胃癌中Cx43與PI3K/Akt/mTOR信號通路相關性的研究進展

程 玉,李春輝

(1.承德醫學院，河北承德 067000;2.承德醫學院附屬醫院)

胃癌中Cx43與PI3K/Akt/mTOR信號通路相關性的研究進展

程 玉1,李春輝2△

(1.承德醫學院，河北承德 067000;2.承德醫學院附屬醫院)

胃癌;Cx43;PI3K/Akt/mTOR;信號傳導通路

在世界范圍內，胃癌是發病率和死亡率非常高的惡性腫瘤, 嚴重威脅著人類的健康。但是，胃癌的發病機制尚不完全清楚，目前認為其發生、發展是一個多因素、多步驟、復雜的漸進過程，涉及多條信號傳導通路的異常改變。細胞間隙連接(gap junction intercellular communication，GJIC)是由相鄰細胞間通過間隙連接所介導的一種通訊方式，參與了細胞間能量和信息的傳遞及電信號傳導的電偶聯和細胞間物質交換的代謝偶聯，在調控細胞的增殖、分化、新陳代謝及內環境的穩定等生理過程中發揮著重要作用。其通道的主要成分是間隙連接蛋白Cx。國內外對GJIC與癌變的關系進行了相關的研究[1、2],發現腫瘤細胞普遍存在Cx表達缺陷和GJIC功能喪失。細胞間通訊失常，可使細胞間失去正常的接觸，來自正常細胞的調控信號不能到達惡變細胞，從而導致其無限制增殖，同時，伴隨物質能量代謝異常等，最終導致腫瘤的發生。

PI3K/Akt/mTOR信號通路在腫瘤發生、發展中扮演著重要角色，該通路的活化可以抑制多種刺激誘發的細胞凋亡,促進細胞周期進展,從而促進細胞的生存和增殖,同時參與血管形成、侵襲和轉移,并且已經成為腫瘤治療的新靶點[3、4]。

1 Cx43的分子結構與生物學功能

間隙連接(GJ)是由連接相鄰兩個細胞之間的連接通道排列而成的細胞間進行信息交流的唯一膜結構[5]。一個間隙連接蛋白通道是由位于相鄰細胞膜上的兩個配對半通道(hermichannels)又稱連接子(connxons)端對端連接而成，每一個半通道由6個啞鈴狀相同或相似的跨膜蛋白-連接蛋白圍成[6]。目前，在哺乳動物身上發現的連接蛋白已有14種,其中Cx43是主要的細胞縫隙連接蛋白。Cx43是由總長度為2768堿基對(bp)的3條互補脫氧核糖核酸(cDNA)所編碼的,該復合cDNA含有21146bp的開放閱讀框, 被認為是一種非突變型抑瘤基因。因編碼分子量為43kD，含有387個氨基酸的多肽,故命名為Cx43。Cx43包含4個疏水的跨膜區域，N末端、胞漿環和C末端是3個親水胞內段，位于胞漿一側，胞外環EL1和EL2(extracellularloopsl，extracellularloops2)由兩個二硫鍵連接，便于對接及識別相應的連接蛋白。氨基末端、4個跨膜區和2個胞外環系高度保守的區域。羧基末端和胞外環部分具有種屬特異性，決定了Cx生物學特征的多樣性[7]。Cx43合成于內質網核糖體上，在高爾基體內，6個連接蛋白聚集成一個半通道后被運輸到質膜上，在聚集運輸過程中，Cx43被磷酸化。Cx43組成的連接子在質膜上常成簇出現，形成間隙連接斑(gap junction plaque)，其數量直接影響GJIC功能。

連接蛋白Cx43廣泛分布在動物體內，其分子結構決定了它與機體許多生理、病理過程有著密切的聯系。Zhang等[8]經研究發現，Cx43的過表達可以通過轉錄后的機制增加細胞周期依賴激酶抑制物p27的表達水平，從而抑制細胞周期從G0期到S期的轉化，對人類骨肉瘤U20S細胞的增殖起抑制作用。Nakayama等[9]發現,Cx43通過增加skp2的不穩定性而加速其降解，進而抑制skp2的表達。在GJ非依賴的生長抑制中，Cx43通過促進skp2的降解，從而減少p27的降解，進而抑制細胞周期。CX43基因的表達狀態與胚胎發育過程有著十分密切的關系[10]。在胚胎發育過程中，由胚胎細胞問隙連接建立起來的小分子物質濃度梯度，可以向細胞提供一個位置信息，來控制決定細胞在胚胎中的身份和分化方向。

2 Cx43與胃癌

Cx43表達異常與腫瘤的發生、發展密切相關,然而表達的異常并非基因的丟失或突變,而是表達水平的下調[11]。Cx基因被認為是一種非突變型抑癌基因，許多腫瘤化療藥物(如維甲酸、cAMP類似物)可通過誘導Cx43的表達達到抑制腫瘤的作用[12]。應用Cx43基因轉染腫瘤細胞，可抑制惡性腫瘤的生長,這主要通過GJIC功能的恢復起作用[13]。許多種腫瘤細胞(如神經膠質瘤、乳腺癌、肺癌、前列腺癌等)均顯示Cx43表達減少或缺失，并伴有GJIC功能的下降或缺失[14，15]。Cx43表達改變，導致間隙連接或GJIC異常，腫瘤細胞間的結合力下降，并能逃避正常生長控制及免疫監視，易于生長擴散和轉移。但近期也有研究報道，隨著腫瘤惡性程度的增加,細胞質內Cx蛋白的表達增強;Cx蛋白在一些腫瘤原發灶中表達缺失,但在轉移病變中卻發現其表達恢復[16]。

哺乳動物胃正常上皮細胞表達Cx43，多位學者的研究已發現Cx43表達異常與胃癌的發生關系密切。Tang等[17]研究發現，在胃腫瘤細胞中，與鄰近的正常細胞相比，Cx43顯著性低表達;在有轉移的淋巴結中，與胃腫瘤細胞相比，Cx43顯著性高表達。認為Cx43的低表達可能促成了胃癌的發生。但Cx43的高表達也可能促成了胃癌細胞高效的新陳代謝，以至于發展到有淋巴結轉移[18]。研究發現，在胃癌細胞和血管內皮間可有明顯的陽性著色，這表明腫瘤細胞可能利用間隙連接從血管中獲取營養物質[19]。黃楊等[20]發現，Cx43在人正常胃上皮呈強陽性表達，在中、重度不典型增生中陽性率下降,染色強度明顯減弱，在胃癌中陽性率顯著降低,大多數胃癌表達缺失,這說明Cx43的表達與胃黏膜上皮細胞的分化程度相關,Cx43表達降低,導致了間隙連接細胞間通訊功能異常,從而抑制細胞分化,使胃黏膜上皮細胞去分化。Wu等[21]分析胃腺癌標本中Cx43的表達水平，發現Cx43在正常胃黏膜呈強陽性表達,陽性表達于細胞膜和細胞質。Cx43在高中分化的胃黏膜中表達普遍降低, 部分病例不表達，在原發性低分化胃癌中少量表達或不表達。上述結果提示,間隙連接蛋白Cx43表達量及表達部位的差異導致GJIC功能障礙,從而影響了胃癌細胞的轉移潛能。

3 PI3K/Akt/mTOR信號通路的組成與功能

磷酯酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)，是存在于細胞質的復合體，是磷脂激酶家族中的一個重要成員[22]。根據催化亞單位和作用底物可以將PI3K分為三型,其中研究最廣泛的是能被細胞表面受體所激活的PI3K-I型，是由一個催化亞基和一個調節亞基組成的異源二聚體。PI3K-I型催化亞基又分為IA和IB兩個亞型，它們分別從酪氨酸激酶連接受體和G蛋白連接受體傳遞信號。PI3K在PI3K/Akt/mTOR信號傳導通路中是始動因子，并且在蛋白激酶B的激活過程中十分重要[23]。首先，PI3K在細胞外生長因子等因素的作用下激活，并在細胞膜產生3,4二磷酸磷脂酰肌醇和3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇, 這是許多細胞關鍵活化步驟;隨后，蛋白激酶B在二磷酸磷脂酰肌醇的作用下產生同二聚體，并達到部分激活的狀態,進而在3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇和PH結構域的協助下，蛋白激酶B與細胞膜結合并錨定,而二聚體進一步增強了蛋白激酶B的活性;最后，活化的蛋白激酶B從細胞膜上釋放出,使其得以到細胞漿內繼續傳遞生物學信號[24]。

Akt是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，約由480個氨基酸殘基組成，因其蛋白質產物與蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)和蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)高度同源，所以又稱蛋白激酶(protein kinase B,PKB)[25]，是PI3K的主要下游效應分子之一。Akt基因共有三種亞型:Akt1、Akt2、Akt1/2。它們80%序列一致，分子量約為60KD,功能大部分相同。Akt分子的氨基酸組成，從N端到C端依次為氨基端的調節區、中心催化結構域和羧基端的尾部調節結構域三部分。N端調節區又稱為普列克底物蛋白同源物(Pleckstrin homology,PH)結構域，介導Akt活化后的膜轉位過程;催化結構域具有ATP的結合位點調節部分為一個α螺旋有利于與其它疏水袋基因相互作用，結構域內部Thr308的磷酸化為Akt活化所必需;C端調解域富含脯氨酸，并有Akt活化所必需的一個磷酸化位點Ser437[26]。

雷帕霉素靶蛋白(target of rapamyin,TOR)，是一種從酵母到哺乳動物高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶[27],在哺乳動物中的TOR稱為哺乳動物雷帕霉素靶蛋(mTOR)。人mTOR基因位于染色體1p36.2,編碼的蛋白質是一種大分子蛋白質，分子質量為289kDa，由2549個氨基酸組成。由于其羧基末端與PI3K催化區高度同源,mTOR被認為是PI3K相關的蛋白激酶家族成員。現在認為mTOR是影響細胞增殖和細胞大小的中央調節者，其下游主要有兩個靶蛋白，即核糖體p70S6激酶(p70S6K1)和4E-BP1[28]。p70S6K1是核糖體40S小亞基S6蛋白激酶，磷酸化40S核糖體蛋白S6可促進含有5-TOP結構(tract of pyrimidine)mRNA的翻譯。5-TOP產物一般是核糖體、起始因子和延伸因子等翻譯裝置必需的主要組分。4E-BP1是真核翻譯起始因子(elF4E)抑制蛋白。

4 PI3K/Akt/mTOR信號通路與胃癌

PI3K/Akt/mTOR信號轉導通路傳遞有絲分裂信號,上調細胞周期素(cyclin)、細胞周期依賴性蛋白激酶4(CDK4)等的翻譯,加速細胞周期運行,促進腫瘤細胞增殖和分化[29]。PI3K/Akt/mTOR信號轉導途徑，通過磷酸化mTOR及其下游分子p70S6K和4E-BPl下傳生存信號,抑制腫瘤細胞凋亡。PI3K/Akt/mTOR信號轉導可通過多種途徑上調HIF-la,促進血管內皮生長因子(VEGF)的表達,增加腫瘤細胞新生血管的形成。PI3K/Akt/mTOR信號轉導途徑可上調基質金屬蛋白酶2(MMP-2)mRNA和蛋白質表達,降解細胞外基質,促進腫瘤細胞的轉移[30、31]。

有研究[32-34]發現，胃癌中PI3K/Akt/mTOR信號通路調控著HIF-1A表達,應用LY294002抑制PI3K/Akt/ mTOR信號通路后,能使HIF-1A表達相應下調,能使腫瘤生長速度減慢。在胃癌組織中,PI3K/Akt/mTOR信號通路的改變和胃癌組織密切相關,針對其信號通路的干預，可明顯影響到胃癌細胞的生長和凋亡。早期胃癌、中晚期胃癌中,PI3K蛋白的陽性表達率均較正常胃黏膜組織高。Osaki等[35]在胃癌細胞系MKN-45(胃癌細胞系專屬名稱)中的研究表明，PI3K/Akt/mTOR途徑在抵抗Fas調節的凋亡中起著重要的作用。人類同源基因Akt-1和Akt-2(來源于同源性體內的致癌基因v-akt),它們在胃癌的Akt-1基因座上表現出了擴增數的改變。除此之外,隨著分子研究水平的深入,在47%的胃癌組織中檢測出PTEN等位基因缺失,而39%的胃癌組織中檢測出了啟動子的甲基化。肝細胞生長因子和位于PI3K/Akt/mTOR上游區的受體c-met在胃癌中高度表達,而小分子抑制劑PHA-665752作用于c-met激酶的催化活性區,從而抑制PI3K/Akt/mTOR的信號傳導,可在胃癌的異種移植物中導致有效的腫瘤細胞的減少。此外,體外通過小干擾RNA剔除c-met，可導致Akt的抑制，從而導致體外細胞的凋亡[36]。

5 展望

Cx43作為腫瘤生長抑制因子，其在胃癌發生、侵襲、轉移過程中的分子機制并不完全明確。目前對Cx43的研究主要局限于細胞間的物質與信息傳遞，而腫瘤中Cx43下游分子機制尚不十分清楚。細胞通過各種通路所形成的復雜的網絡來傳遞各種增殖和凋亡信號。真核生物對諸如生長因子受體、細胞因子、激素等刺激產生應答后，激活細胞內不同的信號轉導通路，其中PI3K/Akt/mTOR信號通路在多種人類腫瘤中表達失調，調節著腫瘤細胞的增殖和凋亡，并且與腫瘤的血管形成和侵襲轉移也密切相關。Cx43是否直接或間接地通過與PI3K/Akt/mTOR的相互作用參與調節胃癌的發生、侵襲、轉移過程，它們之間的相互作用是否是胃癌發生、發展的分子機制之一，目前還有待進一步研究。

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