CXCR4介导胃癌细胞的抗凋亡机制的研究进展

段俊鹏 宋建 范现英 樊晓龙 董胜利

[摘要] 胃癌在全球最常见的恶性肿瘤中排第四位，发病率较前有所下降，但在世界范围内胃癌病例发生数中我国占42%，位居东亚地区常见癌症的首位[1]。目前，胃癌病人多能选择化学治疗及行手术治疗，但其5年生存率仍位于50%左右，导致其死亡的主要原因之一是癌组织的浸润和转移[2]。可见，了解胃癌的发生、浸润和转移相关的分子调控机制并对其进行早期预测及早期干预，对于制定治疗方案、改善患者预后是十分有益的。研究发现，成熟的胃癌细胞高表达趋化因子受体CXCR4，在趋化因子SDF-1的作用下促进激活胃癌细胞内PI3K/Akt途径，以促进胃癌细胞的抗凋亡作用。本文对高表达趋化因子受体CXCR4及其趋化因子CXCL12组成的信号轴对胃癌细胞中PI3K/Akt途径的影响及表达情况做一简要综述。

[关键词] CXCL12-CXCR4； PI3K/Akt；胃癌； 抗凋亡

[中图分类号] R735.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2015）10-0156-05

胃癌作为全球排第四位的最常见的恶性肿瘤，患者虽多能得到化学治疗及手术治疗，但其5年生存率仍只有50%左右，导致其死亡的主要原因之一是癌组织的浸润和转移。趋化因子受体CXCR4，在趋化因子SDF-1的作用下促进激活胃癌细胞内PI3K/Akt途径，会促进胃癌细胞的抗凋亡作用，导致胃癌细胞的浸润和转移。本文对高表达趋化因子受体CXCR4及其趋化因子CXCL12（SDF-1）组成的信号轴对胃癌细胞中PI3K/Akt途径的影响及表达情况做一简要综述。

1 CXCL12-CXCR4轴的生物学行为

趋化因子是一类分子量约8×103～14×103（8～14 kd）的结构相似的小分子蛋白质，对免疫细胞有趋化作用。各趋化因子在结构上有20%～30%的同源序列，在它们的高级结构中有类似的单体螺旋结构来形成蛋白质骨架，其中羧基端为α螺旋，氨基端不规则，氨基端是与受体结合的活性部位，以4个保守的半胱氨酸（Cys）序列形成的2个二硫键为特征，根据这4个保守半胱氨酸（Cys）的位置，将趋化因子分为4类：1.CXC（α）家族、2.CC（β）家族、3.C（γ）亚家族、4.CX3C（δ）亚家族。目前认为趋化因子受体主要是通过耦联G蛋白在信号转导中发挥传递作用[3]。CXCR4是一个具有7次跨膜结构的G蛋白耦联受体，在体内大部分组织和器官上都有表达，参与体内多种生理机制， 包括参与 HIV-1 病毒侵染、造血功能、胚胎发育及肿瘤迁移等[4]。基质细胞衍生因子（SDF-1）属CXC型趋化因子，SDF-lα和SDF-1β为SDF-1的同基因编码异构体，其分子结构为另一个氨基酸残基（x）在其N端的两个半胱氨酸（cc）之间将其分隔。目前已知，趋化因子受体（CXCR4）是趋化因子SDF-1特异性功能性受体，CXCL12又是CXCR4的特异性生理性配体，两者之间有非常高的亲和力。目前的研究表明SDF-1/CXCR4生物轴的生物学功能如下：1.调控造血干细胞迁移及归巢；2.介导免疫及炎性反应；3.参与胚胎发育过程；4.介导HIV感染；5.增强恶性肿瘤的生长、浸润和转移介导HIV感染等[5]。

CXCL12属于趋化因子CXC亚家族，又被称为基质细胞源性因子，编码区含 267bp，编码89个氨基酸残基多肽。CXCL12由基质细胞持续分泌，过去一直把CXCR4认为是趋化因子12（CXCL12）的唯一受体，而近些年却发现CXCL12的另一新受体CXCR7，目前认为新受体CXCR7与CXCR4有高度同源性。

研究结果[6-12]显示，趋化因子CXCL12和受体CXCR4所形成的CXCL12-CXCR4生物学轴（CXCL12-CXCR4 biological axis）会广泛地在多种细胞和组织中表达，包括免疫细胞、脑、心脏、肝、肺等，在胶质瘤、肝胆管癌、胰腺癌、甲状腺癌、胃癌、结肠癌、膀胱癌、睾丸癌等多种肿瘤中均有表达，并在胚胎发育、中枢神经系统、肿瘤转移、循环系统及免疫系统的生长发育和细胞修复中起到重要作用，并在其发展、传播和器官特异性转移中发挥着重要的作用。

2 CXCL12-CXCR4轴在胃癌中的生物学作用

研究发现，CXCL12和CXCR4与肿瘤细胞的增殖、散播、免疫排斥反应及人类胃肠道肿瘤的新生血管的形成有关[13]。我国学者邹萍等[14]应用免疫组化SP法检测120例胃癌标本中CXCL12和CXCR4的表达，发现CXCL12阳性与CXCR4阳性呈正相关（r=0.276，P<0.05），证实CXCLl2/CXCR4生物学轴在介导胃癌转移中具有关键作用。我国学者罗君等[15]应用抗CXCR4单克隆抗体12G5阻断胃癌细胞SCG7901自分泌终末途径的CXCR4-CXCL12（SDF-1）生物轴发现，胃癌细胞的增殖活性降低，细胞的凋亡增加，从而也检验了CXCL12（SDF-1）-CXCR4生物轴在维持胃癌细胞增殖过程中具有重要的生物学作用。可以看出，CXCL12-CXCR4轴在胃癌的生长、侵袭和转移过程都有参与，但该轴在胃癌中具体的使动因素及驱动相关免疫机制仍需进行深入研究，并有望在影响胃癌增殖方面和阻滞胃癌侵袭及转移方面有突破性的进展。

3 PI3K/Akt信号通路的生物学行为

磷脂酸肌醇-3激酶（PI3K）是一种在1984年由Sugimoto等学者发现的胞内磷脂酰肌醇激酶，作为一个重要的磷脂激酶家族的成员，它具有脂类激酶活性与蛋白激酶活性，可以通过多条途径进行与细胞生长和细胞存活有关的信号传导[16]。PI3K是一种负责磷脂酰肌醇 PI（4，5） P2 肌醇环第三位羟基磷酸化产生3，4，5 -三磷酸磷脂酰肌醇[PI（3，4，5）P3]的磷脂酰肌醇激酶[17]。目前已经发现了3种PI3K同工酶，根据各自的结构被分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型3类，每一型又被分为不同的亚型。目前而言，被研究最广泛的是可由细胞表面受体激活的Ⅰ型PI3K，Ⅰ型PI3K又被分为ⅠA型和ⅠB型，其中IA型从酪氨酸激酶连接受体传递信号，IB型从G蛋白连接受体传递信号[18]。由催化亚基p110和调节亚基p85所组成，具有磷脂酰肌醇激酶与丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶的双重活性的异二聚体为ⅠA型PI3K。PI3K通过与具有磷酸化酪氨酸残基的连接蛋白或生长因子受体相互作用，造成二聚体构象改变使其被激活；还可以通过利用Ras蛋白和p110直接结合，引起PI3K的活化，所得到的活化产物有3，4-二磷酸磷脂酰肌醇[PI（3，4）P2]、3，5-二磷酸磷脂酰肌醇[PI（3，5）P2]和 3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇[PI（3，4，5）P3]。在这之中的第二信使PIP3，与细胞内含有PH 结构域的信号蛋白结合，如含有丝/苏氨酸蛋白激酶活性的蛋白激酶B（Akt），可以使Akt由细胞质转移至细胞膜上从而获得催化活性。除此之外，磷酸肌醇依赖性蛋白激酶PDK（phosphoinositide dependent kinase，PDK）也参与Akt的活化，其中Akt的Thr308由PDK1（phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1）负责磷酸化，此时还需要Ser473被PDK2（如整合素连接激酶ILK）的蛋白激酶磷酸化。只有Akt的Ser473和Thr308这两个调节位点都被磷酸化，Akt才能被激活，方可充分发挥其功能[19]。

Akt是由Stall等学者在1987年从小鼠的Akt8反转录病毒中所找到的癌基因，将其命名为v-Akt。1991年，由各自独立的3个研究小组分别成功地克隆出Akt基因，发现它是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶中的一种，并认为Akt在酪氨酸和丝氨酸/苏氨酸的磷酸化途径中可能构成其功能联系[20]。Akt作为一种由480个氨基酸残基组成的相对分子质量约为6×103（约60 kd）的细胞内信号蛋白，因为激酶结构域与蛋白激酶A（PKA）、蛋白激酶C（PKC）具有高度同源性，因此又被称为蛋白激酶B（PKB）[21]。目前研究发现，在哺乳动物中的Akt包括三种亚型家族：Akt1（PKBα）、Akt2（PKBβ）和Akt3（PKBγ），这三种亚型在结构上具有高度的同源性和保守性，它们的分子由氨基末端的PH结构域、羧基末端的调节结构域（包含疏水基）和中间的激酶催化结构域组成，这三个结构域中含有thr308、thr450、Ser473和Ser124四个磷酸化调节位点，其中氨基末端的PH结构域里面大约含有100多个氨基酸残基，这些氨基酸残基在Akt活化后的膜转位过程中产生作用；位于中间的激酶催化结构域里面含有ATP的结合位点，结构域内部所含有的Thr308的磷酸化是Akt激活所必需的；位于羧基末端的调节机构域里面富含脯氨酸，另外，在结构域内所含有的 Ser473的磷酸化是Akt激活所必需的另外一个调节位点，只有磷酸化调节位点thr308和磷酸化调节位点Ser473两个调节位点都磷酸化才能使Akt 完全激活。被激活的蛋白激酶B（Akt）会由细胞膜转移至细胞质和细胞核，通过磷酸化作用来激活或者抑制蛋白激酶B的下游靶蛋白mTOR、Caspase-9、NF-κB、Tuberin、GSK3b、Forkhead和Bad等，从而调节细胞的增殖、分化、凋亡以及转移等。

研究发现，PI3K与其下游分子Akt所组成的信号通路PI3K/Akt可以激活其下游信号分子，与人脑胶质瘤、 胃肠道间质瘤、 上皮性卵巢癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌、直肠癌、卵巢癌、前列腺癌等多种人类肿瘤的发生发展密切相关[22-26]。其中，PI3K的催化产物可以参与细胞增殖、生存、分化以及细胞的迁移，在PI3K途径中，当细胞膜表面的刺激由PI3K/Akt所产生的上游信号所产生后，胞膜所产生的这些位点会与PI3K相结合产生一些磷脂，进而激活其下游的主要靶酶Akt，被激活的Akt即磷酸化Akt可介导各种类型的细胞增殖、分化，同时也可介导各种肿瘤细胞的侵袭和癌基因的表达。

4 PI3k-Akt信号通路在胃癌中的生物学作用

有研究认为，PI3K/Akt信号通路可以阻断细胞启动程序性死亡。我国周晓东等学者[27]通过对48例胃癌及相应的癌旁正常组织标本进行研究，得出原位胃癌组织中存在PI3K/Akt信号调节通路并可促进胃癌的血管新生，使胃癌细胞抗凋亡作用增强，促进胃癌细胞的增殖、分化、侵袭及转移作用。目前作为特异性干扰PI3K/Akt信号通路的代表性药物LY294002的开发已经起步，研究表明凋亡分子Bad蛋白的磷酸化可被其一直抑制，与抗Fas抗体CH-11联合使用可使胃癌细胞系MKN-45凋亡[28]。Osaki等[29]学者在胃癌细胞系MKN-45中研究发现PI3K-Akt信号途径在抑制由Fas抗体所调节的凋亡作用中起重要作用。研究表明，Akt-PKB上游调节器HGF（肝细胞生长因子）及其受体c-Met高表达于胃癌中，c-Met小分子量抑制剂PHA-665752可减少Akt/PKB信号的激活，使胃癌异种移植模型中肿瘤细胞减少。由此可见，PI3K/Akt途径在胃癌细胞的抗凋亡机制中，起到增强胃癌细胞的抗凋亡作用，使胃癌细胞可以继续增殖，分化和转移。

5 CXCR12-CXCR4轴激活PI3K/Akt途径的抗凋亡作用

有研究表明，CXCL12-CXCR4生物轴激活PI3K/Akt途径得以促进直肠肿瘤细胞的生长、浸润及转移，其机制如下：高表达的CXCL12-CXCR4轴可与磷脂酰肌醇3-激酶γ（phos-photidylionsitol3-kinasseγ，PI3Kγ）的调节亚基相结合使得PI3Kγ活化，进而激活PI3Kγ的下游的信号分子[30]如核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）、蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）、细胞外调节蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinase1/2，ERK1/2）和有丝分裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK），并且上调乙酰肝素酶[31]、MMP-9[32]等的表达，之后通过降解细胞外基质（extracellar matrix，ECM）、基膜及胶原等成分，使肿瘤细胞更轻易通过降解，丢失的ECM和基膜向临近组织转移。 国外也有研究者指出，在小鼠黑色素瘤和人体卵巢癌中，趋化因子受体CXCR10、CXCR4通过与其配体结合形成的生物轴，可以持续激活Akt从而逃逸宿主免疫杀伤机制抑制肿瘤细胞凋亡，促进细胞增殖进而导致肿瘤进一步发展。我国姜海广、姜波健等[33]通过运用PI3K特异性抑制剂LY294002对人胃癌KATO-Ⅲ细胞进行处理，发现经过处理的胃癌细胞中SDF-1所引起的Akt活化得到显著抑制，得出SDF-1/CXCR4可引起Akt的活化，胃癌组织可能通过PI3K/Akt通路促进胃癌的侵袭转移，由此可得出，CXCR4-CXCL12生物轴可以激活PI3K/Akt信号通路，增强胃癌细胞的抗凋亡作用，使胃癌细胞增殖、侵袭及转移。

综上所述，CXCL12-CXCR4轴可促进激活胃癌细胞内的PI3K/Akt途径，以增强胃癌细胞的抗凋亡作用，促进胃癌细胞的增殖、侵袭及转移能力，但其具体的激活机制还需要进一步的深入研究。由此可得出，对于CXCL12/CXCR4轴和PI3K/Akt途径与胃癌发病机制以及XCL12/CXCR4轴激活PI3K/Akt途径从而增强胃癌细胞抗凋亡作用的机制的最终阐释将有可能为临床上胃癌的诊断提供新的标志物，并有可能为胃癌的生物治疗提供新的治疗靶点，提高胃癌患者的生存率并改善其预后。

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（收稿日期：2015-02-28）