结肠癌中β-catenin研究的新进展*

木尔扯尔，文 彬

(1.川北医学院病理教研室;2.川北医学院法医学系，四川 南充 637000)

结肠癌是一种常见的消化道肿瘤，其发生率仅次于胃癌和食道癌。近30年来，随生活水平的提高，我国结肠癌发生率较以往明显升高，特别以东部沿海经济发达地区增长明显;患者中，青年结肠癌发病增多［1］。Wnt/β-catenin信号通路在胚胎发育过程及细胞的生存、死亡的调控过程中均起了重要作用［2］。大量研究表明，结肠癌的发生与wnt/β-catenin通路的异常有关，特别是β-catenin蛋白及基因的异常表达可增强细胞增殖的相关转录，导致结肠癌的发生［3］。现总结结肠癌中β-catenin最新研究进展。

1 β-catenin简介

β-catenin，中文名β-连环蛋白，由CTNNbl基因编码，有16个外显子，长度为23.2 kb。基因定位于3p22－p21.3，是连环蛋白家族中的一个蛋白。βcatenin蛋白在细胞膜上可与cad(钙粘素蛋白)相互结合从而介导的细胞粘附连接。而细胞浆内及细胞核内β-catenin的异常蓄积，可致wnt/β-catenin通路下游靶因子激活，如 c-myc，survivin，cyclinD1，COX2，wisp-1 等［4］，可促进细胞增殖，凋亡下降，最终导致肿瘤的发生。基因干涉致β-catenin基因寂静后，其下游的因子cyclinD1和c-myc等表达下降，细胞周期停留在G0/G1期，并诱发了细胞的凋亡，证明β-catenin在wnt/β-catenin通路中起了关键作用［5］。

2 β-catenin在结肠中的表达

正常的结肠黏膜，β-catenin表达于细胞膜，在细胞核、细胞浆表达很少;而在结肠癌和腺瘤中，则主要为瘤细胞胞浆、胞核内的异常表达，膜表达减少。国内外大部分研究表明，β-catenin在结肠正常粘膜、结肠腺瘤及结肠癌组织中的异位表达率两两之间比较有统计学意义;结肠癌细胞胞浆、胞核内β-catenin蛋白及mRNA表达水平高于正常组织及结肠腺瘤组织中表达［6－9］;且 β-catenin 蛋白及 mRNA的表达水平与结肠癌的分化程度、临床分期、淋巴结转移有关［9］。但是Truant SC等人却发现结肠癌原发灶中与其邻近结肠正常组织中β-catenin的mRNA表达相比，两者间无统计学意义;肿瘤中mRNA水平与肿瘤是否转移及TNM分期无关;而在肝转移的肿瘤组织中，mRNA水平高于邻近正常组织［10］。以上不同的实验结果说明β-catenin在结肠癌中的表达可能具有多样性。

3 药物、食物及细胞因子对结肠癌中β-catenin的影响

3.1 药物对β-catenin影响研究

提高肿瘤治疗效果是我们研究肿瘤发病机制的最终目的，既然β-catenin的异常表达与结肠癌的发生有关，那么药物控制wnt/β-catenin通路及β-catenin的表达是否可以抑制结肠癌发生?研究发现，苏灵大既可以减少β-catenin蛋白的表达，又可抑制βcatenin蛋白从细胞浆到细胞核的移位，从而降低核内β-catenin/TCF转录复合体数量及其下游因子S100A4蛋白的表达，最终使结肠癌细胞的侵袭性及移动性下降［11］。异布洛芬则可以通过加强GSK-3β的磷酸化作用，提高磷酸化的β-catenin水平，促进β-catenin降解;同时抑制β-catenin下游基因bcl-2，survivin以及cyclinD1的表达，最后使细胞侵袭性减弱，移动能力减弱［12］。黄体素可以抑制 PCNA，减少β-catenin和cyclinD1的表达，从而抑制肿瘤细胞的生长［13，14］。而杠柳毒甙、异利血平、槲皮素等药物均可以抑制细胞内β-catenin及其下游因子的表达，抑制细胞的增殖。另外，NC043(半合成的萜类化合物)通过抑制细胞核内β-catenin与TCF的结合，降低下游转录基因表达，抑制肿瘤细胞的生长［15］。以上研究表明，用药物抑制 β-catenin的表达及其转录活性，的确可以抑制肿瘤细胞的增殖和转移。

3.2 饮食对结肠癌中β-catenin的影响

流行病学统计结果认为，结肠癌的发生与营养及饮食结构有关。以下研究证实，不同的饮食可以抑制或促进结肠癌的发生。Latifah SY等人用发芽的糙米喂养结肠癌小鼠模型后，发现小鼠结肠中黏膜上皮内异常隐窝灶(Aberrant Crypt Foci，ACF)和异常隐窝(Aberrant crypt，AC)数量均减少;且异常隐窝灶和异常隐窝中β-catenin和cox2蛋白表达下降［16］。Paul S用蓝莓的提取物紫檀芪喂养结肠癌小鼠模型，发现其可以抑制小鼠结肠癌组织中PCNA、β-catenin、cyclinD1、TNF-α、IL-1β、IL-4 等的表达，并抑制核内p65的磷酸化，最终抑制癌细胞的增殖与转移［17］。食物中的维生素D及其衍生物1，25(OH)2D3可以通过与VDR受体结合，最终抑制βcatenin的活性及其转录基因DKK4的表达，上调DKK1的表达;进一步研究发现，DKK4在结直肠癌中表达上升，可以增加肿瘤细胞的移动能力和侵袭性;DKK1则是wnt/β-catenin通路的抑制因子，其表达上升可以抑制细胞的增殖和转移［18，19］。Xichun Z等用玉米油、橄榄油、牛油及鱼油喂养结肠癌前病变造模小鼠，发现玉米油和牛油可增加小鼠结肠黏膜中异常隐窝的数目，细胞增殖比例上升，β-catenin和cuclinD1的表达上升，凋亡下降;而橄榄油及鱼油则减少了异常隐窝的数目，抑制了β-catenin及其下游转录的表达［20］。还有研究发现，鞘磷脂仅作用于早期结肠癌，且只抑制β-catenin蛋白表达，而不影响β-catenin的mRNA水平及下游cyclinD1和cmyc蛋白和基因水平的改变［21］。

3.3 不同因子对β-catenin的调节作用

对β-catenin的调节按β-catenin的不同位置分布，可以分为胞膜、胞质以及胞核中的调节三个方面。

3.3.1 细胞膜E-cad/β-catenin复合体的调节:正常细胞中，β-catenin主要以胞膜的E-cad/β-catenin复合体形式存在，介导细胞间的黏附连接。若E-cad/β-catenin复合体数目减少，可致细胞间粘附减少，细胞移动能力增强。研究发现，SDF-1因子(stromal cell-derived factor-1)可以诱发PI3K/AKT的磷酸化作用，促进β-catenin中酪氨酸的磷酸化，使E-Cad/β-catenin复合体数目减少，细胞间的粘附减少，促进了肿瘤的迁徙能力［22］。转染k-Ras突变基因也可以使caco-2细胞中β-catenin和E-cad表达均下降，E-cad/β-catenin复合体数目减少，细胞间粘附减少，移动能力增加，促进了转移［23］。与之相反的是，TGF-β可以诱导CBS细胞生成E-cad，生成的E-cad与β-catenin形成E-cad/β-catenin复合体，从而降低胞浆内β-catenin的含量及相关的转录，抑制细胞的增殖［24］。因此抑制β-catenin在胞浆、胞核中的积聚，促进E-cad/β-catenin复合体形成，是抑制肿瘤转移的可能途径。

3.3.2 细胞浆中 β-catenin的调节:胞浆中的 βcatenin调节，包括调节β-catenin向胞膜、胞核移位和调节β-catenin磷酸化两个途径。鼻咽癌相关因子NGX6既可以恢复细胞之间的信息传导，又可以抑制β-catenin从细胞浆向细胞核的移位，还可以抑制β-catenin与TCF－4的结合，从而抑制肿瘤细胞的增殖转录［25］。Tian X等人用转染的方法，使结肠癌sw480细胞株内smad4表达上升后，发现其可以促进β-catenin从胞浆、胞核向胞膜的逆向转位;抑制 β-catenin的表达及其下游因子 claudin-1和MMP7的表达;同时增加E-cad的表达，促进β-catenin/Cad复合体的形成［26］。Galectin-3(乳糖凝集素3)则通过抑制GSK-3β的活性来促进β-catenin相关的转录:减少胞内Galectin-3含量，AKT和GSK-3β的磷酸化作用增强，可致β-catenin蛋白表达下降(无mRNA变化)，β-catenin/TCF转录复合体活性降低，β-catenin下游基因的表达下降［27］。PPAR-r(过氧化物酶增生物活化受体)是核受体超家族成员之一，细胞浆内的PPAR-r可与β-catenin相互作用，阻止β-catenin移位入核而停留在胞浆中，同时可抑制β-catenin/TCF转录活性，减少结肠中异常隐窝灶的形成。若细胞内PPAR-r异常，如表达下降，则导致胞质内β-catenin的蓄积，引起细胞转录的增加，导致结肠肿瘤的发生［28］。Hath1因子是一个在正常结肠粘膜细胞核中表达，而在肿瘤组织中不表达的转录因子。研究发现，GSK-3β只能选择性的对hath1和β-cat其中之一进行磷酸化，从而调节肿瘤的发生:当GSK-3β选择性对hath1进行磷酸化，则胞浆中则留下稳定的β-catenin，引起肿瘤的发生;而当GSK-3β选择性对β-catenin磷酸化，hath1因子得以保留，抑制肿瘤的发生［29］。

3.3.3 核内 β-catenin的调控研究:细胞核内 βcatenin的调控，也涉及调节β-catenin/TCF/LEF转录复合体形成，以及调节转录复合体活性两个方面。Kim YJ等人的研究表明，NDRG2(N-myc downstream-regulated gene-2)在正常结肠组织及腺瘤组织中均为高表达，但在结肠癌中为低表达，人为升高结肠癌sw620细胞株胞内NDRG2的表达量，β-catenin表达仅轻微下降，说明NDRG2不影响β-catenin表达;但NDRG2可以通过下调β-catenin/TCF/LEF的转录活性，抑制肿瘤细胞的生长［30］。Sox家族成员 Sox17、Sox4［31］以及 Sox7［32］因子均可以与 β-catenin转录复合体中的TCF/LEF结合。Sox17的过量表达可以抑制β-catenin相关的转录，且可通过非GSK-3β对 β-catenin和 TCF进行磷酸化降解;而Sox4则是一个加强wnt/β-catenin通路的转录的因子，其作用与Sox17作用相反;Sox7因子则在核内与TCF竞争性的结合β-catenin，抑制β-catenin相关的转录，最终使细胞增殖下降。Pdcd4是一个肿瘤抑制基因，既可以降低β-catenin/TCF转录复合体活性，又可以抑制AP-1依赖的转录过程，最终使ht29细胞株的增殖和转移下降，当敲除ht29中Pdcd4基因后，发现β-catenin/TCF及AP-1依赖的转录被激活［33］。而一些因子，如CCAR1(细胞周期和凋亡调控因子)［34］、CTEN［35］以及 MMAL1(Mastermind-like 1)［36］均可以在核内与 β-catenin相互激活，促进 βcatenin/TCF/LEF转录复合体形成，使结肠癌细胞的转录与表达增强，促进增殖。

4 β-catenin下游因子的研究

wnt/β-catenin下游靶因子的激活是 β-catenin调节细胞增殖与凋亡的关键途径，除了以前发现的c-myc、survivin、cyclinD1、COX2、wisp-1［4］等，以及前述 的 S100A4［11］、DKK1、DKK4［18，19］、claudin-1、MMP7［26］。近几年，科学家研究发现了一些β-catenin通路的新靶因子。OPG(骨保护素)可与肿瘤坏死因子竞争性结合凋亡诱发配体，从而抑制肿瘤细胞的凋亡，促进细胞增殖转移。在人体结肠癌组织和大部分结肠癌细胞株中，OPG的mRNA均高表达。用基因转染法寂静β-catenin基因和蛋白后，发现OPG、c-myc以及Dkk1的mRNA表达随之下降，证明了OPG由β-catenin进行调控，是wnt/β-catenin通路的下游因子;进一步的研究发现，OPG的调节是由TCF上一个转录区域VP16控制［37］。Wu H等人发现Nur77也是β-catenin下游因子:β-catenin激活和转录AP-1;生成的AP-1则可以与Nur77的前体结合，继而激活 Nur77，使其表达升高;升高的Nur77又可以进一步诱导上调抗凋亡因子BRE和VEGF表达，促进细胞的增殖，加速细胞形成集落，并增强细胞的迁移能力［38］。fascin1是细胞丝状伪足的主要成分，其在正常结肠粘膜中无表达，在转移前的结肠肿瘤中有表达，转移后的肿瘤组织中无表达;用fascin1培养结肠癌细胞株，发现其可增加癌细胞的迁移能力和侵袭性;研究发现，fascin1也是wnt/β-catenin 下游靶基因，由 β-catenin 调控［39］。

5 结肠癌组织核内β-catenin表达模式与临床预后

结肠癌核内β-catenin表达模式与临床预后的有一定关系。Horst D［40］等人用免疫组化方法研究了142例中分化ⅡA期原发性结肠癌核内β-catenin的分布，发现核内β-catenin有4种分布模式:第一种分布为核内全部无β-catenin表达，占18.3%;第二种分布为核内全有β-catenin表达，占19%;第3种分布为肿瘤组织边缘区肿瘤细胞核内β-catenin有表达，而肿瘤组织中心区无 β-catenin表达，占31.7%;第四种分布为肿瘤组织边缘区肿瘤细胞核内β-catenin有表达，肿瘤组织中心区β-catenin表达不均匀，占31%。然后他们把这四种分布模式归为2类:第一、二种分布认定为没有核内调控，而第三、四种分布则认定为核内有调控。按以上的划分，分别将分布模式和调控类别与术后生存期进行生存分析。结果发现，患者结肠癌组织β-catenin在核内全无表达(第一种)，预后最差，术后平均生存时间最短;而只有边缘有β-catenin表达的(第三种)有最好的预后，术后平均生存时间最长。没有核内调控的类别与有调控的类别相比，术后平均生存时间较少。此外，患者术后存活时间与性别，年龄无相关性。

6 结语

β-catenin异常表达在结肠癌发生发展中起了重要作用，其粘附作用和信息传递功能的异常均与肿瘤的转移、增殖有关，但wnt/β-catenin通路拥有众多的下游因子，是哪些因子在结肠癌的发生发展中起了主要作用?是否还有其他尚未发现的下游因子?基于人体拥有复杂的生物反应系统，人体结肠癌发生发展过程中，其分子生物学的改变是否与体外结肠癌细胞株培养的分子生物学改变一致?体外通过抑制β-catenin相关转录的抑癌药物作用于活体是否仍然具有较好的疗效?这些问题都需要我们去研究解决。

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