參與胃癌干細胞調控的細胞信號傳導通路及生物信號分子作用機制研究進展

陳婷，李金徽，李云鳳，馬穎才，袁玲，榮光宏

1青海大學研究生院，西寧810016；2青海省人民醫院消化科

正常組織細胞在各種因素的共同作用下發生基因突變，具備了無限分裂的特性，最終導致具有不同性狀的腫瘤組織產生，包括腫瘤細胞、腫瘤間質組織等，這類具有發病起源作用的細胞即為腫瘤干細胞（CSCs）［1］。目前對CSCs的來源還不清楚，但針對腫瘤細胞溯源的大量研究［2］證明，CSCs可能來自正常組織內發生基因突變的成體干細胞或者去分化的體細胞。CSCs是導致腫瘤并維持腫瘤細胞生長能力的源頭細胞，因其自我更新和不對稱分裂的能力，具備發展為腫瘤組織內任何類型細胞的潛力，同時驅動腫瘤組織發生群體性持續擴張。胃是消化系統中的重要器官，因為胃功能的特點，胃上皮細胞需要不斷的更新。因此，胃中的干細胞具有自我更新、高增殖能力和多元分化的能力，對調節生理組織更新和損傷修復至關重要，代表了存在于胃組織中的具有高增殖潛能的成體干細胞群。胃癌（GC）是人類主要的惡性腫瘤，具有CSCs功能的胃癌干細胞（GCSCs）是GC發病的始動因素。文獻［3］顯示，上皮—間充質轉換（EMT）相關因子可出現在胃內癌前組織中，最終發展為GC組織中具有CSCs功能的GCSCs，同時受腫瘤微環境、信號傳導通路和微小RNA的調控，其中涉及Snail、Twist和Zeb-1等轉錄因子。研究［4］顯示，Wnt、Notch和其他信號通路參與了GCSCs的調控，從而刺激腫瘤細胞的生長、EMT、侵襲、轉移、抑制凋亡和腫瘤間質血管生成。因此，了解參與GCSCs調控的信號傳導通路和生物信號分子，對GC的靶向治療和改善患者預后有著重要的幫助。現將參與GCSCs調控的細胞信號傳導通路和生物信號分子作用機制研究進展綜述如下。

1 參與GCSCs調控的細胞信號傳導通路作用機制

1.1 Wnt/β-catemin信號通路 Wnt/β-catemin信號通路是由細胞外的Wnt蛋白、膜上的Frizzled受體、胞質內的β-catemin以及其他轉錄因子組成。βcatemin可能作為驅動基因與GCSCs的形成有關。研究［5］顯示，由于結直腸腺瘤性息肉/軸蛋白/糖原合成激酶復合物的形成，使β-catemin發生聚集并向核內轉移，與T細胞因子家族的轉錄因子結合，激活c-Myc、cyclinD1和生存素等靶基因，最終造成GC相關的體細胞突變。不對稱二甲基精氨酸（ADMA）通過Wnt/β-catenin信號通路促進GC細胞的EMT進程以及遷移和侵襲［6］。異常的EMT激活可使胃上皮細胞間質特征增強而上皮特征減弱，并抑制細胞黏附分子，促進癌細胞起始、侵襲、轉移和耐藥［7］。

1.2 JAK2/STAT3信號通路 GC患者局部組織中補體C3與JAK2/STAT3信號通路的激活存在直接關系，并促進腫瘤細胞的浸潤與轉移。GC組織中STAT3磷酸化和IL-6表達明顯增強，可持續通過局部組織T細胞免疫抑制和慢性炎癥發揮促腫瘤作用，補體C3是JAK2/STAT3信號通路激活的上游調控因子，GC細胞內補體C3激活啟動JAK2/STAT3信號通路并成為促進細胞增殖和遷移的必要信號，隨后活化的STAT3蛋白作為轉錄因子可調控細胞增殖、凋亡、血管生成以及腫瘤侵襲和轉移［8］。

1.3 Hedgehog信號通路 Hedgehog信號通路的失調是CSCs自我更新和耐藥性的一個主要原因，即參與GC的預后。Hedgehog信號通路的靶基因包含GC細胞的化療耐藥標志物CD44，主要由通路中的SMO蛋白及GLI蛋白調節［9］。在GC細胞中，SMO蛋白調節GLI-1的核易位，進而促進CD44表達，在不同類型的GC細胞系中人工干預SMO蛋白抑制Hedgehog信號通路可顯著降低GC細胞得生長能力［10］。因此，Hedgehog信號通路有望成為改善GC化療耐藥性的新靶點。

1.4 Notch信號通路 Notch信號通路是癌癥中最活躍的信號通路之一，并且在維持CSCs的性狀和腫瘤組織分化中具有關鍵作用。Notch信號通路可促進GC細胞的轉移，且與患者預后不良有關［11］。由于Notch信號通路與CSCs自我更新和血管生成有關，針對Notch信號通路的靶向治療成為一種潛在的抗CSCs治療方法。MEDI0639是一種單克隆抗體藥物，可與Notch受體特異性結合，從而抑制Notch介導的信號傳導和靶基因的轉錄，阻止GC血管生成，并最終阻止GC細胞生長［12］。MEDI0639的臨床試驗間接印證了Notch信號通路在GC的發病及轉移中的作用，并且研究證實該藥物在晚期實體腫瘤中也具備抗腫瘤活性。

1.5 PI3K/AKT/mTOR信號通路 PI3K/AKT/mTOR信號通路是在多種癌癥中異常激活的經典通路。PI3K/AKT/mTOR信號通路在血管生成、細胞增殖、代謝、存活、轉移和耐藥性中均起到關鍵作用，同樣在GC的發病過程中，mTOR的激活將會導致GC進展，降低患者存活率［13］。

2 參與GCSCs調控的生物信號分子作用機制

2.1 Lgr5陽性細胞 胃干細胞亞群中Lgr5陽性細胞的Lgr5蛋白表達的細胞定位（細胞核與細胞質/膜）和腫瘤病理屬性（解剖部位、組織類型和分子類型）呈動態分布，Lgr5蛋白在染色體不穩定的腸型GC中的高表達與較好的遠期生存率相關，可將Lgr5蛋白作為GCSCs的生物標記物。已有研究［14］發現，核Lgr5陽性細胞可能是具有不同“干細胞”模式的癌細胞。在Lgr5陽性腸隱窩干細胞中使用Lgr5啟動子驅動表達的CreER重組酶可導致基因表達快速轉化，3至5周內出現肉眼可見的腺瘤。目前尚不清楚這些腺瘤最終是否會發展為腺癌，但可以確定的是，腸中的Lgr5陽性干細胞可能是腫瘤起始細胞。

2.2 Mist1陽性干細胞 同時STANGE等［15］發現，Mist1陽性干細胞是腸型GC合并krasandapc突變和彌漫型癌合并E-cadherin缺失的細胞來源，通過人工敲除Mist1陽性干細胞中的Cdh1基因，可確定Mist1陽性干細胞是印戒細胞癌的起源，而Notch信號通路作為一條獨立的致癌途徑，Mist1陽性干細胞通過該途徑促進了GC的發展。研究顯示，當慢性炎癥時，Mist1陽性干細胞中E-cadherin的丟失可發展成為依賴于慢性炎癥的彌漫型癌癥［16］。

2.3 骨形態發生蛋白（BMP）BMP屬于腫瘤生長因子-β信號蛋白超家族。已有研究證明胃間質分泌的BMP可調節胃上皮分化，其表達缺失會抑制BMP信號轉導，以此增加了腸內分泌細胞、主細胞的數量，同時減少壁細胞數量［17］。BMP信號在Barrett食管病的發病機制中起著關鍵作用。也有證據顯示，BMP是胃腸內分泌細胞分化的負調節因子，在Lgr5陽性細胞中BMP表達缺失可促進炎癥，近而導致化生和異型增生［18］。因此，BMP可能在癌癥發展的不同階段扮演不同的角色，在未來對癌癥不同階段的研究中可能會提供更多的信息。

2.4 Lats基因 Hippo信號通路（也稱為Hippo-YAP/TAZ信號通路）是一種與癌變、再生和代謝相關的途徑。當Hippo通路被激活時，Lats基因表達產物磷酸化YAP/TAZ，間接抑制腫瘤活性，相反，當這一途徑失活時，YAP/TAZ在細胞核中聚集，通過與轉錄因子形成復合物推動基因異常表達［19］。Lgr5陽性幽門干細胞可激活YAP/TAZ信號通路，成為遠端GC的起源細胞。由于正常的幽門Lgr5陽性細胞幾乎處于靜止狀態，CHOI等把Lats基因敲除后發現，Lgr5陽性細胞開始增殖。這些結果都表明，在正常胃上皮細胞中，由Lats基因缺失引起的YAP/TAZ信號通路的激活，從而觸發了從低度上皮內瘤變到黏膜內癌的階梯式進展，這證實了這種信號級聯是體內胃癌發生的關鍵驅動因素［20］。

2.5 YAP 前列腺素D2（PGD2）是前列腺素的一種，由前列腺素D合成酶（PGDS）催化不穩定的中間產物前列腺素H2（PGH2）發生異構化而生成的。ZHANG等敲除PGD2合成酶和PGD2受體，增加了GC細胞的遷移能力，這證明了抑制PGD2到PGD2受體的信號轉導與GC細胞增殖、遷移、自我更新及分化有關［21］。PGD2在GC皮下腫瘤模型中抑制腫瘤生長和發病率，在GC腹膜轉移模型中抑制肝臟和腸系膜轉移。進一步的研究發現，PGD2合成酶和PGD2受體在GC組織中的表達低于癌旁及正常組織，并且與患者的預后相關。而YAP在GC組織中的高表達，與GC的發生發展有關。YAP的過度表達增強了GC細胞的自我更新和干細胞標記物的表達，敲除YAP的表達可逆轉上述現象。通過檢測PGD2合成酶和PGD2受體在GC組織中的表達模式，證明了PGD2合成酶和PGD2受體與YAP在GC組織中的表達呈負相關［22］。其次，根據功能增益和功能喪失實驗證實，YAP抑制PGD2合成酶和PGD2受體的表達，近而得出PGD2合成酶和PGD2受體的表達抑制了YAP誘導的腫瘤細胞在體外的增殖和自我更新，逆轉了YAP的促腫瘤作用［23］。

2.6 miRNA mi RNA是參與調節導致癌癥發生的關鍵靶點，目前已經發現一些miRNA改變CSCs相關標記物及其相關途徑的表達。研究顯示，miR-106b和miR-196a-5p的表達在CD44陽性GC細胞中表達上調，其中miR-106b直接靶向下調TGF-β信號通路抑制劑SMAD7蛋白的表達，間接激活TGF-β信號通路；與此同時，miR-196a-5p協同miR-106b發揮作用，并造成SMAD4的丟失，是GC發病原因之一［24］。此外，在GC細胞中通過TGF-β1誘導激活TGF-β信號通路后，觀察到miR-200a的下調，造成GC細胞與EMT相關轉錄因子ZB1的表達上調，從而獲得CSCs的侵襲和遷移特征［25］。除了TGF-β信號通路，還發現miRNA的表達失調與Wnt信號通路有關，從而促進了GCSCs的干細胞化［26］。從GC細胞中檢測出BRD4蛋白調節因子高表達，并通過甲基化其啟動子區下調mi R-216a-3p的表達，miR-216a-3p能下調CSCs相關Wnt信號通路的直接靶基因產物Wnt3a的表達，提高GCSCs的侵襲能力［27］。故miRNA在誘發GC的多種信號調控中具有關鍵作用，同時也是未來GCSCs靶向治療的新方向。

2.7 CD133、PIWI及其他信號分子 CD133跨膜蛋白是一種公認的干細胞標記物，用流式細胞術對三種GC細胞系的CD133陽性和CD133陰性細胞進行基因表達譜分析，確定了CD133陽性表達在具有自我更新能力的CSCs中起著重要作用。CD133的上游信號基因主要含細胞周期相關功能基因，而CD133下游信號基因則與細胞骨架和轉運的分子功能有關，且CD133與腫瘤浸潤呈負相關［28］。CD133陽性表明GC的預后差、進展快、耐藥性強，因此CD133被作為GC預后的標志物。此外，PIWI蛋白已成為腫瘤治療的新靶點，它與piRNA形成了PIWI-piRNA復合物，在不同生物體的生殖系發育、干細胞自我更新中起著重要作用［29］。PIWI蛋白在不同類型的癌癥中異位表達，其配體PIWIL1在GC組織和細胞系中異常表達促進了GC的進展［30］。癌癥的發展不僅取決于惡性腫瘤細胞，還取決于基質的活化。研究［31］發現，間充質干細胞（MSCs）可被招募到腫瘤部位并被激活，以促進腫瘤的進展。中性粒細胞通過分泌IL-17、IL-23和TNF-α等炎癥因子發揮作用，從而激活MSCs的AKT和p38通路，調節MSCs/CAFs的轉化，促進胃癌的進展。此外，中性粒細胞誘導MSCs向癌細胞相關成纖維細胞轉化，從而顯著促進胃癌的生長和轉移，并募集T細胞和巨噬細胞，從而促進肝細胞癌的進展和對索拉非尼的耐藥性［32］。另有研究發現，NPTXR是一種Ⅱ型跨膜蛋白，在有轉移潛能的GC組織中特異性高表達，也可能是控制GC進展或克服化療耐藥性的一個新治療靶點［33］。

綜上所述，CSCs是一種少量的、靜止的、體積小的腫瘤細胞群體，具有類似“干細胞”指導腫瘤細胞增殖分化的特征，對于癌癥進展、侵襲、轉移、化療耐藥等方面的作用日益凸顯。同樣GC中的GCSCs也是GC治療和患者預后的核心成分。但具有高敏感性、高特異性的GCSCs生物標志物尚未有明確的臨床研究證據支撐，針對GCSCs相關細胞信號通路的靶向治療才起步，這些研究內容的深入發掘將有利于對GC的早期診斷以及提高患者預后。