問題需進(jìn)一步研究，而針對(duì)Wnt信號(hào)通路中導(dǎo)致LST發(fā)生的關(guān)鍵因子研制靶向抗腫瘤藥物則是一項(xiàng)巨大而富有意義的挑戰(zhàn)。