结直肠癌中上皮间质化相关转录调控和信号通路研究进展

何俊君，刘龙飞 ，周贤

(南华大学附属南华医院 ，湖南衡阳421002 )



·综述·

结直肠癌中上皮间质化相关转录调控和信号通路研究进展

何俊君，刘龙飞 ，周贤

(南华大学附属南华医院 ，湖南衡阳421002 )

上皮间质化(EMT)在结直肠癌的转移、侵袭中起重要作用。EMT可通过核心转录因子、Brachyury蛋白、叉头转录因子等转录因子调节E-钙蛋白和波形蛋白的表达来调控结直肠癌的转移和侵袭；也可通过转化生长因子β信号通路、Wnt信号回路、RAS/ERK1/2 信号环路、PI3K/AKT信号环路等信号通路调控结直肠癌的转移和侵袭。

上皮间质化；结直肠癌；信号通路；转录调控

结直肠癌的发病率居全球常见恶性肿瘤第3位[1]， 40%～50%结直肠癌患者确诊时已发生远处转移，且复发率较高，5年生存率极低[2]。上皮间质化(EMT)是公认的介导肿瘤播散的重要因素之一[3], 上皮细胞发生EMT时，细胞间连接黏附成分、细胞基质、基质金属蛋白酶(MMP)均降低，细胞骨架重构蛋白明显增多。E-钙蛋白表达降低标志细胞发生EMT，肿瘤分化程度低，且更易发生淋巴结转移，提示患者预后不良。波形蛋白的表达升高可增加患者肿瘤远处转移概率，提示患者预后不良。因此，E-钙蛋白低表达及波形蛋白高表达被认为是上皮细胞经EMT过程促进肿瘤迁移侵袭的可靠预测指标。研究发现，EMT在结直肠癌、乳腺癌、前列腺的转移及侵袭过程中发挥重要作用[4]。本文就EMT相关的转录调控及信号通路在结直肠癌转移、侵袭中的作用作一综述。

1　EMT相关的转录调控因子在结直肠癌转移及侵袭中的作用

研究发现，EMT主要通过3类核心转录因子直接或者间接地下调E-钙蛋白的表达来调控结直肠癌的发展。第1类是SNAIL锌指蛋白家族的转录因子，包括SNAIL1、SNAIL2[5]；第2类是E盒结合锌指蛋白同源蛋白家族ZEB1和ZEB2[6];第3类是碱性螺旋-环-螺旋家族转录因子，包括TWIST1、TWIST2和E12[7]。研究发现，85%结直肠癌离体组织标本中存在TWIST1表达升高，SNAIL1 和SLUG的表达并未明显升高; 尿激酶型纤溶酶原激活剂(uPA)通过促进EMT相关的细胞外基质的降解来促进EMT的过程，而ZEB1则具有激活uPA 的潜能[8]。SLUG 和ZEB1可下调E-钙蛋白的表达，导致肿瘤的浸润、迁移能力增强，可明显缩短患者生存时间[9]。ZEB2表达的上调促进肿瘤的局部浸润及远处转移。ZEB1对SLUG、ZEB2都具有协同调控作用。同时研究发现，SLUG与波形蛋白的表达呈正相关，可成为肿瘤远处转移和血管生长的预测指标[10]。Zhang等[11]采用TWIST1免疫组化染色和荧光原位杂交技术对人结直肠癌细胞进行染色体易位分析，发现85%的TWIST1阳性的结肠癌细胞中都发现有间质细胞表型，TWIST1的过表达与结直肠癌对淋巴结的浸润能力及患者不良预后均呈正相关，可能是肿瘤微环境中的低氧诱导因子1α诱导了TWIST1的高表达。

许多其他种类的EMT转录因子与结直肠癌的发展也有着密切的关系。EMT可通过鼠短尾突变体表型蛋白36(Brachyury)蛋白、败酱草多糖(AP4)、叉头转录因子、T细胞因子4、 胚胎干细胞关键蛋白、配对相关同源框-1、高迁移率蛋白家族A1、 锌指蛋白281等转录因子调控结直肠癌的发生发展[12]。Brachyury蛋白和AP4可直接结合上皮钙粘连素基因的启动子，触发结直肠癌细胞EMT；其他转录因子则首先与核心转录因子结合，通过结合后复合物来下调E-钙蛋白的表达，进而调控结直肠癌的转移、侵袭。无论其具体机制如何，在发生EMT的所有细胞中共同的调控机制是抑制E-钙蛋白表达、促进波形蛋白的表达增高。

2　EMT相关的信号通路在结直肠癌转移及侵袭中的作用

肿瘤细胞发生EMT时不仅需要各种转录因子，更需要有细胞内外的多条信号通路参与才能完成。研究发现，结直肠癌发生EMT相关的主要信号通路有转录生长因子(TGF)β信号通路、Wnt信号回路、RAS/ERK1/2 信号环路、PI3K/AKT信号环路等。

2.1TGF-β信号通路EMT可通过调控TGF-β信号通路调控结直肠癌的转移及侵袭。细胞膜上TGF-β配体TbRⅠ与TbRⅡ受体结合成二聚体可激活Smad蛋白发生磷酸化，最终调控E-钙蛋白表达降低。Smad蛋白定位于细胞核内，在结直肠癌的发生、发展中起转录调控作用。研究发现，已发生转移的结直肠癌患者癌组织中Smad4基因发生突变、E-钙蛋白表达降低、β链蛋白表达升高[13]。Voomeveld等[14]研究发现，敲除Smad4基因的结直肠癌细胞株侵袭以及其远处转移能力明显强于未敲减细胞株，添加TGF-β受体激酶抑制剂孵育后，敲除Smad4基因的结直肠癌细胞株出现EMT。说明Smad4可通过抑制TGF-β信号环路逆转结直肠癌细胞发生EMT，其具体机制可能是与葡萄糖转运蛋白1促进MMP9的表达有关。Smad4还可抑制SW480细胞的浸润，也能将具有间质表型的SW480细胞逆转。此外，当内源性TGF-β下调时，Smad4的表达明显增加，这说明自分泌的TGF-β与结直肠癌中的EMT有着紧密的联系。Smad4也是骨形态形成蛋白(BMP)信号通路的重要组成部分。当Smad4失活时细胞会触发EMT，加强BMP的促肿瘤功能。因此，Smad4可通过TGF-β通路和BMP回路介导结直肠癌细胞发生EMT[15]。同时,Smad4也可以被认为是TGF-β信号环路与其他通路共同促进EMT的关键环节。

2.2 Wnt信号通路Wnt信号通路也是EMT影响结直肠癌发展不可或缺的信号通路，其典型突变是在结直肠癌中APC或β-链蛋白(β-catenin)发生的功能性突变。β-catenin转录复合物可直接激活ZEB1，上调MMP9的表达。DKK1是Wnt信号通路的一种强力抑制剂，而上调DDK1则能通过抑制EMT进而抑制结直肠癌的进展。上皮源性细胞中β-catenin相关基因发生功能性突变时，β-catenin在细胞内表达升高，异常激活Wnt信号通路，导致细胞内E-钙蛋白表达降低[16]。Wnt信号通路转导蛋白TCF4的转录复合物可直接激活ZEB1，同时上调MT1-MMP9、LAMC2、 DKK1等与结直肠癌侵袭相关的基因表达[17]。Axin2是一种典型的Wnt通路抑制因子，能通过上调SNAIL1来促进结直肠癌侵袭转移[18]。可能原因为Axin2能激活其他信号通路来介导结直肠癌中EMT的发生、发展。SNAIL1能激活Wnt靶基因，促进β-catenin高表达，说明SNAIL1对Wnt通路存在正反馈调节。

2.3RAS/ERK1/2 信号通路RAS/ERK1信号通路是被公认的与结直肠癌EMT存在明显相关性的信号通路。RAS与PI3K通路都是胞膜受体络氨酸激酶(RTKs)的下游通路。既往研究发现,结直肠腺癌细细胞中RAS 基因的高表达可干扰组蛋白的共价修饰，下调Cyclin D1蛋白和 E-钙蛋白表达，最终导致细胞发生EMT[19]。研究发现，RAS通路可与TGF-β信号通路协同促进结直肠癌的侵袭和转移，SLUG 是RAS信号通路的一个转录激活因子，其可能是治疗因RAS基因突变诱导的结肠癌的一个有效靶点。有报道称，E-钙蛋白低表达的结直肠癌细胞的转移侵袭能力均通过激活RAS癌基因下游的RAS相似物 GTP酶来调节[20]。已证实在肠上皮细胞中激活MEK1可导致细胞发生EMT。研究发现，氧铁还原蛋白类似物(AP-1)早期生长反应基因-1(Egr-1)和Fra-1分别受MEK1介导的SNAIL1和SLUG调控，ERK/AKT通路激活可激活AP-1，上调EZH2基因的表达，导致细胞发生EMT，从而实现对结直肠癌的调控[21]。PHLPP基因是通过RAS信号途径来抑制EMT的基因，同时也是一个肿瘤抑制基因[22]。Li等[23]发现PHLPP基因可通过抑制EMT来降低结直肠癌细胞的浸润和肿瘤的远处转移。

2.4PI3K/AKT信号通路研究发现，结直肠癌组织中存在第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因(PTEN)的失活及PIK3CA基因的突变，导致PI3K/AKT信号通路异常激活。Wang等[24]研究发现，AKT通路可上调SNAIL1和SLUG等EMT相关转录因子，调控肿瘤组织血管生成，介导结直肠癌的侵袭转移[25]。PI3K/AKT信号通路的上游分子肝再生磷酸酶-3可抑制PTEN基因的表达，促使结直肠癌细胞发生EMT[26]。PI3K/AKT信号通路的下游效应基因mTORC1 和 mTORC2可通过激活RhoA和 Rac1信号通路来介导结直肠癌的侵袭转移调控[27]。糖原合成酶激酶-3是Wnt信号通路和PI3K-AKT信号通路的具有共同组成部分，可促进肿瘤细胞核内β链蛋白和SNAIL1表达升高，从而促进结直肠癌细胞发生EMT[25]。

综上所述，EMT通过核心转录因子、Brachyury蛋白、叉头转录因子等转录因子调节E-钙蛋白和波形蛋白的表达来调控结直肠癌的转移和侵袭；也可通过TGF-β信号通路、Wnt信号回路、RAS/ERK1/2 信号环路、PI3K/AKT信号环路等信号通路调控结直肠癌的转移和侵袭。深入研究结直肠癌细胞EMT与各类转录因子、信号通路之间的具体作用机制将为结直肠癌的治疗提供新方法。

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湖南省科技厅科研基金资助项目(2015JC3084)。

刘龙飞(E-mail: 1987868044@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.18.038

R730.2

A

1002-266X(2016)18-0096-03

2016-01-22)