5-羟色胺与消化道恶性肿瘤发生发展关系的研究进展

万林 李亚军 喻皇飞

遵义市第一人民医院/遵义医科大学第三附属医肿瘤科（贵州遵义563000）

5 羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），又名血清素，为一类具有生物活性的单胺类物质，是广泛存在于中枢和外周神经系统的一类神经递质。同时，5-HT 也是机体内重要的活性介质和血管活性物质，在胃肠道功能、血管紧张性及血压调节、止凝血过程及机体免疫等一系列生理活动中起重要作用［1-2］。此外，5-HT 还被视为一种有丝分裂原，促进正常肝细胞、肠粘膜上皮细胞、成纤维细胞及血管内皮细胞的增殖［3-5］。更有大量研究显示，在恶性肿瘤的发生发展过程中5-HT 亦扮演着非常重要的作用，5-HT 参与肿瘤的恶性增殖与进展，在多种组织类型肿瘤细胞中存在5-HT 的合成代谢障碍［6］。本文就5-HT合成、代谢及转运和其在消化系统肿瘤发生进展中的作用和所涉及的异常信号转导途径作一综述，为深入了解5-HT在消化道恶性肿瘤演变过程中所扮演的角色提供一定的认识。

1 5-HT 代谢

1.1 5-HT 的合成与转运在正常人机体内，除极少量5-HT 由中枢神经系统（central nervous system，CNS）内5-HT 能神经元合成外，95%左右的5-HT来源于胃肠道，由位于胃肠道黏膜的嗜铬细胞（enterochromaffin cell，EC）合成。在色氨酸羟化酶（tryptophan hydroxylases，Tph）的作用下，通过催化必需氨基酸——色氨酸（tryptophan）形成5-羟色氨酸（5-hydroxytryptophan，5-HTP），进一步在5-HTP 脱羧酶的作用下脱去羧基形成5-HT［7］。在外周组织中，同时存在神经源性和黏膜源性5-HT，其中神经源性主要由胃肠道内脏神经系统的神经元胞体在Tph2 的作用下合成，占外周5-HT 含量的5%左右，这部分5-HT 控制着内脏神经系统，对胃肠道蠕动的调控具有重要作用。而黏膜源性5-HT 则是在EC 细胞中经Tph1 的催化下所产生，其合成分泌量约占外周5-HT 的95%［8］。5-HT 合成后，除部分被储存于EC 外，绝大部分被释放入血进入循环系统，参与机体各系统生理功能调节。循环系统中游离的5-HT 则被血小板摄取并储存于血小板致密颗粒中，这部分5-HT 的释放对人机体的正常凝血和伤口的恢复起重要作用［9］。

1.2 5-HT 受体与血清素转运体蛋白5-HT 受体（5-HT receptor，5-HTR）作为主要接受5-HT 信号刺激的跨膜受体之一，负责将5-HT 胞外信息转导入胞内执行相应的生物学效应。在啮齿类动物和人体内，5-HTR 均有5-HT1R～5-HT7R 七个家族成员，分别拥有14 种和13 种亚型［10］。同时，由于分子结构的不同，部分5-HTR 亚型还具有多种亚类，如5-HT1R 含有5-HT1A/1B 和5-HT1D～F 共5 个亚类，5-HT2R 含有5-HT2A～CR 共3 个亚型等。在所有5-HTR 中，除5HT3R 为Na+/K+ATP 酶依赖性配体门控型离子通道受体外［11］，其余的5-HTR 均属于GPCR 家族，其中5-HTR1A～F，5-HTR5A/5B为Gi/o 蛋白，与腺苷酸环化酶偶联，可下调cAMP浓度；5-HTR2A-C 为Gq/11 蛋白，与磷脂酶C 偶联，通常致使Ca2+流释放；5-HTR4/6/7 为Gs 蛋白，其下游同样与腺苷酸环化酶偶联，上调cAMP 浓度。因为不同受体所介导的胞内信号和不同信号间彼此间的交叉对话，5-HT 可与不同的受体结合引发出复杂的生理效应。

在细胞膜上，除5-HTR 外，还有一类转运体蛋白——血清素转运体蛋白（serotonin transporter，SERT）同样参与5-HT 活性调控和胞内信号转导。通常情况下，SERT 负责将轴突或细胞间隙过多的游离5-HT 重吸收转运至胞内。SERT 由位于人17号染色体上SLC4A6 基因编码而来，为溶质载体蛋白家族（solute carrier family，SLC）成员之一，是一类Na+/Cl-依赖型转运体蛋白，具有12 次跨膜结构，能够通过主动运输将5-HT 转运至胞内储存/再释放或进一步代谢灭活，以达到快速清除胞外5-HT生物学活性的目的［12］。单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）是外周5-HT 降解的主要酶类，能够将5-HT 氧化生成5 羟吲哚乙醛，进而在醛脱氢酶的作用下转变为5 羟吲哚乙酸排出体外［13］。近年来的研究［14-15］发现，SERT 通过将5-HT 转运重吸收至胞内参与胞内某些蛋白质的翻译后修饰过程，从而参与血小板激活、胰岛素释放、肺动脉高压等多种病理生理过程。

2 5-HT与消化道肿瘤细胞恶性增殖的关系

胃肠道黏膜作为外周5-HT 的主要合成场所，5-HT 是维持胃肠黏膜结构和功能的重要物质，其表达和含量异常在消化系统的功能代谢和有关疾病的发生发展过程中均扮演着非常重要的角色。大量的研究提示5-HT 合成、代谢、转运异常在结直肠癌、肝癌、胆管癌、胰腺癌等多种消化道恶性肿瘤的发展进展中起着十分重要的作用。

2.1 结直肠癌（colorectal cancer，CRC）CRC 是导致世界范围内癌相关死亡率的主要因素之一，超90%的CRC 为发生于黏膜上皮的腺癌。5-HT 本身产自肠黏膜上皮，参与胃肠黏膜的慢性炎症和恶性转化过程［16］，5-HT 能够招募炎性细胞释放炎性因子，加剧肠道炎症［17］。早在上世纪80年代，TUTTON 等［18］就发现10 μg/kg 剂量5-HT 腹腔注射可显著增加DMM 诱导的大鼠肠癌黏膜组织细胞的有丝分裂率。5-HTR 作为介导5-HT 效应的重要受体，包含5-HT1R-5HT7R 7 个家族成员，共14 个亚型，究竟是何种亚型介导5-HT 在肠癌细胞的生物学效应却富有争议。研究显示，在不同瘤株中所发挥作用的亚型不同，即使是在同一瘤株中，所得的结论亦有所差异。ATAEE 等［19］研究显示，12.5×106mol/L 5-HT 可通过5-HT3R，5-HT4R 促进肠癌瘤株HT29 细胞增殖，利用5-HT3R 拮抗剂Y25130 能够拮抗5-HT 诱导的增殖效应并促进细胞凋亡。而同样是该研究组的结果揭示5-HT1A、5-HT1B 参与HT29 细胞的增殖，只有NAN-190（5-HT1B）能够诱导HT29 细胞发生G2/M 期阻滞，5-HT1A 抑制剂却几乎对癌细胞没有作用［20］。

事实上，5-HTR 所介导的5-HT 信号在肠癌发生中的作用较为复杂。目前普遍认为，5-HT 与相应受体结合后对肠癌的生长进展有积极作用。5-HTR 信号甚至可与肠癌细胞中某些经典的癌信号通路如Wnt/β-catenin 通路之间发生交互作用。SUI 等［21］的研究发现，人结直肠癌病理组织中过表达5-HT1D 受体，其可通过激活Axin1/β-catenin/MMP-7 途径参与癌细胞的侵袭转移，利用5-HT1DR 拮抗剂GR127935 可以通过靶向Axin1 有效抑制肿瘤转移。然而，最近也有研究揭示，5-HT 具有合成保护作用，在结直肠癌发生的早期阶段，5-HT 促进了脱氧核糖核酸的修复活性，使小鼠结肠隐窝细胞免受DNA 损伤并预防了结直肠肿瘤的发生［22］。作为5-HT4R 激动剂的Zelnorm 更是可通过抑制JAK/STAT3 活性发挥抗肿瘤活性［23］。

5-HT 还可通过另一类受体——SERT，介导5-HT 对肠癌细胞的作用。利用血清素重吸收抑制剂抑制（serotonin reuptake inhibitors，SSRIs）类药物抑制SERT 活性、封闭SERT 功能展现出明显的抗癌活性［24］。作为SSRIs 类药物的西酞普兰能够显著抑制DMM 诱导的肠癌发生［25］，另一类SSRI 氟西汀还可通过非P53 途径诱导肠癌细胞凋亡［26］。流行病学资料更是显示，持续数年服用一定剂量SSRIs 的患者罹患肠癌的风险明显下降［27-29］，这些数据揭示5-HT 信号通路在抑郁症与肠癌发生之间存在某种联系，但其间具体的机制尚不清楚，有待进一步的研究。

2.2 肝癌（hepatocellular carcinoma）肝癌是我国最常见的恶性肿瘤之一，其死亡率排癌相关死亡率第3 位，探寻潜在靶点和行之有效的治疗方案具有十分重要的意义。研究显示，5-HT 在肝癌细胞增殖生长过程中起着重要作用。5-HT 可作为有丝分裂刺激因子，促进肝癌细胞的生长。在Huh7、HepG2 和Hep3B 等不同的肝癌细胞瘤株中有多种5-HT 受体如5-HT1A/1B，5-HT2B，5-HT7 受体的表达，体外一定浓度（10-4mol/L）5-HT 可刺激Huh7 和HepG2 细胞增殖［30］。此外，5-HT 可通过5-HT2B 激活mTOR 以使得血清剥夺的肝癌细胞受到保护，避免凋亡发生［30］，5-HT 还可通过5-HT7R上调β-catenin 表达促进肝癌细胞增殖［31］。在NDEA 诱发的大鼠肝癌模型中，高水平的5-HT 与5-HT2C 受体结合维持癌细胞的增殖，抑制5-HT1B、5-HT2B 不仅对Huh7 和HepG2 细胞的生长有抑制作用，对小鼠原发肝癌生长也有明显的抑制效应。对176 例临床肝癌样本分析发现5-HT1B/5-HT2B 受体在肝癌组织中高表达，且与肿瘤增殖指数，肿瘤大小等指标相关［32］。在肝癌患者血清中5-HT含量高于正常人群，5-HT含量的升高可作为肝癌患者一个重要的预后相关因素［33-34］。CHAN等［35］，对59 859 例肝癌患者回顾性分析发现，服用SSRIs 类药物的患者肝癌的患病发现明显降低，提示长期使用SSRIs 类药物抑制5-HT 可降低肝癌细胞发生。这些研究提示，5-HT 信号通路在肝癌的发生发展中起着非常重要的作用，而SSRIs 类药物最为主要的药理作用是抑制血清素（即5-HT）胞内重吸收，其降低肝癌发病风险是否与细胞内5-HT重吸收减少有关，需要进一步的研究证实。

2.3 胆管癌（cholangio carcinoma）胆管细胞癌是发生于胆道上皮的恶性肿瘤，可发生于任何部分，但常见于肝外胆管。癌肿发生后阻塞胆道，预后极差。5-HT 代谢障碍同样是胆管癌发生的因素之一。研究显示，无论胆管癌组织还是体外培养的癌细胞中均存在TPH1 过表达和MAO 低表达的现象，导致5-HT 的合成增加，降解减少，使得5-HT含量增加，刺激癌细胞生长。同时，胆管癌瘤株H69 细胞中存在不同类型的5-HTR 的差异表达，而5-HT1A，5-HT2A/AB，5-HT4/6 的表达上调均介导5-HT 对癌细胞的增殖作用，抑制胆管癌细胞中

5-HT 合成明显降低癌细胞的生长［36］。在这过程中，MAO-A 启动子区高度甲基化导致MAO-A 表达失活，失去对胞内5-HT 的代谢能力进而使得胆管癌细胞中5-HT 水平升高是5-HT 促进胆管癌细胞恶性增殖的又一重要因素［37］。血浆中高5-HT 含量更是可作为胆管癌的诊断指标之一，同时也预示着患者的不良预后［38］。

2.4 胰腺癌（pancreatic carcinoma）胰腺癌作为全球死亡率最高的恶性肿瘤之一，探索其潜在的治疗靶点和有效的治疗方法一直是困扰学术界的重大难题。利用动物模型发现，无论炎症损伤、手术切除或者是遗传缺陷的小鼠体内，5-HT 在诱导胰腺滤泡细胞去分化，将其转变为干祖细胞的过程中起重要作用［39］。同时，胰腺作为人体内重要的分泌性器官，5-HT 的合成与释放在胰腺癌，特别是具有神经内分泌性质的胰腺恶性肿瘤中普遍存在［40］。在PaCa 细胞中，利用siRNA 干扰5-HT1B 和5-HT1D 受体后，PaCa 细胞增殖率明显下降，并且经uPAR/MMP-2 信号和Integrin/Src/Fak 信号所诱导的癌细胞侵袭迁移能力明显下降，抑制5-HT1B 和5-HT1D 受体的表达还可下调ZEB1 和Snail 蛋白，降低癌细胞EMT 能力，说明5-HT 同样参与胰腺癌增殖和侵袭迁移过程［41］。

2.5 胃癌（gastric carcinoma）尽管5-HT 作为胃肠道神经内分泌肿瘤（neuroendocrine tumor，NET）常见的外泌产物，其与NET 发生进展之间的关系亦见诸大量报道［42-43］，但5-HT 及其受体在胃腺癌中作用的研究却相对较少。事实上，除5-HT3R 抑制剂广泛用于减轻抗肿瘤相关化疗药物导致的胃肠道反应外，也有研究显示，5-HT 的表达水平与胃癌的分化程度密切相关［44］。5-HT 及5-HTR 在胃癌肿瘤进展过程中的作用需要更多深入的研究进一步探讨。

3 结语和展望

5-HT 作为人体广泛存在的重要的神经递质，也是调节多种机体功能和生理活动的重要介质，其合成/转运/代谢异常在恶性肿瘤的发生进展中也起着非常重要作用。然而，尽管研究显示5-HT在几乎所有的消化道组织类型恶性肿瘤的发生发展过程中均起着非常重要的作用，但其影响癌细胞生物学行为所涉及的具体机制却不是十分清楚。进一步明确5-HT 与相应受体在不同组织类型肿瘤中的精确调控机制无疑是靶向5-HT 信号治疗的基本前提，深入系统的研究5-HT 在不同组织类型肿瘤中的作用更是临床基于5-HT 为靶标的临床转化应用的基础。针对5-HT 不同类型受体抑制剂和SERT 抑制剂的开发和改良，提高药物与相应受体的亲和力和特异性，势必也将为更好的临床治疗实践提供有力的保障。