趨化因子CXCL12和趨化因子受體CXCR4與胃癌的研究進展

何 甜 綜述 唐 慧，郭 強 審校

（云南省第一人民醫院 1.消化內科；2.臨床基礎醫學研究所，云南省重點實驗室，云南 昆明 650032）

胃癌是世界范圍內最常見的惡性腫瘤之一，其總體發病率居惡性腫瘤第四。在不同國家、地區，胃癌發病率差異較大，其中發病率較高的國家和地區包括日本、哥斯達黎加、秘魯、巴西、中國、韓國、智利、中國臺灣和一些前蘇聯的聯盟國。近年來，盡管世界范圍內胃癌總體發病率呈下降趨勢，但它仍是威脅人類健康的疾病之一，死亡率居惡性腫瘤第二位，五年生存率僅為20%,因67%的患者在確診時已伴有局部擴散和遠處轉移，其5年期生存率與就診時疾病的嚴重程度直接相關，胃癌一旦發生至進展期，患者的預后與以往相比并無明顯的改善，但如能早期治療，5年期生存率常在90%以上[1,2]。因此，胃癌預后的關鍵是早期發現早期治療，找到能夠預測胃癌易早期轉移的分子標記和弄清楚發生轉移的機制至關重要。趨化因子CXCL12即基質細胞衍生因子-1（SDF-1），在其趨化因子特異性受體介導作用下，構成CXCL12/CXCR4生物軸，形成一個與細胞間信息傳遞、細胞遷移等有密切關系的偶聯分子對，能夠促進腫瘤發生、發展、侵襲及遠處轉移,極有可能成為治療胃癌的潛在靶點，現將CXCL12/CXCR4與胃癌關系的研究進展綜述如下。

一、CXCL12/CXCR4的分子結構及功能

趨化因子是一組結構同源，功能相似，且能趨化細胞定向移動的小分子泌型蛋白，由70～100個氨基酸組成。自1987年發現第一個趨化因子IL-8至今已發現并克隆出趨化因子達50多種[3]，屬細胞因子中的最大家族。在趨化因子的分子中都有4個保守的半胱氨酸（C）。根據靠近分子氨基端(N端)的前兩個C間是否插入其它氨基酸,將它們分為4個亞類：CXC類(插入1個氨基酸殘基)，亦稱為α類趨化因子，其主要作用于中性粒細胞，如白細胞介素-8(IL-8)，基質細胞衍生因子-1（SDF-1）,γ干擾素誘生的單核因子(Mig);CC類(不插入其它氨基酸殘基)，又稱為β類趨化因子，主要對中性粒細胞、單核細胞、肥大細胞、樹突細胞、NK細胞、T和B淋巴細胞等具有強大趨化活性，如單核細胞趨化蛋白(MCP-1)；CX3C類(插入3個其它氨基酸)，只有不規則趨化因子(fractalkine)或神經元趨化因子(neurotactin)，是唯一膜結合性趨化因子，主要作用于單核細胞和中性粒細胞；C類(N端僅1個C)，只有淋巴細胞趨化因子(lymphotactin)一個成員，主要表達于胸腺，作用于CD8+T淋巴細胞。目前所發現的趨化因子主要屬于α類和β類。在分子結構上，皆通過二硫鍵折疊成為自由的N2端、三個反向折疊的β2片層和α螺旋的羧基端(C2端)為特征的二級結構[4,5]。趨化因子受體是一類介導趨化因子行使其功能的七次跨膜GTP蛋白耦聯受體（GPCR），通常表達于免疫細胞、內皮細胞等細胞膜上。7次跨膜區將分子分成細胞外自由的N-端、3個細胞外環、3個細胞內環和C端幾個部分。胞內第二環是與異三聚體G蛋白耦聯部位，有特征的天門冬氨酸-精氨酸-酪氨酸盒（DRYbox）氨基序列[4,6]。根據其所結合的配體可將趨化因子受體分為四個亞家族：CXC類受體（CXCR）、CC 類受體（CCR）、CX3C類受體（CX3CR）和C類受體（CR）。

1.CXCL12：CXCL12屬于趨化因子CXC亞家族,亦成為基質細胞衍生因子-1（SDF-1）。于1993年由Tashiro等發現并提出其屬于巨噬細胞內分泌型炎性蛋白超家族成員。之后，Nagasawa等在研究中發現SDF-1對淋巴細胞淋巴前體細胞的生長分化具有重要作用，并將其命名為前B細胞生長刺激因子（PBSF），其為一小分子質量的細胞因子，具有高度保守性。最近發現其4個新亞型：SDF-1γ、SDF-1δ SDF-1ε、SDF-1，它們的編碼基因僅在起始的3個外顯子完全相同，且有器官表達差異性。但SDF-1的羧基末端與結合受體無關，故其活性無太大差別[7,8]。

2.CXCR4：CXCL12的主要受體為CXCR4。根據其所結合的配體分類，CXCR4屬于CXC類受體，是一個由352個氨基酸構成的視紫紅質樣的7次跨膜G蛋白耦聯受體，亦是T細胞-嗜性HIV-1的主要輔助受體，與其配體CXCL12結合作用，能夠抑制該類HIV-1的感染性。盡管趨化因子與其受體之間的相互作用具有交叉性，一種趨化因子能與多個趨化因子受體結合，一種趨化因子受體也可有幾個高親和性配體，但目前的研究表明，CXCR4是CXCL12特異性受體，且是唯一的受體，這是由CXCR4對其配體CXCL12的高度親和力和絕對特異性所決定的。

3.CXCL12/CXCR4軸：CXCL12與其特異性受體CXCR4結合，構成CXCL2/CXCR4生物軸，形成一個與細胞間信息傳遞，細胞遷移等有密切關系的耦聯分子對，在參與多種生理和病理過程中，扮演著重要且雙向性的角色，主要表現在，①調節造血干細胞和血細胞前體的增殖、遷移和歸巢，參與胚胎的發育過程。②在機體抗感染免疫中抑制和消除病原體，提高機體的非特異性免疫力。③在組織、器官損傷的情況下，能促使骨髓干細胞、炎癥細胞聚集到損傷部位調節組織器官的損傷修復。④能引起非感染性炎癥反應，造成器官功能障礙。⑤介導HIV感染。⑥能誘導腫瘤新生血管形成，參與腫瘤的發生、發展、侵襲、分泌及轉移。CXCL12/CXCR4生物軸雙向性作用的特異性受趨化因子CXCL12產生的時間和空間限制，由趨化因子受體CXCR4在不同免疫細胞、淋巴細胞亞群及不同組織上的不同水平的表達來調節。隨著分子生物學的發展及對CXCL12/CXCR4軸的深入研究，可通過激活或拮抗趨化因子受體CXCR4的信號轉導來調控趨化因子CXCL12的功能，以達到控制和治療疾病的目的。

二、CXCL12/CXCR4軸與胃癌細胞的生長

CXCL12和CXCR4廣泛表達于許多正常細胞，如免疫反應細胞、樹突細胞、內皮細胞神經元等；在許多器官如肝臟、肺、淋巴結、腎上腺、骨髓等亦表達CXCL12/CXCR4，另外腫瘤細胞和基質細胞也分泌SDF-1和/或同時表達CXCR4[9]。CXCR4是腫瘤細胞表達的最普遍、最常見的趨化因子受體，據報道，至少有23種腫瘤表達CXCR4，包括上皮癌、間葉癌和造血系統來源的腫瘤。馬向濤[10]，劉永軍[11]等研究證實胃癌亦高度表達CXCR4。

1.直接促進胃癌細胞生長：與正常胃組織相比，胃癌中SDF-1及CXCR4呈高度表達，且能促進腫瘤繁殖及生長。一些腫瘤細胞分子分泌的SDF-1，或者與基質細胞相互作用以旁分泌效應分泌的SDF-1與CXCR4結合后，能調節腫瘤細胞的增殖。Yasumoto[12]等在檢查7個胃癌細胞系中發現NKPS、NUGC4、KATOⅢ表達了 CXCR4，尤以NUGC4明顯，其用RT-PCR和免疫組化染色方法研究發現NUGC4細胞在mRNA和蛋白質水平均高表達CXCR4，該實驗證實了NUGC4細胞存在促增殖和促存活作用。Ding[13]等研究發現，NUGC4高表達CXCR4，促進細胞的增殖和存活，且被單克隆抗體McAB拮抗后細胞增殖效應下降，提示CXCR4在細胞的增殖中起著重要的作用。同時,Hashimoto[14]等采用免疫熒光法觀察到NUGC4細胞經雷帕霉素處理后，其GFP-LC3表達增加，LC3是細胞內自嗜小體膜分子，該結果提示阻斷CXCL12所誘導的mTOR途徑后能驅動腫瘤細胞自體吞噬導致腫瘤細胞凋亡，也從另一個側面反應了CXCL12誘導的抗細胞自體吞噬作用與胃癌的發生發展有著密切的關系。LUO Jun[15]等也在研究12G5對細胞存活的影響中發現12G5阻斷CXCL12和CXCR4的結合后，通過臺盼藍排染法活細胞計數，比較共培養體系中SCG7901細胞的存活率變化，結果顯示，12c5孵育細胞24h即出現SCG7901細胞生存率明顯低于對照組（P＜0.05），但組內比較，24h后細胞生存率無明顯下降，上述結果顯示，阻斷CXCR4/SDF-1后，細胞生存率明顯下降，通過流式細胞儀檢測細胞的凋亡率，實驗組與對照組比較，結果顯示實驗組的凋亡率明顯高于對照組，差異具有統計學意義（P＜0.05），提示CXCR4/SDF-1軸在抑制細胞凋亡，維持胃癌細胞增殖過程中具有重要的生物學作用。

2.間接促進胃癌細胞生長：CXCL12/CXCR4除了能直接刺激腫瘤細胞的抗凋亡、繁殖和生長外，還促進血管增生，從而間接促進腫瘤的生長。血管內皮生長因子（VEGF）是胚胎期參與血管形成的必要因子，在腫瘤細胞的發生發展中起關鍵作用。研究表明，機體存在一個血管內皮生長因子A與SDF-1/CXCR4的調節鏈，一方面SDF-1促進血管內皮細胞向腫瘤微環境的遷移。增殖或游走的毛細血管內皮細胞，以發芽或嵌入的方式形成新生血管，誘導腫瘤血管的形成，另一方面腫瘤細胞可自身分泌VEGF、bEGF與SDF-l等促血管生成物質，這些物質可誘導內皮細胞SDF-I等蛋白的表達從而促進血管內皮細胞的分裂增殖,改變腫瘤細胞發生的微環境，利于腫瘤細胞的繁殖、生存和生長。Salvucci[16]對微血管的發生及形成中研究發現了這種相關性：VEGF和bFGF能夠促進內皮細胞SDF-1的表達，同時通過阻斷SDF-1/CXCR4的功能，可以抑制血管生長因子依賴的血管生成。Woo[17]等在對107例胃癌患者中測定血清CXCLl2和VEGF濃度，發現胃癌患者血清CXCLl2和 VEGF濃度均高于對照組(P＜0.001)，CXCLl2與胃癌遠處轉移及血管內皮生長因子水平呈正相關(r=0.528，P＜0.001；r=0.789，P＜0.001)，推測CXCL12、VEGF在胃癌新生血管形成及腫瘤遠處轉移過程中發揮著協同作用。

三、CXCL12/CXCR4與胃癌細胞的轉移

胃癌轉移是導致胃癌患者死亡和預后差的主要原因之一。作為近年來研究熱點的CXCL12/CXCR4軸在胃癌的轉移中發揮著重要作用。

1.淋巴轉移：淋巴轉移是胃癌最常見的轉移方式之一，系復發患者死亡的主要原因之一，CXCL12/CXCR4軸在其轉移中扮演重要角色。馬向濤[10]等應用Western blot法檢測40例胃癌組織中CXCL12/CXCR4的表達，結果顯示胃癌組織中CXCL12/CXCR4表達水平明顯高于正常胃粘膜（P＜0.05），32例淋巴結轉移癌組織中CXCL12/CXCR4蛋白表達高于原發癌，提示CXCR4通道可能在胃癌淋巴結中轉移過程中起著重要作用。劉永軍[11]等亦用RT-PCR技術檢測30例胃癌及相應胃旁組織，發現趨化因子受體CXCR4在淋巴結轉移組的表達指數（0.34±0.12）顯著高于無轉移表達指數（0.23±0.07），結果表明CXCR4的表達與淋巴結轉移正相關。目前，王劍威[18]等在用免疫組織化學SP法檢測60例胃癌、30例正常胃黏膜組織中SDF-1和CXCR4的蛋白表達情況中發現胃癌組織中SDF-1和CXCR4蛋白的陽性表達均高于正常胃黏膜組織,差異有顯著性(uc＝4.013、3.694，P＜0.001)，胃癌組織SDF-1及CXCR4陽性表達與癌組織有無淋巴結轉移有關(uc＝3.032、2.427，P＜0.05)，有淋巴結轉移組癌組織中SDF21和CXCR4的陽性表達均高于無淋巴結轉移組，表明SDF-1及其受體CXCR4在胃癌發生和浸潤轉移中發揮著重要作用。

2.腹膜轉移：腹膜轉移是進展期胃癌患者常見的死亡原因，伴腹膜轉移的胃癌患者5年生存率約為2%，目前，對腹膜轉移胃癌與SDF-1及CXCR4的相關性及機制的研究，國外已有較詳細的報道。Yasumo[12]等在49例伴有腹膜轉移的IV期胃癌患者的癌性腹水中檢測到高表達的CXCL12，其中，在33例僅腹膜轉移的的患者中，22（67%）例CXCR4免疫組化檢測成陽性表達，而在16例伴其他遠處轉移病例中只有4（25%）例呈陽性，該研究結果表明CXCL12/CXCR4軸在胃癌腹膜轉移中起重要作用，CXCR4有可能成為胃癌腹膜轉移的潛在治療靶點。Zieker[19]等研究發現在腹膜轉移性腫瘤中，磷酸甘油酸酯激酶-1的過度表達會增加CXCR4的表達，而CXCR4又能增加CXCL12的表達，高表達的CXCL12和CXCR4與腫瘤轉移率的增加及惡性細胞的轉移歸巢有關。最近，Hashimoto[14]等還發現阻斷CXCR4-雷帕霉素靶蛋白信號通路是阻止胃癌腹膜轉移的有效治療策略。

四、CXCL12/CXCR4軸與胃癌生長、轉移的相關機制

腫瘤細胞發生轉移的機制與正常細胞在發育、器官發生及免疫過程有相似之處，趨化因子與其受體結合，在腫瘤細胞生長和轉移的作用是建立在其生理作用機制上，通過其信號轉導機制實現。人們亦提出了腫瘤細胞基于趨化因子實現器官特異性轉移的理論模型，即不同的腫瘤細胞高表達特異性趨化因子受體，而有些器官高表達其相應的趨化因子配體，腫瘤細胞借助趨化因子與其受體的特異性結合力，最終實現向這些器官的特異性轉移。其機制包括各種復雜的細胞內外有序的相互作用，被稱為“信號或歸巢”假說（signaling or“homing”hypothesis），補充了經典的“種子和土壤”假說與“機械轉移”假說在分子水平上的不足。它涉及腫瘤細胞的遷移、黏附、侵襲、生長、新生血管生成、特異性轉移器官的歸巢等這幾個關鍵步驟[20]。

1.胃癌細胞生長CXCL12與CXCR4結合導致G蛋白結構改變，激活多個信號通路：MAPK、ERK1/2和SAPK/JNK通路等。目前研究發現SDF-1激活ERK-1/2和AKt信號通路，降解膠原纖維破壞基底膜，減少腫瘤細胞的凋亡，促進細胞增殖[21]。同時，SDF-1還增加腫瘤細胞內增殖細胞核抗原并下調裂解的caspase-3與抑制凋亡[22]。此外，促血管新生也是其促進腫瘤細胞增殖和生長的主要因素之一[16]。

2.細胞遷移：細胞遷移是腫瘤細胞生長的一個特征。CXCL12/CXCR4調節腫瘤細胞的遷移過程所起的作用是多方面的。主要作用為：①增強胃癌細胞運動能力。CXCL12激活CXCR4后，腫瘤細胞內骨架蛋白纖維肌動蛋白束的數量和厚度增加，磷脂酰肌醇-3激酶激活，鈣流量增加和偽足形成，使表達CXCR4的腫瘤細胞運動能力及侵襲力，更加容易穿過基質膠、內皮細胞層、骨髓間質和成纖維細胞單細胞層[23]。②提高胃癌細胞與基質附著力。CXCL12通過激活細胞表面的各種黏附因子如（整合素）調節細胞與纖維蛋白、纖維蛋白原、間質細胞和內皮細胞的黏附[24]，有利于腫瘤細胞與內皮組織黏附以及遠處臟器中的定植，增強腫瘤的進展和轉移。③增加胃癌細胞侵襲力。CXCL12可以通過誘導胃癌細胞生成和分泌基質金屬蛋白酶9（MMP9），使腫瘤細胞更易于跨膜遷移,并且上調了如血管內皮生長因子等細胞因子的分泌，促進腫瘤細胞穿過血管基底膜、微血管形成等，導致腫瘤細胞侵襲力的增加，進而導致胃癌高度侵襲性生物行為[25]。④利于免疫逃避。目前研究還發現胃癌細胞能通過釋放exosomes呈遞凋亡信號給抗腫瘤的T細胞，有利與腫瘤細胞免疫逃避，增加胃癌轉移機會[26]。此外，到實體腫瘤增殖到一定體積時，由于微血管的相對不足，導致供氧相對不足，乏氧誘導因子-Ia（HIF-1a）高表達，同時能誘導產生磷酸甘油酸酯激酶-1（PGK-1），迅速提供ATP供腫瘤利用，PGK-1是CXCR4/CXCLl2通路的上調因子，介導CXCR4/CXCLl2信號轉導，在胃癌細胞生長轉移中發揮重要作用[19]。

五、總結與展望

綜上所述，CXCL12/CXCR4通路在胃癌發病與疾病進展中具有重要作用，其促進胃癌細胞生長、遷移、血管形成、抵抗凋亡，極有潛力成為抗胃癌治療的新靶點。近年來，實驗常用CXCR4抑制劑如AMD3100、T140、12G5等抑制腫瘤細胞增殖與遷移。同時亦有研究利用RNAi技術，用siRNA抑制CXCR4的表達，從而抑制腫瘤細胞增殖與遷移。但這些研究仍處在體外實驗階段，其具體分子機制、與其他細胞因子之間相互作用、各信號通路之間的交叉作用、調節的始動因素等并未完全闡明，同時，CXCL12/CXCR4對作為胃癌發展重要階段的癌前病變的研究罕見報道，相信不久的將來，隨著研究不斷深入，CXCL12/CXCR4在腫瘤及癌前病變中的作用機制和其在臨床的意義將得到更進一步的認識。此外，CXCL12和CCR6聯合其他因子如VEGF等對早期發現胃癌及其轉移具有重要意義，能使胃癌早發現早治療，造福人類。

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