胃癌中Cx43与PI3K/Akt/mTOR信号通路相关性的研究进展

程 玉,李春辉

(1.承德医学院，河北承德 067000;2.承德医学院附属医院)

胃癌中Cx43与PI3K/Akt/mTOR信号通路相关性的研究进展

程 玉1,李春辉2△

(1.承德医学院，河北承德 067000;2.承德医学院附属医院)

胃癌;Cx43;PI3K/Akt/mTOR;信号传导通路

在世界范围内，胃癌是发病率和死亡率非常高的恶性肿瘤, 严重威胁着人类的健康。但是，胃癌的发病机制尚不完全清楚，目前认为其发生、发展是一个多因素、多步骤、复杂的渐进过程，涉及多条信号传导通路的异常改变。细胞间隙连接(gap junction intercellular communication，GJIC)是由相邻细胞间通过间隙连接所介导的一种通讯方式，参与了细胞间能量和信息的传递及电信号传导的电偶联和细胞间物质交换的代谢偶联，在调控细胞的增殖、分化、新陈代谢及内环境的稳定等生理过程中发挥着重要作用。其通道的主要成分是间隙连接蛋白Cx。国内外对GJIC与癌变的关系进行了相关的研究[1、2],发现肿瘤细胞普遍存在Cx表达缺陷和GJIC功能丧失。细胞间通讯失常，可使细胞间失去正常的接触，来自正常细胞的调控信号不能到达恶变细胞，从而导致其无限制增殖，同时，伴随物质能量代谢异常等，最终导致肿瘤的发生。

PI3K/Akt/mTOR信号通路在肿瘤发生、发展中扮演着重要角色，该通路的活化可以抑制多种刺激诱发的细胞凋亡,促进细胞周期进展,从而促进细胞的生存和增殖,同时参与血管形成、侵袭和转移,并且已经成为肿瘤治疗的新靶点[3、4]。

1 Cx43的分子结构与生物学功能

间隙连接(GJ)是由连接相邻两个细胞之间的连接通道排列而成的细胞间进行信息交流的唯一膜结构[5]。一个间隙连接蛋白通道是由位于相邻细胞膜上的两个配对半通道(hermichannels)又称连接子(connxons)端对端连接而成，每一个半通道由6个哑铃状相同或相似的跨膜蛋白-连接蛋白围成[6]。目前，在哺乳动物身上发现的连接蛋白已有14种,其中Cx43是主要的细胞缝隙连接蛋白。Cx43是由总长度为2768碱基对(bp)的3条互补脱氧核糖核酸(cDNA)所编码的,该复合cDNA含有21146bp的开放阅读框, 被认为是一种非突变型抑瘤基因。因编码分子量为43kD，含有387个氨基酸的多肽,故命名为Cx43。Cx43包含4个疏水的跨膜区域，N末端、胞浆环和C末端是3个亲水胞内段，位于胞浆一侧，胞外环EL1和EL2(extracellularloopsl，extracellularloops2)由两个二硫键连接，便于对接及识别相应的连接蛋白。氨基末端、4个跨膜区和2个胞外环系高度保守的区域。羧基末端和胞外环部分具有种属特异性，决定了Cx生物学特征的多样性[7]。Cx43合成于内质网核糖体上，在高尔基体内，6个连接蛋白聚集成一个半通道后被运输到质膜上，在聚集运输过程中，Cx43被磷酸化。Cx43组成的连接子在质膜上常成簇出现，形成间隙连接斑(gap junction plaque)，其数量直接影响GJIC功能。

连接蛋白Cx43广泛分布在动物体内，其分子结构决定了它与机体许多生理、病理过程有着密切的联系。Zhang等[8]经研究发现，Cx43的过表达可以通过转录后的机制增加细胞周期依赖激酶抑制物p27的表达水平，从而抑制细胞周期从G0期到S期的转化，对人类骨肉瘤U20S细胞的增殖起抑制作用。Nakayama等[9]发现,Cx43通过增加skp2的不稳定性而加速其降解，进而抑制skp2的表达。在GJ非依赖的生长抑制中，Cx43通过促进skp2的降解，从而减少p27的降解，进而抑制细胞周期。CX43基因的表达状态与胚胎发育过程有着十分密切的关系[10]。在胚胎发育过程中，由胚胎细胞问隙连接建立起来的小分子物质浓度梯度，可以向细胞提供一个位置信息，来控制决定细胞在胚胎中的身份和分化方向。

2 Cx43与胃癌

Cx43表达异常与肿瘤的发生、发展密切相关,然而表达的异常并非基因的丢失或突变,而是表达水平的下调[11]。Cx基因被认为是一种非突变型抑癌基因，许多肿瘤化疗药物(如维甲酸、cAMP类似物)可通过诱导Cx43的表达达到抑制肿瘤的作用[12]。应用Cx43基因转染肿瘤细胞，可抑制恶性肿瘤的生长,这主要通过GJIC功能的恢复起作用[13]。许多种肿瘤细胞(如神经胶质瘤、乳腺癌、肺癌、前列腺癌等)均显示Cx43表达减少或缺失，并伴有GJIC功能的下降或缺失[14，15]。Cx43表达改变，导致间隙连接或GJIC异常，肿瘤细胞间的结合力下降，并能逃避正常生长控制及免疫监视，易于生长扩散和转移。但近期也有研究报道，随着肿瘤恶性程度的增加,细胞质内Cx蛋白的表达增强;Cx蛋白在一些肿瘤原发灶中表达缺失,但在转移病变中却发现其表达恢复[16]。

哺乳动物胃正常上皮细胞表达Cx43，多位学者的研究已发现Cx43表达异常与胃癌的发生关系密切。Tang等[17]研究发现，在胃肿瘤细胞中，与邻近的正常细胞相比，Cx43显著性低表达;在有转移的淋巴结中，与胃肿瘤细胞相比，Cx43显著性高表达。认为Cx43的低表达可能促成了胃癌的发生。但Cx43的高表达也可能促成了胃癌细胞高效的新陈代谢，以至于发展到有淋巴结转移[18]。研究发现，在胃癌细胞和血管内皮间可有明显的阳性着色，这表明肿瘤细胞可能利用间隙连接从血管中获取营养物质[19]。黄杨等[20]发现，Cx43在人正常胃上皮呈强阳性表达，在中、重度不典型增生中阳性率下降,染色强度明显减弱，在胃癌中阳性率显著降低,大多数胃癌表达缺失,这说明Cx43的表达与胃黏膜上皮细胞的分化程度相关,Cx43表达降低,导致了间隙连接细胞间通讯功能异常,从而抑制细胞分化,使胃黏膜上皮细胞去分化。Wu等[21]分析胃腺癌标本中Cx43的表达水平，发现Cx43在正常胃黏膜呈强阳性表达,阳性表达于细胞膜和细胞质。Cx43在高中分化的胃黏膜中表达普遍降低, 部分病例不表达，在原发性低分化胃癌中少量表达或不表达。上述结果提示,间隙连接蛋白Cx43表达量及表达部位的差异导致GJIC功能障碍,从而影响了胃癌细胞的转移潜能。

3 PI3K/Akt/mTOR信号通路的组成与功能

磷酯酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)，是存在于细胞质的复合体，是磷脂激酶家族中的一个重要成员[22]。根据催化亚单位和作用底物可以将PI3K分为三型,其中研究最广泛的是能被细胞表面受体所激活的PI3K-I型，是由一个催化亚基和一个调节亚基组成的异源二聚体。PI3K-I型催化亚基又分为IA和IB两个亚型，它们分别从酪氨酸激酶连接受体和G蛋白连接受体传递信号。PI3K在PI3K/Akt/mTOR信号传导通路中是始动因子，并且在蛋白激酶B的激活过程中十分重要[23]。首先，PI3K在细胞外生长因子等因素的作用下激活，并在细胞膜产生3,4二磷酸磷脂酰肌醇和3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇, 这是许多细胞关键活化步骤;随后，蛋白激酶B在二磷酸磷脂酰肌醇的作用下产生同二聚体，并达到部分激活的状态,进而在3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇和PH结构域的协助下，蛋白激酶B与细胞膜结合并锚定,而二聚体进一步增强了蛋白激酶B的活性;最后，活化的蛋白激酶B从细胞膜上释放出,使其得以到细胞浆内继续传递生物学信号[24]。

Akt是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，约由480个氨基酸残基组成，因其蛋白质产物与蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)和蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)高度同源，所以又称蛋白激酶(protein kinase B,PKB)[25]，是PI3K的主要下游效应分子之一。Akt基因共有三种亚型:Akt1、Akt2、Akt1/2。它们80%序列一致，分子量约为60KD,功能大部分相同。Akt分子的氨基酸组成，从N端到C端依次为氨基端的调节区、中心催化结构域和羧基端的尾部调节结构域三部分。N端调节区又称为普列克底物蛋白同源物(Pleckstrin homology,PH)结构域，介导Akt活化后的膜转位过程;催化结构域具有ATP的结合位点调节部分为一个α螺旋有利于与其它疏水袋基因相互作用，结构域内部Thr308的磷酸化为Akt活化所必需;C端调解域富含脯氨酸，并有Akt活化所必需的一个磷酸化位点Ser437[26]。

雷帕霉素靶蛋白(target of rapamyin,TOR)，是一种从酵母到哺乳动物高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶[27],在哺乳动物中的TOR称为哺乳动物雷帕霉素靶蛋(mTOR)。人mTOR基因位于染色体1p36.2,编码的蛋白质是一种大分子蛋白质，分子质量为289kDa，由2549个氨基酸组成。由于其羧基末端与PI3K催化区高度同源,mTOR被认为是PI3K相关的蛋白激酶家族成员。现在认为mTOR是影响细胞增殖和细胞大小的中央调节者，其下游主要有两个靶蛋白，即核糖体p70S6激酶(p70S6K1)和4E-BP1[28]。p70S6K1是核糖体40S小亚基S6蛋白激酶，磷酸化40S核糖体蛋白S6可促进含有5-TOP结构(tract of pyrimidine)mRNA的翻译。5-TOP产物一般是核糖体、起始因子和延伸因子等翻译装置必需的主要组分。4E-BP1是真核翻译起始因子(elF4E)抑制蛋白。

4 PI3K/Akt/mTOR信号通路与胃癌

PI3K/Akt/mTOR信号转导通路传递有丝分裂信号,上调细胞周期素(cyclin)、细胞周期依赖性蛋白激酶4(CDK4)等的翻译,加速细胞周期运行,促进肿瘤细胞增殖和分化[29]。PI3K/Akt/mTOR信号转导途径，通过磷酸化mTOR及其下游分子p70S6K和4E-BPl下传生存信号,抑制肿瘤细胞凋亡。PI3K/Akt/mTOR信号转导可通过多种途径上调HIF-la,促进血管内皮生长因子(VEGF)的表达,增加肿瘤细胞新生血管的形成。PI3K/Akt/mTOR信号转导途径可上调基质金属蛋白酶2(MMP-2)mRNA和蛋白质表达,降解细胞外基质,促进肿瘤细胞的转移[30、31]。

有研究[32-34]发现，胃癌中PI3K/Akt/mTOR信号通路调控着HIF-1A表达,应用LY294002抑制PI3K/Akt/ mTOR信号通路后,能使HIF-1A表达相应下调,能使肿瘤生长速度减慢。在胃癌组织中,PI3K/Akt/mTOR信号通路的改变和胃癌组织密切相关,针对其信号通路的干预，可明显影响到胃癌细胞的生长和凋亡。早期胃癌、中晚期胃癌中,PI3K蛋白的阳性表达率均较正常胃黏膜组织高。Osaki等[35]在胃癌细胞系MKN-45(胃癌细胞系专属名称)中的研究表明，PI3K/Akt/mTOR途径在抵抗Fas调节的凋亡中起着重要的作用。人类同源基因Akt-1和Akt-2(来源于同源性体内的致癌基因v-akt),它们在胃癌的Akt-1基因座上表现出了扩增数的改变。除此之外,随着分子研究水平的深入,在47%的胃癌组织中检测出PTEN等位基因缺失,而39%的胃癌组织中检测出了启动子的甲基化。肝细胞生长因子和位于PI3K/Akt/mTOR上游区的受体c-met在胃癌中高度表达,而小分子抑制剂PHA-665752作用于c-met激酶的催化活性区,从而抑制PI3K/Akt/mTOR的信号传导,可在胃癌的异种移植物中导致有效的肿瘤细胞的减少。此外,体外通过小干扰RNA剔除c-met，可导致Akt的抑制，从而导致体外细胞的凋亡[36]。

5 展望

Cx43作为肿瘤生长抑制因子，其在胃癌发生、侵袭、转移过程中的分子机制并不完全明确。目前对Cx43的研究主要局限于细胞间的物质与信息传递，而肿瘤中Cx43下游分子机制尚不十分清楚。细胞通过各种通路所形成的复杂的网络来传递各种增殖和凋亡信号。真核生物对诸如生长因子受体、细胞因子、激素等刺激产生应答后，激活细胞内不同的信号转导通路，其中PI3K/Akt/mTOR信号通路在多种人类肿瘤中表达失调，调节着肿瘤细胞的增殖和凋亡，并且与肿瘤的血管形成和侵袭转移也密切相关。Cx43是否直接或间接地通过与PI3K/Akt/mTOR的相互作用参与调节胃癌的发生、侵袭、转移过程，它们之间的相互作用是否是胃癌发生、发展的分子机制之一，目前还有待进一步研究。

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