趋化因子CXCL12和趋化因子受体CXCR4与胃癌的研究进展

何 甜 综述 唐 慧，郭 强 审校

（云南省第一人民医院 1.消化内科；2.临床基础医学研究所，云南省重点实验室，云南 昆明 650032）

胃癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一，其总体发病率居恶性肿瘤第四。在不同国家、地区，胃癌发病率差异较大，其中发病率较高的国家和地区包括日本、哥斯达黎加、秘鲁、巴西、中国、韩国、智利、中国台湾和一些前苏联的联盟国。近年来，尽管世界范围内胃癌总体发病率呈下降趋势，但它仍是威胁人类健康的疾病之一，死亡率居恶性肿瘤第二位，五年生存率仅为20%,因67%的患者在确诊时已伴有局部扩散和远处转移，其5年期生存率与就诊时疾病的严重程度直接相关，胃癌一旦发生至进展期，患者的预后与以往相比并无明显的改善，但如能早期治疗，5年期生存率常在90%以上[1,2]。因此，胃癌预后的关键是早期发现早期治疗，找到能够预测胃癌易早期转移的分子标记和弄清楚发生转移的机制至关重要。趋化因子CXCL12即基质细胞衍生因子-1（SDF-1），在其趋化因子特异性受体介导作用下，构成CXCL12/CXCR4生物轴，形成一个与细胞间信息传递、细胞迁移等有密切关系的偶联分子对，能够促进肿瘤发生、发展、侵袭及远处转移,极有可能成为治疗胃癌的潜在靶点，现将CXCL12/CXCR4与胃癌关系的研究进展综述如下。

一、CXCL12/CXCR4的分子结构及功能

趋化因子是一组结构同源，功能相似，且能趋化细胞定向移动的小分子泌型蛋白，由70～100个氨基酸组成。自1987年发现第一个趋化因子IL-8至今已发现并克隆出趋化因子达50多种[3]，属细胞因子中的最大家族。在趋化因子的分子中都有4个保守的半胱氨酸（C）。根据靠近分子氨基端(N端)的前两个C间是否插入其它氨基酸,将它们分为4个亚类：CXC类(插入1个氨基酸残基)，亦称为α类趋化因子，其主要作用于中性粒细胞，如白细胞介素-8(IL-8)，基质细胞衍生因子-1（SDF-1）,γ干扰素诱生的单核因子(Mig);CC类(不插入其它氨基酸残基)，又称为β类趋化因子，主要对中性粒细胞、单核细胞、肥大细胞、树突细胞、NK细胞、T和B淋巴细胞等具有强大趋化活性，如单核细胞趋化蛋白(MCP-1)；CX3C类(插入3个其它氨基酸)，只有不规则趋化因子(fractalkine)或神经元趋化因子(neurotactin)，是唯一膜结合性趋化因子，主要作用于单核细胞和中性粒细胞；C类(N端仅1个C)，只有淋巴细胞趋化因子(lymphotactin)一个成员，主要表达于胸腺，作用于CD8+T淋巴细胞。目前所发现的趋化因子主要属于α类和β类。在分子结构上，皆通过二硫键折叠成为自由的N2端、三个反向折叠的β2片层和α螺旋的羧基端(C2端)为特征的二级结构[4,5]。趋化因子受体是一类介导趋化因子行使其功能的七次跨膜GTP蛋白耦联受体（GPCR），通常表达于免疫细胞、内皮细胞等细胞膜上。7次跨膜区将分子分成细胞外自由的N-端、3个细胞外环、3个细胞内环和C端几个部分。胞内第二环是与异三聚体G蛋白耦联部位，有特征的天门冬氨酸-精氨酸-酪氨酸盒（DRYbox）氨基序列[4,6]。根据其所结合的配体可将趋化因子受体分为四个亚家族：CXC类受体（CXCR）、CC 类受体（CCR）、CX3C类受体（CX3CR）和C类受体（CR）。

1.CXCL12：CXCL12属于趋化因子CXC亚家族,亦成为基质细胞衍生因子-1（SDF-1）。于1993年由Tashiro等发现并提出其属于巨噬细胞内分泌型炎性蛋白超家族成员。之后，Nagasawa等在研究中发现SDF-1对淋巴细胞淋巴前体细胞的生长分化具有重要作用，并将其命名为前B细胞生长刺激因子（PBSF），其为一小分子质量的细胞因子，具有高度保守性。最近发现其4个新亚型：SDF-1γ、SDF-1δ SDF-1ε、SDF-1，它们的编码基因仅在起始的3个外显子完全相同，且有器官表达差异性。但SDF-1的羧基末端与结合受体无关，故其活性无太大差别[7,8]。

2.CXCR4：CXCL12的主要受体为CXCR4。根据其所结合的配体分类，CXCR4属于CXC类受体，是一个由352个氨基酸构成的视紫红质样的7次跨膜G蛋白耦联受体，亦是T细胞-嗜性HIV-1的主要辅助受体，与其配体CXCL12结合作用，能够抑制该类HIV-1的感染性。尽管趋化因子与其受体之间的相互作用具有交叉性，一种趋化因子能与多个趋化因子受体结合，一种趋化因子受体也可有几个高亲和性配体，但目前的研究表明，CXCR4是CXCL12特异性受体，且是唯一的受体，这是由CXCR4对其配体CXCL12的高度亲和力和绝对特异性所决定的。

3.CXCL12/CXCR4轴：CXCL12与其特异性受体CXCR4结合，构成CXCL2/CXCR4生物轴，形成一个与细胞间信息传递，细胞迁移等有密切关系的耦联分子对，在参与多种生理和病理过程中，扮演着重要且双向性的角色，主要表现在，①调节造血干细胞和血细胞前体的增殖、迁移和归巢，参与胚胎的发育过程。②在机体抗感染免疫中抑制和消除病原体，提高机体的非特异性免疫力。③在组织、器官损伤的情况下，能促使骨髓干细胞、炎症细胞聚集到损伤部位调节组织器官的损伤修复。④能引起非感染性炎症反应，造成器官功能障碍。⑤介导HIV感染。⑥能诱导肿瘤新生血管形成，参与肿瘤的发生、发展、侵袭、分泌及转移。CXCL12/CXCR4生物轴双向性作用的特异性受趋化因子CXCL12产生的时间和空间限制，由趋化因子受体CXCR4在不同免疫细胞、淋巴细胞亚群及不同组织上的不同水平的表达来调节。随着分子生物学的发展及对CXCL12/CXCR4轴的深入研究，可通过激活或拮抗趋化因子受体CXCR4的信号转导来调控趋化因子CXCL12的功能，以达到控制和治疗疾病的目的。

二、CXCL12/CXCR4轴与胃癌细胞的生长

CXCL12和CXCR4广泛表达于许多正常细胞，如免疫反应细胞、树突细胞、内皮细胞神经元等；在许多器官如肝脏、肺、淋巴结、肾上腺、骨髓等亦表达CXCL12/CXCR4，另外肿瘤细胞和基质细胞也分泌SDF-1和/或同时表达CXCR4[9]。CXCR4是肿瘤细胞表达的最普遍、最常见的趋化因子受体，据报道，至少有23种肿瘤表达CXCR4，包括上皮癌、间叶癌和造血系统来源的肿瘤。马向涛[10]，刘永军[11]等研究证实胃癌亦高度表达CXCR4。

1.直接促进胃癌细胞生长：与正常胃组织相比，胃癌中SDF-1及CXCR4呈高度表达，且能促进肿瘤繁殖及生长。一些肿瘤细胞分子分泌的SDF-1，或者与基质细胞相互作用以旁分泌效应分泌的SDF-1与CXCR4结合后，能调节肿瘤细胞的增殖。Yasumoto[12]等在检查7个胃癌细胞系中发现NKPS、NUGC4、KATOⅢ表达了 CXCR4，尤以NUGC4明显，其用RT-PCR和免疫组化染色方法研究发现NUGC4细胞在mRNA和蛋白质水平均高表达CXCR4，该实验证实了NUGC4细胞存在促增殖和促存活作用。Ding[13]等研究发现，NUGC4高表达CXCR4，促进细胞的增殖和存活，且被单克隆抗体McAB拮抗后细胞增殖效应下降，提示CXCR4在细胞的增殖中起着重要的作用。同时,Hashimoto[14]等采用免疫荧光法观察到NUGC4细胞经雷帕霉素处理后，其GFP-LC3表达增加，LC3是细胞内自嗜小体膜分子，该结果提示阻断CXCL12所诱导的mTOR途径后能驱动肿瘤细胞自体吞噬导致肿瘤细胞凋亡，也从另一个侧面反应了CXCL12诱导的抗细胞自体吞噬作用与胃癌的发生发展有着密切的关系。LUO Jun[15]等也在研究12G5对细胞存活的影响中发现12G5阻断CXCL12和CXCR4的结合后，通过台盼蓝排染法活细胞计数，比较共培养体系中SCG7901细胞的存活率变化，结果显示，12c5孵育细胞24h即出现SCG7901细胞生存率明显低于对照组（P＜0.05），但组内比较，24h后细胞生存率无明显下降，上述结果显示，阻断CXCR4/SDF-1后，细胞生存率明显下降，通过流式细胞仪检测细胞的凋亡率，实验组与对照组比较，结果显示实验组的凋亡率明显高于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05），提示CXCR4/SDF-1轴在抑制细胞凋亡，维持胃癌细胞增殖过程中具有重要的生物学作用。

2.间接促进胃癌细胞生长：CXCL12/CXCR4除了能直接刺激肿瘤细胞的抗凋亡、繁殖和生长外，还促进血管增生，从而间接促进肿瘤的生长。血管内皮生长因子（VEGF）是胚胎期参与血管形成的必要因子，在肿瘤细胞的发生发展中起关键作用。研究表明，机体存在一个血管内皮生长因子A与SDF-1/CXCR4的调节链，一方面SDF-1促进血管内皮细胞向肿瘤微环境的迁移。增殖或游走的毛细血管内皮细胞，以发芽或嵌入的方式形成新生血管，诱导肿瘤血管的形成，另一方面肿瘤细胞可自身分泌VEGF、bEGF与SDF-l等促血管生成物质，这些物质可诱导内皮细胞SDF-I等蛋白的表达从而促进血管内皮细胞的分裂增殖,改变肿瘤细胞发生的微环境，利于肿瘤细胞的繁殖、生存和生长。Salvucci[16]对微血管的发生及形成中研究发现了这种相关性：VEGF和bFGF能够促进内皮细胞SDF-1的表达，同时通过阻断SDF-1/CXCR4的功能，可以抑制血管生长因子依赖的血管生成。Woo[17]等在对107例胃癌患者中测定血清CXCLl2和VEGF浓度，发现胃癌患者血清CXCLl2和 VEGF浓度均高于对照组(P＜0.001)，CXCLl2与胃癌远处转移及血管内皮生长因子水平呈正相关(r=0.528，P＜0.001；r=0.789，P＜0.001)，推测CXCL12、VEGF在胃癌新生血管形成及肿瘤远处转移过程中发挥着协同作用。

三、CXCL12/CXCR4与胃癌细胞的转移

胃癌转移是导致胃癌患者死亡和预后差的主要原因之一。作为近年来研究热点的CXCL12/CXCR4轴在胃癌的转移中发挥着重要作用。

1.淋巴转移：淋巴转移是胃癌最常见的转移方式之一，系复发患者死亡的主要原因之一，CXCL12/CXCR4轴在其转移中扮演重要角色。马向涛[10]等应用Western blot法检测40例胃癌组织中CXCL12/CXCR4的表达，结果显示胃癌组织中CXCL12/CXCR4表达水平明显高于正常胃粘膜（P＜0.05），32例淋巴结转移癌组织中CXCL12/CXCR4蛋白表达高于原发癌，提示CXCR4通道可能在胃癌淋巴结中转移过程中起着重要作用。刘永军[11]等亦用RT-PCR技术检测30例胃癌及相应胃旁组织，发现趋化因子受体CXCR4在淋巴结转移组的表达指数（0.34±0.12）显著高于无转移表达指数（0.23±0.07），结果表明CXCR4的表达与淋巴结转移正相关。目前，王剑威[18]等在用免疫组织化学SP法检测60例胃癌、30例正常胃黏膜组织中SDF-1和CXCR4的蛋白表达情况中发现胃癌组织中SDF-1和CXCR4蛋白的阳性表达均高于正常胃黏膜组织,差异有显著性(uc＝4.013、3.694，P＜0.001)，胃癌组织SDF-1及CXCR4阳性表达与癌组织有无淋巴结转移有关(uc＝3.032、2.427，P＜0.05)，有淋巴结转移组癌组织中SDF21和CXCR4的阳性表达均高于无淋巴结转移组，表明SDF-1及其受体CXCR4在胃癌发生和浸润转移中发挥着重要作用。

2.腹膜转移：腹膜转移是进展期胃癌患者常见的死亡原因，伴腹膜转移的胃癌患者5年生存率约为2%，目前，对腹膜转移胃癌与SDF-1及CXCR4的相关性及机制的研究，国外已有较详细的报道。Yasumo[12]等在49例伴有腹膜转移的IV期胃癌患者的癌性腹水中检测到高表达的CXCL12，其中，在33例仅腹膜转移的的患者中，22（67%）例CXCR4免疫组化检测成阳性表达，而在16例伴其他远处转移病例中只有4（25%）例呈阳性，该研究结果表明CXCL12/CXCR4轴在胃癌腹膜转移中起重要作用，CXCR4有可能成为胃癌腹膜转移的潜在治疗靶点。Zieker[19]等研究发现在腹膜转移性肿瘤中，磷酸甘油酸酯激酶-1的过度表达会增加CXCR4的表达，而CXCR4又能增加CXCL12的表达，高表达的CXCL12和CXCR4与肿瘤转移率的增加及恶性细胞的转移归巢有关。最近，Hashimoto[14]等还发现阻断CXCR4-雷帕霉素靶蛋白信号通路是阻止胃癌腹膜转移的有效治疗策略。

四、CXCL12/CXCR4轴与胃癌生长、转移的相关机制

肿瘤细胞发生转移的机制与正常细胞在发育、器官发生及免疫过程有相似之处，趋化因子与其受体结合，在肿瘤细胞生长和转移的作用是建立在其生理作用机制上，通过其信号转导机制实现。人们亦提出了肿瘤细胞基于趋化因子实现器官特异性转移的理论模型，即不同的肿瘤细胞高表达特异性趋化因子受体，而有些器官高表达其相应的趋化因子配体，肿瘤细胞借助趋化因子与其受体的特异性结合力，最终实现向这些器官的特异性转移。其机制包括各种复杂的细胞内外有序的相互作用，被称为“信号或归巢”假说（signaling or“homing”hypothesis），补充了经典的“种子和土壤”假说与“机械转移”假说在分子水平上的不足。它涉及肿瘤细胞的迁移、黏附、侵袭、生长、新生血管生成、特异性转移器官的归巢等这几个关键步骤[20]。

1.胃癌细胞生长CXCL12与CXCR4结合导致G蛋白结构改变，激活多个信号通路：MAPK、ERK1/2和SAPK/JNK通路等。目前研究发现SDF-1激活ERK-1/2和AKt信号通路，降解胶原纤维破坏基底膜，减少肿瘤细胞的凋亡，促进细胞增殖[21]。同时，SDF-1还增加肿瘤细胞内增殖细胞核抗原并下调裂解的caspase-3与抑制凋亡[22]。此外，促血管新生也是其促进肿瘤细胞增殖和生长的主要因素之一[16]。

2.细胞迁移：细胞迁移是肿瘤细胞生长的一个特征。CXCL12/CXCR4调节肿瘤细胞的迁移过程所起的作用是多方面的。主要作用为：①增强胃癌细胞运动能力。CXCL12激活CXCR4后，肿瘤细胞内骨架蛋白纤维肌动蛋白束的数量和厚度增加，磷脂酰肌醇-3激酶激活，钙流量增加和伪足形成，使表达CXCR4的肿瘤细胞运动能力及侵袭力，更加容易穿过基质胶、内皮细胞层、骨髓间质和成纤维细胞单细胞层[23]。②提高胃癌细胞与基质附着力。CXCL12通过激活细胞表面的各种黏附因子如（整合素）调节细胞与纤维蛋白、纤维蛋白原、间质细胞和内皮细胞的黏附[24]，有利于肿瘤细胞与内皮组织黏附以及远处脏器中的定植，增强肿瘤的进展和转移。③增加胃癌细胞侵袭力。CXCL12可以通过诱导胃癌细胞生成和分泌基质金属蛋白酶9（MMP9），使肿瘤细胞更易于跨膜迁移,并且上调了如血管内皮生长因子等细胞因子的分泌，促进肿瘤细胞穿过血管基底膜、微血管形成等，导致肿瘤细胞侵袭力的增加，进而导致胃癌高度侵袭性生物行为[25]。④利于免疫逃避。目前研究还发现胃癌细胞能通过释放exosomes呈递凋亡信号给抗肿瘤的T细胞，有利与肿瘤细胞免疫逃避，增加胃癌转移机会[26]。此外，到实体肿瘤增殖到一定体积时，由于微血管的相对不足，导致供氧相对不足，乏氧诱导因子-Ia（HIF-1a）高表达，同时能诱导产生磷酸甘油酸酯激酶-1（PGK-1），迅速提供ATP供肿瘤利用，PGK-1是CXCR4/CXCLl2通路的上调因子，介导CXCR4/CXCLl2信号转导，在胃癌细胞生长转移中发挥重要作用[19]。

五、总结与展望

综上所述，CXCL12/CXCR4通路在胃癌发病与疾病进展中具有重要作用，其促进胃癌细胞生长、迁移、血管形成、抵抗凋亡，极有潜力成为抗胃癌治疗的新靶点。近年来，实验常用CXCR4抑制剂如AMD3100、T140、12G5等抑制肿瘤细胞增殖与迁移。同时亦有研究利用RNAi技术，用siRNA抑制CXCR4的表达，从而抑制肿瘤细胞增殖与迁移。但这些研究仍处在体外实验阶段，其具体分子机制、与其他细胞因子之间相互作用、各信号通路之间的交叉作用、调节的始动因素等并未完全阐明，同时，CXCL12/CXCR4对作为胃癌发展重要阶段的癌前病变的研究罕见报道，相信不久的将来，随着研究不断深入，CXCL12/CXCR4在肿瘤及癌前病变中的作用机制和其在临床的意义将得到更进一步的认识。此外，CXCL12和CCR6联合其他因子如VEGF等对早期发现胃癌及其转移具有重要意义，能使胃癌早发现早治疗，造福人类。

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