Serpin B家族在消化系统肿瘤中的研究进展

刘燕华

(海门市中医院 消化内科，江苏 南通 226100)

·综述·

Serpin B家族在消化系统肿瘤中的研究进展

刘燕华

(海门市中医院 消化内科，江苏 南通 226100)

Serpin B家族在肿瘤的发生发展中发挥着重要作用。近年来随着社会环境及人类生活方式的改变，消化系统肿瘤的发病率呈逐年上升趋势，目前在消化系统肿瘤中研究较多的Serpin B家族成员主要包括Serpin B1、Serpin B3、Serpin B4和Serpin B5，本文就这几个家族成员在消化系统肿瘤中所发挥的作用进行综述。

消化系统肿瘤；Serpin B

丝氨酸蛋白酶抑制剂(serine proteinase inhibitor， Serpin)超家族是迄今为止发现的最大的蛋白酶抑制剂家族，该家族参与调控机体的许多生理和病理过程，比如血液凝固、纤维蛋白溶解、细胞凋亡、炎症、补体激活和细胞迁移[1]。目前为止，Serpin超家族有400多个成员，分为16个不同的亚族(A-P)，前9类(A-I)在人类中表达，其中B亚族(Serpin B family) 是人类Serpin中最大的一个成员[1]。Serpin B有2种作用方式，一种是在细胞内，通过自杀式底物机制抑制丝氨酸蛋白酶而发挥作用；另外一种则是分泌到细胞外发挥作用，包括Serpin B2、B3、B4、B5、B10[1]。Serpin B家族中很多成员都与肿瘤的发生发展密切相关[2]，目前在消化系统肿瘤中研究较多的是Serpin B1、Serpin B3、Serpin B4、Serpin B5，下面我们就这几个成员在消化系统常见肿瘤中的作用做一概述。

1 Serpin B家族的结构和生物学特性

1.1 Serpin B1 Serpin B1是单核细胞来源的蛋白质，相对分子质量在45000 左右，主要定位于细胞质[1]。Rees 等[3]在大鼠肺损伤模型中检测了Serpin B1的生物学功能，发现重组的Serpin B1能够阻断与中性粒细胞弹性蛋白酶相关的出血及上皮通透性改变。在乳仓鼠肾细胞(Baby Hamster Syrian Kidney)中，Serpin B1能够促进细胞凋亡、DNA降解和L-DNAse II形成[4]。因此，Serpin B1可以根据诱导模式促进或延迟细胞凋亡。此外，Serpin B1能够抑制中性粒细胞弹性蛋白酶、组织蛋白酶G、蛋白酶3的活性，而这些蛋白酶能够活化基质金属蛋白酶(如MMP-2、MMP-9)，从而促进肿瘤细胞的侵袭[2]。

1.2 Serpin B3、Serpin B4 鳞状细胞癌抗原(squamous cell carcinoma antigen， SCCA)是丝氨酸蛋白酶抑制剂家族的成员，定位于染色体18q21.3，由两个几乎相同的基因SCCA1和SCCA2编码，SCCA1、SCCA2又分别称为Serpin B3和Serpin B4[5]。尽管Serpin B3和Serpin B4高度同源，但是它们的反应位点环(RSL)序列不同，所以抑制的蛋白酶类型不同，Serpin B3抑制半胱氨酸蛋白酶如组织蛋白酶K、L、S和V，具有抗细胞调亡、促进细胞增殖和迁移作用，与肿瘤的发生发展及侵袭迁移密切相关；Serpin B4抑制糜蛋白酶样丝氨酸蛋白酶如组织蛋白酶G和肥大细胞糜酶[5]，通过 p38 MAPK 信号通路抑制肿瘤细胞凋亡[1]。Serpin B3和Serpin B4高表达于宫颈癌、肺癌、食管癌和头颈部肿瘤等鳞状细胞癌，可以作为诊断这些肿瘤的一个标记物[5]。

1.3 Serpin B5 Serpin B5又称maspin(mammary Serpin，maspin)，定位于染色体18q21.3，相对分子质量为42 000，主要定位于细胞质，也可定位于细胞核或细胞膜，Serpin B5的功能与它的定位密切相关，当它定位在细胞核时能够抑制组蛋白去乙酰化酶的作用，使Bax从胞质被转运到线粒体，促进细胞凋亡，Serpin B5还可以易位到线粒体，激活caspases，启动线粒体凋亡途径[6]。Serpin B5启动子区域存在p53、AP-1、Ets等转录因子的结合位点，p53 能结合到该位点来激活Serpin B5 启动子，控制其mRNA的转录，但也有人认为胞浆中Serpin B5的表达不受 p53影响[7]。Serpin B5可阻断血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和成纤维细胞因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)诱导的内皮细胞迁移，抑制肿瘤的新生血管形成。Serpin B5能够抑制 JNK 激酶及其下游AP-1转录活性物来减少Rac1和Cdc42的活性，从而抑制肿瘤细胞运动，还可通过整合素调节MMP-2的表达，抑制肿瘤转移[8]。Serpin B5一直以来是被作为一个抑癌基因存在的，但也有研究表明它在部分肿瘤中的表达水平是上调的，能够促进肿瘤的发生发展。

2 Serpin B在消化系统肿瘤的作用

2.1 食管癌 食管癌是常见的消化道肿瘤，在各种肿瘤中发病率位居第 8 位、病死率第5位，我国是世界上食管癌高发地区之一，食管癌早期症状不明显，一般发现时均已中晚期，因此对高危人群筛检是一种经济高效的好方法，而生物学标志物则成为早期筛查重要的参考指标。郭涛等[9]发现在食管癌组织中Serpin B3蛋白表达阳性，而对应的癌旁组织中不表达，且Serpin B3蛋白在高分化组中的表达明显高于中、低分化组，表明Serpin B3与肿瘤的进展相关，对判断食管癌患者预后具有重要价值。另有研究发现食管癌患者的外周血和组织中的Serpin B4表达是一致的，在癌症组表达率最高(82%)，其次是不典型增生组(60%)，最后是基底细胞增生组(48%)，这表明Serpin B4的表达随着食管癌的发生发展而升高，故监测Serpin B4的水平有助于发现早期食管癌[10-11]。Cai等[12]发现在人食管癌细胞中转染Serpin B5后能够抑制表皮生长因子(EGF)诱导的上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，改变细胞生长特性，抑制肿瘤细胞的生长；转染了Serpin B5的人食管癌细胞的缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)的表达是下降的，HIF-1α低表达会抑制肿瘤细胞的能量代谢和肿瘤血管生成，遏制肿瘤生长。Wang等[13]采用免疫组织化学方法发现在食管癌中Serpin B5染色强度及阳性率均高于正常食管组织，其在低分化及淋巴结转移的食管癌组织中以细胞质表达为主，预后分析发现高表达Serpin B5的食管癌患者5年生存率升高，且当核表达为主时患者5年生存率高于细胞质表达。在食管癌的发生发展过程中当 Serpin B5的亚细胞定位不同时其发挥的生物学功能也不同。目前尚无文献报道Serpin B1和食管癌的关系。

2.2 胃癌 胃癌是高发的恶性肿瘤之一，全世界每年大概有150万新发病例，其病死率居肿瘤死亡的第2位。早期发现胃癌并给予治疗是目前降低胃癌病死率的唯一措施。有文献报道Serpin B5在正常胃黏膜、胃癌、腺瘤、肠化组织中的表达情况，发现其水平依次升高，表明在癌前病变中Serpin B5表达水平升高，但随着其恶变形成后其水平却反而开始下调[14]。而Lee等[15]也发现Serpin B5和P53在胃癌中的表达阳性率分别为71.7%和56.6%的，但Serpin B5表达强度和肿瘤组织学分级，浸润深度，转移和TNM分期呈负相关；Serpin B5表达水平与p53表达呈负相关，其表达可能受P53信号通路的调节，并且有趣的是具有核和细胞质Serpin B5表达的患者比仅具有细胞质表达的患者存活时间更长。后来有学者通过酵母双杂交筛选和微阵列分析，发现FBXO32和KHDRBS3是Serpin B5的相互作用蛋白，Serpin B5可能是通过和这两个分子相互作用而促进胃癌形成的[16]。这些研究结果似乎相互矛盾，但也可能与Serpin B5的亚细胞定位密切相关，Serpin B5经历一个不同阶段的生物学功能可能不同，比如在癌前病变或低分化癌中表达水平升高，而在浸润性和转移性癌中则下降，提示Serpin B5在胃癌中的不同调控可能是一个动态过程。Serpin B1在胃腺癌组织中的阳性表达率明显高于对应癌旁组织，其表达强度和细胞分化呈负相关，在胃癌细胞株中转染Serpin B1-siRNA抑制Serpin B1的表达，通过划痕试验及Transwell试验发现转染组胃癌细胞株迁移及侵袭能力被显著抑制，48小时后再检测细胞中MMP-2、MMP-9、细胞间黏附分子1(ICAM-1)、金属蛋白酶抑制因子1(TIMP-1) m RNA和蛋白的表达及活性，发现MMP-2、MMP-9、ICAM-1m RNA和蛋白水平和活性显著降低，而TIMP-1 m RNA和蛋白的水平及活性显著升高，提示Serpin B1可能是通过上调MMP-2、MMP-9、ICAM-1的表达和抑制TIMP-1的表达促进胃癌的发生发展[17]，但其在胃癌中的致病机制有待于更深一步研究。Serpin B3、Serpin B4和胃癌的发生是否有关系尚无研究证实。

2.3 大肠癌 大肠癌是常见的消化道肿瘤之一，目前以手术为主的综合治疗能够取得较好的疗效，但患者的5年生存率仍小于65%。因此，探寻与大肠癌发生和发展相关的分子标志物具有重要意义。卢波等[18]通过免疫组织化学检测发现Serpin B5在正常大肠黏膜、腺瘤、大肠癌中的表达水平逐渐下调，其表达阳性率与肿瘤大小，肿瘤分期、浸润深度、分化程度、淋巴结转移呈负相关，提示Serpin B5可能成为评判结肠癌患者预后的一个分子标记物。进一步研究发现Serpin B5与P53表达也呈负相关，说明其表达可能受P53调节。陈洪生等[19]研究发现Serpin B5在无转移的大肠癌中表达水平高于有肝转移的，因此，Serpin B5的表达情况对判断大肠癌恶性程度具有重要价值。在大肠癌中 Serpin B5的表达与 Dukes分期呈正相关，与尿激酶型纤溶酶元激活剂(UPA)、MMP-9的表达呈负相关，已有研究表明UPA能够激活MMP，开启细胞外基质降解过程，而Serpin B5 能够特异抑制 UPA，说明Serpin B5可能是通过下调MMP-9的表达抑制大肠癌的发生发展的[20]。在大肠癌中，Serpin B5与5-氟尿嘧啶治疗敏感性、肿瘤分化程度和微卫星灶稳定性密切相关[21]。5-氟尿嘧啶为主辅助化疗的患者中，Serpin B5胞核定位阳性的患者比阴性患者预后差，说明Serpin B5核高表达时促进了肿瘤的发展[22-23]。但也有学者得出相反的结论，发现Serpin B5表达水平在正常黏膜、腺瘤、大肠癌中逐渐升高，低表达的Serpin B5和大肠癌肝转移密切相关，其可能是通过降解细胞外基质蛋白提高肿瘤细胞迁移能力而发挥作用的[24]。

2.4 肝癌 原发性肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC 简称肝癌)是常见的恶性肿瘤之一，肝癌的诊治研究虽取得了一定进展，但其总体疗效差，仍是世界性的难题。Cui等[25]研究发现Serpin B1在HCC中的表达低于癌旁组织，其高表达提示HCC患者预后好。随后在肝癌细胞株中敲低Serpin B1的表达，通过细胞划痕及Transwell试验发现肝癌细胞株的迁移及侵袭能力升高，48小时后发现MMP-2的表达及活性是上调的，因此，Serpin B1可能是通过介导MMPs活化对肿瘤的侵袭迁移进行调控的。王汀等[26]发现Serpin B1在HCC中是高表达的，与HCC的转移呈负相关，是HCC患者术后无瘤生存时间和总生存时间的独立预后因素，可能是监测肝癌术后转移复发的分子标记物。上述2篇文献结论相反，由于迄今为止国内外对于Serpin B1与HCC的研究尚少，无法进一步再从其他研究中证实，可能是由于研究样本量相对较少，这还需进一步扩大样本量继续检测Serpin B1在HCC中的表达及其作用机制。在正常肝组织中检测不到Serpin B3、Serpin B4的表达，它们在慢性肝病发展为HCC的过程中表达逐渐增加[27]，Serpin B3被认为是HIF-2α的特异性靶点，在缺氧状态下，HIF-2α介导氧化还原机制调控Serpin B3的转录，合成和释放，促进HCC的发生发展[28]。Serpin B5在HCC中表达下调，并且与肿瘤的分化程度及肝内转移具有相关性，与Caspase-3的表达呈正相关， Caspase-3是细胞凋亡信号转导过程中一个重要的成员，当Serpin B5下调时引起Caspase-3活性降低，细胞凋亡被抑制，导致HCC发生发展[29]。

2.5 胰腺癌 胰腺癌恶性程度高、预后差，5年生存率仅为3%～5%。胰腺癌起病隐匿，早期无症状，进展迅速，患者就诊时已是晚期，失去可手术机会，病死率极高。因此，早期诊断和治疗胰腺癌是当今研究的热点。有研究利用组织芯片技术与免疫组织化学方法检测Serpin B5蛋白在胰腺癌组织中的表达情况，发现在胰腺癌组织中Serpin B5 高表达，以细胞质表达为主，部分在胞核表达，而在慢性胰腺炎及相应的癌旁组织中呈低表达或无表达[30]，因此，Serpin B5 可能成为诊断胰腺癌的参考指标之一，但关于其可能的作用机制的研究未有文献报道。而Serpin B1、Serpin B3、Serpin B4在胰腺癌中的表达尚无研究报道。

2.6 胆管癌 胆管癌是指来源于胆管上皮细胞的恶性肿瘤，近年来，胆管癌的发病率呈现上升趋势。胆管癌没有典型的临床表现，诊断困难，90%患者发现时已经处于进展期或者晚期，失去手术治疗机会，病死率高。胆管癌是一个多基因参与调节的过程，病因尚不明确，相信其治疗的突破最终也要从基因层面上来解决。Serpin B5在胆管癌组织中的表达水平明显升高，在正常胆管组织中不表达，有趣的是，在阳性表达的胆管癌组织中，Serpin B5表达的强弱与肿瘤的大小及侵袭深度呈负相关，延迟胆管癌的进展，与患者术后生存时间呈正相关，SerpinB5可能通过影响Bax/BCL-2 调亡途径影响胆管癌发生发展的[31]。如果能够研究出Serpin B5与胆管癌侵袭相关的具体分子机制并进行早期干预，对提高胆管癌治疗效果及改善预后具有重要价值。其余的Serpin B家族成员尚无在胆管癌中报道。

3 结语

综上所述，Serpin B1、Serpin B3、Serpin B4、Serpin B5参与了多种消化道肿瘤的发生发展，与肿瘤的生长、侵袭、转移等过程密切相关。虽然目前仅研究了一种或少数几种Serpin B家族成员与消化道肿瘤的关系，但Serpin B的生理功能具有多样性，随着Serpin B家族成员在消化道肿瘤中的进一步深入研究，其有望成为监测消化系统肿瘤发生发展的分子标志物，为治疗消化道肿瘤提供新的靶点。

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刘燕华，Email: tutuyanhua@163.com

R735

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1004-583X(2017)07-0633-04

10.3969/j.issn.1004-583X.2017.07.022

2017-01-12 编辑:张卫国