信号转导通路在食管癌发生发展中的研究进展

李立，胡浩，何玲，李红平

遵义医科大学附属医院消化内科，贵州 遵义 563000

食管癌(esophageal carcinoma，EC)是消化道常见的恶性肿瘤，因其早期难发现、诊断多晚期、治疗疗效微及生存率低等特点，使其发病率及死亡率高居不下，且近来呈持续上升趋势[1]。大量研究发现，在EC细胞中，多条信号转导通路异常激活并表达参与调控癌症的发生发展。本文将对近年来细胞信号通路在EC发病机制的相关研究进展做一综述。

1 Nrf 2/Keap1/ARE信号通路

核转录因子E2 相关因子2(nuclear factor erythriod 2 related factor 2，Nrf2)、Kelch样环氧丙烷相关蛋白1(kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1)、及抗氧化反应元件(antioxidant response element，ARE)组成的Nrf 2-Keap1-ARE通路作为抗氧化应答重要信号联级反应，其氧化-抗氧化应激机制失衡与癌症发生发展紧密相关[2]。生理情况下，细胞接收毒性物质(氧自由基、生物毒性物质或致癌物)刺激信号时，Nrf2-Keap1结合复合体发生构象改变，Nrf 2与Keap1分离转移入核，识别结合下游ARE，启动激活转录基因上调解毒酶和抗氧化酶基因表达，清除体内毒性物质使机体免受致病因素侵害。目前研究发现EC细胞核内Nrf 2蛋白高表达，但其与EC发病机制尚不清楚。Jiang等[3]对130 例接受根治性切除的食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)患者的组织标本研究发现，Nrf2 蛋白在ESCC 组织内表达明显高于正常食管组织，且Nrf2 蛋白高表达与ESCC 患者不良预后呈正相关；近来Feng 等[4]在接受根治性放化疗ESCC 患者组织中发现，Nrf2 高表达还与肿瘤生长、肿瘤分期及淋巴结转移呈显著正相关，与总生存期呈显著负相关，以上研究表明Nrf2蛋白高表达对ESCC分期分级、淋巴转移及不良预后具有重要作用。Han 等[5]采用质粒转染技术过表达ESCC 细胞中肿瘤抑制因子(mir-27b-3p)，抑制Nfr2 蛋白表达，使得ESCC 细胞的增殖、迁移及侵袭过程受到抑制，以上结果表明可通过靶向调控Nfr2蛋白表达介导癌细胞的增殖、转移及侵袭过程，进而延缓EC 的病情演变。Wang 等[6]还通过回顾性研究经同步放化疗(concurrent chemoradiotherapy，CCRT)的EC患者疗效，发现Nrf2表达上调还与EC 患者放化疗效果呈显著负相关；且Zuo 等[7]采用肿瘤抑制因子miR-153-3p模拟物或Nrf2-siRNA转染EC 细胞，Nrf2 蛋白表达下调的同时不仅明显抑制EC细胞增殖过程，还可增强EC细胞对化疗药物(顺铂)的敏感性，以上研究表明Nrf2 蛋白表达可作为评估EC疗效的分子标记物及成为潜在治疗方案。最新报道还表明抗肿瘤药物Polygalacin D 通过负型调控Nrf 2的表达抑制EC 细胞的生长及转移，从而发挥抑癌及增强抗癌疗效等作用，尤其是其对正常细胞及主要器官近乎无毒的特点，这将为探索Nrf 2-Keap1 信号转导通路实现高效低毒性靶向治疗EC 提供理论依据[8]。综上，Nrf 2-Keap1信号通路在EC发病过程中异常激活，通过调控Nrf 2 蛋白高表达促进癌细胞的增殖、迁移及侵袭过程，并抑制其治疗的敏感性，导致EC发病并促进EC的病情演变。

2 PD-1/PD-L1/PD-L2信号通路

PD-1 (programmmed cell death protein-1，PD-1/CD279)作为机体重要的免疫因子，与其相应配体PD-L1(B7-H1/CD274)和PD-L2 (B7-DC/CD273)结合后可磷酸化PD-1 胞质区酪氨酸信号序列，激活下游信号途径以破坏T 细胞糖代谢，抑制T 细胞增殖迁移及炎症因子的分泌，进而负性调控机体过度活跃的免疫反应，调节机体自身稳态。而在疾病微环境中，致癌物及炎症因子等上调PD-1 表达，在与肿瘤特异CD8+T 细胞表面的PD-L1 和PD-L2 结合后使得PD-1去磷酸化，抑制下游通路的活化从而发挥负型调控T细胞的作用，使得癌症细胞逃脱免疫系统的杀伤与监视，促进肿瘤细胞的生长发育[9]。Rong 等[10]通过对378 例未曾接受放化疗的晚期ESCC 组织标本研究发现，PD-L1 在ESCC细胞显著高表达，并且与肿瘤细胞的分化程度、浸润转移、分级分期呈显著正相关；后期Liu 等[11]还通过回顾性研究5 368 例ESCC 病例发现PD-L1过表达还与ESCC患者较差总生存率呈显著负相关，以上研究表明EC 的病程发展及预后与PD-L1高表达密切相关。而对于比PD-L1 更具有亲和力的PD-L2，目前关注较少，Okadome 等[12]在最新研究报道称，PD-L2的表达与PD-L1无显著相关性，且PD-L2表达在食管癌早期相对于PD-L1表达较早且频繁，这提示PD-L2 的高表达可作为更为准确诊断且早期提示EC 预后的肿瘤标志物。综上研究表明PD-1/PD-L1/PD-L2 信号转导通路相关分子异常表达是导致EC 发生、病情演变及生存预后的重要因素，但调控下游信号通路活化致癌的具体机制尚无相关研究报道，需进一步明确。对于EC 治疗方面，目前Shah 等[13]在Ⅱ期临床研究分别应用pembrolizumab单抗(PD-L1分子靶向药物)及单一化疗方案治疗PD-L1 高表达的晚期食管癌患者发现，应用pembrolizumab 单抗治疗患者比单纯化疗者多存活一个月，目前pembrolizumab 已被批准用于临床治疗化疗后未缓解的晚期或复发转移性食管癌患者，以上结论表明靶向作用PD-1/PD-L1/PD-L2 信号转导通路药物在EC 患者治疗领域具有很好的前景。近年来新的研究方向越发着重于双重免疫检查点抑制免疫治疗联合细胞毒性药物(如pembrolizumab联合5-FU及顺铂)是否提高临床疗效的可能性，现已有相关研究正在进行中，后续可追踪相关报道。

3 PTEN/PI3K/AKT/mTOR/HIF-1α信号通路

胞内磷脂酰肌醇激酶(phosphatidylionsitol 3 kinase，PI3K)、蛋白激酶B (protein kinase B，AKT，又称为PKB/Rac)、哺乳动物雷帕霉素靶体蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)及缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor，HIF)-1 α 组 成PI3K/AKT/mTOR/HIF-1α信号通路，当受体酪氨酸激酶或生长因子与G蛋白偶联受体(G Protein-Coupled Receptor，GPCR)结合后，信号传导至PI3K，结合下游AKT相应的丝/苏氨酸磷酸化位点(Ser437/Thr308)完全磷酸化并激活AKT，靶向激活下游mTOR 作用效应分子HIF-1α，参与调控细胞生长、增殖及代谢等重要生物学过程[14]。已知PI3K/AKT/mTOR信号通路异常激活参与食管癌发生发展过程。最近，Yang等[15]研究发现，ESCC细胞中人第10号染色体缺失的磷酸酶(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)表达不仅与PI3K 和p-AKT 蛋白水平呈显著负相关，还与微血管生成密度(microvessel density，MVD)和促进肿瘤生长的M2 巨噬细胞(M2 type macrophages，M2 TAM)数量呈负相关，下调PTEN 表达发现，PI3K 及p-AKT蛋白表达显著升高的同时MVD及M2 TAM的数量亦同步上调，表明ESCC 细胞中PTEN 低表达负性调控PI3K/AKT通路，PI3K、p-AKT表达增加及促进肿瘤血管生成及侵袭转移过程，导致EC发生发展。Hui等[16]进一步在体内外研究通过敲低或过表达ESCC中过表达的泛素样蛋白UHRF1 (参与DNA 甲基化)，测定PI3K/AKT/mTOR信号通路及相关分子(PTEN、p-AKT和AKT、p-mTOR 和mTOR)表达，结果表明UHRF1 沉默降低PTEN甲基化使得PTEN 表达增加从而负型调控PI3K/AKT/mTOR 信号通路，并证实UHRF1 敲低不仅抑制肿瘤细胞生长、促进癌细胞凋亡还显著增强其放射敏感性，综上表明若在EC发病过程上调PTEN表达，可负性调控PI3K/AKT/mTOR信号通路激活，从而抑制EC细胞增殖、侵袭转移并诱导凋亡，增强放疗疗效，最终延缓EC 的病情演变。Wang 等[17]还发现激活PI3K/AKT 信号转导通路磷酸化mTORC1 后，下游磷酸化自噬接头(P-P62)可与Keap1 竞争性结合诱导Nrf 2的释放与激活，且两者表达呈显著正相关关系，并与EC 患者不良预后及CCRT 疗效显著相关，提示PI3K/AKT/mTOR 信号通路磷酸化P62 调节核Nrf2 表达可能是ESCC 患者抗放射性及评估预后的重要机制，结合上述Nrf 2-Keap1-ARE 通路致癌过程，未来可进一步研究PI3K/AKT/mTOR 信号通路协同Nrf 2-Keap1-ARE 通路影响EC 病情发生演变及治疗疗效具体原理，为EC 靶向治疗开拓新领域。Nishikawa 等[18]发现ESCC 细胞mTOR 的磷酸化水平增加，其下游元件HIF-1α(肿瘤增殖及血管生成重要调节因子)的蛋白水平明显上调，采用mTOR 抑制剂Temsirolimus 抑制其磷酸化水平后，ESCC细胞增殖能力显著降低；后期Hu 等[19]进一步在ESCC 细胞中过表达HIF-1α发现，HIF-1α与ESCC 内特定蛋白1(specific protein 1，SP1)表达呈显著正相关，且HIF-1α与SP1 表达同ESCC 迁移、侵袭、复发及预后不良具有正相关性，采用siRNA下调HIF-1α的表达后，SP1的表达亦明显下调，ESCC细胞迁徙及侵袭能力有所减弱，说明PI3K/AKT/mTOR 信号通路可通过激活下游效应分子HIF-1α靶向作用SP1诱导增强ESCC的迁移及侵袭能力最终导致ESCC 发生发展。综上研究表明，PI3K/AKT/mTOR/HIF-1α的信号转导通路激活促进肿瘤细胞的增殖、迁徙及侵袭能力，促进食管癌的病情演变，未来可作为食管癌治疗潜在靶点、有效放化疗靶点治疗及判断预后的研究热点，对此机制深入研究为早期明确诊断及开发高效联合疗法提供可行思路。

4 NF-κB信号通路

核转录因子-κB(nuclear factor kappaB，NF-κB)是一种参与调控各种生物学行为的关键转录因子家族，其成员构成亚基分为P50 (NF-κB1)、P52 (NF-κB2)、cRel(REL)、P56(REL-A)和RelB。正常生理条件下，NF-κB 与NF-κB 抑制因子(inhibitor of kappa B，IκB)聚合形成三聚体以非活化状态存在胞浆中，当受到致病因素刺激时，信号分子可激活信号转导通路磷酸化IKB，使其泛素化降解，NF-κB活化游离入核启动下游趋化因子、黏附分子和生长因子等基因转录，参与调控免疫调节、炎症反应、肿瘤分化增殖凋亡及血管生成过程。Li等[20]研究证实NF-κB蛋白在ESCC细胞中显著高表达，并参与促进ESCC 细胞增殖、侵袭、转移及血管生成过程，将NF-κB抑制剂(Bay11-702)应用于ESCC 细胞后，发现其不仅可抑制ESCC 细胞的增殖、迁移及侵袭能力，还可诱导癌细胞凋亡及对化疗药物(顺铂)的敏感性；近来Chen 等[21]研究发现ESCC 易感基因磷脂酶C-ε1(phospholipase C epsilon-1，PLCE1)通过结合位点的相互作用可促进NF-κB蛋白表达，进而增强P65转录能力并结合血管内皮生长因子-C及B淋巴细胞瘤-2，促进ESCC血管生成及抑制细胞凋亡；同时，最新研究还发现淋巴组织表达受体(RELT)、膜联蛋白A3(ANXA3)也可通过激活NF-κB 途径促进ESCC 发生发展[22-23]。综上研究表明，食管早期病变时释放大量炎症物质及细胞因子，引起NF-κB 表达诱导磷酸化IκB 泛素化降解后入核启动下游趋化因子、黏附分子和生长因子表达，进而促进ESCC 细胞增殖、侵袭、转移及血管生成过程，最终导致EC 的发生发展。

5 Notch信号通路

信号通路通过Notch 受体与相应配体(Jagged1-2和DLL1-3-4)结合后，在胞内外进行结构域切割释放入核，启动活化下游转录因子(如Hes)，参与调控细胞的增殖、凋亡及分化等过程。已知在正常食管组织中Notch通路参与促进食管鳞状上皮分化过程[24]；当正常食管组织暴露在胃食管反流、饮酒及炎症条件时Notch 通路下调表达抑制食管鳞状上皮细胞分化[25]；Sawangarun 等[26]通过应用Notch 蛋白特异性抑制剂(4-NQO)作用正常小鼠模型发现Notch 表达缺失可增加小鼠患癌的易感性，以上研究表明Notch 蛋白表达可抑制正常食管组织向恶性病变转化。但Lubin 等[27]也在ESCC 中发现Notch1 高表达，且与肿瘤分级分期呈显著正相关，与EC 患者预后不良相关；Natsuizaka等[28]在构建ESCC 小鼠模型证实异常激活Notch1 与Notch3 相互作用后可促进上皮间质转化(EMT)及EC的发生，表明Notch1及Notch3蛋白与配体结合后启动活化下游转录因子参与促进EC发生发展过程。综上研究表明Notch 信号通路在EC 发生发展过程中具有双重性，针对此通路独特性，后期需进一步研究确定食管在正常及患癌状态下Notch 信号通路靶基因，从而探索Notch激活剂或Notch抑制剂准确应用于EC的预防与治疗。

6 Wnt/β-catenin/GSK-3β信号通路

Wnt基因是首次发现于乳腺癌病毒激活形成的乳腺癌小鼠模型中的一种高度保守的原癌基因，其编码的分泌蛋白参与调控胚胎发育及机体内环境稳态。根据信号传递方式分为Wnt/β-catenin 经典途径和非经典途径，β-连接蛋白(β-catenin)作为Wnt信号通路的关键成员，已证实在多种癌症的发生发展过程具有不可或缺的意义。在正常情况下，β-连接蛋白(β-catenin)与糖原合成激酶3β(GSK-3β)、轴抑制蛋白(Axin)及结肠腺瘤样息肉病蛋白(APC)复合体结合形成泛素连接酶复合体，随后被泛素化，使得β-catenin 蛋白在胞内处于低表达状态。但当Wnt 配体与其各种受体结合将其募集至细胞膜上，使β-catenin 不能被降解且入核，并结合调节转录下游靶基因，参与调控多种癌症的发生发展过程。Fu 等[29]发现Wnt2 和β-catenin 在ESCC 组织中表达上调而GSK-3β表达下调，且Wnt2表达与肿瘤恶性程度呈显著正相关，β-catenin 表达与肿瘤浸润深度及淋巴结转移呈负相关，GSK3β与肿瘤部位密切相关，表明Wnt2、β-catenin 和GSK-3β表达可作为EC 恶性程度、浸润深度及淋巴转移的重要检测指标分子。Xue 等[30]通过采用过氧化氢(H2O2)激活高分化食管鳞状细胞癌(Eca109)细胞的Wnt/β-catenin信号通路，发现β-catenin 蛋白在胞质和胞核中表达增加，p-GSK 表达降低，并增强Eca109 细胞增殖及转移能力，进一步采用丙泊酚抑制H2O2诱导作用后，发现β-catenin蛋白表达减少，Eca109细胞增殖及转移能力亦受抑制；最新研究表明Demethylzeylasteral(雷公藤提取物)、癌基因非编码RNAVPS9D1-AS1过表达等可通过激活Wnt/β-catenin 信号通路进而调控食管癌发生发展[31-32]，以上研究结果表明在食管致癌过程中Wnt/β-catenin信号通路表达上调，下调下游GSK-3β，影响EC细胞的增殖、侵袭及淋巴转移能力，从而促进EC发生发展过程。已知异常激活的Wnt/β-catenin 信号在多种癌症致癌过程中处于核心地位，且发现表达量的异常与癌症治疗耐药性密切相关。后期Wu等[33]过表达肝细胞癌相关蛋白1 (HCRP1)，抑制Wnt/β-catenin 信号通路活性，发现ESCC 细胞对顺铂及5-FU 的敏感性增加，表明靶向抑制Wnt/β-catenin 信号通路异常表达治疗方案可作为改善患者放化疗疗效的重要研究方向。当前针对此通路靶向抑制剂(LRPs、RSPOs等)以及合理的药物组合方案已在临床研究得到广泛的应用，且一些已进入临床试验，为食管癌靶向药物治疗提供新的方向。

7 总结

本文初步探讨了Nrf 2/Keap1/ARE、PD-1/PD-L1/PD-L2、PTEN/PI3K/AKT/mTOR/HIF-1α、NF-κB、Notch、Wnt/β-catenin/GSK-3β多条信号通路参与食管癌发生发展过程。了解到EC形成及发展并不是由理想化的单一因素或者转导途径异常表达所导致的，只有当多种因素、多条信号转导通路异常激活相互影响引起EC细胞增殖、侵袭、转移及凋亡等一系列生物学行为后进而导致肿瘤的发生发展。但是，当前大部分研究主要集中在单一通路改变，通路之间相互交叉及联系机制研究较少。故未来EC研究热点将着重于深入研究各信号通路改变导致疾病发生的信号分子变化及信号通路网络调控作用原理，为高效防治EC 提供理论基础及新思路，更好地指导临床工作。