脫氧膽酸在結直腸癌演進中作用的研究現狀

羅沈暉 曹海龍 王邦茂

天津醫科大學總醫院消化科

高脂肪飲食是結直腸癌發病的高危因素，它可以增加腸腔內次級膽酸，特別是脫氧膽酸(DCA)的含量。DCA在結直腸癌的演進中扮演著重要的角色。大量研究表明其具有致癌與促癌作用[1]，但相關致病機制并不明確，現就DCA在結直腸癌發生中研究進展作一綜述。

1 脫氧膽酸簡介

DCA為次級膽汁酸之一。肝細胞以膽固醇為原料合成初級膽汁酸，起促進腸道中脂類物質消化吸收的作用。初級膽汁酸在末端回腸及結腸中厭氧菌的作用下轉變為次級膽汁酸。其中初級膽汁酸包括膽酸和鵝脫氧膽酸，次級膽汁酸包括DCA及石膽酸。部分次級膽汁酸可通過腸肝循環被腸道有效的重吸收，其余隨糞便排出體外。

2 基于人群的流行病學研究

流行病學資料顯示，正常人糞便中的DCA含量低于結直腸癌或腺瘤病人，糞便DCA的升高能明顯促進結直腸腫瘤增大，左半結腸表現尤為明顯[2]。有研究者發現，結直腸腺瘤病人血清中的DCA含量增高，與腸腺窩基底層細胞程序性凋亡相關[3]。一項Meta分析[4]結果顯示，膽囊切除后腸道內次級膽汁酸濃度升高，結直腸癌發病風險也會隨之增加，亞組分析顯示女性和右半結腸的發病風險更顯著。因此，有研究者提出膽囊切除術是大腸癌發病的危險因素之一。至于膽囊切除術能否增加結直腸腺瘤的發病率仍存在爭議[5,6]。腸道中次級膽酸含量能隨著脂肪攝入的增加而升高，研究表明高脂飲食也可促進結直腸癌的發生發展[7]。

3 實驗研究

3.1 細胞實驗研究

3.1.1 脫氧膽酸與氧族氮族應激 DCA可誘導活性氧簇(ROS)和活性氮簇(RNS)的產生，腸上皮暴露于高濃度DCA可造成DNA的損傷，基因組穩定性受到破壞，修復酶功能受影響，使基因突變率增加，促進了結直腸癌的發生[8,9]。基因組不穩定主要表現為異倍體的出現、染色體內不穩定和基因點突變[10]。有人用DCA處理BCS-TC2細胞系，發現細胞分離、細胞膜失對稱、染色質濃縮、DNA降解，2h內即出現細胞凋亡[11]。Kong等[12]發現DCA可造成miRNAs作用失調，發揮促腫瘤形成作用，結直腸腫瘤細胞生長、遷移和侵襲作用受高表達的miR-199a-5p抑制，細胞周期相關的蛋白CAC1受到miR-199a-5p調節。DCA通過抑制miR-199a-5p作用和(或)促進CAC1表達增高，達到促腫瘤形成的作用。

多個學者研究發現，脫氧膽酸通過NAD(P)H氧化酶(使蛋白激酶B、絲裂原活化蛋白激酶和p38及下游的轉錄因子核內激活蛋白AP活化)和PLA2誘導的氧族氮族應激除了造成基因損傷改變DNA修復相關蛋白結構，還能激活NF-κB，調控抗凋亡基因，造成線粒體損傷影響細胞自噬能力。連續性的作用使得正常結腸細胞基因穩定性發生改變，突變的細胞發生選擇性增殖，通過非整倍體化、基因突變與增殖的連鎖反應作用使細胞發生癌變[13,14]。Schlottman等學者研究發現DCA以濃度和時間依賴性的方式作用于多種結腸癌細胞系，短時間內作用能誘導細胞凋亡，但長時間引起細胞增殖失控、凋亡抑制，打破了增殖和凋亡的平衡，最終引起穩態破壞進而發生惡變[15]。另外，Rial等[16]通過用DCA處理HCT116、HT29細胞系發現CXCL8 表達增高，CXCL8與AP-1、NF-κB相結合使細胞侵襲性增強。

3.1.2 脫氧膽酸與細胞信號轉導通路

(1)脫氧膽酸與法尼酯X受體：法尼酯X受體(FXR)首次于1995年由Forman在大鼠肝cDNA文庫中分離 ，FXR信號通路擁有自身調節環，初級及次級膽汁酸能激活不同構象的FXR，且具有不同的作用[17]。作為一種膽汁酸受體，FXR在膽汁酸合成、轉運和排泄中發揮了重要作用。Maran[18]對FXR基因敲除小鼠的研究顯示，在FXR基因敲除小鼠的結腸中β-catenin、c-Myc和cyclinD1蛋白含量提高，增強了結腸細胞增殖能力。Lax等[19]研究發現結腸癌腸黏膜中FXR受體表達明顯低于未發生不典型增生的黏膜，這可能反映了對潛在致癌的膽汁酸的防御機制的缺陷。體外細胞系的研究發現人結腸癌細胞系Caco-2和HT-29均出現FXR表達下調，而且分化程度越低的細胞系，其表達程度也越低，而在未分化細胞系SW480和轉移來源的SW620細胞系中未發現FXR表達[20]。FXR基因的缺失和啟動子甲基化的靜默作用，均能導致FXR mRNA的低表達。另外，Silva等[21]研究得出低濃度的DCA(10 Amol/L)可通過FXR 促進乳腺癌細胞MDA-MB-231 的生長和轉移。DCA能否通過影響FXR途徑促進結直腸癌演進及其相關機制需大量研究進行證實。

(2)脫氧膽酸與Wnt通路：Wnt/β-Catenin信號轉導通路在生物發育、細胞轉運及細胞凋亡等生命過程中發揮重要作用，其異常活化在多種人類腫瘤的發生、發展中發揮了重要作用。Wnt為細胞間的一種分泌蛋白，能傳遞細胞信號至糖原合成酶激酶3(GSK-3β)。GSK-3β是能使β連環蛋白(β-catenin)發生磷酸化的絲氨酸蘇氨酸激酶。正常狀態下，GSK-3β、β-catenin與APC、軸蛋白形成蛋白復合體。這一多蛋白復合物中任何一個成分的改變，均可導致β-catenin降解障礙，從而激活Wnt途徑。未磷酸化β-catenin可調控下游基因的過度表達，如環氧化酶-2(COX-2)、細胞周期蛋白(CyclinD1)等。β-catenin、尿激酶型纖溶酶原激活劑及其受體(uPA/uPAR)和CyclinD1在結腸癌中過度表達，同時β-catenin和E-鈣黏附分子(E-cadherin)分離使細胞間黏附性降低，都與腫瘤的生長、侵潤及轉移密切相關。Pai等[22]發現，低濃度DCA(5 and 50 microM)能顯著促進SW480細胞β-catenin相關途徑的產生，從而增強細胞增殖與侵襲能力。有學者發現DCA誘導產生的β-catenin還能通過調節孤核受體Nur77，以增強HCT116細胞的增殖和遷移能力[23]。

(3)脫氧膽酸與EGFR通路：經典的EGFR通路主要有兩個：絲裂原激活蛋白酶途徑(Ras/Raf/MEK/ERK/MAPK通路)與磷脂酰基醇3激酶(PI3K)途徑。DCA產生抑制凋亡的效應依賴于EGFR的活化，主要是通過干擾細胞膜的結構而激活受體，產生下級級聯反應[24]。研究發現DCA能夠誘導酪氨酸磷酸化且以配體依賴的方式激活酪氨酸激酶的EGFR信號通路，激活Ras/Raf/MEK/ERK/MAPK通路，活化AP-1以介導細胞增殖與分化[25]；還可以活化PI3K/Akt/I-κB/NF-κB途徑，調節下游靶分子如Caspase家族和NF-κB轉錄因子，進而調控細胞增殖和凋亡[13]。Lee等[14]研究發現，DCA能夠通過激活EGFR/PKC/Ras/Raf-1/MEK1/ERK/CREB，PI3/Akt/IkappaB/NF-κB和p38/MSK1/CREB多重通路，上調HM3結腸癌細胞的MUC2黏蛋白的轉錄，而JNK/c-Jun/AP-1通路抑制這一作用，這些研究結果為膽汁酸調節黏蛋白基因提供了新的分子機制,可能有助于進一步說明DCA的致癌作用。另外，Zhu等[26]發現DCA能通過PKC途徑誘導激活COX-2，基質中尤以癌相關成纖維細胞為主的COX-2的激活能明顯增加結直腸癌細胞的增殖能力及侵襲性。

3.2 動物實驗研究

3.2.1 正常鼠模型 Bernstein等[27]用0.2%的DCA食物喂養誘導野生B6.129PF2/J小鼠發生結腸炎，給藥2個月時小鼠開始出現輕度炎癥反應，8個月后小鼠生長明顯受限，結腸組織中硝基酪氨酸表達顯著，誘發小鼠結腸癌。Payne等[1,28]用含0.2%DCA食物喂養野生C57BL/J.129*小鼠歷時10個月誘導產生無蒂腺瘤，其中5/6發生近端結腸無蒂腺瘤；而后用相似方法喂養野生B6.129PF2/J小鼠，94%發生腫瘤，其中56%為腺癌。

3.2.2 基因異常小鼠模型 抑癌基因Apc發生突變能導致腸道自發形成腫瘤，Apcmin/+小鼠品系是在小鼠同源APC基因第850位點發生無義突變，造成其腸道多發腺瘤，是一種良好的家族性腺瘤性息肉病小鼠模型。Baltgalvis等[29]對Apcmin/+小鼠模型分別喂養高脂和正常飲食，6周后結果顯示高脂飲食組小腸腺瘤數目相對于對照組增加75%，免疫組化β-catenin陽性率增高2倍，炎癥反應更加嚴重，間接證明了次級膽汁酸的致癌作用。另外，Maran等[18]對FXR基因缺失小鼠的研究顯示，若將Apcmin/+小鼠的FXR基因敲除，小腸腺癌體積會明顯增大；AOM誘導FXR基因敲除的C57BL/6小鼠，結直腸腺癌增多增大。Modica等[30]研究指出FXR基因敲除小鼠的早期死亡率增加和腸道腫瘤進展，雖然FXR缺失致癌的確切機制不完全明確，但資料提示這與TNFα活性增加及活化的中性粒細胞、巨嗜細胞浸潤進而激活Wnt信號通路有關，DCA致癌作用是否通過FXR作用，仍需進一步研究。

3.2.3 結腸癌鼠模型 Onose等[31]對F344雄性大鼠先用DMH和DSS處理，0.3%DCA喂養20周發現結腸腫瘤的種類明顯增多，體積顯著增大。用抗氧化偶氮甲烷(AOM)誘導的大鼠腫瘤模型發現DCA可以增加結腸腫瘤的發生率，并誘發K-ras突變。AKR/J小鼠能抗AOM誘導結直腸腫瘤的形成，腫瘤發生率低，Flynn等[32]用含0.25%DCA的食物喂養AOM-AKR/J小鼠，加重了耐藥的AKR/J小鼠結腸上皮發生的高度不典型增生，同時發現β-catenin核易位在這一過程中發揮了重要作用。

4 展望

DCA在結直腸癌演進中發揮著重要作用，相關機制十分復雜。盡管DCA的促結直腸癌作用在流行病學、細胞及動物水平等研究中得以證實，但DCA作為致癌因子的相關機制尚有許多未明之處：DCA與癌基因、抑癌基因有無關聯，DCA如何打破細胞凋亡增殖平衡，腫瘤形成中FXR發生何種改變，DCA是如何影響腫瘤的生物學行為？這一系列問題都需進行廣泛、深入的研究來解答。

[1]Bernstein C,Holubec H,Bhattacharyya AK,et al.Carcinogenicity of deoxycholate,a secondary bile acid[J].Arch Toxicol,2011,85(5):863-871.

[2]Kawano A,Ishikawa H,Kamano T,et al.Significance of fecal deoxycholic acid concentration for colorectal tumor enlargement[J].Asian Pac J Cancer Prev,2010,11(6):1541-1546.

[3]Fracchia M,Galatola G,Sarotto I,et al.Serum bile acids,programmed cell death and cell proliferation in the mucosa of patients with colorectal adenomas[J].Dig Liver Dis,2005,37(7):509-514.

[4]Xu YK,Zhang FL,Feng T,et al.Meta-analysis on the correlation of cholecystectomy or cholecystolithiasis to risk of colorectal cancer in Chinese population[J].Ai Zheng,2009,28(7):749-755.

[5]Zhao C,Ge Z,Wang Y,et al.Meta-analysis of observational studies on cholecystectomy and the risk of colorectal adenoma[J].Eur J Gastroenterol Hepatol,2012,24(4):375-381.

[6]Siddiqui AA,Kedika R,Mahgoub A,et al.A previous cholecystectomy increases the risk of developing advanced adenomas of the colon[J].South Med J,2009,102(11):1111-1115.

[7]Butler LM,Wang R,Koh WP,et al.Marine n-3 and saturated fatty acids in relation to risk of colorectal cancer in Singapore Chinese:a prospective study[J].Int J Cancer,2009,124(3):678-686.

[8]Payne CM,Crowley-Skillicorn C,Bernstein C,et al.Hydrophobic bile acid-induced micronuclei formation,mitotic perturbations,and decreases in spindle checkpoint proteins:relevance to genomic instability in colon carcinogenesis[J].Nutr Cancer,2010,62(6):825-840.

[9]Longpre JM,Loo G.Protection of human colon epithelial cells against deoxycholate by rottlerin[J].Apoptosis, 2008,13(9):1162-1171.

[10]Payne CM,Bernstein C,Dvorak K,et al.Hydrophobic bile acids,genomic instability,Darwinian selection,and colon carcinogenesis[J].Clin Exp Gastroenterol,2008,1:19-47.

[11]Ignacio Barrasa J,Olmo N,Pérez-Ramos P,et al.Deoxycholic and chenodeoxycholic bile acids induce apoptosis via oxidative stress in human colon adenocarcinoma cells[J].Apoptos is,2011,16(10):1054-1067.

[12]Kong Y,Bai PS,Sun H,et al.The deoxycholic acid targets miRNA-dependent CAC1 gene expression in multidrug resistance of human colorectal cancer[J].Int J Biochem Cell Biol,2012,44(12):2321-2332.

[13]Payne CM,Crowley-Skillicorn C,Bernstein C,et al.Hydrophobic bile acid-induced mitotic perturbations and micronuclei formation:relevance to genomic instability in colon carcinogenesis[J].Nutr Cancer,2010,62(6):825-840.

[14]Lee HY,Crawley S,Hokari R,et al.Bile acid regulates MUC2 transcription in colon cancer cells via positive EGFR/PKC/Ras/ERK/CREB,PI3K/Akt/IkappaB/NF-kappaB and p38/MSK1/CREB pathways and negative JNK/c-Jun/AP-1 pathway[J].Int J Oncol,2010,36(4):941-953.

[15]Schlottman K,Wachs FP,Krieg RC,et al.Characterization of bile salt-induced apoptosis in colon cancer cell lines[J].Cancer Res,2000,60(15):4270-4276.

[16]Rial NS,Lazennec G,Prasad AR,et al.Regulation of deoxycholate induction of CXCL8 by the adenomatous polyposis coli gene in colorectal cancer[J].Int J Cancer,2009,124(10):2270-80.

[17]Lew JL,Zhao A,Yu J,et al.The farnesoid X receptor controls gene expression in a ligand-and promoter-selective fashion[J].J Biol Chem,2004,279(10):8856-8861.

[18]Maran R.M,Ann Thomas,Megan Roth,et al.Farnesoid X receptor deficiency in mice leads to increased intestinal epithelial cell proliferation and tumor development[J].Pharm Exper Therap,2009,328(2):469-477.

[19]Lax S,Schauer G,Prein K,et al.Expression of the nuclear bile acid receptor/farnesoid X receptor is reduced in human colon carcinoma compared to nonneoplastic mucosa independent from site and may be associated with adverse prognosis[J].Int J Cancer,2012,130(10):2232-2239.

[20]De Gottardi A,Touri F,Maurer CA,et al.The bile acid nuclear receptor FXR and the bile acid binding protein IBABP are differently expressed in colon cancer[J].Dig Dis Sci,2004,49(6):982-989.

[21]Silva J,Dasgupta S,Wang G,et al.Lipids isolated from bone induce the migration of human breast cancer cells[J].J Lipid Res,2006,47(4):724-733.

[22]Pai R,Tarnawski AS,Tran T.Deoxycholic acid activates beta-catenin signaling pathway and increases colon cell cancer growth and invasiveness[J].Mol Biol Cell,2004,15(5):2156-2163.

[23]Wu H,Lin Y,Li W,et al.Regulation of Nur77 expression by β-catenin and its mitogenic effect in colon cancer cells[J].FASEB J,2011,25(1):192-205.

[24]Jean-Louis S,Akare S,Ali MA,et al.Deoxycholic acid induces intracellular signaling through membrane perturbations[J].J Biol Chem,2006,281(21):14948-14960.

[25]Im E,Martinez JD.Ursodeoxycholic acid (UDCA) can inhibit deoxycholic acid (DCA)-induced apoptosis via modulation of EGFR/Raf-1/ERK signaling in human colon cancer cells[J].J Nutr,2004,134(2):483-486.

[26]Zhu Y,Zhu M,Lance P.Stromal COX-2 signaling activated by deoxycholic acid mediates proliferation and invasiveness of colorectal epithelial cancer cells.Biochem[J].Biophys Res Commun,2012,425(3):607-612.

[27]Bernstein H,Holubec H,Bernstein C,et al.Unique dietary-related mouse model of colitis[J].Inflamm Bowel Dis,2006,12(4):278-293.

[28]Payne CM,Holubec H,Bhattacharyya AK,et al.Exposure of mouse colon to dietary bile acid supplement induces sessile adenomas[J].Inflamm Bowel Dis,2010,16(5):729-730.

[29]Baltgalvis KA,Berger FG,Pe a MM,et al.The interaction of a high-fat diet and regular moderate intensity exercise on intestinal polyp development in Apc Min/+ mice[J].Cancer Prev Res(phila),2009,2(7):641-649.

[30]Modica S,Murzilli S,Salvator L,et al.Nuclear bile acid receptor FXR protects against intestinal tumorigenesis[J].Cancer Res,2008,68(23):9589-9594.

[31]Onose J,Imai T,Hasumura M,et al.A new medium-term rat colon bioassay applying neoplastic lesions as endpoints for detection of carcinogenesis modifiers-validation with known modifiers[J].Cancer Lett,2006,232(2):272-278.

[32]Flynn C,Montrose DC,Swank DL,et al.Deoxycholic acid promotes the growth of colonic aberrant crypt foci[J].Mol Carcinog,2007,46(1):60-70.