結直腸癌轉移相關信號通路

賈陌楊 王要軍

結直腸癌（CRC）是一種較常見的消化道惡性腫瘤，在世界范圍內，CRC的發病率居于惡性腫瘤第三位，在惡性腫瘤引起的死亡中居于第四位。每年約有超過100萬的新發病例［1］。中國的CRC發病率也呈上升趨勢。CRC的惡性程度較高，較易發生血行、淋巴及遠處轉移。CRC的轉移是一個多基因作用、多步驟的過程，其中也涉及多種信號轉導通路。本文就與CRC轉移相關的經典信號通路作一綜述。

1 轉化生長因子-β／Smad信號通路

1.1 信號通路的組成

轉化生長因子-β／Smad（TGF-β／Smad）信號通路主要由TGF-β及其受體和Smad蛋白構成。TGF-β超家族包括 TGF-β、lefty、活化素（activin）、抑制素（inhibin）、骨形態發生蛋白（BMP）以及繆勒管抑制物質（MIS）、各種生長分化因子（GDF）等［2］。目前認為 TGF-β家族的受體有 TβRⅠ、TβRⅡ、TβRⅢ3種，均為受體絲氨酸／蘇氨酸（Ser／Thr）激酶［3］。細胞質蛋白Smad為TGF-β信號通路中關鍵的信號轉導分子，可將TGF-β信號向細胞核內轉導。一般將Smads蛋白分為3類［4］：（1）受體調控的Smad Smad1、2、3、5、8；（2）通用調節Smad Smad4和Smad4B；（3）抑制性 Smad Smad6、7。活化的TGF-β二聚體通過與TβRⅠ／TβRⅡ結合而轉導信號。當與TGF-β結合后，TβRⅡ磷酸化，激活TβRⅠ，進一步磷酸化 Smad2／3，Smad2／3與Smad4結合形成Smad2／3／4復合體，轉移進入核內，與各種轉錄因子結合，將信號轉導下去［5］。

1.2 信號通路與CRC轉移的關系

TGF-β主要通過增加腫瘤血管生成、免疫抑制、增加腫瘤細胞外基質（ECM）的產生和沉積、上調腫瘤周圍的蛋白酶水平來促進腫瘤轉移。CRC細胞增殖后，可以分泌TGF-β，抑制效應T細胞的功能，并可抑制白細胞介素-17（IL-17）產生Th17細胞，從而調控自然殺傷（NK）細胞和巨噬細胞，抑制機體的免疫功能及炎性反應，幫助腫瘤細胞逃避宿主的免疫監控，從而促進CRC轉移［3］。此外，TGF-β在CRC上皮細胞-間充質細胞轉化（EMT）中也起到一定的作用。在上皮細胞轉化為間充質細胞的過程中，腫瘤細胞可以獲得更多的活動能力，進而促進轉移。TGF-β可以通過與Smad蛋白形成轉錄復合體從而促進EMT的發生。Smad蛋白在CRC細胞的侵襲中也起到了重要的作用，目前研究較多的為Smad4。實驗研究發現，Smad4缺失與CRC的發生及轉移有密切的聯系［6-7］。Zhang等［8］的細胞遷移和侵襲實驗研究發現，在CRC細胞系CT26中敲除Smad4，可以促進CT26細胞通過人工基底膜屏障及膠原蛋白層，從而促進侵襲及轉移。

2 PI3K／Akt信號通路

2.1 信號通路組成

PI3K是一種重要的磷脂酰肌醇激酶，其作為一種重要的信號轉導因子而廣泛存在于細胞內。研究發現，PI3K由p85和p110兩個亞基組成，具有調節細胞增殖、凋亡及分化等功能［9］。Akt是一種由原癌基因c-Akt編碼的絲氨酸／蘇氨酸激酶，又稱為蛋白激酶B（PKB），是PI3K／Akt信號通路的核心，為PI3K的主要下游效應分子，可以直接磷酸化多種轉錄因子，從而促進腫瘤發生發展［10］。Akt家族有3個亞型，分別是Akt1、Akt2、Akt3，其又可以稱為PKBα、PKBβ、PKBγ。Akt2由于其在腫瘤侵襲中的作用，已成為目前研究的熱點。研究發現，二聚體構象改變可以活化PI3K，并且Ras和p110亞基的直接結合也可以活化PI3K，PI3K被激活后可以在質膜上產生第二信使3-磷酸磷脂酰肌醇（PIP3），而Akt內的PH結構域可以與PIP3結合，從而使Akt活化，并使其從細胞質轉移到細胞膜上［11］。

2.2 信號通路與CRC轉移的關系

PI3K首先激活Akt，Akt活化后發生磷酸化作用，進而激活或抑制其下游靶蛋白，如核因子-κB（NF-κB）、mTOR、Bad、Par-4、天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶-9（caspase-9）等，從而介導多種生長因子等誘發的細胞增殖［10］。早期研究表明，相比于非轉移性癌細胞，轉移性癌細胞中PI3K的活性更高。在轉移性癌細胞中，基質金屬蛋白酶（MMP）能夠降解細胞基底膜及ECM，從而促進腫瘤的轉移，而PI3K是MMP產生的重要因素。流行病學研究及動物實驗發現，PI3K可激活 MMP-2、MMP-9，導致ECM破壞，從而促進癌細胞轉移。此外，MMP-2、MMP-9也是Akt2作用的靶基因，其激活可以促進CRC轉移及侵襲。Chu等［12］的研究發現，MMP-9表達升高可以促進CRC Dukes分期的進展及遠處轉移。活化的Akt還可以調節Bcl-2和黏著斑激酶（FAK）蛋白的表達來介導 CRC轉移［13］。另外，Akt2也可以上調β1-整合素從而增加CRC細胞的轉移及侵襲作用。Ericson等［14］研究發現，Akt2失活可以減弱CRC轉移的能力，從而證明Akt2的活化在CRC轉移中起著重要的作用。

3 Wnt／β-連環素信號通路

3.1 信號通路的組成

Wnt／β-連環素（β-catenin）信號通路是 Wnt信號通路的經典通路，是CRC發生發展過程中重要的信號通路之一。研究已證實，約90%的CRC患者存在 Wnt通路過度激活，該通路異常可以促使β-catenin在細胞內異常積聚。β-catenin是該通路的關鍵分子，主要位于細胞膜上，少量游離存在于細胞質中。細胞膜上的β-catenin與α-catenin、肌動蛋白（actin）、鈣黏蛋白（E-cadherin）等構成連接復合體，進而使同型細胞相互黏附。細胞質中的β-catenin與軸抑制蛋白（Axin）、無嘌呤／無嘧啶核酸內切酶（Ape）、糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）等形成降解復合物，經蛋白酶水解作用而降解［15］。Wnt蛋白通過與特異性受體卷曲蛋白（Frizzled）作用后，可以活化存在于細胞內的Dsh蛋白，進而抑制降解復合體的形成，從而使細胞質內累積大量β-catenin，并可以使其轉移至細胞核內，與LEF或TCF相結合，刺激Wnt信號下游靶基因的轉錄，從而調控細胞增殖［16］。

3.2 信號通路與CRC轉移的關系

大量實驗研究表明，CRC細胞核中β-catenin的異常表達與其侵襲及轉移有密切的聯系［17-18］。眾所周知，腫瘤轉移的一個重要先決條件是細胞間的黏附障礙。細胞膜上的β-catenin與E-cadherin等可以結合形成復合物來維持細胞間的黏附，而β-catenin是該復合物的主要調控分子［19］。在CRC細胞系SW480中，由于 Wnt信號異常引起β-catenin磷酸化時，可導致β-catenin／E-cadherin復合體的破壞，從而影響細胞間黏附的穩定性，使細胞脫落進而發生轉移［20］。MMP在腫瘤侵襲及轉移中的作用已被大量實驗研究證實，近年研究表明，在CRC細胞中抑制β-catenin可以抑制MMP的活性，進而影響 CRC的轉移［21］。Lee等［22］通過免疫組組織化學方法對83例Ⅳ期CRC組織蠟塊進行分析，發現 Wnt3a的表達與淋巴結轉移（P＝0.038）、MMP-9的表達（P＝0.0387）顯著相關，從而發現在CRC轉移中，Wnt蛋白起著重要的作用。

4 整合素激活FAK介導的信號通路

4.1 整合素及FAK

整合素的本質是一種糖蛋白，廣泛存在于細胞膜表面，可以介導ECM的交互作用，從而將信號從細胞外環境連接到肌動蛋白細胞骨架上［23］。整合素由α和β兩個亞基構成，目前至少已發現18種α亞基和8種β亞基，研究證明這些亞基可以組成20余種整合素［24］。FAK是一種非受體型酪氨酸蛋白激酶，由氨基端的FERM結構域、羧基端的黏著斑固定區（FAT）和中央激酶區3個結構域構成。FERM結構域可以與整合素的β亞基結合引起FAK聚集，而FAK聚集可以引起其酪氨酸磷酸化位點Tyr397發生自主磷酸化，從而在Tyr397上產生可以與Src家族激酶相結合的高親和力位點，進一步形成FAK-Src信號轉導復合物［25］。FAK-Src復合物形成后可以改變細胞膜黏附力，進一步激活下游通路，從而在細胞的黏附、增殖、遷移及生存中發揮重要的作用［26］。FAK活化后，能夠激活多種信號轉導分子，因此FAK被認為是整合素介導的信號通路的基礎分子，并在其中起著關鍵的作用。

4.2 信號通路與CRC轉移的關系

研究表明，FAK信號通路可以通過調控細胞遷移、侵襲、EMT及腫瘤血管生成等途徑來促進腫瘤進展及轉移［27］。有研究表明，在腫瘤細胞中，FAK可以磷酸化β-catenin從而導致細胞黏附連接處完整性破壞而失去與整合素的連接［28］，而磷酸化血管內皮cadherin在血管內皮生長因子的刺激下同樣可以破壞細胞間的黏連［29］，進而增加細胞的運動能力。Cicchini等［30］的研究發現，FAK-Src復合物可以調控由TGF-β誘發的EMT。上述均可增加腫瘤細胞的侵襲及轉移。Weiner等［31］最早報道CRC及其轉移癌組織中FAK呈過表達現象，他們發現85%的侵襲性原發癌及100%的肝轉移癌過表達FAK，而正常結直腸黏膜幾乎不表達。隨著研究的深入，Owens等［32］在蛋白水平通過蛋白（Westernblot）方法檢測轉移性CRC中FAK的表達，證實FAK的表達升高。Garouniatis等［33］的研究發現，FAK的表達與CRC的轉移及進展顯著相關（P＜0.01），并且與患者存活率也顯著相關（P＜0.001）。

5 結語

CRC的轉移是一個復雜的過程，涉及很多信號通路，隨著人們認識及研究水平的不斷深入，越來越多的轉移機制將被發現，可望為CRC轉移患者的治療提供新的思路。

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