活性氧与结直肠癌转移关系的研究进展

唐宇飞 刘星 侯风刚

结直肠癌（colorectal cancer，CRC）是全球第三大常见癌症，在癌症相关死亡原因中排第二[1]。转移是CRC 患者发生癌症相关死亡的主要原因，据估计，有超过50%的患者会因转移而死亡[2]。然而，CRC 转移和复发的分子机制尚未清楚，因此，对CRC 转移的分子学机制探究尤为迫切。活性氧（reactive oxygen species，ROS）与肿瘤的发生、发展密切相关，近年来逐渐成为肿瘤防治研究领域的热点。研究发现，过高的ROS 会引起细胞增殖抑制、细胞周期阻滞，甚至细胞凋亡，而低水平的ROS 能促进细胞增殖和血管新生[3-4]。正常情况下，当ROS 水平持续升高，超过一定的阀值，则会产生细胞毒性反应，进而诱导凋亡途径的激活或抑制抗癌治疗的耐药性[5]。肿瘤有高水平的抗氧化系统，其主要功能是防止积聚过多的ROS 和维持还原-氧化平衡。肿瘤细胞通过抗氧化能力清除过量的ROS，同时维持促肿瘤生成的ROS 水平。因此，通过过量表达ROS，能够诱导癌细胞凋亡，而对正常细胞并没有影响，在治疗过程中还能够减少不良反应的发生。研究发现有些药物能通过作用ROS 直接促进癌细胞死亡[6]，或者通过ROS 抑制CRC 细胞迁移和血管生成[7]。因此，ROS 在肿瘤防治的临床应用中有重大前景。本文就ROS 参与调控CRC 转移的信号通路以及转录因子作一综述。

1 ROS 参与调控CRC 转移的信号通路

1.1 NF-κB 通路 NF-κB 是一种普遍存在的转录因子，可介导细胞质/核信号传导途径，并调节涉及炎症和免疫反应的各种细胞因子、细胞因子受体和黏附分子的基因表达[8]。此外，NF-κB 的活化与肿瘤细胞凋亡、增殖、分化、迁移和血管生成的控制以及肿瘤细胞对化学、放射疗法的耐药性之间存在相关性[9]。NF-κB的重要作用已在包括CRC 在内的多种癌症中得到认可[10]。

研究表明，线粒体转录因子B2 在肝癌中呈现异常的过表达，这种高表达促进了细胞和线粒体内ROS水平上升，从而激活了NF-κB 通路，进而促进了肝癌细胞的增殖、迁移和侵袭[11]。ROS 调节剂1（Romo1）能够通过增强ROS 的表达，从而激活NF-κB，进而释放肿瘤侵袭潜能，并且这一过程能够被NFκB 阻滞剂阻断[12]。这说明了氧化应激对肿瘤的促进与NF-κB 信号通路有关。有研究表明IL-17A 可通过ROS/NF-κB/基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase,MMP）-2/MMP-9 信号通路的激活，促进食管癌细胞的侵袭和迁移[11]。然而，当ROS 累积超过特定阈值时，ROS 会抑制NF-κB 激活[13]。Qiu 等[14]在乳腺癌的研究中发现，高丝苷可以通过降低肿瘤细胞内ROS 的水平来激活NF-κB 信号通路，从而促进乳腺癌细胞的凋亡。其通过观察MCF-7 细胞和4T1 细胞中NF-κB 通路的蛋白质，发现高丝苷抑制了p65 和人核因子κB 抑制蛋白α（IKBα）的磷酸化，而过氧化氢的作用则相反。同时，ROS 的减少也可能通过激活半胱氨酸蛋白酶-3（Caspase-3）引起线粒体功能障碍并导致乳腺肿瘤细胞凋亡。NF-κB 活性能够被NADPH 氧化酶（NOX）（一种在ROS 产生中的重要酶）衍生的ROS 调节[15]，然而有研究表明，ROS 与NF-κB 存在另一种联系，在CRC 中，ROS 的生成反而依赖于CRC 细胞中的NF-κB[16]。进一步探索这一可能的双向调节作用，或许能够成为通过ROS 治疗肿瘤的新靶点。5-氨基水杨酸（5-ASA）和二甲双胍的组合显示出能够诱导CRC 细胞凋亡，并且同样能够抑制CRC 的转移，这些药物抗CRC 的机制之一是诱导ROS 的积累，从而进一步促进凋亡机制的激活[17]。研究表明二甲双胍通过抑制NOX 和HCT116 CRC 细胞中的NF-κB 活性来抑制石胆酸（LCA）诱导的IL-8上调，并减少了肿瘤微环境中内皮细胞的增殖和管状结构的形成[18]。

1.2 磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B,Akt）通路PI3K 是一类胞内脂质激酶，它通过磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2） 转化为磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（PIP3）来磷酸化磷酸肌醇肽[19]。PIP3 是通过磷酸化激活Akt 的重要第二信使。PI3K 被受体和非受体络氨酸激酶活化后，形成PIP3。PIP3 与胞内的磷酸肌醇蛋白激酶1（PDK-1）和信号蛋白分子Akt 结合，进而活化Akt。Akt 作为PI3K 主要的下游效应分子，能直接磷酸化NF-κB 等转录因子，进而调控肿瘤的转移[20]。Qiao 等[21]研究发现胃癌细胞中c-ros 肉瘤致癌因子-受体酪氨酸激酶（ROS1）低表达会抑制细胞迁移、侵袭和上皮-间质转化（epithelial mesenchymal transition,EMT）。Hu 等[22]研究发现，在肝癌细胞中，缺氧能够诱导ROS 的产生，进而激活PI3K/Akt/缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor 1α,HIF-1α）信号通路调控下游Mxi1-0 的表达，Mxi1-0 进而促进血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）的表达从而调控血管新生。Yang 等[23]研究发现低剂量的辣椒素能激发氧化应激使ROS 表达升高，进而激活Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）和信号转导和转录活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3,STAT3）信号通路以及MMP-2、MMP-9 的高表达，MMPs 的增多诱导EMT，进而促进CRC 细胞的侵袭转移。说明PI3K/Akt 信号通路在氧化应激情况下可能会被激活，进而调控下游转录因子和效应分子促使肿瘤的转移。而在CRC 中，Yao 等[24]研究表明地卡黄酮能够诱导ROS 介导的凋亡并抑制CRC 中PI3K/Akt/mTOR 信号通路，这一研究结果能够支持黄酮类抗癌剂（DLF）作为抗CRC 的潜在药物。

2 参与ROS 调控CRC 转移的转录因子

2.1 HIF-1α HIF-1α 被认为是肿瘤发生、发展中最重要的基因之一。研究表明HIF-1α 水平升高与肿瘤转移、血管生成、患者预后差及肿瘤耐药性有很强的关系[25]。当肿瘤生长到一定程度，超过其血液供应能力，就会形成缺氧微环境。缺氧条件下HIF-1α 能调控VEGF、MMPs 等效应分子，促进肿瘤血管新生，使得肿瘤能快速适应缺氧微环境[26-27]。有研究表明，在胰腺癌中，缺氧微环境会导致EGFR/MEK/ERK 通路的激活，从而导致HIF-1α 的表达升高，而HIF-1α 通过抑制ROS 的表达，进一步激活EGFR，最终导致胰腺癌侵袭和转移能力的升高[28]。Shimojo 等[29]研究发现，缺氧能促进HIF-1α、NF-κB 表达增多，并且抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）能通过抑制ROS 的表达来消除HIF-1α 和NF-κB 的激活，进而抑制胰腺癌细胞缺氧区域EMT 和转移。而有研究表明，在大肠癌中，SLC34A2-ROS-HIF-1 能通过诱导同源物增强子2（EZH2）过表达从而促进CRC 细胞增殖和凋亡的化学耐药性，因此SLC34A2-ROS-HIF-1-EZH2 通路有望成为新的CRC 治疗方法[30]。HIF-1α 能够抑制ROS 的生成和NOX2 的表达，而齐墩果酸（OA）能够通过抑制HIF-1α 来抑制该途径，从而抑制大肠癌细胞的增殖能力，导致肿瘤细胞的凋亡[31]。该研究表明NOX2-ROS-HIF-1α 轴有望作为治疗大肠癌的新型治疗靶标。

2.2 STAT3 STAT3 是一种包浆蛋白，作为JAKSTATs 途径中重要的JAK 激酶的底物，其既具有信号转导功能又具有转录活化功能。最初发现STAT3 在炎症反应IL-6 的释放反应中发挥诱导靶基因转录的作用，后期研究发现，其可以被许多细胞或生长因子激活，诱导基因的转录调控。目前研究发现，其调控的靶基因有：B 淋巴细胞瘤-2 基因（Bcl-2）、Bcl-x1、Mcl-1、细胞周期蛋白D1（CyclinD1）、Myc、VEGF、HIF-1α 等。白三烯受体2（BLT2）是白三烯B4（LTB4）的低亲和力受体，在卵巢癌细胞株OVCAR3 和SKOV-3 细胞株中高表达，其激活NOX4 进而诱导ROS 的产生，ROS 激活STAT3-MMP-2 通路，促进卵巢癌细胞的侵袭转移[32]。在恶性胶质瘤内，缺氧能促进ROS 的产生和激活STAT3 转录因子，而采用ROS抑制剂和抗氧化剂NAC 处理后，能够抑制STAT3 转录因子激活，进而阻断其介导的血管新生途径[33]。Cho等[34]在前列腺癌研究中发现，表皮生长因子（EGF）通过促进ROS 产生，进而促使STAT3 磷酸化，调控HIF-1α/TWIST1/N-钙黏蛋白（N-cadherin）信号通路促进前列腺癌细胞侵袭转移。因此，STAT3 可能是ROS 调控肿瘤侵袭转移的关键靶点。Meng 等[35]研究表明在CRC 中，随着ROS 的积累，喹茜素通过调节STAT3 信号通路诱导肿瘤细胞凋亡。蛋白脯氨酰-4-羟化酶（P4HB） 的下调也可能通过ROS 的产生和STAT3 信号通路的失活诱导人结肠癌HT29 细胞的凋亡[36]。而在人结肠癌HCT116 细胞中，鼠草酸通过产生ROS，从而抑制STAT3 信号转导，进而导致细胞凋亡[37]。

3 小结

综上所述，ROS 的异常增高与肿瘤的侵袭转移密切相关，然而CRC 细胞内ROS 水平的增高与肿瘤转移方面的研究尚少。目前研究存在的难点：（1）异常增多的ROS，因其水平的高低对肿瘤发生、发展的调控作用也不一样。研究表明，较低水平的ROS 能够促进肿瘤的侵袭转移，而高水平的ROS 则会引起细胞凋亡[38-39]，但具体的阈值仍未明确；（2）刺激ROS 产生的因素有待进一步探索。前期研究发现，食物中辣椒素、药物以及缺氧微环境都会引起ROS 的增高[23]，可能还存在其他因素，值得进一步验证。

因此，ROS 对结直肠癌的调控机制仍需进一步研究，以期在临床用药时，能提前检测瘤内的ROS水平，根据阈值合理调整ROS 水平，进而提高临床疗效。