胰腺癌細胞信號傳導機制的研究進展

孔大陸 綜述 李強 審校

胰腺癌是惡性程度較高的消化道腫瘤，預后差，死亡率高，這與其復雜的細胞生物學特性密切相關。但是有關胰腺癌發病的確切分子機制目前尚不明確。

正常胰腺組織中的內分泌細胞和外分泌細胞均可形成腫瘤，但外分泌細胞腫瘤最常見。大多數胰腺外分泌細胞腫瘤為腺癌，最初源于胰腺導管上皮的損傷，進而發展為癌前病變并最終進展為侵襲性腫瘤。胰腺癌癌前病變主要包括胰腺上皮內瘤變（pancreatic intraepithelial neoplasia，PanIN）、胰腺導管內乳頭狀黏液瘤（intraductal papillary mucinous neo?plasms，IPMNs）和黏液性囊性瘤（mucinous cystic neo?plasms，MCNs）。同時，與其他惡性腫瘤相似，胰腺癌也是由于多種獲得性或遺傳性基因突變所致，這些腫瘤致病基因包括：癌基因、抑癌基因及其他維持基因組穩定的基因（包括DNA錯配修復基因）。上述基因的改變導致了染色體的不穩定（chromosome insta?bility），并貫穿于胰腺癌發生發展的全過程。

1 胰腺癌癌前病變

胰腺上皮內瘤變是最常見的癌前病變，其源于胰腺小導管的微小的乳頭型或平坦型非侵潤性的上皮瘤變，直徑多＜5 mm。其典型特征是柱狀或立方上皮間可見不同程度的黏蛋白和不典型增生。PanIN分為三級：早期包括PanIN-1A（平坦型）和PanIN-1B（微小乳頭型），不典型增生程度較輕。PanIN-2為中等程度的不典型增生，常可見乳頭狀結構的形成。PanIN-3為重度的不典型增生，也稱為原位癌。最近的研究證實PanIN的發生與端粒酶縮短，KRAS、p16/Cdkn2a、BRAF基因突變有關［1］。上述基因的改變僅見于一小部分細胞，并且這部分細胞數量的增多與PanIN分級呈正相關，最終形成具有特定基因突變特征的亞細胞克隆［2-3］。上述研究結果提示胰腺癌的發病過程較人們先前認識的時間可能更長，這為早期發現胰腺癌提供了可能。

胰腺導管內乳頭狀黏液瘤（IPMNs）是一類相對少見的胰腺囊性腫瘤，源于胰腺導管上皮，呈乳頭狀生長，分泌黏液，可引起主胰管或分支胰管進行性擴張或囊變。目前研究認為IPMNs與胰腺導管腺癌發生過程中的基因突變事件非常相似，常見突變的靶基因包括 KRAS2、p16/Cdkn2a、SMAD4 和 TP53，但IPMNs中基因突變的頻率較低。另外，最近的研究證實超過96%的IPMNs患者具有GNAS或KRAS基因突變，其中超過半數患者上述兩個基因均發生突變［4］。GNAS基因編碼G蛋白α亞單位（Gαs），它是一類信號傳導分子，能將生長因子信號傳遞到特定的效應蛋白從而調控基因表達。目前的研究認為GNAS基因突變是啟動IPMN的早期事件，因此檢測胰液中GNAS基因是否發生突變使早期發現IPMNs成為可能。Kanda等［5］研究發現64%表現為主胰管擴張的IPMNs患者中GNAS基因發生突變。

胰腺黏液性囊性瘤（MCNs）占胰腺囊性病變的23%，主要見于女性患者，男性患者比例低，為1%～8%。MCNs在病理學特征上與肝和腹膜后黏液性囊性瘤極為相似。MCNs的間質細胞可發生黃體素化，其免疫表型也與來源于卵巢的原始細胞相似。目前的研究認為MCNs可能是由于卵巢基質細胞異位表達于胰尾所致，它們具有分泌激素和生長因子的功能，并最終可導致腫瘤的形成［6］。目前關于MCNs的分子機制還不十分清楚，這與其發病率低有關。KRAS基因12號密碼子點突變與MCNs早期形成相關，其他的基因改變還包括p53、p16和SMAD4［7］。

2 胰腺癌細胞內信號傳導機制

基因突變是導致細胞內信號通路異常的分子機制。Jones等［8］研究發現胰腺癌的發生大約需要有63個相關基因的表達異常，主要表現為點突變。胰腺癌常見的基因突變包括KRAS2、Cdkn2a、TP53以及Dpc4（Smad4）。多數胰腺癌患者具有上述一個或多個基因突變。研究發現KRAS基因突變在胰腺癌患者中占到90%，而Cdkn2a、TP53、Dpc4基因突變分別占到95%、75%和50%［9］。這些基因在正常細胞內是多條信號通路的效應分子，包括STAT3、Smad/TGF-β、Wnt、Notch、PI3K/Akt、sonic hedgehog。上述細胞內信號通路的改變可通過促進細胞增殖、血管生成、逃避凋亡以及增強侵襲能力從而調控胰腺癌的發生、發展。

2.1 STAT3信號通路

信號傳導因子和轉錄活化因子3（STAT3）由STAT3基因編碼。STAT3通路可介導多種細胞外刺激，將細胞膜上活化的細胞因子和生長因子信號傳遞到細胞核內，進而調控多種基因轉錄。活化后STAT3通過上調cyclinD1和cyclinB1促進細胞增殖，通過上調Bcl-2、Bcl-xl、Mcl-1抑制細胞凋亡。另外STAT3還通過調控VEGF、FGF、HIF-1α基因表達促進血管生成，以及調控 MMP2、MMP9、TWIST和ICAM-1基因促進細胞侵襲、遷移［10］。上述基因的改變參與了腫瘤的發生、發展。Chang等［11］通過基因敲除實驗證實STAT3信號通路并不參與胰腺的胚胎發育過程，而且在正常胰腺組織中STAT3信號通路活化程度不高。然而在胰腺癌組織及胰腺癌細胞系中STAT3發生異常磷酸化從而被持續活化。Pdx1異常表達會導致胰腺導管-腺泡上皮化生，該過程被認為是胰腺癌發生的早期事件，而STAT3參與上述過程［12］。其他的研究也發現STAT3通過調控G1/S細胞周期調控點從而促進細胞增殖并維持胰腺癌細胞的惡性表型［13］。Lesina等［14］研究發現胰腺髓細胞通過分泌IL-6可引起STAT3異常活化，并對胰腺上皮內瘤變進一步惡變起到促進作用。

2.2 Smad/TGF-β信號通路

轉化生長因子β（TGF-β）信號通路調控多種細胞生理過程，包括生長、發育、凋亡及維持細胞內環境穩態。TGF-β通過與Smad蛋白結合后可將胞膜上的信號傳遞到細胞核內。Smad蛋白包括3大類：受體調節的Smad蛋白，包括R-Smad、Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和 Smad8/9；共調節 Smad蛋白，包括co-Smad、Smad4；阻抑 Smad 蛋白，包括 I-Smad、Smad6和Smad7。適當的配體與2型受體在胞膜上結合后可使1型受體發生磷酸化，進而激活TGF-β信號通路。R-smad磷酸化后與co-Smad結合，進而可進入細胞核內調控靶基因表達。TGF-β受體活化后可使Smad2和Smad3磷酸化，然后它們與Smad4結合形成復合物。另外，Smad6和Smad7通過與受體或Smad2、Smad3結合而抑制TGF-β信號通路［15］。目前的研究發現，胰腺癌中TGF-β信號通路異常與Smad4失活相關。Jonson等［16］通過研究TGF-β信號通路中不同Smad蛋白對胰腺癌細胞的影響發現，大約42%胰腺癌細胞中Smad4蛋白出現結構異常，其進一步研究發現ALK5-Smad4失活與胰腺癌中TGF-β信號通路異常相關，而TGF-βR2、TGF-βR3并未發生改變。

2.3 Wnt信號通路

Wnt信號通路與細胞生理、病理過程相關，并且其在腫瘤進展過程中發揮重要作用。在經典的Wnt信號通路中，當配體與其受體（Frizzled/LRP受體復合物）結合后能夠抑制β-catenin在胞漿內降解，穩定βcatenin并促進其轉移到細胞核內。在細胞核內βcatenin與轉錄因子Tcf/Lef結合從而調控靶基因的轉錄。目前的研究發現胰腺癌中Wnt信號通路發生異常，主要表現為活化的Wnt信號使β-catenin在細胞核內大量聚集并使特定的靶基因發生轉錄［17］，而且在胰腺癌細胞中胞漿、胞核內均有β-catenin的聚集，進一步的研究證實β-catenin的異常聚集對胰腺癌的發生、發展起到促進作用［18］。最近的研究證實Wnt/β-catenin信號通路阻斷劑wnt-c59能使對曲古霉素耐藥的胰腺癌細胞系Panc-1/TSA部分恢復對曲古霉素的敏感性，同時抑制癌細胞遷移能力及EMT過程［19］。

2.4 Notch信號通路

Notch信號通路具有調節多種細胞增殖、凋亡的能力，其表達異常與腫瘤發生相關。目前已經發現，在哺乳動物中含有4個Notch受體（Notch1-4）和5個配體［Jagged1、Jagged2、Deltalike1（Dll-1）、Dll-3、Dll-4］。配體與受體結合后可激活Notch信號通路，進而通過多種蛋白酶級聯反應過程使Notch蛋白被剪切。被剪切的Notch可形成位于胞膜外的NEXT片段和位于胞內的NICD片段兩部分。NICD片段能轉移至細胞核內，與CSL轉錄因子結合激活Notch靶基因的轉錄［20］。最近的研究證實阻斷Notch信號通路可激活細胞凋亡過程，進而促進胰腺癌細胞對吉西他濱的敏感性［21］。Abel等［22］研究發現Notch信號通路對維持胰腺癌腫瘤干細胞（CSCs）特性具有重要作用，其研究證實阻斷Notch信號通路能夠降低胰腺癌細胞中CSCs的比例以及細胞成球能力。另外，Lee等［23］研究發現Notch信號通路的激活能增加CSCs細胞比例從而使胰腺癌疾病進展。Notch信號通路也參與細胞EMT過程［24］，活化的Notch信號通路促進細胞向間質表型轉變，進而增加細胞遷移和浸潤能力，從而促進胰腺癌遠處轉移的發生。

2.5 PI3K/Akt信號通路

PI3K/Akt信號通路激活后可磷酸化FoxO蛋白，降低其與DNA的結合能力，而增強其與14-3-3蛋白的親和力。FoxO蛋白與14-3-3蛋白結合形成復合物并從細胞核內輸出到胞漿內，從而抑制FoxO介導的細胞抗凋亡信號［25］。其他PI3K/Akt信號通路的下游效應分子，如FKHRL1、FKHR、AFX等，也通過相似的機制從胞核內轉移至胞漿中。上述效應分子特異性參與脂肪細胞、肝細胞、肌原細胞、胸腺細胞及腫瘤細胞的分化、增殖過程。PI3K/Akt信號通路在多種不同細胞中均發揮抗凋亡作用。在多種腫瘤細胞中可檢測到Akt表達水平的上調。研究證實胰腺癌細胞生長、存活需要激活PI3K-Akt/FoxO信號通路，高表達Akt水平的細胞對凋亡刺激的敏感性降低［26］。進一步的研究證實，Akt通過直接調控凋亡相關蛋白Bad和Caspase9，以及通過間接調控人端粒酶反轉錄酶亞基，包括FoxOs、IkappaB激酶等而發揮抗凋亡作用。

2.6 Sonic Hedgehog信號通路

Sonic Hedgehog（Shh）是一類分泌性信號蛋白，屬于Hedgehog（Hh）家族。分泌性Shh肽與Patched（Ptch）結合激活Shh信號通路，并抑制Ptch活性。最終，Smoothened（Smo）發生磷酸化并激活Gli家族中的鋅指轉錄因子從而使其靶基因轉錄［27］。Shh信號通路在胚胎發育過程及維持組織細胞內環境穩態中發揮重要作用，其表達水平改變可引起包括胰腺癌在內多種腫瘤的發生。Feldmann等［28］研究發現下調Shh信號通路能抑制腫瘤相關間質細胞生成，增強吉西他濱對胰腺癌的抗腫瘤作用，可延長胰腺癌小鼠模型的總體生存率。最近Rodova等［29］研究發現sul?foraphane通過抑制Shh信號通路中Gli的轉錄活性以及下游靶基因的表達可阻礙CSCs細胞成球能力，并通過抑制Bcl-2和活化caspases而促進胰腺癌細胞凋亡。另外，Li等［30］研究發現sulforaphane通過抑制Shh信號通路可顯著阻止胰腺癌發生EMT，并抑制胰腺癌細胞的轉移和血管生成能力。Shh信號通路異常在胰腺癌中十分普遍，因此進一步研究針對Shh信號通路及CSCs的治療策略將有望改善胰腺癌患者的預后。

3 結語

近幾十年來有關如何改善胰腺癌患者預后是臨床與基礎研究關注的熱點。目前國外開展了多項針對胰腺癌細胞內信號通路分子的臨床試驗研究，例如，Smad/TGF-β信號通路與腫瘤細胞增殖、血管生成、凋亡和抗腫瘤免疫抑制相關，有關進展期胰腺癌應用抗-TGF的治療策略已進入臨床試驗階段（gov NCT00844064）。再如，缺氧環境可誘導Notch信號通路活化，活化的Notch能影響CSCs，進而引起腫瘤細胞化療抵抗、腫瘤復發和遠處轉移。Notch活化過程中需要包括MMPs、TNF-α轉換酶、γ-secretase等多種蛋白酶的剪切。目前已有臨床I期臨床試驗證實口服γ-secretase抑制劑（RO4929097）對治療轉移性胰腺癌有效。另外，應用Notch抑制劑的臨床試驗目前正在進行中（gov NCT010983440）。上述臨床試驗結果有望為胰腺癌的治療提供新的、有效的治療靶點，從而改善胰腺癌患者總體預后。

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