p38MAPK及EMT在食管腺癌中的研究進展

鐘江利 王紅 趙凌葦

(遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院,貴州 遵義 563000)

p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號途徑參與惡性腫瘤的快速增殖、遷移及凋亡過程。研究證實食管腺癌(EAC)的發(fā)生、發(fā)展與MAPK信號轉導通路密切相關〔1〕。上皮間質轉化(EMT)在腫瘤侵襲和轉移過程中扮演重要角色,可以作為監(jiān)測腫瘤形成和發(fā)展的生物標志物,在食管癌的浸潤和轉移中發(fā)揮重要作用,與患者的預后密切相關。本文對p38MAPK信號通路及EMT在EAC中的研究進展進行綜述。

1 p38MAPK與EAC

1.1p38MAPK通路概述 p38MAPK信號通路是MAPK家族的重要組成部分,p38MAPK在細胞質呈靜止狀態(tài),激活后轉移至細胞核。迄今為止,已鑒定出4個p38激酶家族成員:p38α、p38β、p38γ和p38δ。 p38α和p38β具有75%的序列同源性,并普遍存在于心肌細胞、成纖維細胞、軟骨細胞、牙髓細胞等細胞中,而p38γ和p38δ具有70%的序列同源性,p38γ和p38δ也以組織特異性方式表達。例如,p38γ在骨骼肌和心臟中大量表達,p38δ在巨噬細胞中大量表達。由于p38α的表達無處不在,是p38MAPK家族中最有特色的成員,激活后通過大量的底物發(fā)揮其功能。體外和體內(nèi)證據(jù)表明,100多種蛋白質易受p38MAPK的直接磷酸化,其中約一半是轉錄因子,其余的底物包括蛋白激酶、磷酸酶、凋亡調(diào)節(jié)因子、生長因子受體和細胞骨架蛋白等,這些底物及其下游靶點介導p38信號在炎癥、增殖、凋亡等多種細胞過程中的功能〔2〕。

1.2p38MAPK與EAC的關系 研究顯示,p38MAPK作為關鍵的炎癥信號通路,參與了多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展,在腫瘤的細胞增殖、分化、轉化及凋亡中都有重要的作用〔3,4〕。在世界范圍內(nèi),食管癌是第8大最常見的癌癥,但卻是癌癥相關死亡的第6大最常見原因〔5〕。在過去的幾十年中,EAC的發(fā)病率迅速增加,而食管鱗狀細胞癌的發(fā)病率逐漸下降。該變化表明兩種腫瘤的發(fā)病機制存在差異,并且致癌環(huán)境也在改變。EAC于1989年被首次報道,1900年文獻綜述發(fā)現(xiàn)只有6例〔6〕。隨著人們生活方式及習慣的改變,在過去近30年中增加了6倍以上〔7,8〕。EAC發(fā)病率在西方國家以年均10%的速度遞增,在我國亦呈現(xiàn)升高的趨勢,是一種高死亡率、5年生存率低于20%的侵襲性疾病。Barrett食管(BE)是EAC目前已知的癌前病變,隨著時間的推移,BE患者有持續(xù)和過度的EAC風險?；加蠦E的個體患EAC的可能性是普通人群的30～125倍〔9〕。BE是由慢性胃食管反流病(GERD)發(fā)展而來,長期存在GERD癥狀的BE患者癌變的風險最高,主要有害成分反流的胃內(nèi)容物是酸和膽鹽。膽汁酸和鹽酸可誘導活性氧和一氧化氮的產(chǎn)生,與DNA損傷和基因突變有關〔10,11〕,這些機制涉及MAPK途徑從細胞表面到細胞核的信號。研究表明,即使沒有BE的存在,長期存在的GERD本身就是一種腺癌的風險因子,這種風險與GERD發(fā)生頻率、嚴重程度及反流癥狀的持續(xù)時間相關〔12〕。p38MAPK信號通路主要由MAPK激酶(MKK)3和MKK6介導的雙重磷酸化激活,以響應多種細胞應激和炎性細胞因子〔13〕,MKK活性的抑制導致癌細胞在包括食管在內(nèi)的多種組織中增殖減少〔14～17〕。Jaiswal等〔18〕研究表明,在膽鹽誘導的細胞增殖中,細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)和p38MAPK通路有著不可或缺的作用。在EAC中,酸通過ERK和p38MAPK激活增殖,酸性條件下ERK1/2和p38MAPK途徑的激活可以通過Gi/o蛋白耦聯(lián)受體、磷脂酰膽堿特異性磷脂酶(PC-PL)C、磷脂酶(PL)D、PLA2和蛋白激酶(PK)C的激活來介導〔19〕,目前在一些EAC細胞中已經(jīng)檢測到MAPK活性的增加〔20～22〕。p38MAPK在酸和膽鹽的刺激下被激活,促進了食管黏膜白細胞介素(IL)-6、IL-8和IL-1β等炎性介質的釋放,進而引起一系列生物學反應產(chǎn)生癌變,但具體機制尚不清楚,有待研究予以證實。

1.3p38MAPK與腫瘤治療 p38MAPK通路廣泛參與肺癌、乳腺癌、卵巢癌、肝癌、食管癌等多種腫瘤凋亡的啟動、細胞周期的靜止等,通過誘導腫瘤細胞的凋亡從而達到抗腫瘤的作用。但是p38MAPK通路參與了多種應激,不是一條完全獨立的傳導路徑,而是與其他傳導路徑協(xié)同或拮抗共同發(fā)生作用〔23〕,不僅在不同腫瘤細胞的作用不同,甚至可能起到完全相反的作用。如在乳腺癌中,p38MAPK信號可以抑制腫瘤壞死因子(TNF)-α,從而誘導乳腺癌細胞凋亡〔24〕。在角膜上皮細胞的遷移中,p38MAPK阻斷劑SB203580幾乎可完全抑制其過程〔25〕。同樣,研究也表明在血管緊張素(Ang)Ⅱ誘導的血管外膜成纖維細胞的遷移中,特異p38MAPK抑制劑SB202190發(fā)揮著不可忽視的作用〔26〕。另有研究表明,p38MAPK與腫瘤的耐藥有關〔27〕,對這一機制的研究可以逆轉腫瘤的耐藥過程,輔助目前抗腫瘤藥物的治療。這就需要更多的研究來充分認識p38MAPK在不同腫瘤細胞中的效應來區(qū)別治療。

2 EMT與EAC

2.1EMT概述 EMT最初被定義為胚胎發(fā)育過程中發(fā)生形態(tài)變化所需的復雜分子過程,最早是由Greenburg和Hey在胚胎學領域提出來的,目前已擴展到腫瘤的進展和轉移中〔28〕。EMT被分為3型,Ⅰ型與胚胎發(fā)育相關,Ⅱ型與炎癥及傷口愈合相關,Ⅲ型主要參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展〔29〕。上皮細胞在很大程度上依賴于一個非常精細的調(diào)節(jié)和高度調(diào)控的EMT程序,將其轉化為間充質狀態(tài)。在EMT過程中,極化上皮細胞的細胞特性(細胞-細胞黏附和細胞極性)丟失,侵襲性的間充質表達增高。不同上皮(β-連環(huán)蛋白,E-鈣黏蛋白)和間充質標記物(波形蛋白、N-鈣黏蛋白、纖維連接蛋白和α-平滑肌肌動蛋白)的協(xié)同丟失和獲得,增強了腫瘤的遷移和侵襲能力及細胞凋亡的抵抗力,增加了細胞外基質的產(chǎn)生,并與轉移的進展有關〔30〕,其對于胚胎發(fā)育、傷口愈合、纖維化、癌癥進展和轉移至關重要〔31～33〕。 除了促進腫瘤發(fā)展階段的轉變,使原發(fā)性腫瘤轉化為侵襲性惡性腫瘤,EMT與腫瘤的產(chǎn)生也有關,包括增加自我更新、腫瘤啟動等功能。其中E-鈣黏蛋白和波形蛋白分別是上皮細胞和間質細胞的代表標志。E-鈣黏蛋白是一種相對分子質量為120 000的一類依賴鈣的跨膜黏連糖蛋白,表達于上皮組織中,在上皮細胞的細胞黏附及相鄰細胞的緊密連接中起了重要作用,E-鈣黏蛋白的下調(diào)可使腫瘤發(fā)展過程中侵襲和轉移性的增加〔34〕。E-鈣黏蛋白的異常表達已被證明在多種人類惡性腫瘤的侵襲和轉移中起重要作用〔35〕,如食管癌、胃癌、卵巢癌、乳腺癌等。柳志〔36〕研究也表明 E-鈣黏蛋白在淋巴結轉移和預后差的肝內(nèi)膽管癌中低表達。波形蛋白是間充質細胞表達的中間絲蛋白,表達于發(fā)生EMT的上皮細胞中,調(diào)節(jié)參與細胞遷移的多種細胞類型〔37〕。研究表明,波形蛋白在癌癥中的過度表達與腫瘤的加速生長、浸潤和不良預后密切相關〔38〕。對EMT的研究表明,上皮來源的惡性腫瘤細胞利用其獲得遷移和侵襲的能力〔39〕。EMT相關的信號途徑有MAPK信號通路、轉化生長因子(TGF)-β信號通路、Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路、核轉錄因子(NF)-κB信號通路、Notch信號通路、微小RNA途徑,也有研究發(fā)現(xiàn)在結直腸癌細胞中,轉錄因子RGC32通過Smad/Smad蛋白(Sip)1信號通路發(fā)生EMT〔40〕。胰腺癌中胚胎蛋白(Nodal)可通過依賴Smad2/3信號通路誘導EMT發(fā)生〔41〕。

2.2EMT與EAC的關系 近年來,EAC的發(fā)病率呈迅速上升趨勢,其在美國發(fā)病率甚至已經(jīng)超過食管鱗癌〔42〕,引起了廣泛的重視。即使積極采用外科手術、化學療法和放射療法在內(nèi)的治療措施,患者的預后也很差,復發(fā)和轉移的發(fā)生率很高。長期酸暴露導致食管上皮細胞間質轉化是誘發(fā)食管反流病的關鍵事件,越來越多的證據(jù)表明在反流性食管炎-BE-不典型增生-EAC的演變過程中,食管黏膜細胞EMT扮演著重要的作用。有研究〔43〕表明酸和膽鹽可以直接誘導BE細胞減少上皮表達,增加間質表達,且酸性膽鹽誘導的EMT是BE上皮細胞的一種獨特性質,因為類似的條件不能誘導食管鱗狀細胞發(fā)生EMT,酸性膽鹽導致血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)-A的分泌和產(chǎn)生,VEGF-A激活VEGFR2信號,導致轉錄抑制因子鋅指結合蛋白(ZEB)1和ZEB2的增加,從而降低鈣黏蛋白的表達。通過EMT誘導上皮細胞轉化為間質細胞,這一過程可能是BE腸化生的基礎。另外,從BE到不典型增生到EAC過程中,其EMT標志物E-鈣黏蛋白表達下降,波形蛋白增強〔44,45〕。另有研究表明這一過程中Smad4、α-平滑肌肌動蛋白(SMA)表達增多,TGF-β表達明顯升高〔46,47〕,且呈遞增趨勢,表明TGF-β/Smad信號通路參與從食管炎到EAC的過程。TGF-β可能通過多種信號傳導機制誘導EMT,包括轉錄因子如鋅指轉錄因子(Snail)1的配體激活受體直接磷酸化或Smad通路〔48〕。Smads是TGF-β1受體直接作用底物,活化后的Smads可以激活或抑制其轉錄。Snail是含有鋅指結構的DNA結合蛋白,幾乎所有的EMT過程都與其相關〔49〕。Snail通過識別并與Smad競爭性結合E-鈣黏蛋白的連接基序從而抑制其表達,同時增加間質細胞標志物的表達,誘導EMT的發(fā)生。除此以外,細胞EMT化同時還受多種影響因素的共同調(diào)控。

2.3EMT與腫瘤治療 近年來,上皮-間質轉化因其在抗腫瘤藥物中的作用而受到越來越多關注。EMT通過多條信號通路傳導來調(diào)控腫瘤的侵襲與轉移,如果能針對該腫瘤涉及信號分子進行阻斷,那么將會為腫瘤治療開辟新天地。研究表明,特異性抑制Notch信號通路可以有效抑制宮頸癌細胞增殖及遷移能力〔50〕,為宮頸癌聯(lián)合用藥和靶向治療提供了實驗基礎。有實驗證實阿司匹林及吲哚美辛均可通過影響Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路而發(fā)揮抑瘤作用〔51〕。另外,EMT受多種生長因子調(diào)控,也可通過抑制生長因子從而抑制腫瘤中的EMT。不僅如此,EMT在腫瘤的抗耐藥性中也有著十分重要的作用,逆轉EMT,進而逆轉腫瘤的耐藥性。已有研究〔52〕發(fā)現(xiàn)EMT抑制劑能夠增強藥物的化學敏感性,如二甲雙胍聯(lián)合順鉑/放射治療非小細胞肺癌,雙硫侖聯(lián)合吉西他濱治療轉移性胰腺癌。盡管這些藥物被證明可以有效增強化學療法的效力,但EMT抑制劑的安全性尚不清楚,故仍需更多的研究才能為臨床效力。EMT是受多種信號通路網(wǎng)絡調(diào)控的復雜過程,與眾多影響因子的協(xié)同拮抗作用相關,阻斷EMT過程發(fā)生的靶點,可以為更多EMT相關腫瘤的治療提供基礎。

3 p38MAPK與EMT在食管腺癌中的相關性

p38MAPK信號轉導通路可被缺氧、炎性因子等多種胞外信號激活,參與細胞分化、凋亡、炎癥反應等過程,研究發(fā)現(xiàn)p38MAPK信號通路和Ras、Raf胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(MEK)-ERK途徑參與腫瘤EMT過程。事實上,各信號通路之間也存在交互作用,往往多條信號通路之間發(fā)生信號“串話”。在乳腺癌人乳腺癌細胞系(MCF)-7中,轉染pcDNA-Snail載體后,p38MAPK表達水平明顯升高,提示p38MAPK參與調(diào)節(jié)細胞EMT過程。在肺癌中,胱抑素(CST)A通過抑制ERK/MAPK途徑阻止了TGF-β1誘導的EMT〔53〕。越來越多的研究表明p38MAPK和EMT之間有著非常密切的聯(lián)系。也有學者發(fā)現(xiàn)在膽管癌細胞系膽管癌細胞系(ICBD)上脂多糖(LPS)能夠激活Toll樣受體(TLR)4信號轉導通路,活化下游的p38MAPK信號通路表達上調(diào),導致上皮細胞標志物E-鈣黏蛋白的表達顯著降低,而間皮細胞的標志物波形蛋白的表達顯著升高,誘導EMT的發(fā)生〔54〕。在長期炎癥刺激下可以促使細胞EMT化,有文獻提示p38MAPK信號通路參與了食管上皮黏膜細胞炎癥反應,這一結果暗示了p38MAPK可能在EAC的EMT發(fā)生過程中也發(fā)揮重要作用。在反流性食管炎、BE至EAC這一過程中,可能在酸和膽鹽的刺激下激活了p38MAPK,p38MAPK活化后可上調(diào)TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8及基質金屬蛋白酶(MMP)3、MMP9等,TNF-α通過上調(diào)NF-κB而誘導Snail 鋅指蛋白活性,通過上調(diào)E盒結合鋅指蛋白(ZEB1、ZEB2)的表達,促進EMT表達,但這一機制尚不明確,仍有待進一步的研究。

綜上,p38MAPK及EMT是目前腫瘤研究的熱點,p38MAPK是腫瘤發(fā)生發(fā)展的網(wǎng)絡通路,上皮-間質轉化是腫瘤轉移機制中不可或缺的重要組成部分,大量研究表明兩者在EAC的發(fā)生發(fā)展中有著重要作用,同時有研究表明p38MAPK可以激活EMT而促進腫瘤細胞增殖,如肺癌、膽管細胞癌等。p38MAPK、E-鈣黏蛋白、波形蛋白在EAC中也存在著相關的表達,但目前國內(nèi)外關于p38MAPK與EMT在EAC中共同作用的相關研究鮮有,只有充分認識p38MAPK、EMT在EAC中的作用機制,明確是否存在共同通路,進一步對其通路進行阻斷,才能阻滯或逆轉EMT的發(fā)生,并有望成為EAC轉移早期診斷和防治的有效方法。