谷胱甘肽-s-转移酶、幽门螺杆菌感染与胃癌关系的研究进展

马艳春(综述),赵亚刚(审校)

(广州军区广州总医院消化内科,广州 510010)

谷胱甘肽-s-转移酶(GST)是一种多功能的Ⅱ相代谢酶家族,也是一个同源二聚体酶的超基因家族,普遍存在于各种生物体内。在哺乳动物各组织中均含有不同种类的GST,其含量和活性亦各不相同。GST可分为膜结合微粒体家族和胞质家族2大类。哺乳动物GST至少具有8类同工酶:α、δ、κ、π、θ、ω、μ和内质网膜结合微粒体型。而在人GST家族中有5 种胞浆型同工酶 :同工酶 α、μ、θ、π、ζ。主要组织分布分别为“肝、肾、小肠”、“肝、心脏、肌肉” 、“红细胞、胃肠道”、“胎盘 、肺” 、“肝、外周血” 。基因分别位于 6p12、1p13.3、22q11.2、11q13、14q24.3;基因位点分别为谷胱甘肽-s-转移酶 A1(GSTA1)、A2、谷胱甘肽-s-转移酶 M 1～ 5(GSTM 1～5)、谷胱甘肽-s-转移酶 T1(GSTT1)、T2、谷胱甘肽-s-转移酶 P1(GSTP1)、谷胱甘肽-s-转移酶 Z(GSTZ)。由此可见,不同的基因表型是由编码基因多态性决定的。本文就GST、幽门螺杆菌(helicobacter pylori,HP)感染与胃癌关系的研究进展作一综述。

1 GST-π

GST-π主要分布在胎盘、泌尿系统、消化系统上皮。π的基因包括人胎盘型GST(GST-π)和大鼠胎盘型GST(GST-P)。1979年Marnervik等首次从胎盘组织中分离出一种酶,并命名为谷胱甘肽s-转移酶-π,又称为胎盘型谷胱甘肽s-转移酶。1991年Reinemer P.等[1]首先从猪肺中获得GST-π的晶体结构。随后确定了人胎盘GST-π的晶体结构[2]。GST-π是由2个多肽亚基折叠而成的一种酸性蛋白,相对分子质量为8万,每个亚基由209个氨基酸构成,编码基因位于第11号染色体上(11q13),包含7个外显子和 6个内含子,全长2.8 kb。与其他GST不同的是,GST-π至少有3个底物结合点,即G位点、H位点和Luisa R.等[3]发现的第3个底物结合位点,其氨基酸序列尚未确定。

GST-π的生物学特性:①催化GSH的巯基与各种亲电分子(化学致癌物和烷化剂)和巯水性分子结合,产生一种硫醚连接的谷胱甘肽结合物,使其更具极性和更易溶于水,经胆汁和尿液排出体外。②通过非酶结合的方式将机体内各种潜在毒性化学物质及致癌剂、亲脂性化合物等从体内排出,从而达到清除毒性物质、致癌物质及解毒和保护DNA遗传物质稳定性的目的。③当GST表达增强或活性增强,GST通过抑制JNKI和ASKI来调节促细胞分裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路。该通路通过蛋白质和蛋白质的相互作用,参与细胞生存和死亡的信号传导,从而使JNKI和ASKI等诱导细胞凋亡的通路被抑制,细胞化疗药物潴留量明显减少,产生耐药性[4]。

2 HP感染与胃癌的关系

1982年澳大利亚学者Warren和Marshall从人胃黏膜中培养出HP,并断定其与胃十二指肠疾病相关。20多年来,研究人员从流行病学、基础到临床方面对其进行了大量的研究,并取得丰硕的成果。公认HP是慢性胃炎、消化性溃疡的重要致病因素,与胃黏膜相关性淋巴组织瘤(MALT)和胃腺癌的发生密切相关[5-6]。流行病学调查显示,HP感染与胃癌的发生存在显著相关。HP感染后,胃癌发生率增加4～9倍[7]。HP与胃癌的Meta分析结果显示,HP与胃癌关系 OR值一般在 2～4之间[8]。

HP确切致病机制尚不明确,慢性胃炎→黏膜萎缩→肠上皮化生→异型增生→胃癌,是多因素共同作用的结果。肿瘤的发生是由于基因表达异常,细胞内蛋白质合成紊乱,从而导致细胞的生长、分化和调节失控。

3 HP感染与GST表达

在HP致癌机制的过程中,HP感染时胃黏膜上皮氧自由基明显增多,而氧自由基又与细胞的生长、分化、增殖、转化等密切相关,故可推测氧自由基直接参与介导了HP所致的胃黏膜上皮细胞恶变的发生和发展。在肿瘤癌变之前,细胞形态和结构并未发生明显变化,但细胞的功能和代谢酶却出现异常。研究发现,GST的保护作用表现为通过酶蛋白自身的氧化清除活性氧和自由基[9]。近年来,GST正在成为一种新型肿瘤标志物,并且其与HP和胃癌的关系受到各国学者的关注和重视。

目前对HP与GST的关系研究尚少,慢性胃炎到胃癌的发生的不同阶段以GST所代表的人体解毒系统与HP感染关系密切。HP感染影响胃黏膜GST的表达,削弱其对胃黏膜损伤的保护作用,促进胃内致癌物质的形成和致突变作用。但其在胃黏膜中的表达是上调、下调或不表达,国内外学者意见不一致,并且其具体的致病机制尚不明确。

有研究结果表明,HP感染拮抗GST的表达[10]。其机制可能是由于HP感染导致GST基因缺失或其中某种致病因素抑制GST的活性部位的激活有关,从而削弱了GST的保护作用,有利于各种致毒物质对胃黏膜屏障的破坏。Verhulst M.L.等[11]检测GST在HP(-)无溃疡性消化不良、HP(+)感染根治后、HP(+)3组胃黏膜标本中的表达情况,提示GST在HP(+)组中的表达显著低于其他2组。Kim H.S.等[12]通过对211例胃腺癌患者的胃癌组织和癌旁组织与113例正常人胃组织GST活性的研究发现,HP感染在胃癌组织、癌旁组织、正常组织的发生率分别为45%、69%、44%;在HP感染组织中,GST表达较HP(-)组织明显降低。表明GST活性降低可能由于HP感染有关。国内学者高会斌等[10]的研究也得到同样的结论。

然而有的学者发现,HP阳性组在肠上皮化生→不典型增生→胃癌发生过程中,GST的表达呈由高到低的动态变化,且明显高于HP阴性组[9,13]。究其原因可能是因为肠化黏膜分泌的酸性黏液易于HP的黏着,HP黏着时间越长,对胃黏膜的损害程度越严重。同时其产生的氧自由基会刺激GST的大量产生,从而清除这些氧自由基,保护胃黏膜的完整性。而GST在不同胃黏膜组织中由高到低的表达,可以理解为GST的保护功能由部分丧失到完全丧失,无法抵抗HP的致毒作用所致。

GST的遗传多态性使其在不同人群中的表达不一致。Izzotti A.等[14]在胃黏膜中诱导氧化DNA损伤。HP和宿主基因多态性的相互关系方面的研究中,通过培养和聚合酶链反应检测119例消化不良患者的胃黏膜组织发现,HP携带者GSTM1在胃黏膜的表达没有显著升高。从而解释了细菌和宿主基因多态性的相互作用可能使得胃癌只发生在HP感染的部分人群。

4 GST表达与胃癌的关系

HP启动自由基反应链,产生大量活性氧物质,进一步加重胃黏膜屏障的破坏,引起细胞膜及胞内大分子物质的过氧化损伤。同时HP激活胃上皮细胞及固有膜炎症细胞,导致炎症介质释放,使细胞增殖动力加速,遗传物质的稳定性降低。因此,氧化应激和DNA破坏是胃癌发病中的重要机制。GST作为自身保护酶,能减少氧化应激,清除氧自由基,稳定遗传物质。其在生物体内的正常表达是胃癌发生的保护因子。Ruzzo A.等[15]通过对126例HP(-)转移胃癌患者和144例来自意大利胃癌高发区Marche市HP(-)对照样本的研究发现,GSTP1、GST T1可能与降低转移型胃癌风险相关。

由于GST酶和基因家族的多态性,其在胃癌发生、发展中的致病机制尚不明确。印度学者Tripathi S.等[16]收集76例胃肿瘤、67例非溃疡性消化不良、44例消化性溃疡和100例健康对照组资料,对其GST T1、GSTM1、GSTP1作为致癌-解毒酶的基因分型在胃肿瘤中的作用进行研究,GST T1、GSTM1采用聚合酶链反应(PCR),GSTP1采用限制性酶切片段长度多态性(PCR-RFLP)技术,结果发现,GST T1*0基因型在胃肿瘤患者[30/76(40%)]的比例比消化性溃疡[5/44(11%);P＜0.01,OR 5,95%CI=1/4]和健康对照组[23/100(23%);P＜0.05,OR 2,95%CI=1/4)]要高。Saadat M.[17]运用Meta分析再次证实了GSTM1*0和GSTT1*0表达上调是胃癌的危险因子。

在胃癌的发生机制中,肿瘤相关基因启动区的异常甲基化与胃癌关系密切[18]。GSTP1启动区CpG岛的超甲基化是GST基因失活的重要因素,从而使GST的解毒功能减弱,促使胃癌的发生和发展。Hong S.H.等[19]通过分析细胞修复基因(GSTP1)的甲基化水平及胃癌特异甲基化DNA片段(MINI 25)发现,在胃癌组(n=100)GSTP1超甲基化水平相对与健康对照组(n=238)显著升高(P＜0.01),Kim H.C.等[20]在对早期胃癌GSTP1启动区甲基化的研究中也发现存在超甲基化现象。

GST过度表达与多药耐药(MDR)机制有关。多药耐药是指肿瘤细胞对某一种化疗药物产生耐药性后,对其他化学结构及机制不同的化疗药物也产生交叉耐药性[21]。化疗治疗在胃癌的综合治疗中占重要地位,多药耐药严重影响肿瘤患者的化疗效果和生存质量,而且导致化疗失败的重要原因是肿瘤细胞对抗癌药物的耐药。另外,GST的表达与胃癌的组织学类型有关。在低、中、高分化腺癌中,GST的表达呈梯度上调,并且GST的高表达与胃癌淋巴结转移有关[22]。说明高中分化腺癌比低分化腺癌、有淋巴结转移比无淋巴结转移更易产生耐药性。肿瘤的组织类型、有无淋巴结转移是影响胃癌患者预后的重要因素。由于GST能反应肿瘤的这些生物学特性,所以GST可以作为判断胃癌预后和肿瘤对化疗药物敏感性的重要指标,从而指导临床制定个性化的化疗方案,提高化疗效果。

5 展望

人类肿瘤的发生、发展是多种因素共同作用的结果,包括环境、饮食、遗传、炎症介质的释放及原癌基因的激活、抑癌基因的失活、酶学的变化等。目前对GST家族的研究还处于初步阶段,由于GST家族的遗传多态性和复杂性,其在肿瘤领域的研究还存在争议,具体的作用机制尚不明确。通过对GST基因家族与肿瘤易感性、特异性的深入研究,可以为肿瘤的治疗提供多角度、多层次的全新思路。

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