自噬介导幽门螺杆菌感染相关胃癌信号通路的研究进展

黄李冰雪，张 涛，钟 婵，陈远能※

(1.广西中医药大学，南宁 530001； 2.广西中医药大学附属瑞康医院消化内科，南宁 530011)

胃癌系指源于胃黏膜上皮细胞的恶性肿瘤，其发生发展是多种因素、多重环节共同作用的结果，如遗传、年龄、地域、生活方式、饮食习惯、细菌感染等均在胃癌中发挥至关重要的作用。其中，幽门螺杆菌(Helicobacter pylori，Hp)感染被认为是胃癌发生发展的主要危险因子[1]。早在1994年世界卫生组织就将Hp定义为Ⅰ类致癌原，其可作为触发Correa级联反应的开关，即诱导非萎缩性胃炎向胃黏膜萎缩、肠上皮化生、异型增生发展，最终导致胃癌发生。国际癌症研究委员会数据显示，78%的胃癌患者与Hp感染密相关[2]。Hp诱发胃癌的分子机制尚不清楚，研究表明可能与Hp产生的毒力因子空泡毒素(vacuolating cytotoxin A，VacA)[3]、细胞毒素相关蛋白(cytotoxin associated gene，Cag)A[4]等及自噬相关基因微RNAs(microRNAs, miRNAs)有关，这些因子启动了细胞的异常活化信号通路，致使细胞逃避自噬，最终诱导胃癌的发生。常见的活化信号通路包括Wnt/β联蛋白(β-catenin)、磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositide 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)、核因子κB(nuclear factor -κB，NF-κB)、转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)等。现就自噬介导Hp感染相关胃癌信号通路的研究进展予以综述，以为Hp感染相关胃癌患者的治疗提供新思路。

1 自噬与Hp

Hp包括可分泌VacA、CagA的Ⅰ型Hp和不分泌VacA、CagA的Ⅱ型Hp。在Hp感染早期，自噬作为正常细胞清除胞内细菌感染的重要机制，保护着胃黏膜上皮细胞[5]。Ⅰ型Hp分泌的VacA可进一步诱导自噬，细胞自噬降解VacA和CagA，进而减少Hp对胃黏膜上皮细胞的损伤。而长期暴露于VacA会破坏人胃黏膜上皮细胞的自噬，限制VacA降解，导致活性氧类过量产生及自噬底物积累，从而引起严重的DNA损伤，促进疾病从Hp感染到胃癌的进展[6]。CagA的降解依赖于VacA激活的自噬，VacA引起的自噬破坏导致CagA降解减少，从而增强了对宿主细胞的损伤。研究表明，CagA对巨噬细胞的自噬具有抑制作用[7]。CagA抑制细胞自噬使得自噬底物进一步积累，从而加速胃癌的发生。

2 自噬与胃癌信号通路

2.1Wnt/β-catenin信号通路 Wnt/β-catenin信号通路参与机体的各种生理过程，如发育、组织再生、器官形成等，其异常激活会诱导胃癌细胞增殖。Wnt信号通路的激活是指Wnt信号的配体蛋白Wnt与细胞膜表面受体蛋白卷曲蛋白结合，激活细胞内散乱蛋白。散乱蛋白抑制β-catenin复合物的活性，稳定了胞质中游离的β-catenin。β-catenin稳定地在细胞质累积并进入细胞核，与T细胞因子(T-cell factor，TCF)/淋巴增强因子(lymphoid enhancing factor，LEF)转录因子家族结合，促使下游靶基因(c-myc、细胞周期蛋白D1等)转录，靶基因的异常活化促进肿瘤细胞增殖，最终导致胃癌发生[8]。

近年来研究表明，Wnt信号通路在细胞自噬过程中发挥重要调控作用[9]。CagA阳性Hp感染后，VacA诱导的自噬被破坏，CagA分泌系统激活，诱导β-catenin在胞质和细胞核内积聚，β-catenin的核堆积激活了Wnt信号通路，提高了其靶基因(c-myc和细胞周期蛋白D1)的转录活性，促进胃上皮细胞增殖，从而导致胃癌发生[10]。同时，β-catenin还是肿瘤血管生成途径的重要组成部分[11]。有研究显示，Hp可能通过细胞自噬被抑制，从而激活Wnt/β-catenin通路，而Wnt/β-catenin信号通路在胃癌血管生成中起重要作用[12]。胃癌细胞会产生许多血管生成因子，包括血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、白细胞介素-8和血小板衍生的内皮细胞因子等，其中VEGF是肿瘤相关血管生成的关键调节因子[13]。研究发现，在Hp阳性的胃癌组织中环加氧酶-2、VEGF和β-catenin的表达水平和微血管密度明显高于Hp阴性胃癌组织，表明Hp在胃癌血管的形成中发挥重要作用[14]。此外，Hp感染可上调环加氧酶-2的表达，降低胞质β-catenin磷酸化水平，诱导胞质和细胞核β-catenin的积累和易位。Liu等[15]证实，Hp通过环加氧酶-2/Wnt/β-catenin途径刺激胃上皮细胞分泌VEGF，这可能是预防和治疗Hp感染相关胃癌的重要药物靶点。

2.2PI3K/Akt/mTOR信号通路 PI3K/Akt/mTOR信号通路在胃癌细胞生长、增殖、代谢、生存和血管生成中起重要作用，并同时参与肿瘤的侵袭和转移[16]。PI3K蛋白是一个脂类激酶家族，其由一个调节亚基(p85)和一个催化亚基(p110)组成。调节亚基通过SH2(src homology 2)结构域与酪氨酸激酶受体结合激活催化亚基，进而催化细胞膜内层磷脂酰肌醇中肌醇的3-羟基磷酸化，生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸，其作为第二信使，进一步参与Akt和3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1的激活。Akt是一类含PH(pleckstrin homology)结构域的丝氨酸/苏氨酸激酶，其包括3种形式，分别为Akt1、Akt2和Akt3[17-18]。其中，Akt1促进细胞存活和增殖，Akt2参与胰岛素调节，Akt3对细胞大小及数目的调节起重要作用。当上游酪氨酸激酶受体被激活后，产生的磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸作为第二信使与Akt的N端PH结构域结合，使Akt在3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1的辅助下从细胞质转位至细胞膜，从而促进Akt蛋白的苏氨酸磷酸化位点(苏氨酸308)和丝氨酸磷酸化位点(丝氨酸473)磷酸化，导致Akt完全活化，并将信号传递至下游[19]。

mTOR作为哺乳动物PI3K-Akt通路下游的效应分子，可调控翻译的起始和延长、核糖体的生物合成、氨基酸的转运及代谢途径相关酶的转录。此外，mTOR是氨基酸和ATP的感受器，其活性是自噬体形成和成熟的关键。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，也是自噬的关键负调控因子，可抑制自噬，调节细胞生长、增殖和蛋白质合成[20]。在细胞质中，mTOR以两种多蛋白复合体存在，即mTORC1和mTORC2[21]。这两种蛋白复合物在结构和功能上完全不同，mTORC1主要由对雷帕霉素靶敏感的Raptor亚基构成；mTORC2主要由对雷帕霉素靶不敏感的Rictor亚基构成。其中，mTORC1可被活化的Akt直接激活，mTORC2可在活化的Akt丝氨酸473位点上被完全活化。研究显示，PI3K/Akt的下调可导致胃癌细胞中mTOR的失活并诱导自噬[22]。因此，应用PI3K抑制剂、Akt抑制剂、mTOR抑制剂阻断PI3K/Akt/mTOR信号通路可成为治疗胃癌的有效途径。目前，雷帕霉素依维莫司、西罗莫司、地磷莫司已被列为抗肿瘤药物，Akt抑制剂哌立福新、AZD5363等也陆续进入临床试验阶段。

2.3NF-κB信号通路 NF-κB信号通路主要由NF-κB受体及其近端信号衔接蛋白、IκB激酶复合物、IκB蛋白和NF-κB二聚体组成。无特定细胞外信号时，NF-κB抑制剂(IκB、p105和p100蛋白系链)在细胞质中阻止NF-κB介导的基因转录。IκB的磷酸化导致IκB泛素和蛋白酶体降解，NF-κB易位转运到细胞核，在适宜的刺激(肿瘤坏死因子-α刺激)下，核内NF-κB与其特异启动子元件结合并激活基因表达。

NF-κB能抑制细胞凋亡，其参与肿瘤的发生、生长和转移等多个过程。Liu等[23]的研究表明，Hp通过NF-κB信号通路下调Fas相关因子1的表达。Fas相关因子1是一种分子量为74 000的促凋亡蛋白，也称为Fas抗原，其参与多种恶性肿瘤的生物学过程。研究发现，在胃癌组织中Fas相关因子1信使RNA水平较低，特别是在低分化肿瘤中其水平低于健康胃组织[24]。以上研究表明，Fas相关因子1在胃癌的发生发展中起重要作用，其通过促进细胞死亡和细胞凋亡及阻断Hp刺激NF-κB信号转导的能力抑制胃癌的发生。Zhu等[25]发现，Hp感染在体外胃癌细胞模型和体内小鼠模型中诱导内源性多巴胺和环腺苷酸调节的磷蛋白(dopamine and adenosine 3′5′-monophosphate-regulated phospho-protein, Mr 32 kD,DARPP-32)表达，证实DARPP-32在Hp介导的胃肿瘤发生中起重要作用，而NF-κB在体外和体内模型中均转录上调了DARPP-32的表达。

有研究显示，上调NF-κB激活自噬，抑制 NF-κB活性，可有效抑制Hp感染诱导的胃癌细胞增殖和侵袭，促进胃癌细胞凋亡，增强肿瘤对药物、放疗和化疗的敏感性[26-28]。抑癌转录因子p53在基因毒性应激反应和DNA损伤修复中起重要作用，同时也具有调节自噬的功能[29]。研究证实，活性氧类的产生能上调p53、NF-κB的表达，而p53、NF-κB对自噬的激活具有协同作用[30]。现阶段，国内外治疗Hp感染相关胃癌的策略主要是以NF-κB为靶点，应用抗氧化剂来抑制其活性。同时，NF-κB不仅是胃癌的预后因素，也是放疗效果的预测因子[31]。

2.4TGF-β信号通路 TGF-β主要通过激活Smads信号通路和Ras/促分裂原活化的蛋白激酶两条信号通路来共同调节各种生物学效应。TGF-β是TGF-β超家族的典型代表，在哺乳动物体内存在TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三种亚型，其中TGF-β1是TGF-β超家族成员中首个被鉴定出来的，也是TGF-β的主要存在形式，主要由淋巴细胞和单核细胞产生[32]。研究发现，在胃癌的早期阶段观察到TGF-β受体Ⅰ、TGF-β受体Ⅱ和Smad4的甲基化，且在Hp感染相关胃癌患者的血清中TGF-β1和IL-10水平显著升高[33]。TGF-β介导的上皮-间充质转化是通过Smad依赖性途径产生。上皮-间充质转化诱导Hp感染相关胃癌细胞的侵袭及转移，如Hp感染使上皮细胞失去细胞极性及细胞间的黏附，进而突破基膜发生侵袭及转移[34]。有学者发现，在AGS和MKN45胃癌细胞中，CagE阳性的Hp感染上调了上皮-间充质转化相关标志物的表达，进一步促进胃癌细胞的侵袭和转移[35-36]。

TGF-β信号通路参与调节细胞增殖、周期、凋亡及肿瘤血管生成、侵袭、转移等多种生物学过程。有研究显示，TGF-β1参与自噬活性的调节，其可能是自噬的一个强大激活剂[37]。在胃癌的发生发展中，TGF-β1具有两面性,在胃癌发生早期，TGF-β1可以抑制肿瘤细胞形成；一旦胃癌病变已经存在，TGF-β1可能通过促进胃癌细胞周围局部血管生成，增强局部浸润能力和远处侵袭转移能力，为胃癌的进一步生长提供营养支持[38]。Shen和Zhao[39]研究发现，在不同浓度的TGF-β1刺激下，自噬标记蛋白微管相关蛋白1轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)从LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ转化，并呈剂量依赖性增加，表明TGF-β1可充分诱导胃癌细胞自噬活性的增加，且进一步加入TGF-β1抑制剂能有效逆转TGF-β1诱导的自噬活性升高。可见，TGF-β1可通过诱导自噬激活而增强胃癌细胞的侵袭能力。

2.5VEGF信号通路 VEGF是一种信号蛋白，也称为血管通透性因子，其参与血管基膜的降解、血管内皮细胞的增生、移行以及新基膜的沉积等一系列反应，最终导致胚胎循环系统新生血管的形成和已有血管的生长[40]。VEGF是内皮细胞的一种特异性有丝分裂原，其家族包括7个成员，即VEGFA、VEGFB、VEGFC、VEGFD、VEGFE、VEGFF和胎盘生长因子[41]，主要调节血管新生、增加血管通透性和淋巴管新生。VEGF的受体包含3个亚型：VEGFR-1、VEGFR-2及VEGFR-3，其生物学效应主要通过VEGFR-2实现；VEGF结合到VEGFR-2胞外区的Ig结构域上，引起VEGFR-2胞外激酶区特定酪氨酸残基的交叉磷酸化，VEGFR-2已有6个自身磷酸化位点被证实，如酪氨酸酶996、酪氨酸酶1054、酪氨酸酶1214等[42]。活化的受体进一步通过一系列生化级联反应启动特定基因的表达，从而完成VEGF相应的促增殖作用。

研究显示，VEGF基因的单核苷酸多态性是部分实体肿瘤的预测和预后指标，包括胃癌、结直肠癌、乳腺癌、非小细胞肺癌和前列腺癌等[43]。Scartozzi等[44]观察到，VEGF rs699947单核苷酸多态性与胃癌的复发密切相关，且AC基因型的复发率显著高于AA和CC基因型。Zhu等[45]研究发现，VEGFR-2的高表达与肿瘤的TNM分期、复发和转移有关，VEGFR-2和VEGFR-2 rs18703777A>T基因多态性的高表达可能是胃癌患者的预后因素。一项研究发现，VEGF的失活可导致线粒体碎裂，抑制细胞代谢和自噬细胞死亡，而这些代谢、死亡细胞的表型是由叉头框蛋白O1(forkhead box protein O1，FOXO1)介导mTORC2产生，mTORC2可作为一种效应剂参与调节FOXO1和控制自噬，且FOXO1可直接结合癌细胞中的自噬相关蛋白7来诱导自噬死亡[46]。

2.6miRNAs相关信号通路 miRNAs是一类长度为19～22个核苷酸且具有调控功能的内源性非编码小RNA[47]。有关miRNAs表达谱和功能的研究证实，miRNAs在胃癌细胞分化、增殖、自噬和迁移过程中起重要作用[48]。如miR-375可能通过Akt/mTOR途径调控胃癌上皮钙黏素、神经钙黏素、转录因子Snai2等表达，从而调节上皮-间充质转化过程，抑制自噬[49]；miR-495-3p在多药耐药细胞系和肿瘤组织中的表达下调，其过度表达可通过靶向葡萄糖调节蛋白78和调节自噬来抑制胃癌多药耐药[50]。LC3是自噬的生物标志之一，在自噬开始时，细胞质中的LC3-Ⅰ被转化为膜结合的LC3-Ⅱ，这是自噬小体形成的关键步骤。Du等[51]研究显示，LC3-Ⅱ上调miR-30a可抑制胃癌细胞对化疗药的耐药性。虽然自噬在肿瘤的促进和抑制中起双重作用，但在化疗过程中自噬的激活是否会导致肿瘤细胞的存活或死亡有待进一步研究。

3 小 结

与自噬介导Hp感染相关胃癌的细胞信号转导是一个涉及多因素、多靶点、多途径的蛋白网络调控系统。每条信号通路均发挥各自的作用，又相互影响，在正常情况下，各条信号通路共同调节细胞生长、增殖、分化、凋亡等生理过程，一旦被异常激活或转导异常，就会引起一系列细胞免疫损伤，最终诱导胃癌的发生。自噬在胃癌的发生发展中起双重作用：①自噬是细胞程序性死亡的一种方式，如果自噬受到抑制将导致肿瘤细胞不断增殖；②肿瘤细胞通过自噬在缺氧、能量缺乏的环境中生存。目前，Hp感染相关胃癌的靶向治疗已成为研究热点，也是一个难点，故联合不同信号转导通路、多靶点治疗及寻找多个通路共同的影响因子阻断信号转导抑制胃癌生长，将成为今后胃癌治疗的一个新方向。另外，随着miRNAs参与胃癌细胞自噬过程研究的不断深入，其在胃癌转移、化疗药物治疗中的作用已取得重大进展。但更深层次的分子生物调节机制尚不完全清楚，尤其是对miRNAs调控胃肿瘤细胞自噬的途径及调控后相关靶基因的表达了解甚少，未来需进一步探索。