Wnt/β-catenin信號通路在胃癌中的研究進(jìn)展

王騫，譚林，屈偉明，陳維順

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬株洲醫(yī)院消化內(nèi)科，湖南 株洲 412007)

胃癌已成為威脅人類健康的重要疾病之一，我國是胃癌高發(fā)國家，發(fā)病率和死亡率均居第二位[1]。胃癌的發(fā)生與發(fā)展是一個多基因、多階段、多途徑參與的復(fù)雜病理過程，其發(fā)展過程中有眾多復(fù)雜的分子生物學(xué)變化。目前，胃癌的早期診斷仍是一個棘手的難題，多數(shù)患者確診時已處于晚期，無論是手術(shù)或是非手術(shù)治療效果均不理想。因此，研究胃癌發(fā)生、發(fā)展的機制，尋找胃癌發(fā)病的關(guān)鍵因子并提高早期診斷率是改善患者預(yù)后的重要手段，也可為藥物或生物治療提供靶點。其中，對細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與胃癌發(fā)病關(guān)系的研究是目前生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點，而Wnt/β聯(lián)蛋白(β-catenin)信號通路是調(diào)控細(xì)胞增殖、分化的關(guān)鍵信號通路之一，其多個靶點被證實與胃癌發(fā)病密切相關(guān)。現(xiàn)就Wnt/β-catenin信號通路中各組分及相關(guān)基因突變參與胃癌的發(fā)生、發(fā)展予以綜述，包括腫瘤細(xì)胞的癌變、侵襲與轉(zhuǎn)移和相關(guān)治療，以為胃癌的防治研究提供新思路。

1 Wnt/β-catenin信號通路概述

胃癌的發(fā)生通常是一個長時間的慢性演變過程，與癌基因過度激活、抑癌基因失活或調(diào)控失效、凋亡與抗凋亡基因的表達(dá)失衡等多種因素有關(guān)。研究表明，包括Fas/Fas 配體、Notch、c-Jun氨基端激酶、核因子κB及Wnt等多條與細(xì)胞增殖、生長有關(guān)的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與胃癌的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[2-4]。其中，Wnt通路是調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、遷移、凋亡等生理活動的關(guān)鍵信號通路之一。Wnt通路分為經(jīng)典Wnt/β-catenin通路與非經(jīng)典Wnt/Ca2+、Wnt/平面細(xì)胞極性通路。Wnt/β-catenin通路的傳導(dǎo)方式為：配體蛋白與細(xì)胞膜表面的低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6及卷曲蛋白結(jié)合形成三聚體，通過蓬亂蛋白減弱由軸蛋白(Axin)、糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)、結(jié)直腸腺瘤性息肉(adenomatous polyposis coli,APC)基因組成的降解復(fù)合物與β-catenin結(jié)合的穩(wěn)定性，抑制β-catenin降解。β-catenin轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)，與T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子/淋巴樣增強因子相互作用活化下游靶基因。Wnt/β-catenin信號通路活化的核心為β-catenin在胞質(zhì)內(nèi)積聚后向胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移，而通路中任意組分發(fā)生變化均可導(dǎo)致信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常。

正常胃上皮細(xì)胞中，Wnt配體蛋白在所有細(xì)胞中均表達(dá)，但僅在胃小凹基底部存在Wnt信號的激活。其原因為黏膜肌層的成纖維細(xì)胞可分泌特異性頂部盤狀底板反應(yīng)蛋白(Roof plate-specific spondins，Rspos)[5]。Rspos是新近發(fā)現(xiàn)的一種分泌蛋白家族，可穩(wěn)定Wnt受體并增強Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。生理情況下，Wnt/β-catenin信號通路在激活下游靶基因的同時激活E3泛素化連接酶[環(huán)指蛋白43(ring finger protein 43，RNF43)/鋅環(huán)指蛋白3(Zinc and ring finger 3，ZNRF3)]，其介導(dǎo)配體蛋白/卷曲蛋白/低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6三聚體泛素化內(nèi)吞而降解以下調(diào)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，此負(fù)反饋作用是平衡Wnt信號的重要機制。而Rspos與其受體富含亮氨酸的重復(fù)G蛋白偶聯(lián)受體(leucine rich repeat containing G protein coupled receptors,LGRs)結(jié)合為二聚體后，可消除RNF43/ZNRF3對Wnt/β-catenin通路的抑制作用，導(dǎo)致通路的持續(xù)活化[6]。研究表明，缺乏Rspos小鼠胃上皮干細(xì)胞的增殖能力明顯下降[2]。Yan等[7]的研究也證實，消耗Rspos會導(dǎo)致胃內(nèi)LGR5+干細(xì)胞數(shù)量減少，且加強Wnt信號也無法恢復(fù)干細(xì)胞數(shù)量，提示Rspos信號的正常傳導(dǎo)是維持胃上皮干細(xì)胞增殖的關(guān)鍵。

2 Wnt/β-catenin信號通路與幽門螺桿菌感染

遺傳因素與環(huán)境因素共同導(dǎo)致胃癌的發(fā)生，幽門螺桿菌(Helicobacter pylori，Hp)是一種主要定植在人胃黏膜上皮的革蘭陰性桿菌，Hp感染可誘導(dǎo)多種炎癥介質(zhì)產(chǎn)生，并引起胃黏膜慢性炎癥及萎縮性改變。Hp感染是胃癌最重要的致病因子與危險因素，早在1994年Hp就被世界衛(wèi)生組織定為胃癌的Ⅰ類致癌因子。目前公認(rèn)的胃癌發(fā)生模式為正常胃黏膜、慢性淺表性胃炎、慢性萎縮性胃炎、腸上皮化生、異性增生、胃癌，Hp感染是這一連續(xù)病變過程的始動與促進(jìn)因子，全球范圍內(nèi)約80%的胃癌與Hp感染有關(guān)，且Hp感染者胃癌發(fā)生的危險是無感染者的4～6倍[8]。同時，Hp是胃癌中最重要的可控因素。一項大規(guī)模研究表明，根除Hp可有效降低胃癌的發(fā)病風(fēng)險及術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)率[9]。

Hp中有幾種與胃癌發(fā)生有關(guān)的毒力因子，其中Hp細(xì)胞毒素相關(guān)蛋白A(cytotoxin-associated protein A，CagA)最為重要。Hp在胃上皮細(xì)胞種植后，通過分泌蛋白系統(tǒng)將CagA “注射”入宿主細(xì)胞內(nèi)，CagA主要通過磷酸化胃黏膜上皮宿主細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸殘基而影響宿主細(xì)胞內(nèi)的多條相關(guān)信號通路的傳遞[10]。CagA可以干擾GSK-3β誘導(dǎo)的β-catenin降解，導(dǎo)致β-catenin的穩(wěn)定化及核易位，并啟動下游靶基因表達(dá)，促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖[11]。Liu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，Hp陽性胃癌中β-catenin的表達(dá)水平明顯高于陰性胃癌。Hiroko和Masanori[13]對CagA基因序列多態(tài)性的研究發(fā)現(xiàn)，CagA中EPISA序列可通過磷酸化解除宿主細(xì)胞蛋白酪氨酸磷酸酶2的抑制作用，蛋白酪氨酸磷酸酶2是一種致癌因子，可通過活化Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)有絲分裂及細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變，從而參與胃癌的發(fā)生。此外，CagA還可以抑制GSK-3β，促進(jìn)胃癌的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[14]。Hp可影響Wnt信號在細(xì)胞間的傳導(dǎo)，Rspos信號對Wnt/β-catenin通路的活化是維持胃內(nèi)干細(xì)胞增殖的關(guān)鍵,Hp可以誘導(dǎo)腺體基底部成纖維細(xì)胞分泌Rspos(特別是Rspo3)，導(dǎo)致胃干細(xì)胞的過度活化、增殖[2]。同時，Hp在胃黏膜定植后還能通過細(xì)胞間連接與胃干細(xì)胞直接通訊和相互作用，并刺激胃干細(xì)胞潛能的活化，此種效應(yīng)也是基于Rspos-Wnt/β-catenin信號通路的活化[15-16]。但目前Hp是如何影響Rspos分泌，及其與干細(xì)胞之間的通訊連接的詳細(xì)機制仍不完全清楚，其對胃內(nèi)干細(xì)胞的激活后是如何導(dǎo)致腫瘤癌變的機制仍缺乏研究。

3 Wnt/β-catenin信號通路與胃癌的發(fā)生及發(fā)展

Wnt/β-catenin信號通路是導(dǎo)致胃癌發(fā)生及發(fā)展的最重要的信號通路之一。對于消化系統(tǒng)，Wnt/β-catenin信號通路不僅調(diào)控細(xì)胞增殖、分化，還與調(diào)節(jié)干細(xì)胞的生物學(xué)活動有關(guān)。胃腸道干細(xì)胞增殖、分化失控是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要原因，如促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的自我更新及上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化等[5]。研究表明，Wnt/β-catenin信號通路的異?；罨赡苁菍?dǎo)致腫瘤級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵步驟，目前約30%的胃癌中發(fā)現(xiàn)了Wnt/β-catenin信號通路成員的病理激活[17]。迄今為止，胃癌中Wnt/β-catenin信號通路的增強機制主要有配體表達(dá)增加、基因突變、表觀遺傳學(xué)改變及微RNA(microRNA，miRNA)調(diào)控異常等。

3.1Wnt配體表達(dá)增加 Wnt通路配體蛋白表達(dá)增加是較早被發(fā)現(xiàn)的機制。Saitoh等[18]首先發(fā)現(xiàn)，Wnt5a在超過30%的胃癌中顯著上調(diào)。另外，Wnt1[19]、Wnt6[20]和Wnt10a[21]等Wnt配體蛋白在胃癌中表達(dá)增強。而Rspos作為新近發(fā)現(xiàn)的Wnt/β-catenin信號通路的強效激活劑，其在胃癌中的研究也逐漸增多。Li等[22]在對人胃癌異體移植模型的研究發(fā)現(xiàn)，部分胃癌中存在類似于結(jié)腸癌中的Rspo2基因融合現(xiàn)象，起到類似增強子的作用，可增加體外轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞的增殖速度及誘導(dǎo)實驗小鼠腫瘤形成，提示Rspo2在胃癌中有促癌作用。有研究報道Rspo1、Rspo2在腸型胃癌中的表達(dá)明顯增加，與癌旁組織相比，雖然胃癌組織中的染色強度下降，但染色陽性細(xì)胞數(shù)量增加，這是免疫反應(yīng)促使機體沉默Rspos表達(dá)以抑制腫瘤細(xì)胞的表現(xiàn)[23]。Zhang等[24]在胃癌標(biāo)本及細(xì)胞系中也發(fā)現(xiàn)，Rspo2與LGR5的表達(dá)水平均明顯高于正常胃黏膜細(xì)胞，兩者在腫瘤細(xì)胞的表達(dá)呈正相關(guān)，在抑制Rspo2的表達(dá)后，組織內(nèi)上皮鈣黏素的表達(dá)增加、β-catenin及波形蛋白表達(dá)減少[24]。而Shamai等[25]發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞在經(jīng)胃癌細(xì)胞招募及誘導(dǎo)“重編程”后可提高Rspos及LGR5在組織中的表達(dá)，以維持腫瘤細(xì)胞的增殖、生長，提示Rspos-LGR5-Wnt/β-catenin信號通路不僅與胃癌的發(fā)生有關(guān)，還可通過影響上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化在胃癌的侵襲、轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用。

3.2基因突變與表觀遺傳修飾 基因突變導(dǎo)致Wnt/β-catenin信號通路的異常活化也是胃癌發(fā)生的一種機制。Min等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，將近20%的胃癌中出現(xiàn)了APC基因突變導(dǎo)致的Wnt/β-catenin信號通路的活化。另有學(xué)者在軸蛋白1和軸蛋白2中也發(fā)現(xiàn)了因編碼基因突變而導(dǎo)致兩者功能失活的情況[27]。Gao等[28]對胃癌組織標(biāo)本進(jìn)行基因組測序后發(fā)現(xiàn)，RNF43在胃癌中常因基因突變導(dǎo)致表達(dá)減少，且與TNM分期、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等有關(guān)。Niu等[29]對胃癌細(xì)胞系的研究進(jìn)一步證實了RNF43的功能缺失突變，且RNF43的失活可導(dǎo)致癌細(xì)胞增殖性更強，Ki67活性更高。而誘導(dǎo)RNF43過表達(dá)抑制Wnt信號活化，可明顯減弱腫瘤細(xì)胞的增殖能力及侵襲能力。有研究發(fā)現(xiàn)，35.2%的早期胃腺癌及腺瘤中發(fā)生RNF43基因突變，提示RNF43的下調(diào)可能是腺瘤向腺癌轉(zhuǎn)變的早期特征之一[26]。

表觀遺傳修飾指在不改變DNA序列的情況下，通過DNA甲基化、組蛋白修飾等方式調(diào)控細(xì)胞的生物學(xué)行為。在胃癌中，APC基因不僅經(jīng)常發(fā)生突變，而且也常因出現(xiàn)甲基化而失活。有研究報道，52.9%的胃癌組織出現(xiàn)APC基因甲基化，甲基化程度明顯高于正常組織[30]。Yu等[31]對胃癌DKK3(Dickkopf3)基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和功能分析時發(fā)現(xiàn)，有68%的早期胃癌組織中檢測到DKK3啟動子甲基化，提示DKK3的甲基化可能是早期胃癌的特征。宋國棟等[32]發(fā)現(xiàn)，胃癌中DKK3啟動子存在異常甲基化，且程度與腫瘤浸潤深度、TNM分期及轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)。此外，胃癌中分泌型卷曲相關(guān)蛋白5也存在異常甲基化[33]。

3.3miRNA調(diào)控異常 miRNA在胃癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，可通過包括調(diào)控細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在內(nèi)的多種機制影響腫瘤細(xì)胞的增殖生長。一項總結(jié)了352 種miRNA在胃癌中表達(dá)情況的研究顯示，近70種miRNA在胃癌中存在表達(dá)異常[34]。Cong等[35]利用免疫熒光雜交實驗發(fā)現(xiàn)，胃癌中miR-200a的表達(dá)明顯下調(diào)，其可通過誘導(dǎo)上皮鈣黏素的表達(dá)抑制Wnt/β-catenin信號通路發(fā)揮抑癌作用。同時，miR-1225-5p在胃癌中的表達(dá)下調(diào)與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移及不良預(yù)后密切相關(guān)[36]。此外，某些miRNA表達(dá)增加會促進(jìn)腫瘤的發(fā)展，胃癌中過表達(dá)的miR-544a可抑制上皮鈣黏素基因表達(dá)，從而引起腫瘤細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生，且miR-544a還可通過減少軸蛋白2的表達(dá)增強β-catenin核易位促進(jìn)胃癌的侵襲[37]。有研究表明，在胃癌細(xì)胞系及胃癌組織中存在miR-194過表達(dá)，其通過與Wnt/β-catenin信號通路抑制受體結(jié)合而引起Wnt/β-catenin信號通路的異常活化并導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的增殖，且抑制miR-194表達(dá)可以明顯降低體外胃癌細(xì)胞的侵襲與轉(zhuǎn)移能力[38]。同樣，在胃癌中表達(dá)上調(diào)且與Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)的miRNA還有miR-501-5p[39]、miR-324-3p[40]、miR-438-5p[41]等?？梢姡?miRNA通過調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路不僅與胃癌的發(fā)生有關(guān)，而且還與胃癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移能力有關(guān)，并在一定程度上影響了胃癌患者的預(yù)后。

4 Wnt/β-catenin信號通路與胃癌的治療

Wnt/β-catenin信號通路的活化不僅與胃癌的發(fā)生有關(guān)，還與胃癌患者的預(yù)后密切相關(guān)。Wnt/β-catenin的靶基因LGR5在胃癌中的表達(dá)與病理分期有關(guān)，且LGR5陽性胃癌患者術(shù)后復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移以及5年生存率均明顯低于LGR5陰性患者[42]。另外，Wnt信號通路拮抗劑DKK3甲基化[31]及RNF43基因突變[26]均與腫瘤細(xì)胞化療抵抗及預(yù)后不良有關(guān)。由于Wnt/β-catenin信號通路的失調(diào)是導(dǎo)致胃癌的主要病理因素之一，因此通過靶向藥物調(diào)節(jié)異常Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而治療胃癌成為近年的研究熱點。Flanagan等[43]對胃癌異種移植模型的研究發(fā)現(xiàn)，使用Wnt5a抑制劑可有效降低肝轉(zhuǎn)移率，并可減少轉(zhuǎn)移瘤數(shù)量，卷曲蛋白抑制劑亦可以抑制腫瘤生長。

DKN-01是一種DKK1的單克隆抗體，其針對遠(yuǎn)端胃癌(胃食管交界部腫瘤)患者的治療已進(jìn)入臨床Ⅰ期階段[44]。另一種藥物IWP-2可通過抑制Wnt配體蛋白分泌阻斷Wnt/β-catenin信號通路，從而抑制腫瘤生長[45]，現(xiàn)已經(jīng)開始進(jìn)行臨床試驗。而一項以Rspo3為靶點的靶向藥物也已進(jìn)入針對結(jié)直腸癌Ⅰ期臨床試驗階段[46]，未來有望應(yīng)用于胃癌的治療。此外，針對現(xiàn)有胃癌治療藥物的研究也發(fā)現(xiàn)，獸用抗生素沙利霉素可通過抑制Wnt1相對選擇性地阻斷Wnt通路的激活，在動物實驗中沙利霉素可以有效抑制胃癌干細(xì)胞的活性與增殖能力，通過誘導(dǎo)其凋亡而顯示出抗腫瘤能力[19]。質(zhì)子泵抑制劑(proton pump inhibitor,PPI)泮托拉唑可以通過抑制Akt/GSK-3β/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，降低胃癌細(xì)胞的侵襲性與耐藥性，同時還可抑制腫瘤細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程[47]。雖然PPI抑制Wnt/β-catenin通路的具體機制尚不明確，但這一發(fā)現(xiàn)提示PPI的某些作用位點可能是一個潛在的抗腫瘤靶點。Zhang等[48]發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)中藥乳香的主要成分3-乙酰基-11-酮-β-乳香酸可以針對性地拮抗腫瘤細(xì)胞內(nèi)Wnt/β-catenin信號，從而有效抑制胃腺癌細(xì)胞的生長，并不會對正常細(xì)胞造成影響。此外，經(jīng)典的非甾體抗炎藥物布洛芬顯示出對胃癌干細(xì)胞的強抑制作用，Akrami等[49]發(fā)現(xiàn)布洛芬可通過改變CTNNB1、CTNNBIP1、SUFU、CASK、KREMEN1等基因的表達(dá)抑制Wnt/β-catenin信號通路，最終抑制體外胃癌干細(xì)胞的增殖、侵襲。然而，由于Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中涉及的配體、受體的種類及數(shù)量均十分龐大，且通路本身參與對于正常生命活動有著廣泛而復(fù)雜的調(diào)節(jié)，目前針對Wnt/β-catenin信號通路的藥物仍處于實驗研究甚至是設(shè)想階段，距離臨床應(yīng)用還有很大距離。

5 小 結(jié)

Wnt/β-catenin信號通路是維持胃內(nèi)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵信號通路，其正常傳導(dǎo)對維持干細(xì)胞特性及上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化等至關(guān)重要，是腺體內(nèi)細(xì)胞命運和細(xì)胞多樣性的決定因素。同時，Wnt/β-catenin信號通路的激活是胃癌發(fā)生的關(guān)鍵驅(qū)動因素，參與對腫瘤細(xì)胞的周期調(diào)控，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖，參與細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，其對胃癌的發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移乃至于耐藥性方面均發(fā)揮重要作用，并在很大程度上決定了胃癌患者的預(yù)后，而Hp感染可在一定程度上激活Wnt/β-catenin信號通路，加速胃癌的發(fā)生與進(jìn)展。由于Wnt/β-catenin信號通路在胃癌中的重要作用，有望成為胃癌篩查、診斷及病情監(jiān)測等的新興靶點。但由于Wnt/β-catenin通路的復(fù)雜性及對正常生命活動的重要性，現(xiàn)有的干預(yù)藥物仍存在巨大缺陷，截至目前絕大部分還處于實驗設(shè)計及體外細(xì)胞實驗階段，且還沒有任何一種藥物可以成功通過臨床試驗的所有階段。今后研究應(yīng)重視胃癌中Wnt通路的特定成員改變，從而能夠應(yīng)用個性化的治療策略采取針對性的治療，同時應(yīng)繼續(xù)深入闡明胃癌的發(fā)生機制，尋找胃癌中Wnt/β-catenin信號通路活化的特異性標(biāo)記分子，進(jìn)一步完善Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)控機制，為胃癌的治療提供更系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)及更豐富的靶點選擇。