胃泌素原在結直腸癌中的研究進展

劉夢詩 黃玉偉

(上海市第一人民醫院寶山分院消化內科，上海 200940)

結直腸癌(colorectal cancer，CRC)是臨床常見的惡性腫瘤之一。CRC發病率在全世界男女性惡性腫瘤中均位居第3。在我國，CRC的發病率呈上升趨勢，處于惡性腫瘤和致死因素的第4位。早在1993年Nemeth等[1]就在人類結腸癌組織中檢測到胃泌素原(progastrin)，之后人們逐漸發現胃泌素原在CRC細胞的增殖、抗凋亡、侵襲、轉移方面發揮著重要作用，并有望成為CRC的生物學標志物之一。

1 胃泌素原及其衍生物

1.1 胃泌素原的生成及結構 人類胃泌素基因位于17號染色體，轉錄生成的胃泌素mRNA在粗面內質網中翻譯生成含有101個氨基酸的前胃泌素原，后者經裂解去掉N-末端信號肽(21個氨基酸)后形成胃泌素原。胃泌素原的結構相對簡單，其被2個雙精氨酸切割位點分成3個部分：第一部分是N端1～35的側翼片段；第二部分是位于中間的38～72氨基酸片段，由胃泌素-34和C端的甘氨酸組成；最后一部分是含6個氨基酸的C端側翼片段。

在前胃泌素原的C端胃泌素序列翻譯完成之前，其N端的信號肽就已經被切除,所以生物體內的前胃泌素原常不完整。而胃泌素原完整存在，并且可以被提取出來，被認為是胃泌素基因的第1種蛋白產物[2]。

1.2 胃泌素原的加工及其衍生物 成熟胃泌素是胃泌素原經激素酶原裂解、修飾等處理后形成的，主要由胃竇部的G細胞和十二指腸近端黏膜分泌。胃泌素原被轉運至高爾基體后由高爾基囊泡運輸到G細胞底部的分泌顆粒內，在此過程中，在胰蛋白酶、類羧基肽酶等作用下形成甘氨酸延伸型胃泌素34(glycine-extended gastrin 34，Gly-G34)。分泌顆粒內的Gly-G34在肽酰甘氨酸α-羥單氧化酶(peptidyl α-amidating mono-oxygenase，PAM)的作用下形成酰胺化胃泌素34(G34)，后者在激素轉化酶的作用下進一步轉化為酰胺化胃泌素17(G17)。非內分泌顆粒內的Gly-G34在激素轉化酶作用下生成甘氨酸延伸型胃泌素17(glycine-extended gastrin 17，Gly-G17)，而Gly-G17不能進一步轉換為G17。G34、G17即為成熟胃泌素，其中G17是胃竇胃泌素的主要形式，也是膳食后血液循環中胃泌素的主要形式。G34是十二指腸中胃泌素的主要形式，半衰期較長，它是介于膳食之間的主要胃泌素形式。胃泌素原和甘氨酸延伸型胃泌素為不成熟的胃泌素，稱為非酰胺化胃泌素，其含量小于總分泌肽的10%[3]。而CRC患者血中非酰胺化胃泌素水平升高，可能是由于胃泌素基因相關CRC細胞中缺乏將前胃泌素轉化成酰胺化形式的酶。

2 胃泌素原受體

目前，胃泌素原的作用受體仍存在爭議。相關研究認為，胃泌素原通過膽囊收縮素2受體(cholecystokinin 2 receptor，CCK-2R)起作用；也有不少實驗證實胃泌素原可以和膜聯蛋白A2(annexin A2，AnxA2)結合后進入細胞內，進一步調節基因轉錄；還有學者[4]認為，胃泌素原的作用機制與CRC細胞表面的鐵離子、黏多糖等有關。而這些作用機制仍有待進一步證實。

2.1 CCK-2R CCK-2R不同于成熟胃泌素受體，主要表達于中樞神經系統和胃腸道組織中。正常結腸組織中不表達該受體[5]；在胃腸道腫瘤和肺腫瘤組織中，CCK-2R表達顯著升高[6]。相關體內、體外實驗[6-7]均證實，胃泌素原可以通過CCK-2R依賴性通路來誘導結腸細胞增生，當CCK-2R缺失或受抑制時，其作用減弱。但有研究[8]發現，CCK-2R與胃泌素原在結腸癌細胞及纖維母細胞中的作用并無相關性。

2.2 AnxA2 AnxA2是鈣依賴性磷脂結合蛋白超基因家族中的成員，在人CRC組織中高表達，可能與CRC的發生、發展密切相關。AnxA2不是胃泌素原的特異性受體，但下調細胞膜上AnxA2水平可以使胃泌素原對各類靶細胞的作用下降50%～80%[9]。用胃泌素原分別處理AnxA2+/+、AnxA2-/-小鼠，用0.9%氯化鈉液處理的AnxA2-/-小鼠，發現AnxA2+/+小鼠結腸隱窩細胞中CD44/DCAMKL+1陽性率較其他組高1.5～2倍，而另外2組差異無統計學意義，說明AnxA2在胃泌素原的促增殖過程中起重要作用。AnxA2缺失或功能受抑制時，小鼠結腸上皮的細胞分裂和增殖受到抑制[10]。進一步研究[11-12]發現，胃泌素原與AnxA2結合形成復合物，并迅速轉移至細胞內發揮作用，但是，胃泌素原與AnxA2復合物進入細胞內的作用機制尚不明確，仍待進一步研究。

3 胃泌素原與CRC的關系

早在上世紀90年代，Wang等[13]就發現，表達人胃泌素基因的轉基因小鼠血液中胃泌素原水平明顯升高，且升高水平與結腸癌發生存在顯著相關性。無論是在體內還是體外[14]，胃泌素原均可以作用于結腸黏膜細胞，起到促進增生、抗凋亡作用，且顯著增加結腸腫瘤的侵襲、轉移潛能。

3.1 胃泌素原促進結腸細胞增生和抗凋亡 正常結腸上皮細胞的增生和凋亡處于平衡狀態，胃泌素原對結腸細胞有促分裂、抗凋亡作用，破壞穩態、增加結腸癌的易感性。對小鼠進行DNA損傷處理后發現，hGAS+小鼠的結腸上皮細胞中細胞周期蛋白依賴性激酶4(cyclin dependent kinase 4，CDK4)和細胞周期蛋白D1(cylin D1)水平明顯上升，且hGAS+小鼠的結腸組織中癌前病變的數量和大小均顯著高于對照組[15]。實驗[16-17]證實，在胃泌素原作用下，結腸黏膜細胞中腫瘤干細胞標志物(CD44、DCLK1、Lgr5、CD133等)水平上升，據此推論，胃泌素原可以促進結腸干細胞分裂，此外，提高動物模型的胃泌素原水平還可以促進腫瘤抑制基因(APC/p53)突變，但該突變在結腸癌發生、發展中的作用機制還有待進一步探究。

3.2 促進腫瘤轉移 腫瘤細胞的侵襲和轉移是惡性腫瘤的又一重要特征。在正常情況下，細胞和細胞之間存在一些黏附連接結構，這些結構對于保持細胞間信息交流和限制細胞遷移起著特殊的作用。Hollande等[18]實驗證實，胃泌素原可以激活Src激酶、磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3-K)和蛋白激酶Cα，使黏附連接及緊密連接復合物裂解，細胞更易于遷移；還可以增加細胞旁通透性、增加細胞流動性，使腫瘤更容易轉移。

4 胃泌素原的主要作用通路

4.1 Ras/MAPK/EPK通路 Ras/MAPK/EPK通路主要被絲裂原激活，如生長因子與受體結合后，能激活小G蛋白Ras，進而激活該通路。胃泌素原可激活該通路，且該過程與結腸癌前病變的發生有關。增生性息肉和管狀腺瘤中胃泌素原陽性細胞所占比例顯著高于正常組織，過度表達胃泌素原的增生性息肉細胞中，EPK激活細胞占53%，而在低表達和中度表達胃泌素原的增生性息肉細胞中僅為29%和22%，表明胃泌素原水平與p-EPK激活存在顯著相關性(P=0.008)[19]。

與正常結腸上皮相比，結腸癌細胞中胰島素樣生長因子Ⅱ(insulin-like growth factor Ⅱ，IGFⅡ)過度表達[20]。Tao等[21]體外實驗發現，胃泌素原可以刺激結腸纖維母細胞分泌IGFⅡ，后者可使IGF1受體磷酸化，刺激Ras蛋白，從而激活MAPK/EPK通路。

4.2 核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB) 在靜息細胞中，NF-κB與細胞質中的抑制因子(inhibitory κB，IκB)形成復合體，以無活性形式存在于胞漿中。當細胞受細胞外信號刺激后，IκB被蛋白酶降解，游離的NF-κB迅速移位到細胞核，與其對應的啟動子結合，誘導相關基因轉錄[22]。致腫瘤性因素和炎性反應誘導的NF-κB激活，可導致白血病和結腸癌的發生。

體外情況下，用胃泌素原處理小鼠結腸上皮細胞，15～30 min后觀察到NF-κB p65激活狀態的細胞百分數上升約2～4倍[12]，胃泌素原可以直接或間接激活NF-κB[23]。體內實驗[11]發現，胃泌素原可以使IκB激酶復合體α/β(IκB kinase α/β，IKKα/β)磷酸化、降解，促進近端結腸中的NF-κB p65激活。IKKβ抑制物NEMO均可以阻斷胃泌素原的抗凋亡作用[24]，這為結腸癌的治療提供一種選擇。

4.3 Wnt/β-catenin(Wnt/β鏈蛋白) Wnt配體與其跨膜受體結合，抑制β鏈蛋白降解復合物(APC、AXIN和GSK3)的活性，從而允許穩定的β鏈蛋白進行核轉移，促進Wnt靶基因的轉錄激活。而CD44/CD133/Lgr5這幾個腫瘤干細胞標志物，就是β-鏈蛋白/Tcf/Lef轉錄因子的靶基因之一[25]；過度表達β鏈蛋白可引起腸黏膜細胞異常增生和腺瘤形成。胃泌素原可以與AnxA2結合，從而激活該通路，但胃泌素原對該通道的具體作用機制尚不明確。

Sarkar等[11-12]發現，胃泌素原促進結腸細胞增殖的作用與其調節β-catenin/Tcf-4的表達有關。內源性胃泌素原缺失時，β-catenin/Tcf-4抑制物表達增加，導致結腸細胞增殖速度明顯下降，抑制腺瘤性息肉病突變[26]。但是，Do等[27]的實驗表明，胃泌素原過度表達的增生性息肉中，Wnt/β-catenin通道沒有激活。

4.4 JAK-STAT(just another kinase-STAT)通路 在多種腫瘤中檢測到了STAT3通路激活，但是結腸癌中鮮有報道。Do等[27]研究發現，低級別和高級別腺瘤中STAT3陽性細胞的比例明顯高于正常細胞，而增生性息肉和正常結腸組織中的STAT3的活化差異無統計學意義，且STAT的活化與胃泌素原的表達之間也沒有顯著相關性。但是，目前有關胃泌素原與STAT3通路關系的文獻不多。

4.5 其他通路 有研究[28]發現，在CCK2R、β-鏈蛋白參與下，胃泌素原可以抑制轉化生長因子β/骨形態發生蛋白(transforming growth factor-β/bone morphogenetic protein，TGF-β/BMP)通路，促進CRC細胞增殖和轉移，且在CRC中的作用取決于腫瘤分期。在腫瘤發生的早期，該通路通過調節細胞分化、誘導腫瘤細胞凋亡而抑制腫瘤的發展；但在腫瘤的晚期促進腫瘤的發生。Zhang等[29]提出，Notch通路激活的水平與結腸癌病理分級、侵襲范圍、有無轉移存在相關性。但是，目前關于胃泌素原與Notch等通路的關系仍有待進一步研究。

5 臨床應用與展望

結腸癌發病率呈逐年升高的趨勢，且大多數患者在發現時已經處于癌癥晚期，病死率高。結腸腺瘤是公認的結腸癌癌前病變，若能及時診斷腺瘤，則可以大大降低結腸癌的發生率。胃泌素原作為一種激素前體，對結腸細胞有著促增殖及抗凋亡、黏附、轉移的作用，其在結腸腺瘤、腺癌、增生性息肉中均有表達。增生性息肉中胃泌素原陽性細胞比例顯著高于正常結腸，且對息肉和癌癥有一定診斷意義。

綜上所述，胃泌素原有望成為CRC的新生物學標志物，并應用于結直腸增生性息肉篩查，提高癌前病變發現率，降低CRC發病率；也可直接用于CRC的篩查。

[1]Nemeth J,Taylor B,Pauwels S,et al.Identification of progastrin derived peptides in colorectal carcinoma extracts[J].Gut,1993,34(1):90-95.

[2]Rehfeld JF,Bundgaard JR,Goetze JP,et al.Naming progastrin-derived peptides[J].Regul Pept,2004,120(1-3):177-183.

[3]Ferrand A,Wang TC.Gastrin and cancer:a review[J].Cancer Lett,2006,238(1):15-29.

[4]Dubeykovskiy A,Nguyen T,Dubeykovskaya Z,et al.Flow cytometric detection of progastrin interaction with gastrointestinal cells[J].Regul Pept,2008,151(1-3):106-114.

[5]Smith AM,Watson SA.Gastrin and gastrin receptor activation:an early event in the adenoma-carcinoma sequence[J].Gut,2000,47(6):820-824.

[6]Jin G,Westphalen CB,Hayakawa Y,et al.Progastrin stimulates colonic cell proliferation via CCK2R- and β-arrestin-dependent suppression of BMP2[J].Gastroenterology,2013,145(4):820-830.

[7]Jin G,Ramanathan V,Quante M,et al.Inactivating cholecystokinin-2 receptor inhibits progastrin-dependent colonic crypt fission,proliferation,and colorectal cancer in mice[J].J Clin Invest,2009,119(9):2691-2701.

[8]Baldwin GS,Hollande F,Yang Z,et al.Biologically active recombinant human progastrin (6-80) contains a tightly bound calcium ion[J].J Biol Chem,2001,276(11):7791-7796.

[9]Singh P,Wu H,Clark C,et al.Annexin Ⅱ binds progastrin and gastrin-like peptides,and mediates growth factor effects of autocrine and exogenous gastrins on colon cancer and intestinal epithelial cells[J].Oncogene,2007,26(3):425-440.

[10]Chiang Y,Rizzino A,Sibenaller ZA,et al.Specific down-regulation of annexin Ⅱ expression in human cells interferes with cell proliferation[J].Mol Cell Biochem,1999,199(1-2):139-147.

[11]Sarkar S,Swiercz R,Kantara C,et al.Annexin A2 mediates up-regulation of NF-κB, β-catenin,and stem cell in response to progastrin in mice and HEK-293 cells[J].Gastroenterology,2011,140(2):583-595.

[12]Sarkar S,Kantara C,Singh P,et al.Clathrin mediates endocytosis of progastrin and activates MAPKs:role of cell surface annexin A2[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2012,302(7):G712-G722.

[13]Wang TC,Koh TJ,Varro A,et al.Processing and proliferative effects of human progastrin in transgenic mice[J].J Clin Invest,1996,98(8):1918-1929.

[14]Rengifo-Cam W,Singh P.Role of progastrins and gastrins and their receptors in GI and pancreatic cancers:targets for treatment[J].Curr Pharm Des,2004,10(19):2345-2358.

[15]Singh P,Velasco M,Given R,et al.Progastrin expression predisposes mice to colon carcinomas and adenomas in response to a chemical carcinogen[J].Gastroenterology,2000,119(1):162-171.

[16]Ferrand A,Sandrin MS,Shulkes A,et al.Expression of gastrin precursors by CD133-positive colorectal cancer cells is crucial for tumour growth[J].Biochim Biophys Acta,2009,1793(3):477-488.

[17]Ramanathan V,Jin G,Westphalen CB,et al.P53 gene mutation increases progastrin dependent colonic proliferation and colon cancer formation in mice[J].Cancer Invest,2012,30(4):275-286.

[18]Hollande F,Lee DJ,Choquet A,et al.Adherens junctions and tight junctions are regulated via different pathways by progastrin in epithelial cells[J].J Cell Sci,2003,116(Pt 7):1187-1197.

[19]Do C,Claudine Bertrand J,Delisle MB,et al.Activation of pro-oncogenic pathways in colorectal hyperplastic polyps[J].BMC Cancer,2013,13:531.

[20]Frasca F,Pandini G,Sciacca L,et al.The role of insulin receptors and IGF-I receptors in cancer and other diseases[J].Arch Physiol Biochem,2008,114(1):23-37.

[21]Tao Y,Pinzi V,Bourhis J,et al.Mechanisms of disease:signaling of the insulin-like growth factor 1 receptor pathway--therapeutic perspectives in cancer[J].Nat Clin Pract Oncol,2007,4(10):591-602.

[22]Dutta J,Fan Y,Gupta N,et al.Current insights into the regulation of programmed cell death by NF-kappaB[J].Oncogene,2006,25(51):6800-6816.

[23]Kunnumakkara AB,Diagaradjane P,Guha S,et al.Curcumin sensitizes human colorectal cancer xenografts in nude mice to gamma-radiation by targeting nuclear factor-kappaB-regulated gene products[J].Clin Cancer Res,2008,14(7):2128-2136.

[24]Rengifo-Cam W,Umar S,Sarkar S,et al.Antiapoptotic effects of progastrin on pancreatic cancer cells are mediated by sustained activation of nuclear factor-﹛kappaB﹜[J].Cancer Res,2007,67(15):7266-7274.

[25]Barker N,van Es JH,Kuipers J,et al.Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5[J].Nature,2007,449(7165):1003-1007.

[26]Pannequin J,Bonnans C,Delaunay N,et al.The Wnt target jagged-1 mediates the activation of notch signaling by progastrin in human colorectal cancer cells[J].Cancer Res,2009,69(15):6065-6073.

[27]Do C,Bertrand C,Palasse J,et al.A new biomarker that predicts colonic neoplasia outcome in patients with hyperplastic colonic polyps[J].Cancer Prev Res (Phila),2012,5(4):675-684.

[28]Karagiannis GS,Berk A,Dimitromanolakis A,et al.Enrichment map profiling of the cancer invasion front suggests regulation of colorectal cancer progression by the bone morphogenetic protein antagonist,gremlin-1[J].Mol Oncol,2013,7(4):826-839.

[29]Zhang Y,Li B,Ji ZZ,et al.Notch1 regulates the growth of human colon cancers[J]. Cancer,2010,116(22):5207-5218.