胰腺癌细胞信号传导机制的研究进展

孔大陆 综述 李强 审校

胰腺癌是恶性程度较高的消化道肿瘤，预后差，死亡率高，这与其复杂的细胞生物学特性密切相关。但是有关胰腺癌发病的确切分子机制目前尚不明确。

正常胰腺组织中的内分泌细胞和外分泌细胞均可形成肿瘤，但外分泌细胞肿瘤最常见。大多数胰腺外分泌细胞肿瘤为腺癌，最初源于胰腺导管上皮的损伤，进而发展为癌前病变并最终进展为侵袭性肿瘤。胰腺癌癌前病变主要包括胰腺上皮内瘤变（pancreatic intraepithelial neoplasia，PanIN）、胰腺导管内乳头状黏液瘤（intraductal papillary mucinous neo⁃plasms，IPMNs）和黏液性囊性瘤（mucinous cystic neo⁃plasms，MCNs）。同时，与其他恶性肿瘤相似，胰腺癌也是由于多种获得性或遗传性基因突变所致，这些肿瘤致病基因包括：癌基因、抑癌基因及其他维持基因组稳定的基因（包括DNA错配修复基因）。上述基因的改变导致了染色体的不稳定（chromosome insta⁃bility），并贯穿于胰腺癌发生发展的全过程。

1 胰腺癌癌前病变

胰腺上皮内瘤变是最常见的癌前病变，其源于胰腺小导管的微小的乳头型或平坦型非侵润性的上皮瘤变，直径多＜5 mm。其典型特征是柱状或立方上皮间可见不同程度的黏蛋白和不典型增生。PanIN分为三级：早期包括PanIN-1A（平坦型）和PanIN-1B（微小乳头型），不典型增生程度较轻。PanIN-2为中等程度的不典型增生，常可见乳头状结构的形成。PanIN-3为重度的不典型增生，也称为原位癌。最近的研究证实PanIN的发生与端粒酶缩短，KRAS、p16/Cdkn2a、BRAF基因突变有关［1］。上述基因的改变仅见于一小部分细胞，并且这部分细胞数量的增多与PanIN分级呈正相关，最终形成具有特定基因突变特征的亚细胞克隆［2-3］。上述研究结果提示胰腺癌的发病过程较人们先前认识的时间可能更长，这为早期发现胰腺癌提供了可能。

胰腺导管内乳头状黏液瘤（IPMNs）是一类相对少见的胰腺囊性肿瘤，源于胰腺导管上皮，呈乳头状生长，分泌黏液，可引起主胰管或分支胰管进行性扩张或囊变。目前研究认为IPMNs与胰腺导管腺癌发生过程中的基因突变事件非常相似，常见突变的靶基因包括 KRAS2、p16/Cdkn2a、SMAD4 和 TP53，但IPMNs中基因突变的频率较低。另外，最近的研究证实超过96%的IPMNs患者具有GNAS或KRAS基因突变，其中超过半数患者上述两个基因均发生突变［4］。GNAS基因编码G蛋白α亚单位（Gαs），它是一类信号传导分子，能将生长因子信号传递到特定的效应蛋白从而调控基因表达。目前的研究认为GNAS基因突变是启动IPMN的早期事件，因此检测胰液中GNAS基因是否发生突变使早期发现IPMNs成为可能。Kanda等［5］研究发现64%表现为主胰管扩张的IPMNs患者中GNAS基因发生突变。

胰腺黏液性囊性瘤（MCNs）占胰腺囊性病变的23%，主要见于女性患者，男性患者比例低，为1%～8%。MCNs在病理学特征上与肝和腹膜后黏液性囊性瘤极为相似。MCNs的间质细胞可发生黄体素化，其免疫表型也与来源于卵巢的原始细胞相似。目前的研究认为MCNs可能是由于卵巢基质细胞异位表达于胰尾所致，它们具有分泌激素和生长因子的功能，并最终可导致肿瘤的形成［6］。目前关于MCNs的分子机制还不十分清楚，这与其发病率低有关。KRAS基因12号密码子点突变与MCNs早期形成相关，其他的基因改变还包括p53、p16和SMAD4［7］。

2 胰腺癌细胞内信号传导机制

基因突变是导致细胞内信号通路异常的分子机制。Jones等［8］研究发现胰腺癌的发生大约需要有63个相关基因的表达异常，主要表现为点突变。胰腺癌常见的基因突变包括KRAS2、Cdkn2a、TP53以及Dpc4（Smad4）。多数胰腺癌患者具有上述一个或多个基因突变。研究发现KRAS基因突变在胰腺癌患者中占到90%，而Cdkn2a、TP53、Dpc4基因突变分别占到95%、75%和50%［9］。这些基因在正常细胞内是多条信号通路的效应分子，包括STAT3、Smad/TGF-β、Wnt、Notch、PI3K/Akt、sonic hedgehog。上述细胞内信号通路的改变可通过促进细胞增殖、血管生成、逃避凋亡以及增强侵袭能力从而调控胰腺癌的发生、发展。

2.1 STAT3信号通路

信号传导因子和转录活化因子3（STAT3）由STAT3基因编码。STAT3通路可介导多种细胞外刺激，将细胞膜上活化的细胞因子和生长因子信号传递到细胞核内，进而调控多种基因转录。活化后STAT3通过上调cyclinD1和cyclinB1促进细胞增殖，通过上调Bcl-2、Bcl-xl、Mcl-1抑制细胞凋亡。另外STAT3还通过调控VEGF、FGF、HIF-1α基因表达促进血管生成，以及调控 MMP2、MMP9、TWIST和ICAM-1基因促进细胞侵袭、迁移［10］。上述基因的改变参与了肿瘤的发生、发展。Chang等［11］通过基因敲除实验证实STAT3信号通路并不参与胰腺的胚胎发育过程，而且在正常胰腺组织中STAT3信号通路活化程度不高。然而在胰腺癌组织及胰腺癌细胞系中STAT3发生异常磷酸化从而被持续活化。Pdx1异常表达会导致胰腺导管-腺泡上皮化生，该过程被认为是胰腺癌发生的早期事件，而STAT3参与上述过程［12］。其他的研究也发现STAT3通过调控G1/S细胞周期调控点从而促进细胞增殖并维持胰腺癌细胞的恶性表型［13］。Lesina等［14］研究发现胰腺髓细胞通过分泌IL-6可引起STAT3异常活化，并对胰腺上皮内瘤变进一步恶变起到促进作用。

2.2 Smad/TGF-β信号通路

转化生长因子β（TGF-β）信号通路调控多种细胞生理过程，包括生长、发育、凋亡及维持细胞内环境稳态。TGF-β通过与Smad蛋白结合后可将胞膜上的信号传递到细胞核内。Smad蛋白包括3大类：受体调节的Smad蛋白，包括R-Smad、Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和 Smad8/9；共调节 Smad蛋白，包括co-Smad、Smad4；阻抑 Smad 蛋白，包括 I-Smad、Smad6和Smad7。适当的配体与2型受体在胞膜上结合后可使1型受体发生磷酸化，进而激活TGF-β信号通路。R-smad磷酸化后与co-Smad结合，进而可进入细胞核内调控靶基因表达。TGF-β受体活化后可使Smad2和Smad3磷酸化，然后它们与Smad4结合形成复合物。另外，Smad6和Smad7通过与受体或Smad2、Smad3结合而抑制TGF-β信号通路［15］。目前的研究发现，胰腺癌中TGF-β信号通路异常与Smad4失活相关。Jonson等［16］通过研究TGF-β信号通路中不同Smad蛋白对胰腺癌细胞的影响发现，大约42%胰腺癌细胞中Smad4蛋白出现结构异常，其进一步研究发现ALK5-Smad4失活与胰腺癌中TGF-β信号通路异常相关，而TGF-βR2、TGF-βR3并未发生改变。

2.3 Wnt信号通路

Wnt信号通路与细胞生理、病理过程相关，并且其在肿瘤进展过程中发挥重要作用。在经典的Wnt信号通路中，当配体与其受体（Frizzled/LRP受体复合物）结合后能够抑制β-catenin在胞浆内降解，稳定βcatenin并促进其转移到细胞核内。在细胞核内βcatenin与转录因子Tcf/Lef结合从而调控靶基因的转录。目前的研究发现胰腺癌中Wnt信号通路发生异常，主要表现为活化的Wnt信号使β-catenin在细胞核内大量聚集并使特定的靶基因发生转录［17］，而且在胰腺癌细胞中胞浆、胞核内均有β-catenin的聚集，进一步的研究证实β-catenin的异常聚集对胰腺癌的发生、发展起到促进作用［18］。最近的研究证实Wnt/β-catenin信号通路阻断剂wnt-c59能使对曲古霉素耐药的胰腺癌细胞系Panc-1/TSA部分恢复对曲古霉素的敏感性，同时抑制癌细胞迁移能力及EMT过程［19］。

2.4 Notch信号通路

Notch信号通路具有调节多种细胞增殖、凋亡的能力，其表达异常与肿瘤发生相关。目前已经发现，在哺乳动物中含有4个Notch受体（Notch1-4）和5个配体［Jagged1、Jagged2、Deltalike1（Dll-1）、Dll-3、Dll-4］。配体与受体结合后可激活Notch信号通路，进而通过多种蛋白酶级联反应过程使Notch蛋白被剪切。被剪切的Notch可形成位于胞膜外的NEXT片段和位于胞内的NICD片段两部分。NICD片段能转移至细胞核内，与CSL转录因子结合激活Notch靶基因的转录［20］。最近的研究证实阻断Notch信号通路可激活细胞凋亡过程，进而促进胰腺癌细胞对吉西他滨的敏感性［21］。Abel等［22］研究发现Notch信号通路对维持胰腺癌肿瘤干细胞（CSCs）特性具有重要作用，其研究证实阻断Notch信号通路能够降低胰腺癌细胞中CSCs的比例以及细胞成球能力。另外，Lee等［23］研究发现Notch信号通路的激活能增加CSCs细胞比例从而使胰腺癌疾病进展。Notch信号通路也参与细胞EMT过程［24］，活化的Notch信号通路促进细胞向间质表型转变，进而增加细胞迁移和浸润能力，从而促进胰腺癌远处转移的发生。

2.5 PI3K/Akt信号通路

PI3K/Akt信号通路激活后可磷酸化FoxO蛋白，降低其与DNA的结合能力，而增强其与14-3-3蛋白的亲和力。FoxO蛋白与14-3-3蛋白结合形成复合物并从细胞核内输出到胞浆内，从而抑制FoxO介导的细胞抗凋亡信号［25］。其他PI3K/Akt信号通路的下游效应分子，如FKHRL1、FKHR、AFX等，也通过相似的机制从胞核内转移至胞浆中。上述效应分子特异性参与脂肪细胞、肝细胞、肌原细胞、胸腺细胞及肿瘤细胞的分化、增殖过程。PI3K/Akt信号通路在多种不同细胞中均发挥抗凋亡作用。在多种肿瘤细胞中可检测到Akt表达水平的上调。研究证实胰腺癌细胞生长、存活需要激活PI3K-Akt/FoxO信号通路，高表达Akt水平的细胞对凋亡刺激的敏感性降低［26］。进一步的研究证实，Akt通过直接调控凋亡相关蛋白Bad和Caspase9，以及通过间接调控人端粒酶反转录酶亚基，包括FoxOs、IkappaB激酶等而发挥抗凋亡作用。

2.6 Sonic Hedgehog信号通路

Sonic Hedgehog（Shh）是一类分泌性信号蛋白，属于Hedgehog（Hh）家族。分泌性Shh肽与Patched（Ptch）结合激活Shh信号通路，并抑制Ptch活性。最终，Smoothened（Smo）发生磷酸化并激活Gli家族中的锌指转录因子从而使其靶基因转录［27］。Shh信号通路在胚胎发育过程及维持组织细胞内环境稳态中发挥重要作用，其表达水平改变可引起包括胰腺癌在内多种肿瘤的发生。Feldmann等［28］研究发现下调Shh信号通路能抑制肿瘤相关间质细胞生成，增强吉西他滨对胰腺癌的抗肿瘤作用，可延长胰腺癌小鼠模型的总体生存率。最近Rodova等［29］研究发现sul⁃foraphane通过抑制Shh信号通路中Gli的转录活性以及下游靶基因的表达可阻碍CSCs细胞成球能力，并通过抑制Bcl-2和活化caspases而促进胰腺癌细胞凋亡。另外，Li等［30］研究发现sulforaphane通过抑制Shh信号通路可显著阻止胰腺癌发生EMT，并抑制胰腺癌细胞的转移和血管生成能力。Shh信号通路异常在胰腺癌中十分普遍，因此进一步研究针对Shh信号通路及CSCs的治疗策略将有望改善胰腺癌患者的预后。

3 结语

近几十年来有关如何改善胰腺癌患者预后是临床与基础研究关注的热点。目前国外开展了多项针对胰腺癌细胞内信号通路分子的临床试验研究，例如，Smad/TGF-β信号通路与肿瘤细胞增殖、血管生成、凋亡和抗肿瘤免疫抑制相关，有关进展期胰腺癌应用抗-TGF的治疗策略已进入临床试验阶段（gov NCT00844064）。再如，缺氧环境可诱导Notch信号通路活化，活化的Notch能影响CSCs，进而引起肿瘤细胞化疗抵抗、肿瘤复发和远处转移。Notch活化过程中需要包括MMPs、TNF-α转换酶、γ-secretase等多种蛋白酶的剪切。目前已有临床I期临床试验证实口服γ-secretase抑制剂（RO4929097）对治疗转移性胰腺癌有效。另外，应用Notch抑制剂的临床试验目前正在进行中（gov NCT010983440）。上述临床试验结果有望为胰腺癌的治疗提供新的、有效的治疗靶点，从而改善胰腺癌患者总体预后。

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