结直肠癌上皮间质转化相关通路及其靶向治疗的研究进展

赵平凡 吕艳华 杨继元

结直肠癌(CRC)是常见的胃肠道恶性肿瘤， 2018年全球恶性肿瘤统计报告显示，CRC死亡病例占恶性肿瘤致死病例的9.2%，死亡率居第2位，CRC病例占恶性肿瘤病例的6.1%，居恶性肿瘤发病率第4位，新发病例约184万，新死亡病例约88万；中国CRC的发病率居全球第1位[1]。上皮间质转化(EMT)是细胞失去上皮特征，并获得间充质特性的过程，如肿瘤细胞的运动性增加。在CRC患者中，EMT与侵袭性或转移性表型紧密相关[2]。本文就与EMT 相关的信号通路在CRC细胞转移、侵袭中的作用及其靶向治疗作一综述。

1 EMT的概念和特征

EMT的概念于20世纪80年代初首次被提出，其主要是指上皮细胞失去上皮特性并获得间质细胞表型的一种生物学现象，是多细胞生物胚胎发育过程中的基础[3]。基于生理结构将EMT分为3类：胚胎发育和器官形成；伤口愈合和器官纤维化；肿瘤进展；后者与侵袭性或转移性表型相关[4]。

2 CRC的EMT相关信号通路

2.1 Wnt/β-catenin信号通路

Wnt信号转导是CRC进展的重要因素，也是EMT的进展和监管机制[5]。目前已知3条经典的Wnt信号通路：Wnt/β-catenin通路、Wnt/Ca2+通路和Wnt/PCP通路[6]。典型Wnt信号转导的异常激活是功能突变的CRC的特征[7-8]。目前公认Wnt/β-catenin 信号异常活化是CRC发生的重要原因[9]。Wnt/β-catenin通路是Wnt信号通路的经典途径，该通路由多种分泌糖蛋白构成，对细胞的增殖、分化及迁移具有重要的调节作用[10-11]。经典的Wnt/β-catenin信号通路主要包括:配体(Wnt家族成员Wnt1、Wnt3、Wnt3a、Wnt7b等)、跨膜受体(Frizzled家族成员和LRP-5/LRP-6)、胞质调节蛋白(APC、Axin、GSK3β、β-catenin等)以及核内转录因子(TCF/LEF1家族)[12]。在去分化间充质样肿瘤细胞中发现，细胞核内的Wnt/β-catenin显著增加，这些肿瘤细胞在侵袭前期伴随着E-钙黏蛋白表达的变化[13]。β-catenin/TCF4复合物转录直接激活ZEB1并上调MT1-MMP9和LAMC2，这与CRC的侵袭性直接相关[14]。Wnt3a是经典Wnt信号配体，其通过Wnt/β-catenin通路转导发信号的代表性Wnt蛋白；Wnt3a不仅可激活Wnt/β-catenin信号，还可与FAK或转化生长因子-β(TGF-β)等信号通路同时发挥作用[15-16]。Axin2曾被视为经典的Wnt抑制因子，然而有研究显示其不是作为肿瘤抑制因子发挥作用，而是通过上调SNAI1活性来诱导肿瘤细胞EMT，并在体外和体内驱动转移活性[17]。

2.2 TGF-β/smad信号通路

TGF-β信号转导在肿瘤发生中起着双重作用，其在肿瘤发展的早期阶段介导抑制肿瘤的作用，而在后期阶段可能会促进肿瘤进展，因为它能促进肿瘤细胞发生EMT，并能抑制一些肿瘤(乳腺癌、前列腺癌和结肠癌)患者的免疫功能。目前研究发现Smad4涉及TGF-β在CRC后期和EMT过程中的作用，其可抑制侵袭并恢复CRC细胞SW480的上皮表型。抑制Smad4诱导的内源性TGF-β细胞因子水平可导致TGF-β信号转导增强和EMT诱导[18]。此外，Smad4是STAT3激活的负调节因子[19]。Smad4缺失导致STAT3异常激活，这可能直接促进EMT过程和CRC进展中的ZEB1表达。Smad4缺失导致BMP信号从肿瘤抑制转变为促转移，从而通过激活RHO和ROCK诱导EMT[20]。此外，TGF-β的激活对于血小板对CRC细胞的EMT诱导作用非常重要。血小板分泌TGF-β来刺激肿瘤细胞中EMT标志物如转录因子Snail、波形蛋白(Vimentin)和纤维连接蛋白(FN)的表达[21]。

2.3 PI3K/Akt信号通路

PI3K是一系列参与细胞功能(细胞生长、增殖、分化、运动、存活和细胞内运输)的激酶，在肿瘤进展中扮演着重要角色[22]。PI3K/Akt信号通路可直接诱导EMT发生，主要体现为上调转录因子(Snail、Slug、Twist、ZEB等)的表达，从而下调细胞内E-钙黏蛋白的水平。此外，PI3K/Akt信号通路可诱导MMP的表达[23]，如MMP-2、MMP-9等，促使E-钙黏蛋白降解，诱导细胞发生EMT。在PI3K/Akt信号通路中，激活Akt信号可在体外和体内提高EMT标志转录因子(SnailL、Slug)的表达，从而在CRC中发挥调节EMT和血管生成的潜在作用[24]。

此外，PI3K/Akt信号通路还可被其他信号激活或形成信号级联来介导EMT发生。PRL-3是一种转移相关磷酸酶，可通过激活Akt和灭活PTEN起到引发肿瘤转移期间EMT转换的启动作用。mTORC1和mTORC2是PI3K/Akt信号的下游信号效应物，通过RhoA和Rac1信号转导诱导CRC的EMT、迁移和侵袭[25]。此外，在GSK3处的Wnt与PI3K/Akt信号通路的相互联系导致β-catenin和Snail的稳定和积累[26]。许多研究表明，高脂饮食(HFD)与CRC的高发病率相关[27]，HFD可通过上调环氧合酶-2(COX-2)和激活MMP的异种移植模型中的MAPK/ERK和PI3K/Akt/mTOR信号级联来介导EMT和肿瘤炎性反应的发展。

2.4 Notch信号通路

Notch信号通路被认为是胚胎或组织形成时期的传统途径。Notch信号通路也参与了EMT的发生。研究表明Notch可诱导肿瘤发生，导致上皮细胞失去极性、活动性和侵袭能力[28]。在此过程中，Notch通过诱导Slug活化或调节Snail表达来调节E-钙黏蛋白的表达，从而增强肿瘤细胞的侵袭和迁移能力[29-30]。Notch信号通路并非独立发挥作用，其与其他信号通路联合起来诱导EMT[31]。

2.5 其他信号通路

研究表明，Hedgehog(Hh)信号通路和表皮生长因子受体(EGFR)信号级联参与EMT过程。Hh信号通路在胚胎发育、肿瘤干细胞(CSC)和EMT的形成和维持中起着重要作用。Hh信号通路通过调节诱导肿瘤细胞侵袭的PI3K/Akt信号通路，激活MMP-2和MMP-9的表达，并诱导E-钙黏蛋白、Snail的表达[32]。此外，EGFR引发的C末端结构域中的几个自磷酸化酪氨酸残基被其他蛋白激活，主要是通过MAPK、Akt和JNK途径[33]。这种刺激可促进EMT并调节表型，如细胞增殖、迁移和黏附。

3 靶向EMT信号通路的药物

3.1 靶向Wnt/β-catenin 信号通路的药物

Wnt/β-catenin信号通路与CRC的发生、发展密切相关。近年来针对Wnt信号通路的药物的体外实验表明，非甾体类抗炎药(阿司匹林、舒林酸、塞来昔布和罗非昔布)可以通过诱导β-catenin磷酸化和降解或抑制其靶基因的转录来下调β-catenin水平。

此外，小分子抑制剂是分子靶向治疗的研究热点。格列卫是一种酪氨酸激酶抑制剂，其可显著抑制CRC细胞增殖，降低转录活性，诱导β-catenin从细胞核向细胞膜迁移[34]。内皮素(ET)可以促进β-catenin降解，抑制靶基因细胞周期蛋白D1启动子活性，诱导细胞周期停滞、细胞凋亡和肿瘤血管生成；Wnt途径sFRP抑制剂可抑制CRC细胞增殖和转化能力；反义RNA可通过清除Wnt通路中的TCF/β-catenin复合物来沉默β-catenin的表达或抑制CRC细胞的增殖和分化[35]。上述靶向Wnt信号通路的药物可为CRC的治疗提供新的有效方法。

3.2 靶向TGF-β/smad信号通路的药物

TGF-β/smad信号通路在CRC的EMT中起着关键作用，已有一些通过了临床前研究和临床试验的靶向TGF-β/smad通路的方法。AP11014和AP15012是用于治疗非小细胞肺癌、前列腺癌及CRC的临床前研究中使用的反义分子[36]，通过与特定mRNA结合来阻止TGF-β合成。一些受体激酶抑制剂在阻断下游信号转导方面有显著效果[37]，如LY2109761是抑制TβR1和TβRII的激酶活性的小分子，该化合物可抑制乳腺癌、CRC和胰腺癌小鼠模型中的转移[38-40]。

3.3 靶向PI3K/Akt信号通路的药物

靶向PI3K/AKT信号通路的抑制剂主要有Wortmannin、LY294002、Quercetin、Myricetin和Staurosporine，其中LY294002 广泛应用于肿瘤研究中。LY294002有抑制肿瘤生长的效应，但因其代谢较快，较低剂量时仅有少量Akt 去磷酸化而失活。LY294002与放射治疗联合应用可抑制肿瘤细胞增殖，抑制细胞生长及肿瘤血管形成，提高放射治疗的敏感度，发挥协同抗肿瘤作用[41]。另有研究表明脱氧胆酰牛磺酸通过激活PI3K/Akt通路抑制肿瘤细胞凋亡，促进肿瘤生长。通过继发性胆汁酸中的脱氧胆酰牛磺酸是否可治疗CRC还有待进一步研究。

3.4 靶向其他信号通路的药物

Notch途径作为新的肿瘤治疗靶点具有巨大潜力。GSI是被研究得较广泛的Notch受体，具有生物分布和泛Notch抑制的潜力[42]。GSI在Ⅰ期临床试验中用作单一疗法或与其他药物联合使用[43]；目前临床试验中的所有小分子Hh途径治疗药物都被设计成针对Smoothened(SMO)。Hh抑制剂环巴胺是Hh信号转导通路组分SMO的拮抗剂，该试剂用作单一疗法或与其他抗肿瘤药物联合用于治疗各种肿瘤，包括CRC。研究表明环巴胺可通过抑制EMT，上调E-钙黏蛋白和下调Snail来抑制肿瘤细胞的侵袭[44]；EGFR在CRC的 EMT中过表达，研究表明抗EGFR治疗是有效的。另有研究表明酪氨酸激酶抑制剂(如索拉非尼、吉非替尼)可明显抑制CRC患者的P13K信号转导，表明其具有很大的治疗价值[45]。西妥昔单抗和帕尼单抗是EGFR的单克隆抗体，分别于2004年和2006年被美国食品和药品管理局(FDA)批准用于治疗CRC，这两种抗体通过与细胞外结构域结合来阻止EGFR自身磷酸化。

4 结语

EMT过程是源于环境刺激的一系列变化和转变，取决于组织和信号转导环境。EMT起始和进展涉及信号通路和转录调节因子的网络之间的复杂串扰。EMT的标志是E-钙黏蛋白下调，E-钙黏蛋白是一种主要的上皮标志物，其受一组EMT转录因子的调节。Snail、Twist和ZEB家族在胚胎发生和肿瘤环境中都发挥着重要作用。这些EMT相关转录因子的调节与CRC的侵袭性、转移性和不良预后相关，可见EMT在肿瘤进展和转移中起着重要作用。对CRC发生EMT的相关信号通路的作用机制及通路间相互影响的深入研究，有助于开发更多治疗CRC的新方法并促进个体化治疗。