結直腸癌中上皮間質化相關轉錄調控和信號通路研究進展

何俊君，劉龍飛 ，周賢

(南華大學附屬南華醫院 ，湖南衡陽421002 )

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·綜述·

結直腸癌中上皮間質化相關轉錄調控和信號通路研究進展

何俊君，劉龍飛 ，周賢

(南華大學附屬南華醫院 ，湖南衡陽421002 )

上皮間質化(EMT)在結直腸癌的轉移、侵襲中起重要作用。EMT可通過核心轉錄因子、Brachyury蛋白、叉頭轉錄因子等轉錄因子調節E-鈣蛋白和波形蛋白的表達來調控結直腸癌的轉移和侵襲；也可通過轉化生長因子β信號通路、Wnt信號回路、RAS/ERK1/2 信號環路、PI3K/AKT信號環路等信號通路調控結直腸癌的轉移和侵襲。

上皮間質化；結直腸癌；信號通路；轉錄調控

結直腸癌的發病率居全球常見惡性腫瘤第3位[1]， 40%～50%結直腸癌患者確診時已發生遠處轉移，且復發率較高，5年生存率極低[2]。上皮間質化(EMT)是公認的介導腫瘤播散的重要因素之一[3], 上皮細胞發生EMT時，細胞間連接黏附成分、細胞基質、基質金屬蛋白酶(MMP)均降低，細胞骨架重構蛋白明顯增多。E-鈣蛋白表達降低標志細胞發生EMT，腫瘤分化程度低，且更易發生淋巴結轉移，提示患者預后不良。波形蛋白的表達升高可增加患者腫瘤遠處轉移概率，提示患者預后不良。因此，E-鈣蛋白低表達及波形蛋白高表達被認為是上皮細胞經EMT過程促進腫瘤遷移侵襲的可靠預測指標。研究發現，EMT在結直腸癌、乳腺癌、前列腺的轉移及侵襲過程中發揮重要作用[4]。本文就EMT相關的轉錄調控及信號通路在結直腸癌轉移、侵襲中的作用作一綜述。

1　EMT相關的轉錄調控因子在結直腸癌轉移及侵襲中的作用

研究發現，EMT主要通過3類核心轉錄因子直接或者間接地下調E-鈣蛋白的表達來調控結直腸癌的發展。第1類是SNAIL鋅指蛋白家族的轉錄因子，包括SNAIL1、SNAIL2[5]；第2類是E盒結合鋅指蛋白同源蛋白家族ZEB1和ZEB2[6];第3類是堿性螺旋-環-螺旋家族轉錄因子，包括TWIST1、TWIST2和E12[7]。研究發現，85%結直腸癌離體組織標本中存在TWIST1表達升高，SNAIL1 和SLUG的表達并未明顯升高; 尿激酶型纖溶酶原激活劑(uPA)通過促進EMT相關的細胞外基質的降解來促進EMT的過程，而ZEB1則具有激活uPA 的潛能[8]。SLUG 和ZEB1可下調E-鈣蛋白的表達，導致腫瘤的浸潤、遷移能力增強，可明顯縮短患者生存時間[9]。ZEB2表達的上調促進腫瘤的局部浸潤及遠處轉移。ZEB1對SLUG、ZEB2都具有協同調控作用。同時研究發現，SLUG與波形蛋白的表達呈正相關，可成為腫瘤遠處轉移和血管生長的預測指標[10]。Zhang等[11]采用TWIST1免疫組化染色和熒光原位雜交技術對人結直腸癌細胞進行染色體易位分析，發現85%的TWIST1陽性的結腸癌細胞中都發現有間質細胞表型，TWIST1的過表達與結直腸癌對淋巴結的浸潤能力及患者不良預后均呈正相關，可能是腫瘤微環境中的低氧誘導因子1α誘導了TWIST1的高表達。

許多其他種類的EMT轉錄因子與結直腸癌的發展也有著密切的關系。EMT可通過鼠短尾突變體表型蛋白36(Brachyury)蛋白、敗醬草多糖(AP4)、叉頭轉錄因子、T細胞因子4、 胚胎干細胞關鍵蛋白、配對相關同源框-1、高遷移率蛋白家族A1、 鋅指蛋白281等轉錄因子調控結直腸癌的發生發展[12]。Brachyury蛋白和AP4可直接結合上皮鈣粘連素基因的啟動子，觸發結直腸癌細胞EMT；其他轉錄因子則首先與核心轉錄因子結合，通過結合后復合物來下調E-鈣蛋白的表達，進而調控結直腸癌的轉移、侵襲。無論其具體機制如何，在發生EMT的所有細胞中共同的調控機制是抑制E-鈣蛋白表達、促進波形蛋白的表達增高。

2　EMT相關的信號通路在結直腸癌轉移及侵襲中的作用

腫瘤細胞發生EMT時不僅需要各種轉錄因子，更需要有細胞內外的多條信號通路參與才能完成。研究發現，結直腸癌發生EMT相關的主要信號通路有轉錄生長因子(TGF)β信號通路、Wnt信號回路、RAS/ERK1/2 信號環路、PI3K/AKT信號環路等。

2.1TGF-β信號通路EMT可通過調控TGF-β信號通路調控結直腸癌的轉移及侵襲。細胞膜上TGF-β配體TbRⅠ與TbRⅡ受體結合成二聚體可激活Smad蛋白發生磷酸化，最終調控E-鈣蛋白表達降低。Smad蛋白定位于細胞核內，在結直腸癌的發生、發展中起轉錄調控作用。研究發現，已發生轉移的結直腸癌患者癌組織中Smad4基因發生突變、E-鈣蛋白表達降低、β鏈蛋白表達升高[13]。Voomeveld等[14]研究發現，敲除Smad4基因的結直腸癌細胞株侵襲以及其遠處轉移能力明顯強于未敲減細胞株，添加TGF-β受體激酶抑制劑孵育后，敲除Smad4基因的結直腸癌細胞株出現EMT。說明Smad4可通過抑制TGF-β信號環路逆轉結直腸癌細胞發生EMT，其具體機制可能是與葡萄糖轉運蛋白1促進MMP9的表達有關。Smad4還可抑制SW480細胞的浸潤，也能將具有間質表型的SW480細胞逆轉。此外，當內源性TGF-β下調時，Smad4的表達明顯增加，這說明自分泌的TGF-β與結直腸癌中的EMT有著緊密的聯系。Smad4也是骨形態形成蛋白(BMP)信號通路的重要組成部分。當Smad4失活時細胞會觸發EMT，加強BMP的促腫瘤功能。因此，Smad4可通過TGF-β通路和BMP回路介導結直腸癌細胞發生EMT[15]。同時,Smad4也可以被認為是TGF-β信號環路與其他通路共同促進EMT的關鍵環節。

2.2 Wnt信號通路Wnt信號通路也是EMT影響結直腸癌發展不可或缺的信號通路，其典型突變是在結直腸癌中APC或β-鏈蛋白(β-catenin)發生的功能性突變。β-catenin轉錄復合物可直接激活ZEB1，上調MMP9的表達。DKK1是Wnt信號通路的一種強力抑制劑，而上調DDK1則能通過抑制EMT進而抑制結直腸癌的進展。上皮源性細胞中β-catenin相關基因發生功能性突變時，β-catenin在細胞內表達升高，異常激活Wnt信號通路，導致細胞內E-鈣蛋白表達降低[16]。Wnt信號通路轉導蛋白TCF4的轉錄復合物可直接激活ZEB1，同時上調MT1-MMP9、LAMC2、 DKK1等與結直腸癌侵襲相關的基因表達[17]。Axin2是一種典型的Wnt通路抑制因子，能通過上調SNAIL1來促進結直腸癌侵襲轉移[18]。可能原因為Axin2能激活其他信號通路來介導結直腸癌中EMT的發生、發展。SNAIL1能激活Wnt靶基因，促進β-catenin高表達，說明SNAIL1對Wnt通路存在正反饋調節。

2.3RAS/ERK1/2 信號通路RAS/ERK1信號通路是被公認的與結直腸癌EMT存在明顯相關性的信號通路。RAS與PI3K通路都是胞膜受體絡氨酸激酶(RTKs)的下游通路。既往研究發現,結直腸腺癌細細胞中RAS 基因的高表達可干擾組蛋白的共價修飾，下調Cyclin D1蛋白和 E-鈣蛋白表達，最終導致細胞發生EMT[19]。研究發現，RAS通路可與TGF-β信號通路協同促進結直腸癌的侵襲和轉移，SLUG 是RAS信號通路的一個轉錄激活因子，其可能是治療因RAS基因突變誘導的結腸癌的一個有效靶點。有報道稱，E-鈣蛋白低表達的結直腸癌細胞的轉移侵襲能力均通過激活RAS癌基因下游的RAS相似物 GTP酶來調節[20]。已證實在腸上皮細胞中激活MEK1可導致細胞發生EMT。研究發現，氧鐵還原蛋白類似物(AP-1)早期生長反應基因-1(Egr-1)和Fra-1分別受MEK1介導的SNAIL1和SLUG調控，ERK/AKT通路激活可激活AP-1，上調EZH2基因的表達，導致細胞發生EMT，從而實現對結直腸癌的調控[21]。PHLPP基因是通過RAS信號途徑來抑制EMT的基因，同時也是一個腫瘤抑制基因[22]。Li等[23]發現PHLPP基因可通過抑制EMT來降低結直腸癌細胞的浸潤和腫瘤的遠處轉移。

2.4PI3K/AKT信號通路研究發現，結直腸癌組織中存在第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(PTEN)的失活及PIK3CA基因的突變，導致PI3K/AKT信號通路異常激活。Wang等[24]研究發現，AKT通路可上調SNAIL1和SLUG等EMT相關轉錄因子，調控腫瘤組織血管生成，介導結直腸癌的侵襲轉移[25]。PI3K/AKT信號通路的上游分子肝再生磷酸酶-3可抑制PTEN基因的表達，促使結直腸癌細胞發生EMT[26]。PI3K/AKT信號通路的下游效應基因mTORC1 和 mTORC2可通過激活RhoA和 Rac1信號通路來介導結直腸癌的侵襲轉移調控[27]。糖原合成酶激酶-3是Wnt信號通路和PI3K-AKT信號通路的具有共同組成部分，可促進腫瘤細胞核內β鏈蛋白和SNAIL1表達升高，從而促進結直腸癌細胞發生EMT[25]。

綜上所述，EMT通過核心轉錄因子、Brachyury蛋白、叉頭轉錄因子等轉錄因子調節E-鈣蛋白和波形蛋白的表達來調控結直腸癌的轉移和侵襲；也可通過TGF-β信號通路、Wnt信號回路、RAS/ERK1/2 信號環路、PI3K/AKT信號環路等信號通路調控結直腸癌的轉移和侵襲。深入研究結直腸癌細胞EMT與各類轉錄因子、信號通路之間的具體作用機制將為結直腸癌的治療提供新方法。

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湖南省科技廳科研基金資助項目(2015JC3084)。

劉龍飛(E-mail: 1987868044@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.18.038

R730.2

A

1002-266X(2016)18-0096-03

2016-01-22)