自噬介導幽門螺桿菌感染相關胃癌信號通路的研究進展

黃李冰雪，張 濤，鐘 嬋，陳遠能※

(1.廣西中醫藥大學，南寧 530001； 2.廣西中醫藥大學附屬瑞康醫院消化內科，南寧 530011)

胃癌系指源于胃黏膜上皮細胞的惡性腫瘤，其發生發展是多種因素、多重環節共同作用的結果，如遺傳、年齡、地域、生活方式、飲食習慣、細菌感染等均在胃癌中發揮至關重要的作用。其中，幽門螺桿菌(Helicobacter pylori，Hp)感染被認為是胃癌發生發展的主要危險因子[1]。早在1994年世界衛生組織就將Hp定義為Ⅰ類致癌原，其可作為觸發Correa級聯反應的開關，即誘導非萎縮性胃炎向胃黏膜萎縮、腸上皮化生、異型增生發展，最終導致胃癌發生。國際癌癥研究委員會數據顯示，78%的胃癌患者與Hp感染密相關[2]。Hp誘發胃癌的分子機制尚不清楚，研究表明可能與Hp產生的毒力因子空泡毒素(vacuolating cytotoxin A，VacA)[3]、細胞毒素相關蛋白(cytotoxin associated gene，Cag)A[4]等及自噬相關基因微RNAs(microRNAs, miRNAs)有關，這些因子啟動了細胞的異常活化信號通路，致使細胞逃避自噬，最終誘導胃癌的發生。常見的活化信號通路包括Wnt/β聯蛋白(β-catenin)、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、核因子κB(nuclear factor -κB，NF-κB)、轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)等。現就自噬介導Hp感染相關胃癌信號通路的研究進展予以綜述，以為Hp感染相關胃癌患者的治療提供新思路。

1 自噬與Hp

Hp包括可分泌VacA、CagA的Ⅰ型Hp和不分泌VacA、CagA的Ⅱ型Hp。在Hp感染早期，自噬作為正常細胞清除胞內細菌感染的重要機制，保護著胃黏膜上皮細胞[5]。Ⅰ型Hp分泌的VacA可進一步誘導自噬，細胞自噬降解VacA和CagA，進而減少Hp對胃黏膜上皮細胞的損傷。而長期暴露于VacA會破壞人胃黏膜上皮細胞的自噬，限制VacA降解，導致活性氧類過量產生及自噬底物積累，從而引起嚴重的DNA損傷，促進疾病從Hp感染到胃癌的進展[6]。CagA的降解依賴于VacA激活的自噬，VacA引起的自噬破壞導致CagA降解減少，從而增強了對宿主細胞的損傷。研究表明，CagA對巨噬細胞的自噬具有抑制作用[7]。CagA抑制細胞自噬使得自噬底物進一步積累，從而加速胃癌的發生。

2 自噬與胃癌信號通路

2.1Wnt/β-catenin信號通路 Wnt/β-catenin信號通路參與機體的各種生理過程，如發育、組織再生、器官形成等，其異常激活會誘導胃癌細胞增殖。Wnt信號通路的激活是指Wnt信號的配體蛋白Wnt與細胞膜表面受體蛋白卷曲蛋白結合，激活細胞內散亂蛋白。散亂蛋白抑制β-catenin復合物的活性，穩定了胞質中游離的β-catenin。β-catenin穩定地在細胞質累積并進入細胞核，與T細胞因子(T-cell factor，TCF)/淋巴增強因子(lymphoid enhancing factor，LEF)轉錄因子家族結合，促使下游靶基因(c-myc、細胞周期蛋白D1等)轉錄，靶基因的異常活化促進腫瘤細胞增殖，最終導致胃癌發生[8]。

近年來研究表明，Wnt信號通路在細胞自噬過程中發揮重要調控作用[9]。CagA陽性Hp感染后，VacA誘導的自噬被破壞，CagA分泌系統激活，誘導β-catenin在胞質和細胞核內積聚，β-catenin的核堆積激活了Wnt信號通路，提高了其靶基因(c-myc和細胞周期蛋白D1)的轉錄活性，促進胃上皮細胞增殖，從而導致胃癌發生[10]。同時，β-catenin還是腫瘤血管生成途徑的重要組成部分[11]。有研究顯示，Hp可能通過細胞自噬被抑制，從而激活Wnt/β-catenin通路，而Wnt/β-catenin信號通路在胃癌血管生成中起重要作用[12]。胃癌細胞會產生許多血管生成因子，包括血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、白細胞介素-8和血小板衍生的內皮細胞因子等，其中VEGF是腫瘤相關血管生成的關鍵調節因子[13]。研究發現，在Hp陽性的胃癌組織中環加氧酶-2、VEGF和β-catenin的表達水平和微血管密度明顯高于Hp陰性胃癌組織，表明Hp在胃癌血管的形成中發揮重要作用[14]。此外，Hp感染可上調環加氧酶-2的表達，降低胞質β-catenin磷酸化水平，誘導胞質和細胞核β-catenin的積累和易位。Liu等[15]證實，Hp通過環加氧酶-2/Wnt/β-catenin途徑刺激胃上皮細胞分泌VEGF，這可能是預防和治療Hp感染相關胃癌的重要藥物靶點。

2.2PI3K/Akt/mTOR信號通路 PI3K/Akt/mTOR信號通路在胃癌細胞生長、增殖、代謝、生存和血管生成中起重要作用，并同時參與腫瘤的侵襲和轉移[16]。PI3K蛋白是一個脂類激酶家族，其由一個調節亞基(p85)和一個催化亞基(p110)組成。調節亞基通過SH2(src homology 2)結構域與酪氨酸激酶受體結合激活催化亞基，進而催化細胞膜內層磷脂酰肌醇中肌醇的3-羥基磷酸化，生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸，其作為第二信使，進一步參與Akt和3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1的激活。Akt是一類含PH(pleckstrin homology)結構域的絲氨酸/蘇氨酸激酶，其包括3種形式，分別為Akt1、Akt2和Akt3[17-18]。其中，Akt1促進細胞存活和增殖，Akt2參與胰島素調節，Akt3對細胞大小及數目的調節起重要作用。當上游酪氨酸激酶受體被激活后，產生的磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸作為第二信使與Akt的N端PH結構域結合，使Akt在3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1的輔助下從細胞質轉位至細胞膜，從而促進Akt蛋白的蘇氨酸磷酸化位點(蘇氨酸308)和絲氨酸磷酸化位點(絲氨酸473)磷酸化，導致Akt完全活化，并將信號傳遞至下游[19]。

mTOR作為哺乳動物PI3K-Akt通路下游的效應分子，可調控翻譯的起始和延長、核糖體的生物合成、氨基酸的轉運及代謝途徑相關酶的轉錄。此外，mTOR是氨基酸和ATP的感受器，其活性是自噬體形成和成熟的關鍵。mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，也是自噬的關鍵負調控因子，可抑制自噬，調節細胞生長、增殖和蛋白質合成[20]。在細胞質中，mTOR以兩種多蛋白復合體存在，即mTORC1和mTORC2[21]。這兩種蛋白復合物在結構和功能上完全不同，mTORC1主要由對雷帕霉素靶敏感的Raptor亞基構成；mTORC2主要由對雷帕霉素靶不敏感的Rictor亞基構成。其中，mTORC1可被活化的Akt直接激活，mTORC2可在活化的Akt絲氨酸473位點上被完全活化。研究顯示，PI3K/Akt的下調可導致胃癌細胞中mTOR的失活并誘導自噬[22]。因此，應用PI3K抑制劑、Akt抑制劑、mTOR抑制劑阻斷PI3K/Akt/mTOR信號通路可成為治療胃癌的有效途徑。目前，雷帕霉素依維莫司、西羅莫司、地磷莫司已被列為抗腫瘤藥物，Akt抑制劑哌立福新、AZD5363等也陸續進入臨床試驗階段。

2.3NF-κB信號通路 NF-κB信號通路主要由NF-κB受體及其近端信號銜接蛋白、IκB激酶復合物、IκB蛋白和NF-κB二聚體組成。無特定細胞外信號時，NF-κB抑制劑(IκB、p105和p100蛋白系鏈)在細胞質中阻止NF-κB介導的基因轉錄。IκB的磷酸化導致IκB泛素和蛋白酶體降解，NF-κB易位轉運到細胞核，在適宜的刺激(腫瘤壞死因子-α刺激)下，核內NF-κB與其特異啟動子元件結合并激活基因表達。

NF-κB能抑制細胞凋亡，其參與腫瘤的發生、生長和轉移等多個過程。Liu等[23]的研究表明，Hp通過NF-κB信號通路下調Fas相關因子1的表達。Fas相關因子1是一種分子量為74 000的促凋亡蛋白，也稱為Fas抗原，其參與多種惡性腫瘤的生物學過程。研究發現，在胃癌組織中Fas相關因子1信使RNA水平較低，特別是在低分化腫瘤中其水平低于健康胃組織[24]。以上研究表明，Fas相關因子1在胃癌的發生發展中起重要作用，其通過促進細胞死亡和細胞凋亡及阻斷Hp刺激NF-κB信號轉導的能力抑制胃癌的發生。Zhu等[25]發現，Hp感染在體外胃癌細胞模型和體內小鼠模型中誘導內源性多巴胺和環腺苷酸調節的磷蛋白(dopamine and adenosine 3′5′-monophosphate-regulated phospho-protein, Mr 32 kD,DARPP-32)表達，證實DARPP-32在Hp介導的胃腫瘤發生中起重要作用，而NF-κB在體外和體內模型中均轉錄上調了DARPP-32的表達。

有研究顯示，上調NF-κB激活自噬，抑制 NF-κB活性，可有效抑制Hp感染誘導的胃癌細胞增殖和侵襲，促進胃癌細胞凋亡，增強腫瘤對藥物、放療和化療的敏感性[26-28]。抑癌轉錄因子p53在基因毒性應激反應和DNA損傷修復中起重要作用，同時也具有調節自噬的功能[29]。研究證實，活性氧類的產生能上調p53、NF-κB的表達，而p53、NF-κB對自噬的激活具有協同作用[30]。現階段，國內外治療Hp感染相關胃癌的策略主要是以NF-κB為靶點，應用抗氧化劑來抑制其活性。同時，NF-κB不僅是胃癌的預后因素，也是放療效果的預測因子[31]。

2.4TGF-β信號通路 TGF-β主要通過激活Smads信號通路和Ras/促分裂原活化的蛋白激酶兩條信號通路來共同調節各種生物學效應。TGF-β是TGF-β超家族的典型代表，在哺乳動物體內存在TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三種亞型，其中TGF-β1是TGF-β超家族成員中首個被鑒定出來的，也是TGF-β的主要存在形式，主要由淋巴細胞和單核細胞產生[32]。研究發現，在胃癌的早期階段觀察到TGF-β受體Ⅰ、TGF-β受體Ⅱ和Smad4的甲基化，且在Hp感染相關胃癌患者的血清中TGF-β1和IL-10水平顯著升高[33]。TGF-β介導的上皮-間充質轉化是通過Smad依賴性途徑產生。上皮-間充質轉化誘導Hp感染相關胃癌細胞的侵襲及轉移，如Hp感染使上皮細胞失去細胞極性及細胞間的黏附，進而突破基膜發生侵襲及轉移[34]。有學者發現，在AGS和MKN45胃癌細胞中，CagE陽性的Hp感染上調了上皮-間充質轉化相關標志物的表達，進一步促進胃癌細胞的侵襲和轉移[35-36]。

TGF-β信號通路參與調節細胞增殖、周期、凋亡及腫瘤血管生成、侵襲、轉移等多種生物學過程。有研究顯示，TGF-β1參與自噬活性的調節，其可能是自噬的一個強大激活劑[37]。在胃癌的發生發展中，TGF-β1具有兩面性,在胃癌發生早期，TGF-β1可以抑制腫瘤細胞形成；一旦胃癌病變已經存在，TGF-β1可能通過促進胃癌細胞周圍局部血管生成，增強局部浸潤能力和遠處侵襲轉移能力，為胃癌的進一步生長提供營養支持[38]。Shen和Zhao[39]研究發現，在不同濃度的TGF-β1刺激下，自噬標記蛋白微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)從LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ轉化，并呈劑量依賴性增加，表明TGF-β1可充分誘導胃癌細胞自噬活性的增加，且進一步加入TGF-β1抑制劑能有效逆轉TGF-β1誘導的自噬活性升高。可見，TGF-β1可通過誘導自噬激活而增強胃癌細胞的侵襲能力。

2.5VEGF信號通路 VEGF是一種信號蛋白，也稱為血管通透性因子，其參與血管基膜的降解、血管內皮細胞的增生、移行以及新基膜的沉積等一系列反應，最終導致胚胎循環系統新生血管的形成和已有血管的生長[40]。VEGF是內皮細胞的一種特異性有絲分裂原，其家族包括7個成員，即VEGFA、VEGFB、VEGFC、VEGFD、VEGFE、VEGFF和胎盤生長因子[41]，主要調節血管新生、增加血管通透性和淋巴管新生。VEGF的受體包含3個亞型：VEGFR-1、VEGFR-2及VEGFR-3，其生物學效應主要通過VEGFR-2實現；VEGF結合到VEGFR-2胞外區的Ig結構域上，引起VEGFR-2胞外激酶區特定酪氨酸殘基的交叉磷酸化，VEGFR-2已有6個自身磷酸化位點被證實，如酪氨酸酶996、酪氨酸酶1054、酪氨酸酶1214等[42]。活化的受體進一步通過一系列生化級聯反應啟動特定基因的表達，從而完成VEGF相應的促增殖作用。

研究顯示，VEGF基因的單核苷酸多態性是部分實體腫瘤的預測和預后指標，包括胃癌、結直腸癌、乳腺癌、非小細胞肺癌和前列腺癌等[43]。Scartozzi等[44]觀察到，VEGF rs699947單核苷酸多態性與胃癌的復發密切相關，且AC基因型的復發率顯著高于AA和CC基因型。Zhu等[45]研究發現，VEGFR-2的高表達與腫瘤的TNM分期、復發和轉移有關，VEGFR-2和VEGFR-2 rs18703777A>T基因多態性的高表達可能是胃癌患者的預后因素。一項研究發現，VEGF的失活可導致線粒體碎裂，抑制細胞代謝和自噬細胞死亡，而這些代謝、死亡細胞的表型是由叉頭框蛋白O1(forkhead box protein O1，FOXO1)介導mTORC2產生，mTORC2可作為一種效應劑參與調節FOXO1和控制自噬，且FOXO1可直接結合癌細胞中的自噬相關蛋白7來誘導自噬死亡[46]。

2.6miRNAs相關信號通路 miRNAs是一類長度為19～22個核苷酸且具有調控功能的內源性非編碼小RNA[47]。有關miRNAs表達譜和功能的研究證實，miRNAs在胃癌細胞分化、增殖、自噬和遷移過程中起重要作用[48]。如miR-375可能通過Akt/mTOR途徑調控胃癌上皮鈣黏素、神經鈣黏素、轉錄因子Snai2等表達，從而調節上皮-間充質轉化過程，抑制自噬[49]；miR-495-3p在多藥耐藥細胞系和腫瘤組織中的表達下調，其過度表達可通過靶向葡萄糖調節蛋白78和調節自噬來抑制胃癌多藥耐藥[50]。LC3是自噬的生物標志之一，在自噬開始時，細胞質中的LC3-Ⅰ被轉化為膜結合的LC3-Ⅱ，這是自噬小體形成的關鍵步驟。Du等[51]研究顯示，LC3-Ⅱ上調miR-30a可抑制胃癌細胞對化療藥的耐藥性。雖然自噬在腫瘤的促進和抑制中起雙重作用，但在化療過程中自噬的激活是否會導致腫瘤細胞的存活或死亡有待進一步研究。

3 小 結

與自噬介導Hp感染相關胃癌的細胞信號轉導是一個涉及多因素、多靶點、多途徑的蛋白網絡調控系統。每條信號通路均發揮各自的作用，又相互影響，在正常情況下，各條信號通路共同調節細胞生長、增殖、分化、凋亡等生理過程，一旦被異常激活或轉導異常，就會引起一系列細胞免疫損傷，最終誘導胃癌的發生。自噬在胃癌的發生發展中起雙重作用：①自噬是細胞程序性死亡的一種方式，如果自噬受到抑制將導致腫瘤細胞不斷增殖；②腫瘤細胞通過自噬在缺氧、能量缺乏的環境中生存。目前，Hp感染相關胃癌的靶向治療已成為研究熱點，也是一個難點，故聯合不同信號轉導通路、多靶點治療及尋找多個通路共同的影響因子阻斷信號轉導抑制胃癌生長，將成為今后胃癌治療的一個新方向。另外，隨著miRNAs參與胃癌細胞自噬過程研究的不斷深入，其在胃癌轉移、化療藥物治療中的作用已取得重大進展。但更深層次的分子生物調節機制尚不完全清楚，尤其是對miRNAs調控胃腫瘤細胞自噬的途徑及調控后相關靶基因的表達了解甚少，未來需進一步探索。