Wnt信號通路及其抑制劑在胃癌中的研究進展

明成 綜述 武云 審校

根據2020年全球癌癥(GLOBOCAN)統計,全球新增胃癌病例超過100萬,死亡約76.8萬,是世界上第五大癌癥和第四大癌癥死亡原因。慢性萎縮性胃炎和幽門螺桿菌(Helicobacter pylori,Hp)感染是胃癌最重要的危險因素,其中Hp占胃癌病例的75%[1]。據報道,根除Hp可以降低患胃癌的風險,但不能完全預防Hp相關的胃癌發生,原因之一是Wnt信號通路等致癌途徑的激活發生在Hp根除之前[2]。手術切除是唯一可能治愈的療法,雖然胃癌的診治水平不斷提高,但仍缺乏腫瘤標志物對胃癌的早期確診,多數患者確診時已處于晚期,其病死率較高、預后較差。

近年來,以信號通路作為靶點進行抗腫瘤治療已成為生物醫學領域的熱點。作為一種進化上保守的通路,Wnt信號通路最初被認為在胚胎發育、細胞命運決定和組織穩態過程中起關鍵作用,包括細胞增殖、干細胞自我更新和細胞分化[3-4]。大規模測序揭示了多種癌癥中編碼Wnt信號通路成分的基因頻繁發生突變,并已證明此通路的異常激活也廣泛參與癌癥的各種過程,包括腫瘤起始、腫瘤生長、細胞衰老、細胞死亡、分化和轉移[5-6]。胃癌的發病機制尚未完全清楚,Wnt信號通路作為胃癌中至關重要的調控通路,其異常激活與胃癌的發生發展密切相關。深入研究Wnt信號通路、探索其相關抑制劑,旨在為胃癌的早期診斷、治療及預后評估提供新的思路。

1 Wnt信號通路

大約40年前Nusse和Varmus發現了原癌基因integration 1(Int-1),小鼠乳腺腫瘤病毒(Mouse mamary tumor virus,MMTV)插入Int-1基因會促進小鼠乳腺腫瘤的發生[7]。通過比較顯示人類Int-1與小鼠Int-1高度相似,揭示了從無脊椎動物到哺乳動物的各種物種間的高度保守性,隨后又分離出黑腹果蠅無翅基因(Wingless gene,wg),并證實wg與Int-1同源,Wnt由wg和Int1命名[8]。Wnt配體是19種糖蛋白的大家族,它們通過細胞表面受體將信號從細胞外環境傳遞到細胞內,Wnt基因突變可導致胚胎發育異常和癌癥形成[9]。

Wnt通路分為經典Wnt(Wnt依賴途徑)與非經典Wnt(Wnt非依賴途徑)通路,后者進一步分為Wnt/平面細胞極性(Planar cell polarity,PCP)和Wnt/鈣離子(Ca2+)通路。在哺乳動物中,Wnt信號通路主要由三個步驟組成,包括膜中Wnt信號轉導、細胞質中β-catenin穩定化的調節和細胞核中Wnt靶基因的激活[10]。經典Wnt通路在正常沒有Wnt配體的情況下,胞質β-catenin被“降解復合物”包裹降解而處于較低的水平[11-13]。“降解復合物”主要有兩種激酶即酪蛋白激酶1α(Casein kinase 1α,CK1α)、糖原合酶激酶3β(Glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)和兩種支架即軸抑制蛋白(Axis inhibition protein,Axin)和結直腸腺瘤性息肉(Adenomatous polyposis coli,APC)基因組成。此通路由Wnt配體與卷曲的跨膜受體(Frizzled,FZD/FRZ)和細胞膜表面低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6(Low density lipoprotein receptor related protein 5/6,LRP5/6)結合而啟動[13]。Wnt-FZD-LRP5/6復合體通過招募胞質中的蓬亂蛋白(Disheveled,Dvl)而減弱“降解復合物”與β-catenin結合的穩定性,降解復合物分解失活而β-catenin被釋放、累積導致核轉位。β-catenin轉入細胞核內,與轉錄因子家族成員中T細胞因子/淋巴增強因子(T-cell factor/lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)相互作用,通過與下游靶基因的啟動子區域結合調節特定靶基因的轉錄,產物包括原癌基因蛋白質c-myc(Proto oncogene protein c-myc,MYC)、細胞周期素D1(Cyclin D1,CCND1)、基質金屬蛋白酶-1(Matrix metalloproteinase-1,MMP-1)和基質金屬蛋白酶-7(Matrix metalloproteinase-7,MMP-7)等[14]。

2 Wnt通路失調介導胃癌發生發展的機制研究現狀

據報道,Wnt信號通路在超過50%的胃癌中失調[15]。Hp通過Wnt通路誘導胃干細胞的產生和擴增,促進胃癌的發生發展。細胞毒素相關蛋白A(Cytotoxin-associated protein A,CagA)和空泡細胞毒素A(Vacuolating cytotoxinA,VacA)是Hp最重要的毒力因子,其中CagA與E-鈣黏蛋白(E-cadherin,E-cad)相互作用,導致β-catenin在細胞質和細胞核中積累,從而促進胃癌發生[16]。Chen等[17]發現通過抑制Wnt通路可抑制胃癌細胞的增殖并加速其凋亡,其機制可能與Wnt通路調控下游靶點如β-catenin、c-myc、人半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)的表達水平有關。Li等[18]還發現阻斷Wnt通路可提高胃癌細胞對程序性死亡受體1(Programmeddeath-1,PD-1)抗體的敏感性,表明靶向抑制β-catenin和PD-1可能成為胃癌患者潛在有效的治療方法。

近年來,越來越多的潛在生物標志物被研究證實可通過Wnt通路促進胃癌的發生發展。非編碼RNA(Non-coding RNA,ncRNA)有助于調節E-cad功能,E-cad通過參與包括Wnt通路在內的多種致癌信號通路,從而影響胃癌的細胞的增殖、轉移和上皮間質轉化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)[1]。某些ncRNA,特別是微小RNA(microRNA,miRNA)和長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)可通過調控Wnt通路,在胃癌的發生發展中起著至關重要的作用。例如,lncRNA小核仁RNA宿主基因11(Small nucleolar RNA hostgene 11,SNHG11)通過激活Wnt通路和致癌自噬來促進胃癌進展[19]。一種新型lncRNA LINC01133作為競爭性內源RNA(competing endogenouse RNA,ceRNA)通過海綿miR-106a-3p調節APC表達和Wnt通路從而抑制胃癌進展[20]。miR-6745通過降低組織基質金屬蛋白酶抑制物-1(Tissue inhibitor of matrix metalloproteinase 1,TIMP-1)的表達來抑制Wnt通路,從而抑制胃癌的發生發展[21]。miRNA-192和-215通過APC激活胃癌中的Wnt通路,作為致癌miRNA發揮作用并揭示了胃癌潛在的治療靶點[22]。環狀RNA(circular RNA,circRNA)是一類特殊的ncRNA,circAXIN1編碼的一種含295個氨基酸(Amino acid,Aa)的新型蛋白質AXIN1-295aa作為致癌蛋白發揮作用,可激活Wnt通路以促進胃癌發生和進展[23]。另外,腫瘤壞死因子受體超族成員11B(Tumor necrosis factor receptor superfamily member 11B,TNFRSF11B)可激活Wnt通路傳導并促進胃癌進展[24]。TNF-α誘導蛋白6(TNF alpha induced protein 6,TNFAIP6)通過上調正五聚蛋白-3(Pentraxin-3,PTX-3)和激活Wnt通路促進胃癌細胞侵襲[25]。Ge等[26]首次揭示了鋅指蛋白家族成員1(Zic family member 1,Zic1)通過破壞β-catenin和轉錄因子4(Transcription factor 4,TCF4)的相互作用而抑制Wnt通路傳導。YTHDF1作為癌基因在7%的胃癌患者中發生突變,Pi等[27]發現YTH N6-甲基腺苷RNA結合蛋白1(YTH N6-methyladenosine RNA binding protein 1,YTHDF1)通過增加FZD7表達可導致Wnt通路過度激活,最終促進胃癌發生。Nie等[28]證實LRP5通過激活經典Wnt通路和糖酵解途徑促進胃癌的發生。

3 Wnt信號通路抑制劑在胃癌中的應用

3.1 Wnt通路抑制劑在胃癌中的應用現狀

在過去30多年中,在受體/配體水平靶向Wnt通路一直是一種潛在針對大多數癌癥的治療方法。目前有以下幾種針對Wnt通路的藥物在臨床試驗中進行了研究,其中包括小分子豪豬(Porcupine,PORCN)抑制劑LGK974(Wnt 974)、抗FZD1/2/5/7/8抗體萬替妥單抗Vantictumab(OMP-18R5)、Wnt5a模擬物(Wnt5a peptide mimetic,Foxy-5)和T細胞因子-CREB結合蛋白(TCF-CREB binding protein,TCF-CBP)相互作用的抑制劑PRI-724[29]。此外,處于臨床試驗的藥物還有針對FZD受體的依帕西普ipafricept(OMP-54F28),其在異種移植瘤的動物模型中已經被證明是一種有效的Wnt通路抑制劑。

3.2 Wnt通路抑制劑在胃癌中的應用最新研究成果

Yamada等[30]發現了一種新型口服活性選擇性抑制劑E7386,它是在PRI-724的基礎上改進研發的,通過調節Wnt信號通路、改變腫瘤免疫微環境,在小鼠和人類臨床前模型中具有明顯的抗腫瘤活性,聯合抗PD-1抗體可增強其抗腫瘤作用。Lu等[31]研究表明,胃腸上皮化生(Gastric intestinal metaplasia,GIM)可被膽酸反流和慢性炎癥所激活,Dickkopf同源物1/非洲爪蟾(Dickkopf homolog 1/Xenopus laevis,DKK1)基因啟動子甲基化和下調可能在GIM的發生發展中起重要作用。DKK1蛋白通過與LRP5/6結合并阻斷與Wnt配體的相互作用,從而抑制經典Wnt通路傳導,為早發性胃癌的防治提供新思路[32]。Yu等[33]發現一種新型泛素結合酶E2T(Ubiquitin conjugating enzyme E2T,UBE2T),可通過催化支架蛋白蛋白激酶C受體(Receptor for activated C kinase1,RACK1)的蛋白酶體降解誘導Wnt信號通路的過度激活,UBE2T抑制劑M435-1279可阻斷UBE2T-RACK1-Wnt軸并抑制胃癌進展。Chang等[34]研究LEF1的選擇性抑制劑2,4-二氨基喹唑啉(2,4-Diaminoquinazoline,2,4-DAQ)通過抑制AXIN2、MYC和LGR5等Wnt靶基因的表達而抑制胃癌細胞生長,從而發揮抗腫瘤作用。另外,AL-Ishaq等[35]研究表明,植物化學物質通過下調β-catenin增強細胞凋亡、改善胃腸道癌癥預后。Kim等[36]發現一種具有生物活性的類胡蘿卜素蝦青素(Astaxanthin,ASTX)可抑制Hp誘導的胃上皮細胞中Wnt致癌途徑的激活,是一種潛在的治療劑。青藤堿(Sinomenine,SIN)通常被用于治療類風濕關節炎,最近已證實在多種癌癥中發揮抗腫瘤作用,Yuan等[37]研究表明SIN通過增強miR-204表達來抑制AMP依賴的蛋白激酶[Adenosine 5′-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK]和Wnt通路,從而在胃癌細胞中表現出抗腫瘤活性,SIN可能是胃癌的一種新藥物。

3.3 Wnt通路抑制劑在胃癌中的應用局限性與前景分析

迄今為止,大多數針對此通路的藥物尚未納入臨床試驗研究,已進入臨床試驗的仍處于非常早期的階段,由于Wnt通路涉及多種發育過程和成人組織穩態的維持,因此其臨床療效和安全性仍然難以捉摸,Wnt抑制劑的應用可能存在風險且臨床研究非常有限[30,38]。Wnt抑制劑可能是有效的胃癌抗轉移藥物,單獨靶向Wnt通路不足以治療癌癥,與化療聯合可具有協同效應,另一個值得關注的領域是Wnt通路在維持干細胞和組織器官再生中的作用,Wnt抑制劑還可消除癌癥干細胞的潛力,這將使耐藥腫瘤對常規療法敏感[39-41]。越來越多的策略是開發潛在的針對Wnt通路下游的致癌轉錄因子拮抗劑,可能會提供一種替代策略[42]。除外MYC和CCND1等細胞生長相關基因,CCL28是β-catenin/TCF的新型轉錄靶基因,Ji等[43]研究表明,抗CCL28療法可能適用于大部分胃癌患者,是一種新穎有希望的治療方法。到目前為止,在胃癌方面還沒有針對Wnt通路的藥物被批準用于臨床。

4 小結與展望

胃癌是一種多因素、高度異質性疾病,確診時往往分期偏晚,手術和放化療等傳統手段對晚期胃癌療效有限,靶向治療的進展正面臨瓶頸。目前,胃癌的發病機制和病因尚未完全清楚,研究證實CTNNB1和APC是胃癌的驅動基因,激活的Wnt信號通路已成為胃癌一個潛在新的治療靶點。Wnt信號通路在進化上相當保守,它通過調節增殖、遷移、凋亡和分化等多種細胞功能,在胚胎發育以及維持多種成人組織穩態中發揮著至關重要的作用,該通路核心成分的突變常出現在包括胃癌在內的多種癌癥中,也為臨床干預提供了治療靶點。Wnt信號通路作為胃癌發生發展過程中重要的調控通路,其詳細分子調控機制還有待進一步探索。靶向Wnt信號通路是胃癌一種有前景的治療策略。經過研究者二十多年的探索,該領域取得初步進展。但到目前為止,還沒有Wnt通路抑制劑被成功批準用于治療胃癌。本文總結了臨床前試驗和臨床試驗中不同的分子靶點抑制劑和治療藥物通過Wnt通路治療胃癌的潛在策略,努力為胃癌患者提供更加精準有效的個體化治療方案。隨著前沿技術不斷推陳出新,迫切需要找到新的有助于預測預后的生物標志物以及針對胃癌有效的治療靶點和更有效的藥物,高通量組學技術將有助于在不久的將來尋找到Wnt通路抑制劑,以進一步提高胃癌患者的長期生存率。