趨化因子受體4/趨化因子配體12軸與胃癌發生發展關系研究進展

王 瑾，王一晨，胡 園，劉 屏，董憲喆

（1.中國人民解放軍總醫院臨床藥理學研究室，北京 100853；2.山西中醫藥大學中藥學院，山西 晉中030619；3.首都醫科大學宣武醫院藥物研究室，北京 100053）

胃癌是全球常見的惡性腫瘤之一，發病率和死亡率分別居各類腫瘤的第5位和第3位。我國作為胃癌的高發國家，隨著人口老齡化，胃癌發病率呈不斷上升趨勢[1-3]。目前，手術是治療胃癌的首選方法，但胃癌早期診斷率低，預后差[4]，因此探尋治療胃癌的新方法具有重要意義。趨化因子網在胃癌等多種惡性腫瘤的發生和轉移中發揮重要作用，其中趨化因子受體4（chemokine receptor-4，CXCR4）和其趨化因子配體12（chemokine ligand-12，CXCL12）是趨化因子網中的關鍵分子[5]。CXCR4是由352個氨基酸組成的G蛋白偶聯受體，具有7次穿膜結構，在體內大部分組織和器官均有表達。CXCR4分子質量小，有4個保守的半胱氨酸殘基維持其三級結構的穩定，可參與體內多種生理機制，包括參與HIV-1病毒侵染，胚胎發育和腫瘤遷移等。CXCL12被認為是CXCR4的唯一配體在組織中廣泛表達，參與T細胞、單核細胞、造血細胞和腫瘤細胞的趨化行為。近年來研究發現，CXCR4和CXCL12的表達與腫瘤的發生、轉移密切相關。CXCL12不僅可通過自分泌或旁分泌促進腫瘤的發生發展，還可趨化高表達CXCR4的腫瘤發生特異性轉移[6-8]。CXCR4/CXCL12軸是指由趨化因子CXCR4與其特異性配體CXCL12相結合的具有信息傳遞、細胞轉移等功能的一組耦聯分子對。研究表明，CXCR4/CXCL12軸與細胞浸潤、遷移及器官發育密切相關，參與胃癌細胞的存活、生長、增殖和轉移等一系列的生理病理過程，抑制CXCR4/CXCL12軸可有效抑制胃癌的生長和轉移[9-11]。為此，本文旨在綜述CXCR4/CXCL12軸及其相關信號的表達對胃癌的影響及靶向抑制劑對胃癌的調控，為以CXCR4/CXCL12軸為靶點治療胃癌提供思路。

1 CXCR4/CXCL12軸與胃癌的關系

1.1 CXCR4和CXCL12在胃癌細胞中的表達

CXCR4和CXCL12在胃癌細胞中廣泛表達。人胃癌細胞NKP，NUGC4和KATOⅢ中選擇性的高表達CXCR4mRNA，在腹膜內的NUGC4細胞中CXCR4mRNA表達強度增加，能功能性地誘導CXCL12的趨化反應，促進癌細胞的增殖和轉移。CXCR4mRNA在NCI-N87和SNU-1細胞中低表達，而在MKN-28，TMK-1，NUGC3和MKN-45細胞中幾乎不表達。相比于正常的胃黏膜上皮細胞，癌細胞BGC-823中的CXCR4mRNA呈高表達[20-21]。CXCR4的表達參與HGC-27和K-MK-2細胞的增殖和轉移，采用CXCR4短發夾RNA的慢病毒感染細胞后發現，敲低CXCR4的表達對HGC-27和K-MK-2細胞增殖具有明顯抑制作用。但CXCL12mRNA在上述胃癌細胞中幾乎不表達[19]。CXCL12在腹膜、肝、淋巴結和胃黏膜癌細胞中的表達，反映了胃癌轉移的主要部位。分析CXCL12對胃癌細胞SGC-7901和MGC-803增殖的影響，發現以濃度為0.1～200 nmol·L-1的 CXCL12孵育細胞72 h后，細胞增殖顯著且呈濃度依賴性增加，CXCL12 10 nmol·L-1對胃癌細胞的增殖影響最大；CXCR4的拮抗劑AMD3100對CXCL12誘導的胃癌遷移有明顯抑制作用[17]。SGC-7901和MGC-803細胞中均表達CXCR4，CXCR4mRNA的陽性表達與CXCL12mRNA表達基本一致。采用Transwell侵襲小室法分析CXCL12的表達對AGS細胞侵襲能力的影響，發現空白對照組、CXCL12 50和100 μg·L-1處理組AGS細胞的侵襲能力呈濃度依賴性增加，提示CXCL12的高表達能明顯增強AGS細胞體外侵襲能力[23]。

CXCR4的表達主要集中于胃癌細胞的細胞質和細胞核內，細胞質中CXCR4的表達強度與胃癌細胞分化、浸潤深度、腫瘤分期和5年生存率無關，而核內CXCR4的表達與胃癌細胞低分化、遠距離轉移和5年存活率降低密切相關。人胃腺癌細胞AGS核內CXCR4mRNA高表達，在膜表面表達水平較低。研究表明，細胞質內CXCR4的表達與患者總體存活期密切相關，體外CXCR4細胞質表達的細胞的總體存活時間比核CXCR4表達的時間短[24]。CXCL12在胃癌細胞的細胞質和細胞膜、腫瘤浸潤淋巴細胞和正常胃腺及胃軟膜中均有表達。胃癌細胞膜CXCL12與淋巴結轉移、浸潤深度、淋巴浸潤、腫瘤直徑、臨床分期均有顯著相關性。與膜CXCL12陰性組相比，CXCL12表達呈陽性的癌細胞的淋巴結轉移、浸潤深度、淋巴和靜脈浸潤、腫瘤直徑明顯增加[25]。根據CXCL12的表達程度（強、中和弱表達），發現CXCL12陰性表達的胃癌細胞存活率較其弱表達、中表達和強表達的癌細胞明顯降低，提示CXCL12的表達可以作為胃癌的獨立預后因素[26]。

1.2 CXCR4和CXCL12在胃癌組織中的表達

CXCR4和CXCL12在胃癌組織中的表達顯著升高。PCR檢測人胃癌標本和癌前病變標本中CXCR4和CXCL12的表達，發現胃癌組織中CXCR4和CXCL12mRNA明顯高于癌前病變[12]。免疫組化染色結果顯示，進展期胃癌中CXCL12和CXCR4的陽性染色分別為94.4%和91.7%，顯著高于正常胃黏膜和早期胃癌組織；相比于癌旁胃癌組織，原發性胃癌中CXCR4和CXCL12表達明顯增加[13]。研究表明，CXCR4和CXCL12的表達與胃癌細胞分化、胃癌浸潤深度、TNM分期、患者5年生存率和總生存期相關。CXCR4和CXCL12的表達隨胃癌分化程度的下降呈升高趨勢，晚期胃癌患者體內CXCR4和CXCL12的表達明顯高于早期胃癌患者和健康受試者[14]。根據腫瘤中CXCR4和CXCL12從陰性到強陽性的表達進行統計，患者的5年生存率分別為56.6%，60.8%，40.1%和33.0%，患者的生存期分別為60.0，62.4，41.7和36.6個月，提示正常胃黏膜中CXCR4和CXCL12低表達；隨著腫瘤進展程度的增加，CXCR4和CXCL12表達增強，患者的5年生存率和總生存期明顯減少，提示CXCR4和CXCL12的表達可作為胃癌預后的生物標志物[15]。

CXCR4/CXCL12軸與胃癌的遠距離轉移有關。檢測98例接受胃切除手術的腹膜轉移患者的腹腔中CXCL12和CXCR4的表達，發現61例檢出 CXCR4，76例檢出 CXCL12，提示 CXCR4和CXCL12的表達與胃癌腹膜轉移密切相關[16]。胃癌腹膜癌患者常伴有惡性腹水。免疫組化結果顯示，33例原發性胃癌腹膜轉移患者的惡性腹水中，CXCR4陽性表達有22例（67%），CXCL12陽性表達有28例（85%），表明CXCR4/CXCL12軸與腹膜癌的發生發展有顯著相關性[17]。36例胃癌轉移淋巴結的患者中，CXCL12和CXCR4的陽性表達率分別為94.4%和91.7%，表達強度明顯高于鄰近正常黏膜組織，提示CXCR4/CXCL12軸是胃癌惡化潛在的預測因子[18]。胃癌肝轉移組織中CXCR4和CXCL12的表達較原發性胃癌顯著增加，且CXCR4和CXCL12的高表達與腫瘤分期較晚（Ⅲ+Ⅳ期）有關，Ⅲ+Ⅳ期胃癌肝轉移組織中CXCR4和CXCL12表達明顯高于Ⅰ+Ⅱ期[19]。

2 CXCR4/CXCL12軸相關信號通路參與胃癌進程

2.1 靶向JAK2/STAT3信號通路參與胃癌進程

Janus蛋白酪氨酸激酶2（Janus protein tyrosine kinase 2，JAK2）/信號轉導和轉錄激活因子3（signal transduction and transcription activator 3，STAT3）信號通過促進腫瘤微血管的生成，參與包括胃癌等多種實體腫瘤的發生發展。胃癌中CXCR4過表達可激活其下游STAT3的相關通路，用AMD3100抑制CXCR4/CXCL12軸，發現其下游信號分子JAK2和STAT3的表達顯著下調，進而下調血管內皮生長因子的表達，胃癌血管生成受到阻礙。提示CXCR4/CXCL12軸及其下游的JAK2/STAT3軸可能共同參與胃癌的調控[27]。

2.2 靶向Pl3K-Akt-mTOR信號通路參與胃癌進程

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（protein kinase B/mammalian target of Rapamycin，Akt/mTOR）信號通路激活可抑制細胞凋亡或自噬，延長細胞存活周期，促進腫瘤細胞生長和增殖。Akt/mTOR通路作為CXCR4/CXCL12軸的下游信號通路參與胃癌的發生發展，CXCR4和CXCL12的高表達誘導Akt和mTOR活化，Akt的表達上調激活PI3K/Akt通路，同時上調其下游分子基質金屬蛋白酶2（matrix metalloploteinase-2，MMP-2）和MMP-9的表達。研究表明，采用PI3K通路下游信號分子局灶性黏連激酶的抑制劑PF573，228感染胃癌細胞能明顯抑制胃癌的轉移[28-29]。

2.3 靶向C-MET參與胃癌進程

C-MET是原癌基因c-met編碼的蛋白，是肝細胞生長因子的受體。C-MET可通過自分泌或旁分泌途徑刺激多種信號通路，促進多種惡性腫瘤的發生和轉移。C-MET在胃癌中高表達促進胃癌的侵襲和轉移。研究表明，C-MET的激活與CXCL12所誘導的脂筏中的小洞蛋白1密切相關，CXCR4/CXCL12軸激活C-MET后，CXCL12通過CXCR4與C-MET的信號轉導誘導上皮間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），從而促進胃癌轉移[28]。

2.4 靶向磷酸甘油酸激酶1參與胃癌進程

磷酸甘油酸激酶1（phosphoglycerate kinase1，PGK1）作為糖酵解通路中的關鍵酶，可促進腫瘤的發生和發展。PGK1通過增加胃癌中CXCR4和CXCL12的表達促進胃癌細胞存活和生長，PGK1基因的敲除或抑制能夠明顯阻礙胃癌的發展。1-磷酸鞘氨醇1（sphingosine-1-phosphate 1，S1P1）是一種免疫調節劑，采用特異性激動劑SEW-2871激活S1P1信號，上調CXCL12在胃癌中的表達，通過與CXCR4的相互作用，誘導腫瘤內髓系來源抑制性細胞高表達，CD8+CD69+T細胞百分比降低[30]。

2.5 靶向多巴胺和cAMP調節的磷蛋白32參與胃癌進程

多巴胺和cAMP調節的磷蛋白32（dopamine and cAMP-regulated phosphoprotein 32，DARPP-32）在胃癌中的表達率達到80%。由此表明，DARPP-32及其信號轉導通路可能與胃癌的發生有關。幽門螺桿菌的感染能夠誘導腫瘤的侵襲和轉移，感染幽門螺桿菌的胃癌細胞MKN-45和HGC-27通過上調腫瘤壞死因子α促進CXCR4的表達。KATOⅢ細胞用CXCL12處理后，細胞內MAPK磷酸化增強，AMD3100通過阻止MAPK磷酸化抑制胃癌細胞內受DARPP-32調控的CXCR4的表達。分析野生型AGS和MKN-45細胞的侵襲活性發現，與AGS細胞相比，MKN-45細胞中DARPP-32蛋白高表達且侵襲性明顯增強。相比之下，內源性DARPP-32在MKN-45細胞中的表達更為穩定，DARPP-32通過調節CXCR4介導的MT1-MMP/MMP-2途徑活化來促進細胞侵襲；相反，DARPP-32的敲低逆轉了這些信號轉導并降低細胞的侵襲活性[21，24]。研究發現，胃癌中DARPP-32，CXCR4和CXCL12表達顯著高于鄰近正常組織。Pearson方法分析后證實，胃癌中CXCR4與DARPP-32或CXCL12與DARPP-32呈正相關。DARPP-32表達的AGS細胞經CXCL12處理后，CXCR4趨化轉移至細胞膜。采用AMD3100抑制CXCR4可導致MT1-MMP顯著降低，采用CXCR4 siRNA后也得到了類似的結果[30]。綜上所述，CXCR4和CXCL12是DARPP-32介導的胃癌侵襲的主要因素。

2.6 靶向其他信號分子參與胃癌進程

三葉因子家族2（trefoil factor family 2，TFF2）蛋白的表達通過激活胃癌中的CXCR4完成信號傳導，進而促進癌細胞的增殖，能通過AMD3100來消除，提示TFF2蛋白可能是CXCR4的上游信號分子，CXCR4為TFF2的真正的信號傳導受體[21]。癌相關成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts，CAF）介導整合素β1在細胞表面聚集進而激活CXCR4/CXCL12 軸，誘導胃癌的生長和轉移[27]。環狀RNA circ_0056618通過負調控miR206的表達，能促進胃癌中CXCR4的表達。

3 抑制CXCR4/CXCL12軸對胃癌的調控

3.1 CXCR4拮抗劑對胃癌的調控

胃癌中CXCR4/CXCL12軸的抑制會產生類似抗腫瘤的作用。研究表明，CXCR4的拮抗劑AMD3100能顯著抑制CXCL12誘導的NUGC4細胞增殖，AMD3100不僅可減弱CXCL4/CXCR12軸的下游信號的轉導，還可以減弱TME與癌細胞之間的相互作用，從而有效抑制胃癌細胞的增殖、侵襲和遷移[31-32]。此外，AMD3100通過抑制CXCR4表達及其下游途徑有效地增強了胃癌中多西紫杉醇的化學敏感性[33]。在NUGC4細胞異種移植裸鼠模型中，AMD3100能明顯減少腹膜癌和惡性腹水的形成，表明CXCR4拮抗劑在胃癌的腹膜轉移中具有新的治療意義[34]。

3.2 抑制CXCR4/CXCL12軸的藥物對胃癌的調控

3.2.1 臨床研究

白花丹素（5-羥基-2-甲基-1，4-萘醌）通過抑制核轉錄因子κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）的活化下調胃癌患者血清中CXCR4和血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達，且呈劑量依賴性降低[35]。烏梅散可下調患者血清中CXCR4和低氧誘導因子-1α（hypoxiainducible factor-1α，HIF-1α）基因的表達，進而抑制胃癌轉移。相比于靜脈化療，消癌平治療的胃癌晚期患者血漿中CXCR4的表達明顯降低，而聯合靜脈化療后對胃癌細胞的殺傷力更強，抑制癌細胞的增殖和遷移效果更顯著[36]。健脾化痰方通過抑制癌相關成纖維細胞活化，下調患者血清中CXCR4，CXCL12和MMP-2的表達，發揮抗腫瘤轉移作用[37]。華蟾素提取物下調胃癌肝轉移灶中CXCR4和CXCL12的表達，可降低胃癌肝轉移率[38]。

3.2.2 動物模型研究

在裸鼠原位胃癌模型中，低分子肝素通過降低CXCR4的表達抑制腫瘤生長及遠處轉移[39]。向胃癌移植瘤小鼠靜脈注射重組人血管內皮抑素（恩度），觀察到小鼠體內移植瘤質量較對照組小鼠明顯減小，聯合放療后可顯著降低腫瘤微環境中CXCR4和CXCL12的表達，抑制腫瘤的侵襲和轉移[40]。苦參注射液聯合5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-Fu）通過抑制裸鼠胃癌移植瘤組織中CXCR4，CXCL12和VEGF的表達，抑制腫瘤血管生成；苦參堿聯合卡鉑能協同作用于其胃癌細胞，劑量依賴性地抑制其增殖并誘導凋亡，其作用機制可能與細胞內CXCR4mRNA的表達降低有關[41]。健脾養正消癥方在控制裸鼠胃癌轉移的同時，伴隨著MMP-9，MMP-14，CXCR4和VEGF表達的下調[42]。

3.2.3 細胞水平研究

紅花提取花青苷能抑制胃癌細胞SGC-7901的生長及侵襲能力，同時伴隨著CXCR4和VEGF表達下調，花青苷濃度越大對胃癌細胞VEGF和CXCR4的表達抑制作用越顯著[43]。PI3K/mTOR信號通路在CXCR4/CXCL12介導的胃癌細胞遷移中發揮重要作用，作為mTOR抑制劑的西羅莫司能夠抑制CXCL12誘導的胃癌遷移，而且CXCL12高表達的胃癌細胞對于西羅莫司的抑制作用更為敏感[44]。白藜蘆醇通過抑制胃癌SGC-7901細胞中CXCL12的表達，下調CXCR4和CXCR7的mRNA水平，降低ERK蛋白磷酸化，進而抑制VEGF和MMP-9的分泌和腫瘤血管生成[45]。羅格列酮抑制MGC-803細胞遷移的機制之一可能與下調NF-κB及其下游基因CXCR4和COX-2的表達有關[46]。烏梅散抑制MGC-803細胞的增殖和轉移，且呈濃度依賴性[47]。

4 結語

CXCR4/CXCL12軸作為一對耦聯分子對，在胃癌的生長和轉移中有顯著的平行協同作用，兩者相互依賴，在胃癌的存活、浸潤及轉移中呈正相關；兩者又相互影響，與JAK2/STAT3和PI3K/Akt/mTOR等信號通路及C-MET，PGK1和DARPP-32等信號分子相互作用構成環路，進而調控其生物學功能，而這些環路和機制還需進一步深入研究。同時，CXCR4/CXCL12軸在胃癌中的表達能夠較全面地反映腫瘤進展，CXCR4和CXCL12的表達與胃癌的病理分級、腫癌分期、腫瘤分化程度、胃癌的浸潤程度和轉移范圍均相關。

有報道稱，調節CXCR4和CXCL12在腫瘤中的表達可調控胃癌的侵襲和轉移。一方面，可直接誘導胃癌細胞與基膜的黏附，促進腫瘤細胞偽足的形成，調節胃癌的浸潤和轉移；另一方面通過促進細胞黏連蛋白和膠原蛋白的降解，使完整的細胞外基膜遭受破壞，進而促進胃癌的侵襲和轉移。據研究，胃癌轉移患者的腹膜、肝和淋巴結中CXCR4和CXCL12的表達相較其他器官組織顯著增強，提示上述器官可能是胃癌轉移的主要部位。而CXCR4/CXCL12軸的拮抗劑AMD3100和一些藥物能夠明顯拮抗CXCR4和CXCL12的表達，抑制胃癌的侵襲和轉移。因此，CXCR4/CXCL12軸有望成為靶向治療胃癌的新靶點。

綜上所述，CXCR4和CXCL12的表達與胃癌的發生發展密切相關。因此，CXCR4/CXCL12軸可能成為胃癌的一種新的生物標志物，在胃癌進展、預后判斷和治療方面具有廣闊的臨床應用前景。