结直肠癌转移相关信号通路

贾陌杨 王要军

结直肠癌（CRC）是一种较常见的消化道恶性肿瘤，在世界范围内，CRC的发病率居于恶性肿瘤第三位，在恶性肿瘤引起的死亡中居于第四位。每年约有超过100万的新发病例［1］。中国的CRC发病率也呈上升趋势。CRC的恶性程度较高，较易发生血行、淋巴及远处转移。CRC的转移是一个多基因作用、多步骤的过程，其中也涉及多种信号转导通路。本文就与CRC转移相关的经典信号通路作一综述。

1 转化生长因子-β／Smad信号通路

1.1 信号通路的组成

转化生长因子-β／Smad（TGF-β／Smad）信号通路主要由TGF-β及其受体和Smad蛋白构成。TGF-β超家族包括 TGF-β、lefty、活化素（activin）、抑制素（inhibin）、骨形态发生蛋白（BMP）以及缪勒管抑制物质（MIS）、各种生长分化因子（GDF）等［2］。目前认为 TGF-β家族的受体有 TβRⅠ、TβRⅡ、TβRⅢ3种，均为受体丝氨酸／苏氨酸（Ser／Thr）激酶［3］。细胞质蛋白Smad为TGF-β信号通路中关键的信号转导分子，可将TGF-β信号向细胞核内转导。一般将Smads蛋白分为3类［4］：（1）受体调控的Smad Smad1、2、3、5、8；（2）通用调节Smad Smad4和Smad4B；（3）抑制性 Smad Smad6、7。活化的TGF-β二聚体通过与TβRⅠ／TβRⅡ结合而转导信号。当与TGF-β结合后，TβRⅡ磷酸化，激活TβRⅠ，进一步磷酸化 Smad2／3，Smad2／3与Smad4结合形成Smad2／3／4复合体，转移进入核内，与各种转录因子结合，将信号转导下去［5］。

1.2 信号通路与CRC转移的关系

TGF-β主要通过增加肿瘤血管生成、免疫抑制、增加肿瘤细胞外基质（ECM）的产生和沉积、上调肿瘤周围的蛋白酶水平来促进肿瘤转移。CRC细胞增殖后，可以分泌TGF-β，抑制效应T细胞的功能，并可抑制白细胞介素-17（IL-17）产生Th17细胞，从而调控自然杀伤（NK）细胞和巨噬细胞，抑制机体的免疫功能及炎性反应，帮助肿瘤细胞逃避宿主的免疫监控，从而促进CRC转移［3］。此外，TGF-β在CRC上皮细胞-间充质细胞转化（EMT）中也起到一定的作用。在上皮细胞转化为间充质细胞的过程中，肿瘤细胞可以获得更多的活动能力，进而促进转移。TGF-β可以通过与Smad蛋白形成转录复合体从而促进EMT的发生。Smad蛋白在CRC细胞的侵袭中也起到了重要的作用，目前研究较多的为Smad4。实验研究发现，Smad4缺失与CRC的发生及转移有密切的联系［6-7］。Zhang等［8］的细胞迁移和侵袭实验研究发现，在CRC细胞系CT26中敲除Smad4，可以促进CT26细胞通过人工基底膜屏障及胶原蛋白层，从而促进侵袭及转移。

2 PI3K／Akt信号通路

2.1 信号通路组成

PI3K是一种重要的磷脂酰肌醇激酶，其作为一种重要的信号转导因子而广泛存在于细胞内。研究发现，PI3K由p85和p110两个亚基组成，具有调节细胞增殖、凋亡及分化等功能［9］。Akt是一种由原癌基因c-Akt编码的丝氨酸／苏氨酸激酶，又称为蛋白激酶B（PKB），是PI3K／Akt信号通路的核心，为PI3K的主要下游效应分子，可以直接磷酸化多种转录因子，从而促进肿瘤发生发展［10］。Akt家族有3个亚型，分别是Akt1、Akt2、Akt3，其又可以称为PKBα、PKBβ、PKBγ。Akt2由于其在肿瘤侵袭中的作用，已成为目前研究的热点。研究发现，二聚体构象改变可以活化PI3K，并且Ras和p110亚基的直接结合也可以活化PI3K，PI3K被激活后可以在质膜上产生第二信使3-磷酸磷脂酰肌醇（PIP3），而Akt内的PH结构域可以与PIP3结合，从而使Akt活化，并使其从细胞质转移到细胞膜上［11］。

2.2 信号通路与CRC转移的关系

PI3K首先激活Akt，Akt活化后发生磷酸化作用，进而激活或抑制其下游靶蛋白，如核因子-κB（NF-κB）、mTOR、Bad、Par-4、天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-9（caspase-9）等，从而介导多种生长因子等诱发的细胞增殖［10］。早期研究表明，相比于非转移性癌细胞，转移性癌细胞中PI3K的活性更高。在转移性癌细胞中，基质金属蛋白酶（MMP）能够降解细胞基底膜及ECM，从而促进肿瘤的转移，而PI3K是MMP产生的重要因素。流行病学研究及动物实验发现，PI3K可激活 MMP-2、MMP-9，导致ECM破坏，从而促进癌细胞转移。此外，MMP-2、MMP-9也是Akt2作用的靶基因，其激活可以促进CRC转移及侵袭。Chu等［12］的研究发现，MMP-9表达升高可以促进CRC Dukes分期的进展及远处转移。活化的Akt还可以调节Bcl-2和黏着斑激酶（FAK）蛋白的表达来介导 CRC转移［13］。另外，Akt2也可以上调β1-整合素从而增加CRC细胞的转移及侵袭作用。Ericson等［14］研究发现，Akt2失活可以减弱CRC转移的能力，从而证明Akt2的活化在CRC转移中起着重要的作用。

3 Wnt／β-连环素信号通路

3.1 信号通路的组成

Wnt／β-连环素（β-catenin）信号通路是 Wnt信号通路的经典通路，是CRC发生发展过程中重要的信号通路之一。研究已证实，约90%的CRC患者存在 Wnt通路过度激活，该通路异常可以促使β-catenin在细胞内异常积聚。β-catenin是该通路的关键分子，主要位于细胞膜上，少量游离存在于细胞质中。细胞膜上的β-catenin与α-catenin、肌动蛋白（actin）、钙黏蛋白（E-cadherin）等构成连接复合体，进而使同型细胞相互黏附。细胞质中的β-catenin与轴抑制蛋白（Axin）、无嘌呤／无嘧啶核酸内切酶（Ape）、糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）等形成降解复合物，经蛋白酶水解作用而降解［15］。Wnt蛋白通过与特异性受体卷曲蛋白（Frizzled）作用后，可以活化存在于细胞内的Dsh蛋白，进而抑制降解复合体的形成，从而使细胞质内累积大量β-catenin，并可以使其转移至细胞核内，与LEF或TCF相结合，刺激Wnt信号下游靶基因的转录，从而调控细胞增殖［16］。

3.2 信号通路与CRC转移的关系

大量实验研究表明，CRC细胞核中β-catenin的异常表达与其侵袭及转移有密切的联系［17-18］。众所周知，肿瘤转移的一个重要先决条件是细胞间的黏附障碍。细胞膜上的β-catenin与E-cadherin等可以结合形成复合物来维持细胞间的黏附，而β-catenin是该复合物的主要调控分子［19］。在CRC细胞系SW480中，由于 Wnt信号异常引起β-catenin磷酸化时，可导致β-catenin／E-cadherin复合体的破坏，从而影响细胞间黏附的稳定性，使细胞脱落进而发生转移［20］。MMP在肿瘤侵袭及转移中的作用已被大量实验研究证实，近年研究表明，在CRC细胞中抑制β-catenin可以抑制MMP的活性，进而影响 CRC的转移［21］。Lee等［22］通过免疫组组织化学方法对83例Ⅳ期CRC组织蜡块进行分析，发现 Wnt3a的表达与淋巴结转移（P＝0.038）、MMP-9的表达（P＝0.0387）显著相关，从而发现在CRC转移中，Wnt蛋白起着重要的作用。

4 整合素激活FAK介导的信号通路

4.1 整合素及FAK

整合素的本质是一种糖蛋白，广泛存在于细胞膜表面，可以介导ECM的交互作用，从而将信号从细胞外环境连接到肌动蛋白细胞骨架上［23］。整合素由α和β两个亚基构成，目前至少已发现18种α亚基和8种β亚基，研究证明这些亚基可以组成20余种整合素［24］。FAK是一种非受体型酪氨酸蛋白激酶，由氨基端的FERM结构域、羧基端的黏着斑固定区（FAT）和中央激酶区3个结构域构成。FERM结构域可以与整合素的β亚基结合引起FAK聚集，而FAK聚集可以引起其酪氨酸磷酸化位点Tyr397发生自主磷酸化，从而在Tyr397上产生可以与Src家族激酶相结合的高亲和力位点，进一步形成FAK-Src信号转导复合物［25］。FAK-Src复合物形成后可以改变细胞膜黏附力，进一步激活下游通路，从而在细胞的黏附、增殖、迁移及生存中发挥重要的作用［26］。FAK活化后，能够激活多种信号转导分子，因此FAK被认为是整合素介导的信号通路的基础分子，并在其中起着关键的作用。

4.2 信号通路与CRC转移的关系

研究表明，FAK信号通路可以通过调控细胞迁移、侵袭、EMT及肿瘤血管生成等途径来促进肿瘤进展及转移［27］。有研究表明，在肿瘤细胞中，FAK可以磷酸化β-catenin从而导致细胞黏附连接处完整性破坏而失去与整合素的连接［28］，而磷酸化血管内皮cadherin在血管内皮生长因子的刺激下同样可以破坏细胞间的黏连［29］，进而增加细胞的运动能力。Cicchini等［30］的研究发现，FAK-Src复合物可以调控由TGF-β诱发的EMT。上述均可增加肿瘤细胞的侵袭及转移。Weiner等［31］最早报道CRC及其转移癌组织中FAK呈过表达现象，他们发现85%的侵袭性原发癌及100%的肝转移癌过表达FAK，而正常结直肠黏膜几乎不表达。随着研究的深入，Owens等［32］在蛋白水平通过蛋白（Westernblot）方法检测转移性CRC中FAK的表达，证实FAK的表达升高。Garouniatis等［33］的研究发现，FAK的表达与CRC的转移及进展显著相关（P＜0.01），并且与患者存活率也显著相关（P＜0.001）。

5 结语

CRC的转移是一个复杂的过程，涉及很多信号通路，随着人们认识及研究水平的不断深入，越来越多的转移机制将被发现，可望为CRC转移患者的治疗提供新的思路。

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