活性氧與結直腸癌轉移關系的研究進展

唐宇飛 劉星 侯風剛

結直腸癌（colorectal cancer，CRC）是全球第三大常見癌癥，在癌癥相關死亡原因中排第二[1]。轉移是CRC 患者發(fā)生癌癥相關死亡的主要原因，據(jù)估計，有超過50%的患者會因轉移而死亡[2]。然而，CRC 轉移和復發(fā)的分子機制尚未清楚，因此，對CRC 轉移的分子學機制探究尤為迫切。活性氧（reactive oxygen species，ROS）與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關，近年來逐漸成為腫瘤防治研究領域的熱點。研究發(fā)現(xiàn)，過高的ROS 會引起細胞增殖抑制、細胞周期阻滯，甚至細胞凋亡，而低水平的ROS 能促進細胞增殖和血管新生[3-4]。正常情況下，當ROS 水平持續(xù)升高，超過一定的閥值，則會產生細胞毒性反應，進而誘導凋亡途徑的激活或抑制抗癌治療的耐藥性[5]。腫瘤有高水平的抗氧化系統(tǒng)，其主要功能是防止積聚過多的ROS 和維持還原-氧化平衡。腫瘤細胞通過抗氧化能力清除過量的ROS，同時維持促腫瘤生成的ROS 水平。因此，通過過量表達ROS，能夠誘導癌細胞凋亡，而對正常細胞并沒有影響，在治療過程中還能夠減少不良反應的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)有些藥物能通過作用ROS 直接促進癌細胞死亡[6]，或者通過ROS 抑制CRC 細胞遷移和血管生成[7]。因此，ROS 在腫瘤防治的臨床應用中有重大前景。本文就ROS 參與調控CRC 轉移的信號通路以及轉錄因子作一綜述。

1 ROS 參與調控CRC 轉移的信號通路

1.1 NF-κB 通路 NF-κB 是一種普遍存在的轉錄因子，可介導細胞質/核信號傳導途徑，并調節(jié)涉及炎癥和免疫反應的各種細胞因子、細胞因子受體和黏附分子的基因表達[8]。此外，NF-κB 的活化與腫瘤細胞凋亡、增殖、分化、遷移和血管生成的控制以及腫瘤細胞對化學、放射療法的耐藥性之間存在相關性[9]。NF-κB的重要作用已在包括CRC 在內的多種癌癥中得到認可[10]。

研究表明，線粒體轉錄因子B2 在肝癌中呈現(xiàn)異常的過表達，這種高表達促進了細胞和線粒體內ROS水平上升，從而激活了NF-κB 通路，進而促進了肝癌細胞的增殖、遷移和侵襲[11]。ROS 調節(jié)劑1（Romo1）能夠通過增強ROS 的表達，從而激活NF-κB，進而釋放腫瘤侵襲潛能，并且這一過程能夠被NFκB 阻滯劑阻斷[12]。這說明了氧化應激對腫瘤的促進與NF-κB 信號通路有關。有研究表明IL-17A 可通過ROS/NF-κB/基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase,MMP）-2/MMP-9 信號通路的激活，促進食管癌細胞的侵襲和遷移[11]。然而，當ROS 累積超過特定閾值時，ROS 會抑制NF-κB 激活[13]。Qiu 等[14]在乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，高絲苷可以通過降低腫瘤細胞內ROS 的水平來激活NF-κB 信號通路，從而促進乳腺癌細胞的凋亡。其通過觀察MCF-7 細胞和4T1 細胞中NF-κB 通路的蛋白質，發(fā)現(xiàn)高絲苷抑制了p65 和人核因子κB 抑制蛋白α（IKBα）的磷酸化，而過氧化氫的作用則相反。同時，ROS 的減少也可能通過激活半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）引起線粒體功能障礙并導致乳腺腫瘤細胞凋亡。NF-κB 活性能夠被NADPH 氧化酶（NOX）（一種在ROS 產生中的重要酶）衍生的ROS 調節(jié)[15]，然而有研究表明，ROS 與NF-κB 存在另一種聯(lián)系，在CRC 中，ROS 的生成反而依賴于CRC 細胞中的NF-κB[16]。進一步探索這一可能的雙向調節(jié)作用，或許能夠成為通過ROS 治療腫瘤的新靶點。5-氨基水楊酸（5-ASA）和二甲雙胍的組合顯示出能夠誘導CRC 細胞凋亡，并且同樣能夠抑制CRC 的轉移，這些藥物抗CRC 的機制之一是誘導ROS 的積累，從而進一步促進凋亡機制的激活[17]。研究表明二甲雙胍通過抑制NOX 和HCT116 CRC 細胞中的NF-κB 活性來抑制石膽酸（LCA）誘導的IL-8上調，并減少了腫瘤微環(huán)境中內皮細胞的增殖和管狀結構的形成[18]。

1.2 磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B,Akt）通路PI3K 是一類胞內脂質激酶，它通過磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2） 轉化為磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3）來磷酸化磷酸肌醇肽[19]。PIP3 是通過磷酸化激活Akt 的重要第二信使。PI3K 被受體和非受體絡氨酸激酶活化后，形成PIP3。PIP3 與胞內的磷酸肌醇蛋白激酶1（PDK-1）和信號蛋白分子Akt 結合，進而活化Akt。Akt 作為PI3K 主要的下游效應分子，能直接磷酸化NF-κB 等轉錄因子，進而調控腫瘤的轉移[20]。Qiao 等[21]研究發(fā)現(xiàn)胃癌細胞中c-ros 肉瘤致癌因子-受體酪氨酸激酶（ROS1）低表達會抑制細胞遷移、侵襲和上皮-間質轉化（epithelial mesenchymal transition,EMT）。Hu 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在肝癌細胞中，缺氧能夠誘導ROS 的產生，進而激活PI3K/Akt/缺氧誘導因子-1α（hypoxia inducible factor 1α,HIF-1α）信號通路調控下游Mxi1-0 的表達，Mxi1-0 進而促進血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）的表達從而調控血管新生。Yang 等[23]研究發(fā)現(xiàn)低劑量的辣椒素能激發(fā)氧化應激使ROS 表達升高，進而激活Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）和信號轉導和轉錄活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3,STAT3）信號通路以及MMP-2、MMP-9 的高表達，MMPs 的增多誘導EMT，進而促進CRC 細胞的侵襲轉移。說明PI3K/Akt 信號通路在氧化應激情況下可能會被激活，進而調控下游轉錄因子和效應分子促使腫瘤的轉移。而在CRC 中，Yao 等[24]研究表明地卡黃酮能夠誘導ROS 介導的凋亡并抑制CRC 中PI3K/Akt/mTOR 信號通路，這一研究結果能夠支持黃酮類抗癌劑（DLF）作為抗CRC 的潛在藥物。

2 參與ROS 調控CRC 轉移的轉錄因子

2.1 HIF-1α HIF-1α 被認為是腫瘤發(fā)生、發(fā)展中最重要的基因之一。研究表明HIF-1α 水平升高與腫瘤轉移、血管生成、患者預后差及腫瘤耐藥性有很強的關系[25]。當腫瘤生長到一定程度，超過其血液供應能力，就會形成缺氧微環(huán)境。缺氧條件下HIF-1α 能調控VEGF、MMPs 等效應分子，促進腫瘤血管新生，使得腫瘤能快速適應缺氧微環(huán)境[26-27]。有研究表明，在胰腺癌中，缺氧微環(huán)境會導致EGFR/MEK/ERK 通路的激活，從而導致HIF-1α 的表達升高，而HIF-1α 通過抑制ROS 的表達，進一步激活EGFR，最終導致胰腺癌侵襲和轉移能力的升高[28]。Shimojo 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，缺氧能促進HIF-1α、NF-κB 表達增多，并且抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸（NAC）能通過抑制ROS 的表達來消除HIF-1α 和NF-κB 的激活，進而抑制胰腺癌細胞缺氧區(qū)域EMT 和轉移。而有研究表明，在大腸癌中，SLC34A2-ROS-HIF-1 能通過誘導同源物增強子2（EZH2）過表達從而促進CRC 細胞增殖和凋亡的化學耐藥性，因此SLC34A2-ROS-HIF-1-EZH2 通路有望成為新的CRC 治療方法[30]。HIF-1α 能夠抑制ROS 的生成和NOX2 的表達，而齊墩果酸（OA）能夠通過抑制HIF-1α 來抑制該途徑，從而抑制大腸癌細胞的增殖能力，導致腫瘤細胞的凋亡[31]。該研究表明NOX2-ROS-HIF-1α 軸有望作為治療大腸癌的新型治療靶標。

2.2 STAT3 STAT3 是一種包漿蛋白，作為JAKSTATs 途徑中重要的JAK 激酶的底物，其既具有信號轉導功能又具有轉錄活化功能。最初發(fā)現(xiàn)STAT3 在炎癥反應IL-6 的釋放反應中發(fā)揮誘導靶基因轉錄的作用，后期研究發(fā)現(xiàn)，其可以被許多細胞或生長因子激活，誘導基因的轉錄調控。目前研究發(fā)現(xiàn)，其調控的靶基因有：B 淋巴細胞瘤-2 基因（Bcl-2）、Bcl-x1、Mcl-1、細胞周期蛋白D1（CyclinD1）、Myc、VEGF、HIF-1α 等。白三烯受體2（BLT2）是白三烯B4（LTB4）的低親和力受體，在卵巢癌細胞株OVCAR3 和SKOV-3 細胞株中高表達，其激活NOX4 進而誘導ROS 的產生，ROS 激活STAT3-MMP-2 通路，促進卵巢癌細胞的侵襲轉移[32]。在惡性膠質瘤內，缺氧能促進ROS 的產生和激活STAT3 轉錄因子，而采用ROS抑制劑和抗氧化劑NAC 處理后，能夠抑制STAT3 轉錄因子激活，進而阻斷其介導的血管新生途徑[33]。Cho等[34]在前列腺癌研究中發(fā)現(xiàn)，表皮生長因子（EGF）通過促進ROS 產生，進而促使STAT3 磷酸化，調控HIF-1α/TWIST1/N-鈣黏蛋白（N-cadherin）信號通路促進前列腺癌細胞侵襲轉移。因此，STAT3 可能是ROS 調控腫瘤侵襲轉移的關鍵靶點。Meng 等[35]研究表明在CRC 中，隨著ROS 的積累，喹茜素通過調節(jié)STAT3 信號通路誘導腫瘤細胞凋亡。蛋白脯氨酰-4-羥化酶（P4HB） 的下調也可能通過ROS 的產生和STAT3 信號通路的失活誘導人結腸癌HT29 細胞的凋亡[36]。而在人結腸癌HCT116 細胞中，鼠草酸通過產生ROS，從而抑制STAT3 信號轉導，進而導致細胞凋亡[37]。

3 小結

綜上所述，ROS 的異常增高與腫瘤的侵襲轉移密切相關，然而CRC 細胞內ROS 水平的增高與腫瘤轉移方面的研究尚少。目前研究存在的難點：（1）異常增多的ROS，因其水平的高低對腫瘤發(fā)生、發(fā)展的調控作用也不一樣。研究表明，較低水平的ROS 能夠促進腫瘤的侵襲轉移，而高水平的ROS 則會引起細胞凋亡[38-39]，但具體的閾值仍未明確；（2）刺激ROS 產生的因素有待進一步探索。前期研究發(fā)現(xiàn)，食物中辣椒素、藥物以及缺氧微環(huán)境都會引起ROS 的增高[23]，可能還存在其他因素，值得進一步驗證。

因此，ROS 對結直腸癌的調控機制仍需進一步研究，以期在臨床用藥時，能提前檢測瘤內的ROS水平，根據(jù)閾值合理調整ROS 水平，進而提高臨床療效。