FHIT和PI3K/Akt/mTOR信號通路與胃癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

韓娟娟，李春輝

(承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院病理科，河北 承德 067000)

0 引言

胃癌(Gastric cancer，GC)是一種常見的消化道惡性腫瘤，其發(fā)病率和病死率居世界惡性腫瘤的第5位和第3位。據(jù)流行病學(xué)統(tǒng)計結(jié)果顯示，2018年全球新發(fā)胃癌病例約為103.2萬例，死亡人數(shù)約為78.7萬人[1]。在我國，胃癌的發(fā)病率和病死率均居惡性腫瘤的第2位。2015年我國胃癌新發(fā)病例約為67.9萬例，死亡病例約為49.8萬例，胃癌死亡病例占全球同期胃癌總死亡數(shù)的40%以上[2]。胃癌在確診時多數(shù)病例已處于進(jìn)展期，且缺乏切實(shí)有效的分子靶向治療，預(yù)后較差[3]。目前普遍認(rèn)為胃癌的發(fā)生是一個多因素、多步驟進(jìn)行性發(fā)展的過程，此過程中多種基因及信號傳導(dǎo)通路會發(fā)生異常改變。目前研究表明脆性組氨酸三聯(lián)體基因在多種上皮細(xì)胞中均有抑癌作用，與多種人類惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)[4]。PI3K/Akt/mTOR通路是經(jīng)典的信號傳導(dǎo)通路，在多種惡性腫瘤中該通路異常激活，在腫瘤細(xì)胞增殖、遷移及代謝過程中扮演著重要角色[5]。

1 FHIT

1.1 FHIT基因概述

脆性組氨酸三聯(lián)體基因是位于3號染色體p14.2帶(3p14.2)的脆性位點(diǎn)基因，該基因包含了人類基因組中最常見的脆性位點(diǎn)FRA3B、乳頭瘤病毒整合位點(diǎn)和T(3;8)(p14.2;q24)家族性腎癌相關(guān)易位斷點(diǎn)。FHIT基因?yàn)橐桓叨缺Ｊ氐幕蛐蛄?，全長約為500kb，其cDNA長1095bp，包含10個小外顯子，轉(zhuǎn)錄一個僅1.1kb的mRNA，其中第1～4個外顯子和第10個外顯子只轉(zhuǎn)錄不翻譯，由第5～9外顯子編碼一個由147個氨基酸組成的相對分子質(zhì)量為16.8kDa的Fhit蛋白[6]，該蛋白在DNA修復(fù)和細(xì)胞周期過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。

目前認(rèn)為FHIT基因是一個抑癌基因，與多種人類惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，如肺癌、前列腺癌、卵巢癌、結(jié)直腸癌、乳腺癌等。Fhit蛋白在所有正常的上皮組織和大多數(shù)常見實(shí)體瘤的起源組織中均有表達(dá)[7]，而在人類多種原發(fā)惡性腫瘤及腫瘤細(xì)胞株中，該基因常表達(dá)失活，其蛋白不同程度減少甚至缺失，細(xì)胞生長抑制信號被阻斷，促進(jìn)腫瘤發(fā)生[8-9]。

1.2 FHIT與胃癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

FHIT基因是第一個將脆性位點(diǎn)與腫瘤聯(lián)系起來的抑癌基因，近年來受到醫(yī)學(xué)界廣泛關(guān)注。Bai等[10]發(fā)現(xiàn)在正常胃組織、胃息肉組織以及胃癌組織中，F(xiàn)hit蛋白表達(dá)逐漸降低且與HP感染呈負(fù)相關(guān)。Baffa等[11]對8個胃癌細(xì)胞系及32例原發(fā)性胃癌標(biāo)本進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)多數(shù)胃癌中存在FHIT基因重排和/或逆轉(zhuǎn)錄PCR產(chǎn)物畸變，導(dǎo)致Fhit蛋白不表達(dá)或表達(dá)減少。Huiping等[12]對胃癌組織進(jìn)行FHIT基因檢測發(fā)現(xiàn)84%(38/45)的胃癌組織中存在FHIT基因的雜合性缺失，提示FHIT基因在胃癌中具有高度不穩(wěn)定的特性；采用RT-PCR技術(shù)對胃癌組織中FHIT mRNA的表達(dá)進(jìn)行分析，在87%(34/39)的胃癌組織中檢測到異常mRNA，并推測FRA3B基因的脆性是導(dǎo)致異常mRNA形成的原因。肖祥等[13]發(fā)現(xiàn)胃癌、不典型增生組織中FHIT基因雜合性丟失率均較高，顯著高于正常組織(P＜0.05)，而胃癌與不典型增生組織的FHIT基因雜合性丟失率差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，說明在早期胃癌中部分患者已出現(xiàn)Fhit蛋白的異常表達(dá)，提示FHIT基因和蛋白的檢測可能成為胃癌早期診斷的指標(biāo)。

腺病毒載體介導(dǎo)的FHIT基因在腫瘤細(xì)胞中的過度表達(dá)能有效地促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡，改變細(xì)胞周期過程，增加凋亡腫瘤的數(shù)量[14]。FHIT基因主要通過調(diào)控細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡發(fā)揮抑癌作用，可使細(xì)胞受阻于增殖周期的S期。Bhat等[15]發(fā)現(xiàn)Fhit蛋白可激活半胱氨酸、天冬氨酸蛋白8(Caspases-8)和Caspases-9引起Caspases酶介導(dǎo)的凋亡級聯(lián)反應(yīng)。Shi等[16]使用酵母雙雜交法篩選發(fā)現(xiàn)人泛素結(jié)合9(Human ubiquitinconjugating enzyme 9，hUBC9)與Fhit蛋白存在特異性相關(guān)，它與Fhit蛋白羧基端相互作用，由于hUBC9與S期及M期細(xì)胞周期蛋白的降解有關(guān)，推測Fhit蛋白可能通過與hUBC9相互作用來參與細(xì)胞周期的調(diào)控。Sard等[17]研究發(fā)現(xiàn)FHIT基因轉(zhuǎn)入缺乏Fhit蛋白表達(dá)的肺癌細(xì)胞株H460后，細(xì)胞周期蛋白cyclin D3蛋白和cdc2表達(dá)增加，DNA斷裂增加，細(xì)胞大量凋亡發(fā)生致瘤性逆轉(zhuǎn)；細(xì)胞周期分析表明，G0/G1期存在明顯的周期阻滯并出現(xiàn)亞G1峰。推測FHIT與抑制細(xì)胞生長、促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用和細(xì)胞周期阻滯有關(guān)，并分析其作用可能通過p21介導(dǎo)。

Fhit蛋白是正確執(zhí)行DNA損傷檢查點(diǎn)和相關(guān)修復(fù)所必需的，該蛋白可能通過多種細(xì)胞損傷因子促進(jìn)細(xì)胞凋亡DNA損傷后ATR通路的強(qiáng)烈激活，它的丟失會導(dǎo)致未修復(fù)的DNA進(jìn)一步損傷和突變，作為應(yīng)激事件可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)復(fù)制壓力的產(chǎn)生，增加基因組的不穩(wěn)定性，進(jìn)而為癌癥發(fā)生發(fā)展過程中其他突變的產(chǎn)生提供了前提條件，起始癌癥的發(fā)育與進(jìn)化[18]。Ishii等[19]的體外分析和體內(nèi)致瘤性研究表明，恢復(fù)FHIT基因表達(dá)可以使50%的被測腫瘤細(xì)胞系受到抑制，將FHIT基因轉(zhuǎn)入FHIT基因缺失的小鼠中可以阻止甚至逆轉(zhuǎn)致癌物導(dǎo)致的腫瘤發(fā)生。Omar等[20]的研究表明，F(xiàn)hit蛋白位于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中，后者可能位于血漿膜系統(tǒng)(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基網(wǎng)絡(luò)、線粒體和運(yùn)輸小泡)中，支持了關(guān)于FHIT作為信號分子的假設(shè)[21]。

2 PI3K/Akt/mTOR信號通路

2.1 PI3K/Akt/mTOR通路概述

PI3K/Akt/mTOR信號通路是經(jīng)典的細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路，在細(xì)胞的多種生物學(xué)功能中起調(diào)節(jié)作用。當(dāng)PI3K/Akt/mTOR信號通路被異常激活時常導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。PI3K位于細(xì)胞膜分為IA型和IB型兩型，其中IA型與腫瘤發(fā)生、發(fā)展具有重要聯(lián)系。Akt位于細(xì)胞漿，是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在哺乳動物中有Akt1/α、Akt2/β和Akt3/γ三個亞型。PI3K由催化亞基P110和調(diào)節(jié)亞基P85組成，活化的P110亞基可以催化PIP2形成PIP3。Akt分子量為57kD，由480個氨基酸殘基組成，包括N端PH結(jié)構(gòu)域、中間的絲氨酸/蘇氨酸激酶活性區(qū)和C端調(diào)節(jié)活性區(qū)。Akt的PH結(jié)構(gòu)域可與PIP3結(jié)合并被攜帶固定于細(xì)胞膜上，其后Akt激酶活性區(qū)的蘇氨酸(Thr308)即被PDK1磷酸化激活，調(diào)節(jié)活性區(qū)的絲氨酸(Ser473)則被mTOR復(fù)合物2(mTOR complex 2，mTORC2)磷酸化并激活[22]?；罨蟮腁kt進(jìn)入細(xì)胞核，可直接激活mTOR信號通路，也可以通過抑制結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物1/2(Tuberous sclerosis complex 1/2，TSC1/2)間接激活mTOR通路[23]。

mTOR是Akt的下游底物，是生長調(diào)節(jié)中心環(huán)節(jié)，由2549個氨基酸殘基組成，mTOR與其他蛋白質(zhì)結(jié)合形成mTOR復(fù)合 物1(mTORC1)和mTOR復(fù) 合 物2(mTORC2)。mTORC1由mTOR、mTOR調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白Raptor、哺乳動物直系同源物L(fēng)ST8(Mammalian ortholog of LST8，mLST8)和非核心組分PRAS40、Deptor組成；mTORC2由mTOR、mTOR帕霉素不敏感伴侶Rictor、mLST8和 mSIN1組成。兩種復(fù)合物定位于不同的亞細(xì)胞區(qū)室，發(fā)揮不同的功能[24]。活化的mTORC1可以磷酸化激活其下游真核起始因子4E-結(jié)合蛋白1(Eukaryotic initiation factor 4E-binding protein1，4E-BP1)和p70核糖體蛋 白S6激 酶B1(Ribosomal protein S6 kinaseB1，S6K1)，活化的4E-BP1可激活elF-4E進(jìn)而促進(jìn)c-myc、缺氧誘導(dǎo)因子1α(Hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α)等原癌基因的轉(zhuǎn)錄，并下傳生存信號，對腫瘤細(xì)胞的凋亡進(jìn)行抑制；而活化的p70S6K1可通過磷酸化mRNA翻譯相關(guān)的核糖體蛋白S6、真核起始因子elF-4B、EF2激酶等多個靶點(diǎn)，共同促使腫瘤細(xì)胞從G0/G1期向S期進(jìn)展[25]。mTORC2除可以磷酸化Ser473位點(diǎn)激活A(yù)kt外，還可以通過激活A(yù)GC家族激酶，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的脂質(zhì)合成、葡萄糖代謝、凋亡過程和肌動蛋白細(xì)胞骨架來調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長[26]。

2.2 PI3K/Akt/mTOR通路與胃癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

PI3K/Akt/mTOR信號通路可激活或抑制其下游多種蛋白質(zhì)，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、增殖、凋亡、生長以及運(yùn)動等，與腫瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移有著高度的相關(guān)性，在胃癌組織中該通路過度激活，與胃癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[27]。張剛等[28]研究結(jié)果顯示：p-Akt及p-mTOR在胃癌、癌旁及正常胃黏膜組織中的表達(dá)逐漸降低。Lin等[29]研究發(fā)現(xiàn)T-cadherin過表達(dá)可顯著抑制胃癌細(xì)胞HGC-27增殖，導(dǎo)致G0/G1期細(xì)胞周期阻滯，侵襲轉(zhuǎn)移能力降低，且細(xì)胞中p-Akt、p-mTOR和p-S6K均顯著降低，而使用Akt激活劑IGF-1可恢復(fù)細(xì)胞增殖活性，推測T-cadherin通過抑制Akt/mTOR信號通路抑制胃腫瘤的發(fā)生。Riquelme等[30]通過轉(zhuǎn)染靶向基因miR-101-2降低胃癌細(xì)胞AGS中mTOR的mRNA和蛋白表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞增殖和菌落形成被明顯抑制，細(xì)胞死亡增加，細(xì)胞遷移和侵襲能力明顯下降，據(jù)此推測細(xì)胞活力的降低與mTORmRNA的沉默和蛋白質(zhì)的表達(dá)下降有關(guān)。mTOR活性的阻滯可能導(dǎo)致P70S6K1和4E-BP1去磷酸化，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[31]。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，F(xiàn)HIT基因是一種抑癌基因，在胃癌等人類多種原發(fā)腫瘤中均表達(dá)缺失，但其在體內(nèi)的具體功能及抑制腫瘤的信號通路和機(jī)制目前尚未完全闡明。PI3K/Akt/mTOR信號通路在腫瘤細(xì)胞中常呈過表達(dá)狀態(tài)。Akt、mTOR是PI3K/Akt/mTOR信號通路的關(guān)鍵分子，因此在人體胃癌組織中同時檢測到FHIT表達(dá)缺失與Akt、mTOR活躍異常，則可進(jìn)一步了解胃癌的發(fā)生與發(fā)展，從而可為胃癌的臨床診斷及治療提供更多有效的理論依據(jù)與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。