幽門螺桿菌CagA 與胃癌發(fā)生的相關(guān)分子機(jī)制研究進(jìn)展

陳正威，董哲斌，鄔恒淼，何奕成，項(xiàng)翰霆，陳桑桑，梁超

胃癌（GC）是全球范圍內(nèi)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，是癌癥相關(guān)死亡的第三大原因。2020 年全球胃癌新增病例突破百萬(wàn)，中國(guó)胃癌患者占比更是高達(dá)43.9%[1]。胃癌的發(fā)病機(jī)制始于慢性炎癥，幽門螺桿菌（HP）已被證實(shí)能導(dǎo)致胃炎、消化性潰瘍等多種胃部疾病，若未進(jìn)行即時(shí)的治療干預(yù)，HP 感染最終將導(dǎo)致胃癌發(fā)生[2]。鑒于HP 與胃癌的密切關(guān)系，目前其已被國(guó)際癌癥研究組織歸為Ⅰ類致癌物質(zhì)[3]。截至2021 年，我國(guó)HP感染患者占比達(dá)總?cè)丝诘?4.2%（約5.89 億人），并且呈現(xiàn)出明顯的家庭內(nèi)聚現(xiàn)象，這可能與我國(guó)傳統(tǒng)的桌餐制飲食習(xí)慣密切相關(guān)[4]。細(xì)胞毒素相關(guān)蛋白A（CagA）是HP 分泌的細(xì)胞毒素之一，已被證明在胃癌發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用[5]。本綜述旨在介紹CagA與胃癌發(fā)生的相關(guān)性及CagA介導(dǎo)胃癌的分子機(jī)制，并探討該領(lǐng)域的進(jìn)展和前景。

1 CagA

CagA 是HP 分泌的毒力因子，是Cag 致病島（cag PAI）編碼的血清學(xué)標(biāo)志物之一，是HP 發(fā)揮細(xì)菌毒力的主要方式[6]。其通過(guò)IV 型分泌系統(tǒng)（一類與細(xì)菌接合機(jī)制有關(guān)的分泌系統(tǒng)）末端的CagA 基因編碼，并通過(guò)這種分泌系統(tǒng)利用宿主細(xì)胞表面分子，如整合素和磷脂酰絲氨酸，將CagA 以能量依賴的方式輸送到宿主細(xì)胞內(nèi)[7]。在細(xì)胞中，CagA 可以在其C 端重復(fù)的谷氨酸（Glu）-脯氨酸（Pro）-異亮氨酸（Ile）-酪氨酸（Tyr）-丙氨酸（Ala）組成的基序處被宿主Src/Abl 酪氨酸激酶磷酸化[8]，這一基序被稱為EPIYA 基序。EPIYA 基序中顯示出地理依賴性變異：東亞HP 分離株攜帶ABD 型，而西方分離株攜帶ABC 型。研究證明，CagA 蛋白EPIYA 基序的磷酸化與C 或D 位點(diǎn)的存在和數(shù)量密切相關(guān)，而與A或B 位點(diǎn)無(wú)關(guān)[9]。磷酸化激活后的CagA 在靶細(xì)胞中與多種宿主蛋白質(zhì)相互作用，并持續(xù)性激活多種致癌信號(hào)通路的異常表達(dá)[10]。其通過(guò)抑制胃黏膜上皮細(xì)胞自噬、炎癥反應(yīng)、上皮間質(zhì)型轉(zhuǎn)化等多種病理反應(yīng)，高度參與了胃癌的發(fā)生及進(jìn)展。一項(xiàng)關(guān)于HP和胃癌的大型多中心臨床研究表明，CagA 陽(yáng)性HP感染者患胃賁門腺癌和胃非賁門腺癌的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出CagA 陰性感染者[11]。

2 CagA 介導(dǎo)的與胃癌相關(guān)的信號(hào)通路

2.1 PI3K/Akt 信號(hào)通路 PI3K/Akt 途徑是一條與磷脂酰肌醇相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)經(jīng)典信號(hào)通路，其不僅在癌癥的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中至關(guān)重要，而且該通路在細(xì)胞的正常功能中也發(fā)揮著重要作用，其中包括細(xì)胞的增殖、黏附、遷移、侵襲、代謝和存活功能[12]。在HP感染的患者體內(nèi)，CagA 通過(guò)其CRPIA（即負(fù)責(zé)磷酸化非依賴性活性的保守重復(fù)序列）基序激活c-Met蛋白，該基序?qū)τ诩せ頟I3K/Akt 信號(hào)通路和HP 感染中的多效性轉(zhuǎn)錄反應(yīng)至關(guān)重要[13]。PI3K/Akt 信號(hào)通路通過(guò)mTOR（一種自噬調(diào)節(jié)器）參與自噬[14]。研究證實(shí)，CagA 通過(guò)PI3K/Akt 信號(hào)通路負(fù)性調(diào)節(jié)胃上皮細(xì)胞自噬，從而分別促進(jìn)HP 感染后胃癌細(xì)胞的增殖和HP 相關(guān)的慢性胃上皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)，且進(jìn)一步誘導(dǎo)與促炎反應(yīng)相關(guān)的NF-B 信號(hào)傳導(dǎo)[15]，隨著慢性胃炎的進(jìn)展，胃上皮細(xì)胞將發(fā)生腸上皮化生，甚至出現(xiàn)輕度、中度或重度非典型增生，進(jìn)而進(jìn)展至胃癌。此外，Palrasu 等[16]的研究表明，CagA 通過(guò)激活PI3K/Akt 途徑XIAP E3 泛素連接酶的磷酸化，從而增強(qiáng)宿主促凋亡因子Siva1 的泛素化和蛋白酶體降解。CagA 對(duì)Siva1 的抑制增加了胃黏膜細(xì)胞的DNA受損和細(xì)胞凋亡的抑制，這一機(jī)制被認(rèn)為與胃腫瘤細(xì)胞形成相關(guān)。

2.2 ERK/MAPK 信號(hào)通路 細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）是ERK/MAPK 信號(hào)通路的中心介質(zhì)。ERK級(jí)聯(lián)是調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過(guò)程的關(guān)鍵信號(hào)通路，包括增殖、分化、凋亡和應(yīng)激反應(yīng)。ERK/MAPK 信號(hào)通路的激活對(duì)于癌癥發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中細(xì)胞生長(zhǎng)和存活的調(diào)節(jié)密切相關(guān)，其在腫瘤細(xì)胞的存活和發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用[17]。研究顯示，在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中，持續(xù)激活的MEK/ERK信號(hào)通路參與了胃上皮細(xì)胞上皮間質(zhì)型轉(zhuǎn)化過(guò)程和細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化[18]。磷酸化CagA 與蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2 的Src 同源2 結(jié)構(gòu)域相互作用，從而刺激其磷酸酶活化[19]?；罨腟HP-2 能夠誘導(dǎo)ERK/MAPK 途徑。研究證實(shí)，CagA 激活的ERK/MAPK 途徑導(dǎo)致胃腫瘤抑制因子RUNX3表達(dá)下調(diào)，從而加速慢性胃炎到胃癌的進(jìn)展[20]。與此同時(shí)，有研究表明HP感染可以通過(guò)CagA/ERK途徑下調(diào)胃動(dòng)蛋白1（GKN1）的表達(dá)[21]，GKN1 在胃上皮細(xì)胞炎癥損傷期間發(fā)揮修復(fù)作用，由于GKN1下調(diào)，胃黏膜的完整性受到破壞，使得HP 感染后造成的胃黏膜炎癥反應(yīng)加重，增加胃癌發(fā)生的可能[22]。2.3 Wnt/ -catenin 信號(hào)通路-連環(huán)蛋白是典型Wnt/ -catenin 信號(hào)通路的關(guān)鍵因子，在細(xì)胞核中作為T 細(xì)胞/淋巴樣增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄因子的共激活因子。在Wnt 信號(hào)刺激不足的上皮細(xì)胞中-連環(huán)蛋白主要與E-連環(huán)蛋白相互作用形成黏附連接，胞質(zhì)游離-連環(huán)蛋白與Axin/APC/GSK3復(fù)合物結(jié)合形成-連環(huán)蛋白降解復(fù)合體，接下來(lái)，絲氨酸/蘇氨酸激酶GSK3 磷酸化-連環(huán)蛋白的n 端Ser33/37/Thr41 殘基，并通過(guò)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)將其靶向降解[23]。研究指出，CagA 與E-連環(huán)蛋白相互作用，破壞E-連環(huán)蛋白/-連環(huán)蛋白復(fù)合物的形成，從E-連環(huán)蛋白/-連環(huán)蛋白復(fù)合物中釋放-連環(huán)蛋白進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，且CagA 還可以直接與GSK-3結(jié)合并消耗其活性，抑制胞質(zhì)-連環(huán)蛋白的磷酸化和蛋白酶體降解[24]。研究證實(shí)，CagA 陽(yáng)性的HP 誘導(dǎo)-連環(huán)蛋白在細(xì)胞胞質(zhì)和細(xì)胞核中積累，進(jìn)而激活Wnt信號(hào)通路，并增加其靶基因如c-myc 和cyclin D1 的轉(zhuǎn)錄活性。據(jù)報(bào)道，這種激活受蛋白激酶B 依賴的-連環(huán)蛋白在c端Ser552 和Ser675 位點(diǎn)的磷酸化調(diào)控。這種磷酸化增加了-連環(huán)蛋白在細(xì)胞核中的積累，并增強(qiáng)了輔助因子如TCF4 和14-33的招募，增加目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄活性[25]。Yong 等[26]的研究指出，CagA 陽(yáng)性的HP 通過(guò)Wnt/-catenin 信號(hào)通路調(diào)節(jié)胃腫瘤干細(xì)胞（CSCs）特異性標(biāo)志物標(biāo)記物Nanog和Oct4，從而促進(jìn)胃癌細(xì)胞中CSCs樣特性的出現(xiàn)。此外，關(guān)于CagA通過(guò)Wnt/-catenin 通路介導(dǎo)的癌癥干細(xì)胞樣特性，CagA與化學(xué)致癌物MNNG刺激協(xié)同作用誘導(dǎo)胃黏膜上皮細(xì)胞的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化以及CSCs 樣特性的產(chǎn)生，這一作用通過(guò)在CagA 誘導(dǎo)Wnt2 蛋白的高表達(dá)介導(dǎo)-連環(huán)蛋白水平增加的同時(shí)，MNNG 抑制E-鈣粘蛋白，從而導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中大量游離的-連環(huán)蛋白聚集積累并最終進(jìn)入細(xì)胞核，最終導(dǎo)致Wnt/-catenin 通路的過(guò)分激活，進(jìn)一步誘導(dǎo)了胃黏膜上皮細(xì)胞CSCs 樣特性的產(chǎn)生[27]。腫瘤干細(xì)胞的成瘤能力是普通腫瘤細(xì)胞的數(shù)百倍，胃腫瘤干細(xì)胞是促進(jìn)胃癌發(fā)生及進(jìn)展的關(guān)鍵[28]。

3 CagA 與胃癌相關(guān)的重要分子

3.1 SHP-2 磷酸酶SHP-2 是蛋白酪氨酸磷酸酶家族成員之一，在細(xì)胞生長(zhǎng)增殖和凋亡過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，在靜息狀態(tài)下，SHP-2 的N-SH2 和PTP 結(jié)構(gòu)域可以形成抑制性的分子內(nèi)相互作用，并使SHP-2處于封閉，無(wú)活性狀態(tài)。與SH2 結(jié)構(gòu)域結(jié)合的酪氨酸磷酸化上游激活劑誘導(dǎo)構(gòu)象重排并破壞自身抑制功能，隨后SHP-2 處于開(kāi)放的活性構(gòu)象中，可以去磷酸化其底物[29]。當(dāng)CagA 通過(guò)IV 型分泌系統(tǒng)進(jìn)入胃上皮細(xì)胞后，酪氨酸激酶蛋白首先結(jié)合并磷酸化EPIYA-A、EPIYA-B 基序，隨后磷酸化的CagA 又促使EPIYA-C 或EPIYA-D 與SHP-2 蛋白結(jié)合形成活化后的SHP-2 結(jié)合復(fù)合物[30]。實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，CagA 與SHP-2 結(jié)合復(fù)合物可以在嚴(yán)重胃部疾病患者的胃黏膜細(xì)胞中分離出[31]，當(dāng)CagA-P-SHP-2 蛋白復(fù)合物形成時(shí)，SHP-2 的磷酸酶活性被激活，導(dǎo)致細(xì)胞粘附激酶（FAK）的去磷酸化和Rap1、B-Raf 和Erk 蛋白組成的信號(hào)通路的啟動(dòng)，這些信號(hào)通路引起細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化，增強(qiáng)細(xì)胞動(dòng)力，并干擾細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)[32]。同時(shí)，CagA 還可以與另一種SH 結(jié)構(gòu)域SHIP2 結(jié)合，其對(duì)EPIYA-C 片段有更強(qiáng)的親和力，CagA 能與SHIP2 相互作用，并通過(guò)改變質(zhì)膜上磷脂酰肌醇組成來(lái)增強(qiáng)幽門螺桿菌-寄主細(xì)胞之間的附著力，從而增加后續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)到寄主細(xì)胞中并與失調(diào)促癌磷酸酶SHP-2 結(jié)合的CagA 數(shù)量。CagA 的這些功能可能共同導(dǎo)致細(xì)胞功能失調(diào)，促進(jìn)惡性轉(zhuǎn)化相關(guān)的多種遺傳變異的累積，導(dǎo)致胃上皮細(xì)胞異常增殖和遷移，最終誘導(dǎo)胃萎縮和胃癌[33]。

3.2 肌肉Z 線亞單位1 的帽狀肌動(dòng)蛋白（CAPZA1） CAPZA1 編碼F-肌動(dòng)帽狀蛋白的亞單位，其通過(guò)與肌動(dòng)蛋白絲的倒刺端結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白聚合和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，從而參與上皮細(xì)胞的連接形成[34]。CAPZA1 通過(guò)結(jié)合細(xì)胞核中的LDL 受體相關(guān)蛋白（LRP1）胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（LRP1-ICD）阻止了LRP1-ICD與溶酶體相關(guān)膜蛋白1（LAMP1）近端啟動(dòng)子的結(jié)合，從而抑制LAMP1 的表達(dá)。在受HP 感染的胃上皮細(xì)胞中，CAPZA1 過(guò)度表達(dá)，自溶酶體形成受到抑制，使得CagA 得以逃避自噬降解[35]，這是CAPZA1過(guò)度表達(dá)的胃上皮細(xì)胞內(nèi)CagA 能在細(xì)胞中積累的原因[36]。此外，另一項(xiàng)研究表明，在HP 感染的胃黏膜中，因?yàn)镃APZA1 過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致胃上皮細(xì)胞中的自溶小體形成受到抑制，導(dǎo)致移位的CagA 積聚，從而誘導(dǎo)一種被稱為CD44 變異體9（CD44v9）的mRNA 表達(dá)，具有CD44v9 的腫瘤干細(xì)胞樣細(xì)胞已被證明是一種能促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移的癌癥干細(xì)胞亞型，其有助于促進(jìn)胃癌的發(fā)展、復(fù)發(fā)及耐藥性產(chǎn)生[36]。

3.3 白細(xì)胞介素-8（IL-8） IL-8 可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、血管生成和癌細(xì)胞遷移，并激活腫瘤部位的巨噬細(xì)胞和免疫反應(yīng)，進(jìn)而誘導(dǎo)多種促腫瘤生長(zhǎng)因子的表達(dá)[37]。在暴露于HP 的胃上皮細(xì)胞的全基因組分析中，IL-8 是上調(diào)最多的細(xì)胞因子[38]，CagA能夠激活轉(zhuǎn)錄因子NF-B，并將其轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，從而上調(diào)IL-8 的轉(zhuǎn)錄[39]。CagA 通過(guò)誘導(dǎo)IL-8 因子高表達(dá)，從而促進(jìn)胃黏膜上皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)加重，在胃癌發(fā)生中起到關(guān)鍵作用[40]。Zeng 等[41]發(fā)現(xiàn)，CagA N 末端的303-456 殘基可通過(guò)ERK/MAPK信號(hào)通路誘導(dǎo)AGS細(xì)胞分泌IL-8，且胞外CagA可能也具有誘導(dǎo)IL-8 產(chǎn)生的能力；CagA中末端EPIYA磷酸化基序通過(guò)激活NF-B 途徑，可通過(guò)與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子激活酶1 相互作用，誘導(dǎo)胃上皮細(xì)胞中IL-8 基因轉(zhuǎn)錄[42]。

4 結(jié)論與展望

全球近半數(shù)新增胃癌患者出現(xiàn)在我國(guó)，胃癌較高的發(fā)病率和較差的預(yù)后，給我國(guó)社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。由于用于胃癌診斷和預(yù)后的現(xiàn)有生物標(biāo)志物的低敏感性和非特異性，并且胃癌的診斷僅基于消化道內(nèi)鏡等侵入性檢查，目前對(duì)胃癌早期的診斷十分困難，因此，對(duì)與胃癌發(fā)生發(fā)展相關(guān)的研究顯得格外重要。作為第一個(gè)被人類發(fā)現(xiàn)的幽門螺桿菌致癌蛋白，CagA 已被證實(shí)與胃癌形成、預(yù)后以及腫瘤干細(xì)胞特異性表面標(biāo)志物的表達(dá)密切相關(guān)，并成為當(dāng)下研究的焦點(diǎn)。CagA 通過(guò)激活PI3K/Akt、ERK/MAPK、Wnt/-catenin 等多種信號(hào)通路高度參與胃上皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)、自噬、腸上皮化生等，并且在促進(jìn)胃癌細(xì)胞耐藥增強(qiáng)、增殖轉(zhuǎn)移、腫瘤干性形成中發(fā)揮作用。除了與宿主細(xì)胞的信號(hào)通路相互作用外，CagA 與細(xì)胞內(nèi)的其他蛋白之間的功能相互作用可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)其致癌作用，然而目前關(guān)于CagA 與胃癌相關(guān)的具體機(jī)制尚未明確，因此，進(jìn)一步針對(duì)CagA致癌機(jī)制的探討可以有效預(yù)防胃癌的發(fā)生，并對(duì)臨床上胃癌的診治提供有益的理論基礎(chǔ)。

利益沖突 所有作者聲明無(wú)利益沖突