活性氧與結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移關(guān)系的研究進展

唐宇飛 劉星 侯風(fēng)剛

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是全球第三大常見癌癥，在癌癥相關(guān)死亡原因中排第二[1]。轉(zhuǎn)移是CRC 患者發(fā)生癌癥相關(guān)死亡的主要原因，據(jù)估計，有超過50%的患者會因轉(zhuǎn)移而死亡[2]。然而，CRC 轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的分子機制尚未清楚，因此，對CRC 轉(zhuǎn)移的分子學(xué)機制探究尤為迫切。活性氧（reactive oxygen species，ROS）與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，近年來逐漸成為腫瘤防治研究領(lǐng)域的熱點。研究發(fā)現(xiàn)，過高的ROS 會引起細(xì)胞增殖抑制、細(xì)胞周期阻滯，甚至細(xì)胞凋亡，而低水平的ROS 能促進細(xì)胞增殖和血管新生[3-4]。正常情況下，當(dāng)ROS 水平持續(xù)升高，超過一定的閥值，則會產(chǎn)生細(xì)胞毒性反應(yīng)，進而誘導(dǎo)凋亡途徑的激活或抑制抗癌治療的耐藥性[5]。腫瘤有高水平的抗氧化系統(tǒng)，其主要功能是防止積聚過多的ROS 和維持還原-氧化平衡。腫瘤細(xì)胞通過抗氧化能力清除過量的ROS，同時維持促腫瘤生成的ROS 水平。因此，通過過量表達ROS，能夠誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，而對正常細(xì)胞并沒有影響，在治療過程中還能夠減少不良反應(yīng)的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)有些藥物能通過作用ROS 直接促進癌細(xì)胞死亡[6]，或者通過ROS 抑制CRC 細(xì)胞遷移和血管生成[7]。因此，ROS 在腫瘤防治的臨床應(yīng)用中有重大前景。本文就ROS 參與調(diào)控CRC 轉(zhuǎn)移的信號通路以及轉(zhuǎn)錄因子作一綜述。

1 ROS 參與調(diào)控CRC 轉(zhuǎn)移的信號通路

1.1 NF-κB 通路 NF-κB 是一種普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子，可介導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)/核信號傳導(dǎo)途徑，并調(diào)節(jié)涉及炎癥和免疫反應(yīng)的各種細(xì)胞因子、細(xì)胞因子受體和黏附分子的基因表達[8]。此外，NF-κB 的活化與腫瘤細(xì)胞凋亡、增殖、分化、遷移和血管生成的控制以及腫瘤細(xì)胞對化學(xué)、放射療法的耐藥性之間存在相關(guān)性[9]。NF-κB的重要作用已在包括CRC 在內(nèi)的多種癌癥中得到認(rèn)可[10]。

研究表明，線粒體轉(zhuǎn)錄因子B2 在肝癌中呈現(xiàn)異常的過表達，這種高表達促進了細(xì)胞和線粒體內(nèi)ROS水平上升，從而激活了NF-κB 通路，進而促進了肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[11]。ROS 調(diào)節(jié)劑1（Romo1）能夠通過增強ROS 的表達，從而激活NF-κB，進而釋放腫瘤侵襲潛能，并且這一過程能夠被NFκB 阻滯劑阻斷[12]。這說明了氧化應(yīng)激對腫瘤的促進與NF-κB 信號通路有關(guān)。有研究表明IL-17A 可通過ROS/NF-κB/基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase,MMP）-2/MMP-9 信號通路的激活，促進食管癌細(xì)胞的侵襲和遷移[11]。然而，當(dāng)ROS 累積超過特定閾值時，ROS 會抑制NF-κB 激活[13]。Qiu 等[14]在乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，高絲苷可以通過降低腫瘤細(xì)胞內(nèi)ROS 的水平來激活NF-κB 信號通路，從而促進乳腺癌細(xì)胞的凋亡。其通過觀察MCF-7 細(xì)胞和4T1 細(xì)胞中NF-κB 通路的蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)高絲苷抑制了p65 和人核因子κB 抑制蛋白α（IKBα）的磷酸化，而過氧化氫的作用則相反。同時，ROS 的減少也可能通過激活半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）引起線粒體功能障礙并導(dǎo)致乳腺腫瘤細(xì)胞凋亡。NF-κB 活性能夠被NADPH 氧化酶（NOX）（一種在ROS 產(chǎn)生中的重要酶）衍生的ROS 調(diào)節(jié)[15]，然而有研究表明，ROS 與NF-κB 存在另一種聯(lián)系，在CRC 中，ROS 的生成反而依賴于CRC 細(xì)胞中的NF-κB[16]。進一步探索這一可能的雙向調(diào)節(jié)作用，或許能夠成為通過ROS 治療腫瘤的新靶點。5-氨基水楊酸（5-ASA）和二甲雙胍的組合顯示出能夠誘導(dǎo)CRC 細(xì)胞凋亡，并且同樣能夠抑制CRC 的轉(zhuǎn)移，這些藥物抗CRC 的機制之一是誘導(dǎo)ROS 的積累，從而進一步促進凋亡機制的激活[17]。研究表明二甲雙胍通過抑制NOX 和HCT116 CRC 細(xì)胞中的NF-κB 活性來抑制石膽酸（LCA）誘導(dǎo)的IL-8上調(diào)，并減少了腫瘤微環(huán)境中內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和管狀結(jié)構(gòu)的形成[18]。

1.2 磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B,Akt）通路PI3K 是一類胞內(nèi)脂質(zhì)激酶，它通過磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2） 轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3）來磷酸化磷酸肌醇肽[19]。PIP3 是通過磷酸化激活A(yù)kt 的重要第二信使。PI3K 被受體和非受體絡(luò)氨酸激酶活化后，形成PIP3。PIP3 與胞內(nèi)的磷酸肌醇蛋白激酶1（PDK-1）和信號蛋白分子Akt 結(jié)合，進而活化Akt。Akt 作為PI3K 主要的下游效應(yīng)分子，能直接磷酸化NF-κB 等轉(zhuǎn)錄因子，進而調(diào)控腫瘤的轉(zhuǎn)移[20]。Qiao 等[21]研究發(fā)現(xiàn)胃癌細(xì)胞中c-ros 肉瘤致癌因子-受體酪氨酸激酶（ROS1）低表達會抑制細(xì)胞遷移、侵襲和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial mesenchymal transition,EMT）。Hu 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在肝癌細(xì)胞中，缺氧能夠誘導(dǎo)ROS 的產(chǎn)生，進而激活PI3K/Akt/缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor 1α,HIF-1α）信號通路調(diào)控下游Mxi1-0 的表達，Mxi1-0 進而促進血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）的表達從而調(diào)控血管新生。Yang 等[23]研究發(fā)現(xiàn)低劑量的辣椒素能激發(fā)氧化應(yīng)激使ROS 表達升高，進而激活A(yù)kt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3,STAT3）信號通路以及MMP-2、MMP-9 的高表達，MMPs 的增多誘導(dǎo)EMT，進而促進CRC 細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。說明PI3K/Akt 信號通路在氧化應(yīng)激情況下可能會被激活，進而調(diào)控下游轉(zhuǎn)錄因子和效應(yīng)分子促使腫瘤的轉(zhuǎn)移。而在CRC 中，Yao 等[24]研究表明地卡黃酮能夠誘導(dǎo)ROS 介導(dǎo)的凋亡并抑制CRC 中PI3K/Akt/mTOR 信號通路，這一研究結(jié)果能夠支持黃酮類抗癌劑（DLF）作為抗CRC 的潛在藥物。

2 參與ROS 調(diào)控CRC 轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)錄因子

2.1 HIF-1α HIF-1α 被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生、發(fā)展中最重要的基因之一。研究表明HIF-1α 水平升高與腫瘤轉(zhuǎn)移、血管生成、患者預(yù)后差及腫瘤耐藥性有很強的關(guān)系[25]。當(dāng)腫瘤生長到一定程度，超過其血液供應(yīng)能力，就會形成缺氧微環(huán)境。缺氧條件下HIF-1α 能調(diào)控VEGF、MMPs 等效應(yīng)分子，促進腫瘤血管新生，使得腫瘤能快速適應(yīng)缺氧微環(huán)境[26-27]。有研究表明，在胰腺癌中，缺氧微環(huán)境會導(dǎo)致EGFR/MEK/ERK 通路的激活，從而導(dǎo)致HIF-1α 的表達升高，而HIF-1α 通過抑制ROS 的表達，進一步激活EGFR，最終導(dǎo)致胰腺癌侵襲和轉(zhuǎn)移能力的升高[28]。Shimojo 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，缺氧能促進HIF-1α、NF-κB 表達增多，并且抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸（NAC）能通過抑制ROS 的表達來消除HIF-1α 和NF-κB 的激活，進而抑制胰腺癌細(xì)胞缺氧區(qū)域EMT 和轉(zhuǎn)移。而有研究表明，在大腸癌中，SLC34A2-ROS-HIF-1 能通過誘導(dǎo)同源物增強子2（EZH2）過表達從而促進CRC 細(xì)胞增殖和凋亡的化學(xué)耐藥性，因此SLC34A2-ROS-HIF-1-EZH2 通路有望成為新的CRC 治療方法[30]。HIF-1α 能夠抑制ROS 的生成和NOX2 的表達，而齊墩果酸（OA）能夠通過抑制HIF-1α 來抑制該途徑，從而抑制大腸癌細(xì)胞的增殖能力，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的凋亡[31]。該研究表明NOX2-ROS-HIF-1α 軸有望作為治療大腸癌的新型治療靶標(biāo)。

2.2 STAT3 STAT3 是一種包漿蛋白，作為JAKSTATs 途徑中重要的JAK 激酶的底物，其既具有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能又具有轉(zhuǎn)錄活化功能。最初發(fā)現(xiàn)STAT3 在炎癥反應(yīng)IL-6 的釋放反應(yīng)中發(fā)揮誘導(dǎo)靶基因轉(zhuǎn)錄的作用，后期研究發(fā)現(xiàn)，其可以被許多細(xì)胞或生長因子激活，誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。目前研究發(fā)現(xiàn)，其調(diào)控的靶基因有：B 淋巴細(xì)胞瘤-2 基因（Bcl-2）、Bcl-x1、Mcl-1、細(xì)胞周期蛋白D1（CyclinD1）、Myc、VEGF、HIF-1α 等。白三烯受體2（BLT2）是白三烯B4（LTB4）的低親和力受體，在卵巢癌細(xì)胞株OVCAR3 和SKOV-3 細(xì)胞株中高表達，其激活NOX4 進而誘導(dǎo)ROS 的產(chǎn)生，ROS 激活STAT3-MMP-2 通路，促進卵巢癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移[32]。在惡性膠質(zhì)瘤內(nèi)，缺氧能促進ROS 的產(chǎn)生和激活STAT3 轉(zhuǎn)錄因子，而采用ROS抑制劑和抗氧化劑NAC 處理后，能夠抑制STAT3 轉(zhuǎn)錄因子激活，進而阻斷其介導(dǎo)的血管新生途徑[33]。Cho等[34]在前列腺癌研究中發(fā)現(xiàn)，表皮生長因子（EGF）通過促進ROS 產(chǎn)生，進而促使STAT3 磷酸化，調(diào)控HIF-1α/TWIST1/N-鈣黏蛋白（N-cadherin）信號通路促進前列腺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移。因此，STAT3 可能是ROS 調(diào)控腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵靶點。Meng 等[35]研究表明在CRC 中，隨著ROS 的積累，喹茜素通過調(diào)節(jié)STAT3 信號通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。蛋白脯氨酰-4-羥化酶（P4HB） 的下調(diào)也可能通過ROS 的產(chǎn)生和STAT3 信號通路的失活誘導(dǎo)人結(jié)腸癌HT29 細(xì)胞的凋亡[36]。而在人結(jié)腸癌HCT116 細(xì)胞中，鼠草酸通過產(chǎn)生ROS，從而抑制STAT3 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[37]。

3 小結(jié)

綜上所述，ROS 的異常增高與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，然而CRC 細(xì)胞內(nèi)ROS 水平的增高與腫瘤轉(zhuǎn)移方面的研究尚少。目前研究存在的難點：（1）異常增多的ROS，因其水平的高低對腫瘤發(fā)生、發(fā)展的調(diào)控作用也不一樣。研究表明，較低水平的ROS 能夠促進腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移，而高水平的ROS 則會引起細(xì)胞凋亡[38-39]，但具體的閾值仍未明確；（2）刺激ROS 產(chǎn)生的因素有待進一步探索。前期研究發(fā)現(xiàn)，食物中辣椒素、藥物以及缺氧微環(huán)境都會引起ROS 的增高[23]，可能還存在其他因素，值得進一步驗證。

因此，ROS 對結(jié)直腸癌的調(diào)控機制仍需進一步研究，以期在臨床用藥時，能提前檢測瘤內(nèi)的ROS水平，根據(jù)閾值合理調(diào)整ROS 水平，進而提高臨床療效。