結直腸癌上皮間質轉化相關通路及其靶向治療的研究進展

趙平凡 呂艷華 楊繼元

結直腸癌(CRC)是常見的胃腸道惡性腫瘤， 2018年全球惡性腫瘤統(tǒng)計報告顯示，CRC死亡病例占惡性腫瘤致死病例的9.2%，死亡率居第2位，CRC病例占惡性腫瘤病例的6.1%，居惡性腫瘤發(fā)病率第4位，新發(fā)病例約184萬，新死亡病例約88萬；中國CRC的發(fā)病率居全球第1位[1]。上皮間質轉化(EMT)是細胞失去上皮特征，并獲得間充質特性的過程，如腫瘤細胞的運動性增加。在CRC患者中，EMT與侵襲性或轉移性表型緊密相關[2]。本文就與EMT 相關的信號通路在CRC細胞轉移、侵襲中的作用及其靶向治療作一綜述。

1 EMT的概念和特征

EMT的概念于20世紀80年代初首次被提出，其主要是指上皮細胞失去上皮特性并獲得間質細胞表型的一種生物學現(xiàn)象，是多細胞生物胚胎發(fā)育過程中的基礎[3]。基于生理結構將EMT分為3類：胚胎發(fā)育和器官形成；傷口愈合和器官纖維化；腫瘤進展；后者與侵襲性或轉移性表型相關[4]。

2 CRC的EMT相關信號通路

2.1 Wnt/β-catenin信號通路

Wnt信號轉導是CRC進展的重要因素，也是EMT的進展和監(jiān)管機制[5]。目前已知3條經(jīng)典的Wnt信號通路：Wnt/β-catenin通路、Wnt/Ca2+通路和Wnt/PCP通路[6]。典型Wnt信號轉導的異常激活是功能突變的CRC的特征[7-8]。目前公認Wnt/β-catenin 信號異?；罨荂RC發(fā)生的重要原因[9]。Wnt/β-catenin通路是Wnt信號通路的經(jīng)典途徑，該通路由多種分泌糖蛋白構成，對細胞的增殖、分化及遷移具有重要的調節(jié)作用[10-11]。經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號通路主要包括:配體(Wnt家族成員Wnt1、Wnt3、Wnt3a、Wnt7b等)、跨膜受體(Frizzled家族成員和LRP-5/LRP-6)、胞質調節(jié)蛋白(APC、Axin、GSK3β、β-catenin等)以及核內(nèi)轉錄因子(TCF/LEF1家族)[12]。在去分化間充質樣腫瘤細胞中發(fā)現(xiàn)，細胞核內(nèi)的Wnt/β-catenin顯著增加，這些腫瘤細胞在侵襲前期伴隨著E-鈣黏蛋白表達的變化[13]。β-catenin/TCF4復合物轉錄直接激活ZEB1并上調MT1-MMP9和LAMC2，這與CRC的侵襲性直接相關[14]。Wnt3a是經(jīng)典Wnt信號配體，其通過Wnt/β-catenin通路轉導發(fā)信號的代表性Wnt蛋白；Wnt3a不僅可激活Wnt/β-catenin信號，還可與FAK或轉化生長因子-β(TGF-β)等信號通路同時發(fā)揮作用[15-16]。Axin2曾被視為經(jīng)典的Wnt抑制因子，然而有研究顯示其不是作為腫瘤抑制因子發(fā)揮作用，而是通過上調SNAI1活性來誘導腫瘤細胞EMT，并在體外和體內(nèi)驅動轉移活性[17]。

2.2 TGF-β/smad信號通路

TGF-β信號轉導在腫瘤發(fā)生中起著雙重作用，其在腫瘤發(fā)展的早期階段介導抑制腫瘤的作用，而在后期階段可能會促進腫瘤進展，因為它能促進腫瘤細胞發(fā)生EMT，并能抑制一些腫瘤(乳腺癌、前列腺癌和結腸癌)患者的免疫功能。目前研究發(fā)現(xiàn)Smad4涉及TGF-β在CRC后期和EMT過程中的作用，其可抑制侵襲并恢復CRC細胞SW480的上皮表型。抑制Smad4誘導的內(nèi)源性TGF-β細胞因子水平可導致TGF-β信號轉導增強和EMT誘導[18]。此外，Smad4是STAT3激活的負調節(jié)因子[19]。Smad4缺失導致STAT3異常激活，這可能直接促進EMT過程和CRC進展中的ZEB1表達。Smad4缺失導致BMP信號從腫瘤抑制轉變?yōu)榇俎D移，從而通過激活RHO和ROCK誘導EMT[20]。此外，TGF-β的激活對于血小板對CRC細胞的EMT誘導作用非常重要。血小板分泌TGF-β來刺激腫瘤細胞中EMT標志物如轉錄因子Snail、波形蛋白(Vimentin)和纖維連接蛋白(FN)的表達[21]。

2.3 PI3K/Akt信號通路

PI3K是一系列參與細胞功能(細胞生長、增殖、分化、運動、存活和細胞內(nèi)運輸)的激酶，在腫瘤進展中扮演著重要角色[22]。PI3K/Akt信號通路可直接誘導EMT發(fā)生，主要體現(xiàn)為上調轉錄因子(Snail、Slug、Twist、ZEB等)的表達，從而下調細胞內(nèi)E-鈣黏蛋白的水平。此外，PI3K/Akt信號通路可誘導MMP的表達[23]，如MMP-2、MMP-9等，促使E-鈣黏蛋白降解，誘導細胞發(fā)生EMT。在PI3K/Akt信號通路中，激活Akt信號可在體外和體內(nèi)提高EMT標志轉錄因子(SnailL、Slug)的表達，從而在CRC中發(fā)揮調節(jié)EMT和血管生成的潛在作用[24]。

此外，PI3K/Akt信號通路還可被其他信號激活或形成信號級聯(lián)來介導EMT發(fā)生。PRL-3是一種轉移相關磷酸酶，可通過激活Akt和滅活PTEN起到引發(fā)腫瘤轉移期間EMT轉換的啟動作用。mTORC1和mTORC2是PI3K/Akt信號的下游信號效應物，通過RhoA和Rac1信號轉導誘導CRC的EMT、遷移和侵襲[25]。此外，在GSK3處的Wnt與PI3K/Akt信號通路的相互聯(lián)系導致β-catenin和Snail的穩(wěn)定和積累[26]。許多研究表明，高脂飲食(HFD)與CRC的高發(fā)病率相關[27]，HFD可通過上調環(huán)氧合酶-2(COX-2)和激活MMP的異種移植模型中的MAPK/ERK和PI3K/Akt/mTOR信號級聯(lián)來介導EMT和腫瘤炎性反應的發(fā)展。

2.4 Notch信號通路

Notch信號通路被認為是胚胎或組織形成時期的傳統(tǒng)途徑。Notch信號通路也參與了EMT的發(fā)生。研究表明Notch可誘導腫瘤發(fā)生，導致上皮細胞失去極性、活動性和侵襲能力[28]。在此過程中，Notch通過誘導Slug活化或調節(jié)Snail表達來調節(jié)E-鈣黏蛋白的表達，從而增強腫瘤細胞的侵襲和遷移能力[29-30]。Notch信號通路并非獨立發(fā)揮作用，其與其他信號通路聯(lián)合起來誘導EMT[31]。

2.5 其他信號通路

研究表明，Hedgehog(Hh)信號通路和表皮生長因子受體(EGFR)信號級聯(lián)參與EMT過程。Hh信號通路在胚胎發(fā)育、腫瘤干細胞(CSC)和EMT的形成和維持中起著重要作用。Hh信號通路通過調節(jié)誘導腫瘤細胞侵襲的PI3K/Akt信號通路，激活MMP-2和MMP-9的表達，并誘導E-鈣黏蛋白、Snail的表達[32]。此外，EGFR引發(fā)的C末端結構域中的幾個自磷酸化酪氨酸殘基被其他蛋白激活，主要是通過MAPK、Akt和JNK途徑[33]。這種刺激可促進EMT并調節(jié)表型，如細胞增殖、遷移和黏附。

3 靶向EMT信號通路的藥物

3.1 靶向Wnt/β-catenin 信號通路的藥物

Wnt/β-catenin信號通路與CRC的發(fā)生、發(fā)展密切相關。近年來針對Wnt信號通路的藥物的體外實驗表明，非甾體類抗炎藥(阿司匹林、舒林酸、塞來昔布和羅非昔布)可以通過誘導β-catenin磷酸化和降解或抑制其靶基因的轉錄來下調β-catenin水平。

此外，小分子抑制劑是分子靶向治療的研究熱點。格列衛(wèi)是一種酪氨酸激酶抑制劑，其可顯著抑制CRC細胞增殖，降低轉錄活性，誘導β-catenin從細胞核向細胞膜遷移[34]。內(nèi)皮素(ET)可以促進β-catenin降解，抑制靶基因細胞周期蛋白D1啟動子活性，誘導細胞周期停滯、細胞凋亡和腫瘤血管生成；Wnt途徑sFRP抑制劑可抑制CRC細胞增殖和轉化能力；反義RNA可通過清除Wnt通路中的TCF/β-catenin復合物來沉默β-catenin的表達或抑制CRC細胞的增殖和分化[35]。上述靶向Wnt信號通路的藥物可為CRC的治療提供新的有效方法。

3.2 靶向TGF-β/smad信號通路的藥物

TGF-β/smad信號通路在CRC的EMT中起著關鍵作用，已有一些通過了臨床前研究和臨床試驗的靶向TGF-β/smad通路的方法。AP11014和AP15012是用于治療非小細胞肺癌、前列腺癌及CRC的臨床前研究中使用的反義分子[36]，通過與特定mRNA結合來阻止TGF-β合成。一些受體激酶抑制劑在阻斷下游信號轉導方面有顯著效果[37]，如LY2109761是抑制TβR1和TβRII的激酶活性的小分子，該化合物可抑制乳腺癌、CRC和胰腺癌小鼠模型中的轉移[38-40]。

3.3 靶向PI3K/Akt信號通路的藥物

靶向PI3K/AKT信號通路的抑制劑主要有Wortmannin、LY294002、Quercetin、Myricetin和Staurosporine，其中LY294002 廣泛應用于腫瘤研究中。LY294002有抑制腫瘤生長的效應，但因其代謝較快，較低劑量時僅有少量Akt 去磷酸化而失活。LY294002與放射治療聯(lián)合應用可抑制腫瘤細胞增殖，抑制細胞生長及腫瘤血管形成，提高放射治療的敏感度，發(fā)揮協(xié)同抗腫瘤作用[41]。另有研究表明脫氧膽酰?；撬嵬ㄟ^激活PI3K/Akt通路抑制腫瘤細胞凋亡，促進腫瘤生長。通過繼發(fā)性膽汁酸中的脫氧膽酰牛磺酸是否可治療CRC還有待進一步研究。

3.4 靶向其他信號通路的藥物

Notch途徑作為新的腫瘤治療靶點具有巨大潛力。GSI是被研究得較廣泛的Notch受體，具有生物分布和泛Notch抑制的潛力[42]。GSI在Ⅰ期臨床試驗中用作單一療法或與其他藥物聯(lián)合使用[43]；目前臨床試驗中的所有小分子Hh途徑治療藥物都被設計成針對Smoothened(SMO)。Hh抑制劑環(huán)巴胺是Hh信號轉導通路組分SMO的拮抗劑，該試劑用作單一療法或與其他抗腫瘤藥物聯(lián)合用于治療各種腫瘤，包括CRC。研究表明環(huán)巴胺可通過抑制EMT，上調E-鈣黏蛋白和下調Snail來抑制腫瘤細胞的侵襲[44]；EGFR在CRC的 EMT中過表達，研究表明抗EGFR治療是有效的。另有研究表明酪氨酸激酶抑制劑(如索拉非尼、吉非替尼)可明顯抑制CRC患者的P13K信號轉導，表明其具有很大的治療價值[45]。西妥昔單抗和帕尼單抗是EGFR的單克隆抗體，分別于2004年和2006年被美國食品和藥品管理局(FDA)批準用于治療CRC，這兩種抗體通過與細胞外結構域結合來阻止EGFR自身磷酸化。

4 結語

EMT過程是源于環(huán)境刺激的一系列變化和轉變，取決于組織和信號轉導環(huán)境。EMT起始和進展涉及信號通路和轉錄調節(jié)因子的網(wǎng)絡之間的復雜串擾。EMT的標志是E-鈣黏蛋白下調，E-鈣黏蛋白是一種主要的上皮標志物，其受一組EMT轉錄因子的調節(jié)。Snail、Twist和ZEB家族在胚胎發(fā)生和腫瘤環(huán)境中都發(fā)揮著重要作用。這些EMT相關轉錄因子的調節(jié)與CRC的侵襲性、轉移性和不良預后相關，可見EMT在腫瘤進展和轉移中起著重要作用。對CRC發(fā)生EMT的相關信號通路的作用機制及通路間相互影響的深入研究，有助于開發(fā)更多治療CRC的新方法并促進個體化治療。