质子泵抑制剂对结肠炎相关性结肠癌的发生发展是否有影响？

2018-03-05郑运全王承党

胃肠病学和肝病学杂志 2018年12期

郑运全，王承党

福建医科大学附属第一医院消化内科福建医科大学消化系病研究室，福建福州 350005

质子泵抑制剂(proton pump inhibitors,PPIs)是H+-K+-ATP酶抑制剂，具有很强的抑制胃酸分泌的能力，临床上常用于消化性溃疡、胃食管反流病、消化性不良等酸相关性疾病的治疗。由于疾病本身的影响和(或)治疗药物(如长期服用5-氨基水杨酸类制剂)的影响，炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)患者常并存上消化道疾病，如消化不良、糜烂性胃炎、消化性溃疡、胃食管反流病等，因此，PPIs也是这些患者的临床常用药，有些患者甚至需要长期使用PPIs(长期连续使用或者长期间歇使用)。那么,长期使用PPIs是否会增加胃肠道肿瘤风险成为临床医师必须面对的问题，这种担忧源于长期使用PPIs所致的高胃泌素血症等。尽管高胃泌素血症可能提高了胃肠道肿瘤发生的风险[1-2]，但临床研究及荟萃分析[3-4]并未发现长期使用PPIs导致结肠癌风险增加。本文对长期使用PPIs对结肠炎相关性结肠癌(colitis associated colon cancer, CACC)的影响作一概述，供临床参考。

1 CACC概述

欧美发达国家的结肠癌排在常见恶性肿瘤的第3位，死亡率居第2位[5]；2018年国家癌症中心发布的最新中国城市恶性肿瘤排行榜，中国结肠癌发病率男性居第5位、女性居第3位，死亡率均居第5位[6]。结肠黏膜炎症是继家族性腺瘤性息肉病和Lynch综合征后的第三大常见的结肠癌危险因素[4]。CACC是炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)的主要并发症之一，8%～15%的IBD患者死于结肠癌[7-8]。IBD患者的结肠癌可以是CACC，也可以是散发性结肠癌[9]，但CACC发生率明显高于散发性结肠癌。随着IBD发病率的增加、病程延长，CACC的人群也随之增加。流行病学数据[10]显示：与年龄、性别匹配的普通人群相比，IBD患者罹患结肠癌的风险总体上升了2倍，IBD病史超过10年、长期存在广泛性结肠炎、估计结肠炎症累积范围为50%及以上的患者，这种相对风险要更高[11]。

与散发性结肠癌“突变累积-腺瘤-癌变”的发病机制不同，CACC主要遵循“慢性炎症反应-低度/高度异型增生-癌变”的演变过程；其中，持续慢性炎症反应是CACC形成的必要条件，参与肿瘤发生和发展的整个过程。应用低剂量阿司匹林[12]、5-氨基水杨酸类药物[13]控制结直肠炎症后，可明显降低结肠癌的发病率，这提示：阻断“正常上皮组织-炎症-不典型增生-癌变”的序列进程有助于降低罹患CACC的风险。

2 长期使用PPIs的可能影响

长期使用PPIs对CACC的影响目前尚不确切，且目前这方面的动物和临床研究资料尚少，早前一项研究[14]表明，奥美拉唑(10 μg/kg，每日腹腔注射)干预慢性结肠炎SD大鼠225 d，结果发现，与空白对照组比较，奥美拉唑干预组大鼠的CACC发生率明显降低，空白对照组的12只(75%)大鼠中有9只发展为CACC，奥美拉唑干预组的12只(25%)大鼠中只有3只发展为CACC，且奥美拉唑干预组大鼠的血清NO、TNF-α水平和黏膜iNOS、COX-2水平均显著降低。另有研究[15]表明，用奥美拉唑干预人结肠癌细胞系HCT-116和HCA-7细胞，可诱发抑癌基因p21 waf1/cip1的抑癌效应，同时降低抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-XL和生存素的表达，从而抑制人结肠癌细胞系的生长。因此，这些初步的研究结果提示，PPIs有可能抑制或延缓CACC的发生。那么，PPIs除了抑制胃酸分泌及由此诱发的高胃泌素血症之外，还有哪些作用呢？

2.1抗炎、抗氧化作用PPIs可以抑制炎症因子的产生。KIM等[14]研究发现，每日注射奥美拉唑(10 mg/kg)可以减少结肠炎诱导的致癌小鼠模型中结肠癌的发展，这可能基于其抑制促炎因子水平的能力，如抑制NO、TBA-RS(硫代巴比妥酸反应物)、IL-6、TNF-α、iNOS和COX-2的表达。兰索拉唑可以明显下调体外培养的人类气管上皮细胞的炎症因子表达水平，包括IL-6、IL-8及TNF-α等[16]。

此外，PPIs也可以抑制炎症因子的募集。位于中性粒细胞表面的黏附分子可以识别内皮细胞的黏附分子，从而趋化中性粒细胞到达发生炎症的组织中。PPIs不仅对瘤体旁或瘤体内中性粒细胞中所表达的质子泵具有抑制作用，减少中性粒细胞所介导的炎性反应，而且它还可以通过抑制血管内皮生长因子(VEGF)、血管细胞间黏附分子(ICAM-1和VCAM-1)表达，阻断血管内皮细胞依赖性的中性粒细胞黏附而发挥抗炎作用[17]。IL-8是一个强有力的中性粒细胞趋化物，在介导炎症反应中起重要作用。奥美拉唑和兰索拉唑可以抑制IL-8诱导的中性粒细胞移位[18]；在吲哚美辛诱导的小肠炎大鼠中，兰索拉唑可以明显降低细胞因子诱导中性粒细胞化学趋化因子(CINC-1)[19]。

活性氧(ROS)包括过氧化物、超氧化物和羟基自由基，是正常细胞代谢和重要细胞信号分子的副产物，ROS是吞噬细胞发挥吞噬和杀伤作用的主要介质。但在病理条件下，由于ROS的产生和清除失去了平衡，这些分子会对脂质、DNA和蛋白质造成不可逆转的损伤[20]。肿瘤细胞中，线粒体的特征是ROS的过量产生，ROS通过诱导基因组不稳定性、修饰基因表达和参与信号传导途径来促进肿瘤发展。由氧化损伤引起的线粒体和核DNA突变损伤氧化磷酸化过程，导致线粒体ROS的进一步产生，完成线粒体-ROS-基因组不稳定性和肿瘤发展之间的“恶性循环”[21]。在肿瘤细胞中，高浓度的ROS通过加速代谢而维持高细胞增殖速度。常用的放射和化学治疗可以通过对ROS积累的改变起到抗瘤作用[22]。泮托拉唑和兰索拉唑均可清除过渡金属离子(如：Fe2+、Cu1+等金属亚离子)参与的化学反应中产生过多的ROS[23-24]，尽管其有效浓度大大高于常规给药浓度，但从PPIs易于在酸性环境中累积的特性推测，在个别组织中有可能达到毫摩尔浓度水平[25]。

谷胱甘肽是一种强效的内源性抗氧化剂，含有巯基氨基酸半胱氨酸。PASTORIS等[26]研究发现，埃索美拉唑可以预防胃黏膜损伤和谷胱甘肽耗竭，具体机制尚不明确，但作者认为在胃酸存在的情况下，埃索美拉唑被转化为四环次磺酰胺，从而为黏膜提供巯基化合物作为抗氧化剂。

除了清除ROS、增加胃黏膜谷胱甘肽水平外，PPIs还可能通过上调胃肠道黏膜上皮和内皮细胞血红素加氧酶-1(HO-1)水平来抵御氧化应激损伤[27]。HO-1是诱导血红素降解的首要限速酶，可保护细胞免受氧化应激和细胞凋亡及炎性环境的损伤[28]，这种酶能催化降解红细胞，从而产生具有抗氧化作用的亚铁血红素，同时分解产生具有细胞保护作用的胆红素和一氧化碳。奥美拉唑和兰索拉唑均能诱导人类内皮和胃癌细胞系表达HO-1 mRNA和蛋白质[27]。

2.2改变肿瘤细胞酸性微环境与减少耐药

2.2.1 改善细胞外乳酸堆积：与正常细胞相比，肿瘤细胞呈外酸内碱的pH梯度，这种pH梯度的异常与肿瘤细胞特殊的代谢密切相关[29]。由于肿瘤细胞进化自然选择所特有的“Warburg”效应[30]：即在有氧环境下，肿瘤细胞仍以糖酵解的方式利用葡萄糖获能，产生大量的乳酸；同时，由于肿瘤细胞生长旺盛，高葡萄糖吸收率仍不能满足肿瘤细胞高代谢的能量需求，生长旺盛的肿瘤细胞也容易导致肿瘤组织血流灌注相对不足，无法满足肿瘤细胞高代谢的氧需求。缺氧环境下，低氧诱导因子-1(HIF-1α)被激活，进而激活下游信号级联反应，如糖酵解相关酶、葡萄糖转运体等的表达升高，肿瘤代谢的高能量需求和高氧需求都会上调糖酵解代谢，产生更多的乳酸。另一方面，肿瘤血管属于异常增生且功能不全，无法及时清除大量堆积的乳酸[31]。乳酸产生增多，且清除不力，引起乳酸蓄积。肿瘤细胞能利用乳酸堆积来维持有利的酸性微环境，酸性微环境可诱导肿瘤细胞生长[32]，酸性微环境能够激发细胞增殖、活化转录因子、增强靶基因表达，促使肿瘤发生[33-34]。“Warburg”效应对于肿瘤细胞的生长非常重要，丙酮酸激酶M2异构体(pyruvate kinase isozymes M2, PKM2)是调节有氧糖酵解的关键酶，PPIs可下调PKM2的表达，抑制肿瘤细胞的增殖并诱导其凋亡[35]；PPIs作为HIF-α蛋白抑制剂，可以抑制糖酵解及肿瘤细胞的生长[36]。总而言之，PPIs能打乱恶性肿瘤细胞的这种代谢特征，改变细胞外的酸性微环境，最终使肿瘤生长受抑制。

2.2.2 抑制肿瘤细胞的空泡型质子泵：质子泵是一种膜蛋白，存在于生物膜上，能逆浓度梯度转运H+。按功能划分为:A型质子泵、P型质子泵、V型质子泵、E型质子泵、F型质子泵[37]。其中V型质子泵(空泡型质子泵,V-ATPase)位于小泡的膜，如溶酶体膜、高尔基体的囊泡膜及植物液泡膜上，主要参与调节细胞器内的pH，与肿瘤的发生、发展密切相关[38-39]。近年来，V-ATPase作为一种研究较多的细胞pH调节泵，它能将细胞内H+泵到胞外或胞内囊泡中，以维持肿瘤细胞的酸碱平衡。为了能在一个酸化的不利微环境中分化、增殖，肿瘤细胞必须高表达能够排出过量H+的生物系统[40]。所以，在许多不同类型的转移或耐药肿瘤中，V-ATPase呈过表达[41]，且过表达程度与肿瘤侵袭转移能力呈正相关[42]。LU等[43]研究表明，通过RNA干扰技术抑制V-ATPase的表达后，可以预防鼠模型中的恶性肿瘤的转移。PPIs作为一种常用抑酸药物，不仅能特异性地结合H+-K+ATPase，还能与V-ATPase结合[40]，从而抑制V-ATPase的活性，以调控多种肿瘤细胞内的pH梯度，调节肿瘤的酸性微环境，进而抑制肿瘤的生长、促进其凋亡、改变肿瘤细胞的恶性生物学行为。

2.2.3 降低肿瘤耐药性：肿瘤细胞酸化造成肿瘤耐药的主要原因为“离子俘获”，肿瘤酸性微环境为化疗药物耐药性的发展提供了有利条件，耐药肿瘤细胞往往比药敏细胞包含更多的酸化细胞器(如溶酶体、内体、分泌小泡等)，且酸化程度更高。目前临床大部分化学治疗药物呈弱碱性，如多柔比星和长春花碱等，此类弱碱性药物分子在细胞外酸性环境中大量质子化，导致离子俘获，延缓了这些药物的摄取。此外，部分进入肿瘤细胞的碱性抗肿瘤药物将被酸性细胞器摄取，发生质子化而隔离，再经外吐作用排出胞外，从而降低了胞质内药物浓度，限制可作用于其分子靶标(通常为DNA)的药物[41, 44-45]。此外，低pH值引起药物外排泵P-糖蛋白(P-gp)的活性增加和多耐药蛋白1(multidrug resistance protein 1, MRP1)的过表达[46]，因此，P-gp与MRP1的外排使化疗药物在肿瘤细胞中的浓度仍然较低，从而降低细胞毒性[47]。选择性地碱化肿瘤细胞可提高弱碱性化疗药物的抗肿瘤能力。RAGHUNAND等[48]实验结果显示，给荷瘤(人类恶性肿瘤)小鼠注射或口服碳酸氢钠后，可诱导肿瘤碱化，提高CH3或MCF7肿瘤模型对米托蓖恩或多柔比星的敏感性。研究还发现，肿瘤酸性微环境可负调节肿瘤特异性效应T细胞，这可能导致机体抗肿瘤免疫功能障碍[49]。PPIs可以通过影响细胞外和溶酶体内的pH，增加顺铂、长春新碱等细胞毒性药物在细胞内的滞留时间，增加基于T细胞的癌症免疫治疗的临床潜力，从而产生更强的杀伤效果[50-51]。

2.3调控Wnt/β-catenin信号通路长期使用PPIs导致的低胃酸状态，可反馈性地升高血清胃泌素水平,这个常被认为是CACC的潜在风险因素。根据与胃泌素的亲和力不同，胆囊收缩素受体可分为：低亲和的CCK-A受体(CCK-AR，旧称CCK-1R)和高亲和的CCK-B受体(CCK-BR，旧称CCK-2R)[52]。CCK-BR广泛分布于人胃肠道(包括结直肠细胞)、胰腺、肺和一些神经内分泌组织，其主要功能是结合胃泌素，通过信号传导途径介导细胞增殖作用。结肠癌细胞也表达CCK-BR[53]，且常呈过表达状态[54]。CCK-BR基因失表达之后，可以抑制小鼠前胃泌素依赖性结肠癌的形成[55]。

结肠癌的起始涉及Wnt/β-catenin信号通路的变化[56]。在无活性状态下，β-catenin结合在一种多蛋白抑制复合物内，这种多蛋白抑制复合物包含糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)和APC肿瘤抑制蛋白。正常情况下，β-catenin被GSK-3β磷酸化，并发生调控降解。当Wnt/β-catenin信号通路中的激活发生突变时，将抑制β-catenin磷酸化，导致其核积聚，从而β-catenin与LEF/TCF4异二聚化发生失调。β-catenin/TCF4复合物是肠道增殖的重要调节因子[57]，研究[58]表明，胃泌素可通过抑制GSK-3β的磷酸化以激活Wnt/β-catenin信号通路。

PPIs可能与胃泌素竞争CCK-BR的活性位点,或干扰胃泌素和CCK-BR之间的相互作用，从而抑制Wnt/β-catenin通路下游的β-catenin/TCF4复合物的形成，以放缓CACC的进展。HAN等[59]研究表明，PPIs和胃泌素共同作用于APC/Min+小鼠，能够抑制β-catenin相关的增殖信号，缓解胃泌素所致的炎症状态，抑制肠道息肉形成。

2.4其他T细胞来源的蛋白激酶(T-cell-originated protein kinase, TOPK)：是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，也称为PBK或PDZ结合激酶，属于MEK蛋白家族。除了胎儿组织和睾丸生殖细胞外，其他正常组织中难以检测到TOPK表达，但结肠癌细胞的TOPK表达上调[60]，这种TOPK的过表达涉及肿瘤细胞的有丝分裂检查点、细胞凋亡和炎症[61]。此外，TOPK也可通过调节PI3K/PTEN/AKT依赖性信号通路来增加细胞迁移[62]。因此，TOPK已成为颇受关注的癌症治疗新靶点。ZENG等[63]研究表明，腹腔内注射泮托拉唑能有效地抑制荷瘤小鼠(HCT116结肠癌小鼠)的肿瘤生长，同时发现TOPK下游分子即磷酸化的组蛋白3表达也下降。PPIs可能作为一种TOPK抑制剂，抑制CACC肿瘤细胞生长。

血浆非对称二甲基精氨酸(asymmetric dimethylarginine, ADMA)：是一种内源性一氧化氮合酶(NOS)抑制剂，PPIs能非特异性结合ADMA水解酶，促使血浆中ADMA浓度升高，ADMA抑制NOS活性，削弱其血管保护作用，促进炎症、血栓形成[1]，减少CACC血供，从而加快肿瘤细胞的衰老与凋亡，降低CACC的风险。