胃泌素原在结直肠癌中的研究进展

刘梦诗 黄玉伟

(上海市第一人民医院宝山分院消化内科，上海 200940)

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是临床常见的恶性肿瘤之一。CRC发病率在全世界男女性恶性肿瘤中均位居第3。在我国，CRC的发病率呈上升趋势，处于恶性肿瘤和致死因素的第4位。早在1993年Nemeth等[1]就在人类结肠癌组织中检测到胃泌素原(progastrin)，之后人们逐渐发现胃泌素原在CRC细胞的增殖、抗凋亡、侵袭、转移方面发挥着重要作用，并有望成为CRC的生物学标志物之一。

1 胃泌素原及其衍生物

1.1 胃泌素原的生成及结构 人类胃泌素基因位于17号染色体，转录生成的胃泌素mRNA在粗面内质网中翻译生成含有101个氨基酸的前胃泌素原，后者经裂解去掉N-末端信号肽(21个氨基酸)后形成胃泌素原。胃泌素原的结构相对简单，其被2个双精氨酸切割位点分成3个部分：第一部分是N端1～35的侧翼片段；第二部分是位于中间的38～72氨基酸片段，由胃泌素-34和C端的甘氨酸组成；最后一部分是含6个氨基酸的C端侧翼片段。

在前胃泌素原的C端胃泌素序列翻译完成之前，其N端的信号肽就已经被切除,所以生物体内的前胃泌素原常不完整。而胃泌素原完整存在，并且可以被提取出来，被认为是胃泌素基因的第1种蛋白产物[2]。

1.2 胃泌素原的加工及其衍生物 成熟胃泌素是胃泌素原经激素酶原裂解、修饰等处理后形成的，主要由胃窦部的G细胞和十二指肠近端黏膜分泌。胃泌素原被转运至高尔基体后由高尔基囊泡运输到G细胞底部的分泌颗粒内，在此过程中，在胰蛋白酶、类羧基肽酶等作用下形成甘氨酸延伸型胃泌素34(glycine-extended gastrin 34，Gly-G34)。分泌颗粒内的Gly-G34在肽酰甘氨酸α-羟单氧化酶(peptidyl α-amidating mono-oxygenase，PAM)的作用下形成酰胺化胃泌素34(G34)，后者在激素转化酶的作用下进一步转化为酰胺化胃泌素17(G17)。非内分泌颗粒内的Gly-G34在激素转化酶作用下生成甘氨酸延伸型胃泌素17(glycine-extended gastrin 17，Gly-G17)，而Gly-G17不能进一步转换为G17。G34、G17即为成熟胃泌素，其中G17是胃窦胃泌素的主要形式，也是膳食后血液循环中胃泌素的主要形式。G34是十二指肠中胃泌素的主要形式，半衰期较长，它是介于膳食之间的主要胃泌素形式。胃泌素原和甘氨酸延伸型胃泌素为不成熟的胃泌素，称为非酰胺化胃泌素，其含量小于总分泌肽的10%[3]。而CRC患者血中非酰胺化胃泌素水平升高，可能是由于胃泌素基因相关CRC细胞中缺乏将前胃泌素转化成酰胺化形式的酶。

2 胃泌素原受体

目前，胃泌素原的作用受体仍存在争议。相关研究认为，胃泌素原通过胆囊收缩素2受体(cholecystokinin 2 receptor，CCK-2R)起作用；也有不少实验证实胃泌素原可以和膜联蛋白A2(annexin A2，AnxA2)结合后进入细胞内，进一步调节基因转录；还有学者[4]认为，胃泌素原的作用机制与CRC细胞表面的铁离子、黏多糖等有关。而这些作用机制仍有待进一步证实。

2.1 CCK-2R CCK-2R不同于成熟胃泌素受体，主要表达于中枢神经系统和胃肠道组织中。正常结肠组织中不表达该受体[5]；在胃肠道肿瘤和肺肿瘤组织中，CCK-2R表达显著升高[6]。相关体内、体外实验[6-7]均证实，胃泌素原可以通过CCK-2R依赖性通路来诱导结肠细胞增生，当CCK-2R缺失或受抑制时，其作用减弱。但有研究[8]发现，CCK-2R与胃泌素原在结肠癌细胞及纤维母细胞中的作用并无相关性。

2.2 AnxA2 AnxA2是钙依赖性磷脂结合蛋白超基因家族中的成员，在人CRC组织中高表达，可能与CRC的发生、发展密切相关。AnxA2不是胃泌素原的特异性受体，但下调细胞膜上AnxA2水平可以使胃泌素原对各类靶细胞的作用下降50%～80%[9]。用胃泌素原分别处理AnxA2+/+、AnxA2-/-小鼠，用0.9%氯化钠液处理的AnxA2-/-小鼠，发现AnxA2+/+小鼠结肠隐窝细胞中CD44/DCAMKL+1阳性率较其他组高1.5～2倍，而另外2组差异无统计学意义，说明AnxA2在胃泌素原的促增殖过程中起重要作用。AnxA2缺失或功能受抑制时，小鼠结肠上皮的细胞分裂和增殖受到抑制[10]。进一步研究[11-12]发现，胃泌素原与AnxA2结合形成复合物，并迅速转移至细胞内发挥作用，但是，胃泌素原与AnxA2复合物进入细胞内的作用机制尚不明确，仍待进一步研究。

3 胃泌素原与CRC的关系

早在上世纪90年代，Wang等[13]就发现，表达人胃泌素基因的转基因小鼠血液中胃泌素原水平明显升高，且升高水平与结肠癌发生存在显著相关性。无论是在体内还是体外[14]，胃泌素原均可以作用于结肠黏膜细胞，起到促进增生、抗凋亡作用，且显著增加结肠肿瘤的侵袭、转移潜能。

3.1 胃泌素原促进结肠细胞增生和抗凋亡 正常结肠上皮细胞的增生和凋亡处于平衡状态，胃泌素原对结肠细胞有促分裂、抗凋亡作用，破坏稳态、增加结肠癌的易感性。对小鼠进行DNA损伤处理后发现，hGAS+小鼠的结肠上皮细胞中细胞周期蛋白依赖性激酶4(cyclin dependent kinase 4，CDK4)和细胞周期蛋白D1(cylin D1)水平明显上升，且hGAS+小鼠的结肠组织中癌前病变的数量和大小均显著高于对照组[15]。实验[16-17]证实，在胃泌素原作用下，结肠黏膜细胞中肿瘤干细胞标志物(CD44、DCLK1、Lgr5、CD133等)水平上升，据此推论，胃泌素原可以促进结肠干细胞分裂，此外，提高动物模型的胃泌素原水平还可以促进肿瘤抑制基因(APC/p53)突变，但该突变在结肠癌发生、发展中的作用机制还有待进一步探究。

3.2 促进肿瘤转移 肿瘤细胞的侵袭和转移是恶性肿瘤的又一重要特征。在正常情况下，细胞和细胞之间存在一些黏附连接结构，这些结构对于保持细胞间信息交流和限制细胞迁移起着特殊的作用。Hollande等[18]实验证实，胃泌素原可以激活Src激酶、磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3-K)和蛋白激酶Cα，使黏附连接及紧密连接复合物裂解，细胞更易于迁移；还可以增加细胞旁通透性、增加细胞流动性，使肿瘤更容易转移。

4 胃泌素原的主要作用通路

4.1 Ras/MAPK/EPK通路 Ras/MAPK/EPK通路主要被丝裂原激活，如生长因子与受体结合后，能激活小G蛋白Ras，进而激活该通路。胃泌素原可激活该通路，且该过程与结肠癌前病变的发生有关。增生性息肉和管状腺瘤中胃泌素原阳性细胞所占比例显著高于正常组织，过度表达胃泌素原的增生性息肉细胞中，EPK激活细胞占53%，而在低表达和中度表达胃泌素原的增生性息肉细胞中仅为29%和22%，表明胃泌素原水平与p-EPK激活存在显著相关性(P=0.008)[19]。

与正常结肠上皮相比，结肠癌细胞中胰岛素样生长因子Ⅱ(insulin-like growth factor Ⅱ，IGFⅡ)过度表达[20]。Tao等[21]体外实验发现，胃泌素原可以刺激结肠纤维母细胞分泌IGFⅡ，后者可使IGF1受体磷酸化，刺激Ras蛋白，从而激活MAPK/EPK通路。

4.2 核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB) 在静息细胞中，NF-κB与细胞质中的抑制因子(inhibitory κB，IκB)形成复合体，以无活性形式存在于胞浆中。当细胞受细胞外信号刺激后，IκB被蛋白酶降解，游离的NF-κB迅速移位到细胞核，与其对应的启动子结合，诱导相关基因转录[22]。致肿瘤性因素和炎性反应诱导的NF-κB激活，可导致白血病和结肠癌的发生。

体外情况下，用胃泌素原处理小鼠结肠上皮细胞，15～30 min后观察到NF-κB p65激活状态的细胞百分数上升约2～4倍[12]，胃泌素原可以直接或间接激活NF-κB[23]。体内实验[11]发现，胃泌素原可以使IκB激酶复合体α/β(IκB kinase α/β，IKKα/β)磷酸化、降解，促进近端结肠中的NF-κB p65激活。IKKβ抑制物NEMO均可以阻断胃泌素原的抗凋亡作用[24]，这为结肠癌的治疗提供一种选择。

4.3 Wnt/β-catenin(Wnt/β链蛋白) Wnt配体与其跨膜受体结合，抑制β链蛋白降解复合物(APC、AXIN和GSK3)的活性，从而允许稳定的β链蛋白进行核转移，促进Wnt靶基因的转录激活。而CD44/CD133/Lgr5这几个肿瘤干细胞标志物，就是β-链蛋白/Tcf/Lef转录因子的靶基因之一[25]；过度表达β链蛋白可引起肠黏膜细胞异常增生和腺瘤形成。胃泌素原可以与AnxA2结合，从而激活该通路，但胃泌素原对该通道的具体作用机制尚不明确。

Sarkar等[11-12]发现，胃泌素原促进结肠细胞增殖的作用与其调节β-catenin/Tcf-4的表达有关。内源性胃泌素原缺失时，β-catenin/Tcf-4抑制物表达增加，导致结肠细胞增殖速度明显下降，抑制腺瘤性息肉病突变[26]。但是，Do等[27]的实验表明，胃泌素原过度表达的增生性息肉中，Wnt/β-catenin通道没有激活。

4.4 JAK-STAT(just another kinase-STAT)通路 在多种肿瘤中检测到了STAT3通路激活，但是结肠癌中鲜有报道。Do等[27]研究发现，低级别和高级别腺瘤中STAT3阳性细胞的比例明显高于正常细胞，而增生性息肉和正常结肠组织中的STAT3的活化差异无统计学意义，且STAT的活化与胃泌素原的表达之间也没有显著相关性。但是，目前有关胃泌素原与STAT3通路关系的文献不多。

4.5 其他通路 有研究[28]发现，在CCK2R、β-链蛋白参与下，胃泌素原可以抑制转化生长因子β/骨形态发生蛋白(transforming growth factor-β/bone morphogenetic protein，TGF-β/BMP)通路，促进CRC细胞增殖和转移，且在CRC中的作用取决于肿瘤分期。在肿瘤发生的早期，该通路通过调节细胞分化、诱导肿瘤细胞凋亡而抑制肿瘤的发展；但在肿瘤的晚期促进肿瘤的发生。Zhang等[29]提出，Notch通路激活的水平与结肠癌病理分级、侵袭范围、有无转移存在相关性。但是，目前关于胃泌素原与Notch等通路的关系仍有待进一步研究。

5 临床应用与展望

结肠癌发病率呈逐年升高的趋势，且大多数患者在发现时已经处于癌症晚期，病死率高。结肠腺瘤是公认的结肠癌癌前病变，若能及时诊断腺瘤，则可以大大降低结肠癌的发生率。胃泌素原作为一种激素前体，对结肠细胞有着促增殖及抗凋亡、黏附、转移的作用，其在结肠腺瘤、腺癌、增生性息肉中均有表达。增生性息肉中胃泌素原阳性细胞比例显著高于正常结肠，且对息肉和癌症有一定诊断意义。

综上所述，胃泌素原有望成为CRC的新生物学标志物，并应用于结直肠增生性息肉筛查，提高癌前病变发现率，降低CRC发病率；也可直接用于CRC的筛查。

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