幽門螺桿菌CagA 與胃癌發生的相關分子機制研究進展

陳正威，董哲斌，鄔恒淼，何奕成，項翰霆，陳桑桑，梁超

胃癌（GC）是全球范圍內最常見的惡性腫瘤之一，是癌癥相關死亡的第三大原因。2020 年全球胃癌新增病例突破百萬，中國胃癌患者占比更是高達43.9%[1]。胃癌的發病機制始于慢性炎癥，幽門螺桿菌（HP）已被證實能導致胃炎、消化性潰瘍等多種胃部疾病，若未進行即時的治療干預，HP 感染最終將導致胃癌發生[2]。鑒于HP 與胃癌的密切關系，目前其已被國際癌癥研究組織歸為Ⅰ類致癌物質[3]。截至2021 年，我國HP感染患者占比達總人口的44.2%（約5.89 億人），并且呈現出明顯的家庭內聚現象，這可能與我國傳統的桌餐制飲食習慣密切相關[4]。細胞毒素相關蛋白A（CagA）是HP 分泌的細胞毒素之一，已被證明在胃癌發生中起著至關重要的作用[5]。本綜述旨在介紹CagA與胃癌發生的相關性及CagA介導胃癌的分子機制，并探討該領域的進展和前景。

1 CagA

CagA 是HP 分泌的毒力因子，是Cag 致病島（cag PAI）編碼的血清學標志物之一，是HP 發揮細菌毒力的主要方式[6]。其通過IV 型分泌系統（一類與細菌接合機制有關的分泌系統）末端的CagA 基因編碼，并通過這種分泌系統利用宿主細胞表面分子，如整合素和磷脂酰絲氨酸，將CagA 以能量依賴的方式輸送到宿主細胞內[7]。在細胞中，CagA 可以在其C 端重復的谷氨酸（Glu）-脯氨酸（Pro）-異亮氨酸（Ile）-酪氨酸（Tyr）-丙氨酸（Ala）組成的基序處被宿主Src/Abl 酪氨酸激酶磷酸化[8]，這一基序被稱為EPIYA 基序。EPIYA 基序中顯示出地理依賴性變異：東亞HP 分離株攜帶ABD 型，而西方分離株攜帶ABC 型。研究證明，CagA 蛋白EPIYA 基序的磷酸化與C 或D 位點的存在和數量密切相關，而與A或B 位點無關[9]。磷酸化激活后的CagA 在靶細胞中與多種宿主蛋白質相互作用，并持續性激活多種致癌信號通路的異常表達[10]。其通過抑制胃黏膜上皮細胞自噬、炎癥反應、上皮間質型轉化等多種病理反應，高度參與了胃癌的發生及進展。一項關于HP和胃癌的大型多中心臨床研究表明，CagA 陽性HP感染者患胃賁門腺癌和胃非賁門腺癌的風險遠遠高出CagA 陰性感染者[11]。

2 CagA 介導的與胃癌相關的信號通路

2.1 PI3K/Akt 信號通路 PI3K/Akt 途徑是一條與磷脂酰肌醇相關的細胞內經典信號通路，其不僅在癌癥的發生發展過程中至關重要，而且該通路在細胞的正常功能中也發揮著重要作用，其中包括細胞的增殖、黏附、遷移、侵襲、代謝和存活功能[12]。在HP感染的患者體內，CagA 通過其CRPIA（即負責磷酸化非依賴性活性的保守重復序列）基序激活c-Met蛋白，該基序對于激活PI3K/Akt 信號通路和HP 感染中的多效性轉錄反應至關重要[13]。PI3K/Akt 信號通路通過mTOR（一種自噬調節器）參與自噬[14]。研究證實，CagA 通過PI3K/Akt 信號通路負性調節胃上皮細胞自噬，從而分別促進HP 感染后胃癌細胞的增殖和HP 相關的慢性胃上皮細胞炎癥反應，且進一步誘導與促炎反應相關的NF-B 信號傳導[15]，隨著慢性胃炎的進展，胃上皮細胞將發生腸上皮化生，甚至出現輕度、中度或重度非典型增生，進而進展至胃癌。此外，Palrasu 等[16]的研究表明，CagA 通過激活PI3K/Akt 途徑XIAP E3 泛素連接酶的磷酸化，從而增強宿主促凋亡因子Siva1 的泛素化和蛋白酶體降解。CagA 對Siva1 的抑制增加了胃黏膜細胞的DNA受損和細胞凋亡的抑制，這一機制被認為與胃腫瘤細胞形成相關。

2.2 ERK/MAPK 信號通路 細胞外調節蛋白激酶（ERK）是ERK/MAPK 信號通路的中心介質。ERK級聯是調節多種細胞過程的關鍵信號通路，包括增殖、分化、凋亡和應激反應。ERK/MAPK 信號通路的激活對于癌癥發生和發展過程中細胞生長和存活的調節密切相關，其在腫瘤細胞的存活和發育中起著至關重要的作用[17]。研究顯示，在腫瘤發生和發展過程中，持續激活的MEK/ERK信號通路參與了胃上皮細胞上皮間質型轉化過程和細胞的惡性轉化[18]。磷酸化CagA 與蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2 的Src 同源2 結構域相互作用，從而刺激其磷酸酶活化[19]。活化的SHP-2 能夠誘導ERK/MAPK 途徑。研究證實，CagA 激活的ERK/MAPK 途徑導致胃腫瘤抑制因子RUNX3表達下調，從而加速慢性胃炎到胃癌的進展[20]。與此同時，有研究表明HP感染可以通過CagA/ERK途徑下調胃動蛋白1（GKN1）的表達[21]，GKN1 在胃上皮細胞炎癥損傷期間發揮修復作用，由于GKN1下調，胃黏膜的完整性受到破壞，使得HP 感染后造成的胃黏膜炎癥反應加重，增加胃癌發生的可能[22]。2.3 Wnt/ -catenin 信號通路-連環蛋白是典型Wnt/ -catenin 信號通路的關鍵因子，在細胞核中作為T 細胞/淋巴樣增強轉錄因子的共激活因子。在Wnt 信號刺激不足的上皮細胞中-連環蛋白主要與E-連環蛋白相互作用形成黏附連接，胞質游離-連環蛋白與Axin/APC/GSK3復合物結合形成-連環蛋白降解復合體，接下來，絲氨酸/蘇氨酸激酶GSK3 磷酸化-連環蛋白的n 端Ser33/37/Thr41 殘基，并通過泛素-蛋白酶體系統將其靶向降解[23]。研究指出，CagA 與E-連環蛋白相互作用，破壞E-連環蛋白/-連環蛋白復合物的形成，從E-連環蛋白/-連環蛋白復合物中釋放-連環蛋白進入細胞質，且CagA 還可以直接與GSK-3結合并消耗其活性，抑制胞質-連環蛋白的磷酸化和蛋白酶體降解[24]。研究證實，CagA 陽性的HP 誘導-連環蛋白在細胞胞質和細胞核中積累，進而激活Wnt信號通路，并增加其靶基因如c-myc 和cyclin D1 的轉錄活性。據報道，這種激活受蛋白激酶B 依賴的-連環蛋白在c端Ser552 和Ser675 位點的磷酸化調控。這種磷酸化增加了-連環蛋白在細胞核中的積累，并增強了輔助因子如TCF4 和14-33的招募，增加目標基因的轉錄活性[25]。Yong 等[26]的研究指出，CagA 陽性的HP 通過Wnt/-catenin 信號通路調節胃腫瘤干細胞（CSCs）特異性標志物標記物Nanog和Oct4，從而促進胃癌細胞中CSCs樣特性的出現。此外，關于CagA通過Wnt/-catenin 通路介導的癌癥干細胞樣特性，CagA與化學致癌物MNNG刺激協同作用誘導胃黏膜上皮細胞的上皮間充質轉化以及CSCs 樣特性的產生，這一作用通過在CagA 誘導Wnt2 蛋白的高表達介導-連環蛋白水平增加的同時，MNNG 抑制E-鈣粘蛋白，從而導致細胞質中大量游離的-連環蛋白聚集積累并最終進入細胞核，最終導致Wnt/-catenin 通路的過分激活，進一步誘導了胃黏膜上皮細胞CSCs 樣特性的產生[27]。腫瘤干細胞的成瘤能力是普通腫瘤細胞的數百倍，胃腫瘤干細胞是促進胃癌發生及進展的關鍵[28]。

3 CagA 與胃癌相關的重要分子

3.1 SHP-2 磷酸酶SHP-2 是蛋白酪氨酸磷酸酶家族成員之一，在細胞生長增殖和凋亡過程中起著關鍵作用，在靜息狀態下，SHP-2 的N-SH2 和PTP 結構域可以形成抑制性的分子內相互作用，并使SHP-2處于封閉，無活性狀態。與SH2 結構域結合的酪氨酸磷酸化上游激活劑誘導構象重排并破壞自身抑制功能，隨后SHP-2 處于開放的活性構象中，可以去磷酸化其底物[29]。當CagA 通過IV 型分泌系統進入胃上皮細胞后，酪氨酸激酶蛋白首先結合并磷酸化EPIYA-A、EPIYA-B 基序，隨后磷酸化的CagA 又促使EPIYA-C 或EPIYA-D 與SHP-2 蛋白結合形成活化后的SHP-2 結合復合物[30]。實驗已證實，CagA 與SHP-2 結合復合物可以在嚴重胃部疾病患者的胃黏膜細胞中分離出[31]，當CagA-P-SHP-2 蛋白復合物形成時，SHP-2 的磷酸酶活性被激活，導致細胞粘附激酶（FAK）的去磷酸化和Rap1、B-Raf 和Erk 蛋白組成的信號通路的啟動，這些信號通路引起細胞形態學變化，增強細胞動力，并干擾細胞內信號傳導[32]。同時，CagA 還可以與另一種SH 結構域SHIP2 結合，其對EPIYA-C 片段有更強的親和力，CagA 能與SHIP2 相互作用，并通過改變質膜上磷脂酰肌醇組成來增強幽門螺桿菌-寄主細胞之間的附著力，從而增加后續轉運到寄主細胞中并與失調促癌磷酸酶SHP-2 結合的CagA 數量。CagA 的這些功能可能共同導致細胞功能失調，促進惡性轉化相關的多種遺傳變異的累積，導致胃上皮細胞異常增殖和遷移，最終誘導胃萎縮和胃癌[33]。

3.2 肌肉Z 線亞單位1 的帽狀肌動蛋白（CAPZA1） CAPZA1 編碼F-肌動帽狀蛋白的亞單位，其通過與肌動蛋白絲的倒刺端結合來調節肌動蛋白聚合和細胞運動，從而參與上皮細胞的連接形成[34]。CAPZA1 通過結合細胞核中的LDL 受體相關蛋白（LRP1）胞內結構域（LRP1-ICD）阻止了LRP1-ICD與溶酶體相關膜蛋白1（LAMP1）近端啟動子的結合，從而抑制LAMP1 的表達。在受HP 感染的胃上皮細胞中，CAPZA1 過度表達，自溶酶體形成受到抑制，使得CagA 得以逃避自噬降解[35]，這是CAPZA1過度表達的胃上皮細胞內CagA 能在細胞中積累的原因[36]。此外，另一項研究表明，在HP 感染的胃黏膜中，因為CAPZA1 過度表達導致胃上皮細胞中的自溶小體形成受到抑制，導致移位的CagA 積聚，從而誘導一種被稱為CD44 變異體9（CD44v9）的mRNA 表達，具有CD44v9 的腫瘤干細胞樣細胞已被證明是一種能促進癌癥轉移的癌癥干細胞亞型，其有助于促進胃癌的發展、復發及耐藥性產生[36]。

3.3 白細胞介素-8（IL-8） IL-8 可促進腫瘤細胞增殖、血管生成和癌細胞遷移，并激活腫瘤部位的巨噬細胞和免疫反應，進而誘導多種促腫瘤生長因子的表達[37]。在暴露于HP 的胃上皮細胞的全基因組分析中，IL-8 是上調最多的細胞因子[38]，CagA能夠激活轉錄因子NF-B，并將其轉移到細胞核中，從而上調IL-8 的轉錄[39]。CagA 通過誘導IL-8 因子高表達，從而促進胃黏膜上皮細胞炎癥反應加重，在胃癌發生中起到關鍵作用[40]。Zeng 等[41]發現，CagA N 末端的303-456 殘基可通過ERK/MAPK信號通路誘導AGS細胞分泌IL-8，且胞外CagA可能也具有誘導IL-8 產生的能力；CagA中末端EPIYA磷酸化基序通過激活NF-B 途徑，可通過與轉化生長因子激活酶1 相互作用，誘導胃上皮細胞中IL-8 基因轉錄[42]。

4 結論與展望

全球近半數新增胃癌患者出現在我國，胃癌較高的發病率和較差的預后，給我國社會帶來沉重的負擔。由于用于胃癌診斷和預后的現有生物標志物的低敏感性和非特異性，并且胃癌的診斷僅基于消化道內鏡等侵入性檢查，目前對胃癌早期的診斷十分困難，因此，對與胃癌發生發展相關的研究顯得格外重要。作為第一個被人類發現的幽門螺桿菌致癌蛋白，CagA 已被證實與胃癌形成、預后以及腫瘤干細胞特異性表面標志物的表達密切相關，并成為當下研究的焦點。CagA 通過激活PI3K/Akt、ERK/MAPK、Wnt/-catenin 等多種信號通路高度參與胃上皮細胞的炎癥反應、自噬、腸上皮化生等，并且在促進胃癌細胞耐藥增強、增殖轉移、腫瘤干性形成中發揮作用。除了與宿主細胞的信號通路相互作用外，CagA 與細胞內的其他蛋白之間的功能相互作用可以進一步調節其致癌作用，然而目前關于CagA 與胃癌相關的具體機制尚未明確，因此，進一步針對CagA致癌機制的探討可以有效預防胃癌的發生，并對臨床上胃癌的診治提供有益的理論基礎。

利益沖突 所有作者聲明無利益沖突