5-羥色胺與消化道惡性腫瘤發生發展關系的研究進展

萬林 李亞軍 喻皇飛

遵義市第一人民醫院/遵義醫科大學第三附屬醫腫瘤科（貴州遵義563000）

5 羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），又名血清素，為一類具有生物活性的單胺類物質，是廣泛存在于中樞和外周神經系統的一類神經遞質。同時，5-HT 也是機體內重要的活性介質和血管活性物質，在胃腸道功能、血管緊張性及血壓調節、止凝血過程及機體免疫等一系列生理活動中起重要作用［1-2］。此外，5-HT 還被視為一種有絲分裂原，促進正常肝細胞、腸粘膜上皮細胞、成纖維細胞及血管內皮細胞的增殖［3-5］。更有大量研究顯示，在惡性腫瘤的發生發展過程中5-HT 亦扮演著非常重要的作用，5-HT 參與腫瘤的惡性增殖與進展，在多種組織類型腫瘤細胞中存在5-HT 的合成代謝障礙［6］。本文就5-HT合成、代謝及轉運和其在消化系統腫瘤發生進展中的作用和所涉及的異常信號轉導途徑作一綜述，為深入了解5-HT在消化道惡性腫瘤演變過程中所扮演的角色提供一定的認識。

1 5-HT 代謝

1.1 5-HT 的合成與轉運在正常人機體內，除極少量5-HT 由中樞神經系統（central nervous system，CNS）內5-HT 能神經元合成外，95%左右的5-HT來源于胃腸道，由位于胃腸道黏膜的嗜鉻細胞（enterochromaffin cell，EC）合成。在色氨酸羥化酶（tryptophan hydroxylases，Tph）的作用下，通過催化必需氨基酸——色氨酸（tryptophan）形成5-羥色氨酸（5-hydroxytryptophan，5-HTP），進一步在5-HTP 脫羧酶的作用下脫去羧基形成5-HT［7］。在外周組織中，同時存在神經源性和黏膜源性5-HT，其中神經源性主要由胃腸道內臟神經系統的神經元胞體在Tph2 的作用下合成，占外周5-HT 含量的5%左右，這部分5-HT 控制著內臟神經系統，對胃腸道蠕動的調控具有重要作用。而黏膜源性5-HT 則是在EC 細胞中經Tph1 的催化下所產生，其合成分泌量約占外周5-HT 的95%［8］。5-HT 合成后，除部分被儲存于EC 外，絕大部分被釋放入血進入循環系統，參與機體各系統生理功能調節。循環系統中游離的5-HT 則被血小板攝取并儲存于血小板致密顆粒中，這部分5-HT 的釋放對人機體的正常凝血和傷口的恢復起重要作用［9］。

1.2 5-HT 受體與血清素轉運體蛋白5-HT 受體（5-HT receptor，5-HTR）作為主要接受5-HT 信號刺激的跨膜受體之一，負責將5-HT 胞外信息轉導入胞內執行相應的生物學效應。在嚙齒類動物和人體內，5-HTR 均有5-HT1R～5-HT7R 七個家族成員，分別擁有14 種和13 種亞型［10］。同時，由于分子結構的不同，部分5-HTR 亞型還具有多種亞類，如5-HT1R 含有5-HT1A/1B 和5-HT1D～F 共5 個亞類，5-HT2R 含有5-HT2A～CR 共3 個亞型等。在所有5-HTR 中，除5HT3R 為Na+/K+ATP 酶依賴性配體門控型離子通道受體外［11］，其余的5-HTR 均屬于GPCR 家族，其中5-HTR1A～F，5-HTR5A/5B為Gi/o 蛋白，與腺苷酸環化酶偶聯，可下調cAMP濃度；5-HTR2A-C 為Gq/11 蛋白，與磷脂酶C 偶聯，通常致使Ca2+流釋放；5-HTR4/6/7 為Gs 蛋白，其下游同樣與腺苷酸環化酶偶聯，上調cAMP 濃度。因為不同受體所介導的胞內信號和不同信號間彼此間的交叉對話，5-HT 可與不同的受體結合引發出復雜的生理效應。

在細胞膜上，除5-HTR 外，還有一類轉運體蛋白——血清素轉運體蛋白（serotonin transporter，SERT）同樣參與5-HT 活性調控和胞內信號轉導。通常情況下，SERT 負責將軸突或細胞間隙過多的游離5-HT 重吸收轉運至胞內。SERT 由位于人17號染色體上SLC4A6 基因編碼而來，為溶質載體蛋白家族（solute carrier family，SLC）成員之一，是一類Na+/Cl-依賴型轉運體蛋白，具有12 次跨膜結構，能夠通過主動運輸將5-HT 轉運至胞內儲存/再釋放或進一步代謝滅活，以達到快速清除胞外5-HT生物學活性的目的［12］。單胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）是外周5-HT 降解的主要酶類，能夠將5-HT 氧化生成5 羥吲哚乙醛，進而在醛脫氫酶的作用下轉變為5 羥吲哚乙酸排出體外［13］。近年來的研究［14-15］發現，SERT 通過將5-HT 轉運重吸收至胞內參與胞內某些蛋白質的翻譯后修飾過程，從而參與血小板激活、胰島素釋放、肺動脈高壓等多種病理生理過程。

2 5-HT與消化道腫瘤細胞惡性增殖的關系

胃腸道黏膜作為外周5-HT 的主要合成場所，5-HT 是維持胃腸黏膜結構和功能的重要物質，其表達和含量異常在消化系統的功能代謝和有關疾病的發生發展過程中均扮演著非常重要的角色。大量的研究提示5-HT 合成、代謝、轉運異常在結直腸癌、肝癌、膽管癌、胰腺癌等多種消化道惡性腫瘤的發展進展中起著十分重要的作用。

2.1 結直腸癌（colorectal cancer，CRC）CRC 是導致世界范圍內癌相關死亡率的主要因素之一，超90%的CRC 為發生于黏膜上皮的腺癌。5-HT 本身產自腸黏膜上皮，參與胃腸黏膜的慢性炎癥和惡性轉化過程［16］，5-HT 能夠招募炎性細胞釋放炎性因子，加劇腸道炎癥［17］。早在上世紀80年代，TUTTON 等［18］就發現10 μg/kg 劑量5-HT 腹腔注射可顯著增加DMM 誘導的大鼠腸癌黏膜組織細胞的有絲分裂率。5-HTR 作為介導5-HT 效應的重要受體，包含5-HT1R-5HT7R 7 個家族成員，共14 個亞型，究竟是何種亞型介導5-HT 在腸癌細胞的生物學效應卻富有爭議。研究顯示，在不同瘤株中所發揮作用的亞型不同，即使是在同一瘤株中，所得的結論亦有所差異。ATAEE 等［19］研究顯示，12.5×106mol/L 5-HT 可通過5-HT3R，5-HT4R 促進腸癌瘤株HT29 細胞增殖，利用5-HT3R 拮抗劑Y25130 能夠拮抗5-HT 誘導的增殖效應并促進細胞凋亡。而同樣是該研究組的結果揭示5-HT1A、5-HT1B 參與HT29 細胞的增殖，只有NAN-190（5-HT1B）能夠誘導HT29 細胞發生G2/M 期阻滯，5-HT1A 抑制劑卻幾乎對癌細胞沒有作用［20］。

事實上，5-HTR 所介導的5-HT 信號在腸癌發生中的作用較為復雜。目前普遍認為，5-HT 與相應受體結合后對腸癌的生長進展有積極作用。5-HTR 信號甚至可與腸癌細胞中某些經典的癌信號通路如Wnt/β-catenin 通路之間發生交互作用。SUI 等［21］的研究發現，人結直腸癌病理組織中過表達5-HT1D 受體，其可通過激活Axin1/β-catenin/MMP-7 途徑參與癌細胞的侵襲轉移，利用5-HT1DR 拮抗劑GR127935 可以通過靶向Axin1 有效抑制腫瘤轉移。然而，最近也有研究揭示，5-HT 具有合成保護作用，在結直腸癌發生的早期階段，5-HT 促進了脫氧核糖核酸的修復活性，使小鼠結腸隱窩細胞免受DNA 損傷并預防了結直腸腫瘤的發生［22］。作為5-HT4R 激動劑的Zelnorm 更是可通過抑制JAK/STAT3 活性發揮抗腫瘤活性［23］。

5-HT 還可通過另一類受體——SERT，介導5-HT 對腸癌細胞的作用。利用血清素重吸收抑制劑抑制（serotonin reuptake inhibitors，SSRIs）類藥物抑制SERT 活性、封閉SERT 功能展現出明顯的抗癌活性［24］。作為SSRIs 類藥物的西酞普蘭能夠顯著抑制DMM 誘導的腸癌發生［25］，另一類SSRI 氟西汀還可通過非P53 途徑誘導腸癌細胞凋亡［26］。流行病學資料更是顯示，持續數年服用一定劑量SSRIs 的患者罹患腸癌的風險明顯下降［27-29］，這些數據揭示5-HT 信號通路在抑郁癥與腸癌發生之間存在某種聯系，但其間具體的機制尚不清楚，有待進一步的研究。

2.2 肝癌（hepatocellular carcinoma）肝癌是我國最常見的惡性腫瘤之一，其死亡率排癌相關死亡率第3 位，探尋潛在靶點和行之有效的治療方案具有十分重要的意義。研究顯示，5-HT 在肝癌細胞增殖生長過程中起著重要作用。5-HT 可作為有絲分裂刺激因子，促進肝癌細胞的生長。在Huh7、HepG2 和Hep3B 等不同的肝癌細胞瘤株中有多種5-HT 受體如5-HT1A/1B，5-HT2B，5-HT7 受體的表達，體外一定濃度（10-4mol/L）5-HT 可刺激Huh7 和HepG2 細胞增殖［30］。此外，5-HT 可通過5-HT2B 激活mTOR 以使得血清剝奪的肝癌細胞受到保護，避免凋亡發生［30］，5-HT 還可通過5-HT7R上調β-catenin 表達促進肝癌細胞增殖［31］。在NDEA 誘發的大鼠肝癌模型中，高水平的5-HT 與5-HT2C 受體結合維持癌細胞的增殖，抑制5-HT1B、5-HT2B 不僅對Huh7 和HepG2 細胞的生長有抑制作用，對小鼠原發肝癌生長也有明顯的抑制效應。對176 例臨床肝癌樣本分析發現5-HT1B/5-HT2B 受體在肝癌組織中高表達，且與腫瘤增殖指數，腫瘤大小等指標相關［32］。在肝癌患者血清中5-HT含量高于正常人群，5-HT含量的升高可作為肝癌患者一個重要的預后相關因素［33-34］。CHAN等［35］，對59 859 例肝癌患者回顧性分析發現，服用SSRIs 類藥物的患者肝癌的患病發現明顯降低，提示長期使用SSRIs 類藥物抑制5-HT 可降低肝癌細胞發生。這些研究提示，5-HT 信號通路在肝癌的發生發展中起著非常重要的作用，而SSRIs 類藥物最為主要的藥理作用是抑制血清素（即5-HT）胞內重吸收，其降低肝癌發病風險是否與細胞內5-HT重吸收減少有關，需要進一步的研究證實。

2.3 膽管癌（cholangio carcinoma）膽管細胞癌是發生于膽道上皮的惡性腫瘤，可發生于任何部分，但常見于肝外膽管。癌腫發生后阻塞膽道，預后極差。5-HT 代謝障礙同樣是膽管癌發生的因素之一。研究顯示，無論膽管癌組織還是體外培養的癌細胞中均存在TPH1 過表達和MAO 低表達的現象，導致5-HT 的合成增加，降解減少，使得5-HT含量增加，刺激癌細胞生長。同時，膽管癌瘤株H69 細胞中存在不同類型的5-HTR 的差異表達，而5-HT1A，5-HT2A/AB，5-HT4/6 的表達上調均介導5-HT 對癌細胞的增殖作用，抑制膽管癌細胞中

5-HT 合成明顯降低癌細胞的生長［36］。在這過程中，MAO-A 啟動子區高度甲基化導致MAO-A 表達失活，失去對胞內5-HT 的代謝能力進而使得膽管癌細胞中5-HT 水平升高是5-HT 促進膽管癌細胞惡性增殖的又一重要因素［37］。血漿中高5-HT 含量更是可作為膽管癌的診斷指標之一，同時也預示著患者的不良預后［38］。

2.4 胰腺癌（pancreatic carcinoma）胰腺癌作為全球死亡率最高的惡性腫瘤之一，探索其潛在的治療靶點和有效的治療方法一直是困擾學術界的重大難題。利用動物模型發現，無論炎癥損傷、手術切除或者是遺傳缺陷的小鼠體內，5-HT 在誘導胰腺濾泡細胞去分化，將其轉變為干祖細胞的過程中起重要作用［39］。同時，胰腺作為人體內重要的分泌性器官，5-HT 的合成與釋放在胰腺癌，特別是具有神經內分泌性質的胰腺惡性腫瘤中普遍存在［40］。在PaCa 細胞中，利用siRNA 干擾5-HT1B 和5-HT1D 受體后，PaCa 細胞增殖率明顯下降，并且經uPAR/MMP-2 信號和Integrin/Src/Fak 信號所誘導的癌細胞侵襲遷移能力明顯下降，抑制5-HT1B 和5-HT1D 受體的表達還可下調ZEB1 和Snail 蛋白，降低癌細胞EMT 能力，說明5-HT 同樣參與胰腺癌增殖和侵襲遷移過程［41］。

2.5 胃癌（gastric carcinoma）盡管5-HT 作為胃腸道神經內分泌腫瘤（neuroendocrine tumor，NET）常見的外泌產物，其與NET 發生進展之間的關系亦見諸大量報道［42-43］，但5-HT 及其受體在胃腺癌中作用的研究卻相對較少。事實上，除5-HT3R 抑制劑廣泛用于減輕抗腫瘤相關化療藥物導致的胃腸道反應外，也有研究顯示，5-HT 的表達水平與胃癌的分化程度密切相關［44］。5-HT 及5-HTR 在胃癌腫瘤進展過程中的作用需要更多深入的研究進一步探討。

3 結語和展望

5-HT 作為人體廣泛存在的重要的神經遞質，也是調節多種機體功能和生理活動的重要介質，其合成/轉運/代謝異常在惡性腫瘤的發生進展中也起著非常重要作用。然而，盡管研究顯示5-HT在幾乎所有的消化道組織類型惡性腫瘤的發生發展過程中均起著非常重要的作用，但其影響癌細胞生物學行為所涉及的具體機制卻不是十分清楚。進一步明確5-HT 與相應受體在不同組織類型腫瘤中的精確調控機制無疑是靶向5-HT 信號治療的基本前提，深入系統的研究5-HT 在不同組織類型腫瘤中的作用更是臨床基于5-HT 為靶標的臨床轉化應用的基礎。針對5-HT 不同類型受體抑制劑和SERT 抑制劑的開發和改良，提高藥物與相應受體的親和力和特異性，勢必也將為更好的臨床治療實踐提供有力的保障。