HIF-1α在胰腺导管腺癌发生发展中作用的研究进展.pdf

收稿日期:作者单位:天津中医药大学中医药研究院天津 天津中医药大学中西医结合学院天津 通信作者 :./.在胰腺导管腺癌发生发展中作用的研究进展高 璠郭万慧韩 超彭雁飞周 昆孙力康 摘 要胰腺癌患病率逐年增长患者 年生存率低于 在各种胰腺癌中胰腺导管腺癌()约占 是一种缺乏血液供应的肿瘤在缺氧诱导因子()的调节下即使在缺氧环境肿瘤细胞也能存活 胰腺上皮内瘤变()是 的主要癌前病变 基于形态学异常程度 分为、级其中 又称原位癌 与 有相同的基因异常谱 作为缺氧环境中关键的调节因子对、相关基因起到显著的调节作用 由于缺乏合适的研究工具 在胰腺导管腺癌的形成和进展过程中的变化没有得到充分的研究和解释 本文根据 发生发展的不同阶段讨论 对癌前病变 及 相关基因的影响关键词 缺氧诱导因子胰腺上皮内瘤变胰腺导管腺癌 ().().().().:.:引言胰腺导管腺癌()在胰腺恶性肿瘤中最为多见约占左右 通常在晚期被发现与偶然发现的胰腺早期疾病相比其确诊后的存活率很低美国癌症协会统计预计 年因胰腺癌而死亡的人数高达 人 近年来多用异型增生来描述细胞增生并出现异型性其与肿瘤形成相关且多用于上皮组织来源的病变 原位癌是癌前病变有恶性肿瘤的特点但还没有突破基底膜向下浸润 目前临床上采用上皮内瘤变()概括上皮的异型增生和原位癌 上皮内瘤变是癌症的高风险因素 胰腺上皮内瘤变()是最典型且常见的 癌前病变是胰腺导管腺癌的高风险因素 随着对胰腺导管上皮增生性病变研究的深入 逐渐被临床、科研等领域接受根据 等提出的胰腺上皮内瘤变分级系统和病理诊断标准 按严重程度从低到高分为()、和 其中 病变也称为原位癌若进一步恶化细胞突破基底膜后则称为胰腺导管腺癌 一旦确诊为癌症 年生存率不足 因此迫切需要寻找早期诊断指标胰腺导管腺癌的发生发展过程中伴随着典型的缺氧微环境而缺氧诱导因子()作为缺氧环境的重要调节因子参与调节 各阶段相关基因推动 向 进展 此外在 的调节下肿瘤细胞还发生代谢重编程、血管新生、具有药物抗性以及迁移能力增强等改变 本文从 腺癌前病变开始探讨在 的发生发展过程中实用药物与临床 年第 卷第 期 .对 及 相关基因表达的影响 简介 是一种螺旋环螺旋转录因子参与许多重要的缺氧稳态反应通过控制转录反应来降低机体对氧气的利用率 是由 种亚基组成的异二聚体蛋白这 种亚基分别是参与氧气调节的 和控制结构性表达的 恶性肿瘤细胞的异常生长和增殖使得实体瘤普遍处于缺氧环境中肿瘤细胞适应缺氧微环境主要依赖于 介导的调节途径 是癌症进展和靶向治疗的关键转录因子 在氧气充足的环境中 被泛素蛋白酶体途径()降解失活 相反在缺氧环境中 逃脱降解并进入细胞核然后上调许多与癌症进展有关的基因 过表达的 和下游基因通过各种机制促进肿瘤发生发展包括血管生成、细胞增殖和存活、代谢重编程、侵袭和转移、癌症干细胞维持、遗传不稳定性的诱导和治疗抗性 在肿瘤发生发展过程中 还可以被与缺氧无关的信号通路激活临床研究显示在肿瘤发生前期 出现积累 与正常组织相比肿瘤组织、组织中 高表达与低级别 相比高级别 组织中 表达水平增高此外在肿瘤附近的 组织中检测到 表达水平比独立 组织中更高 结果表明 在 发展过程中起到至关重要的作用这可能与 调节 相关基因密切相关 与 相关基因的相互作用 的发生率随着年龄的增长而增加与老年人群中胰腺癌发病率的增加相对应 基于对人体组织样本的回顾性分析推测胰腺外分泌细胞中积累了一系列基因组突变导致胰腺上皮内瘤变然后发展为侵袭性 但并不是所有低级别病变都向高级别病变发展在发展过程中存在部分高级别上皮内瘤变向低级别转归的现象 根据基因改变出现的时间节点不同研究者将其分为早期改变和晚期改变基因 早期改变有原癌基因 突变、粘蛋白 过表达、抑癌基因 失活及粘蛋白 表达变化等晚期改变有抑癌基因 突变等 见图 对以上基因的调节作用见图 图 胰腺上皮内瘤变的发展阶段及突变基因注:从左到右为正常胰腺导管上皮细胞特点为低柱状细胞有序排列 阶段变化为高柱状细胞 阶段在 的基础上出现微乳头状组织学形态 阶段细胞核异常增大核极性消失出现大量乳头状结构 阶段又称原位癌细胞状态近似于肿瘤细胞排列紊乱未浸透基底膜若不干预则进一步恶化为具有侵袭性的胰腺导管腺癌 与 之间的正反馈调节()是为制造 蛋白质提供指令的基因是/途径的一部分 原癌基因的突变是 逐步进展过程中的重要因素 研究表明随着 级别升高 突变频率增加人类 中几乎普遍存在 突 变()临 床 研 究 显 示 与突变相比突变的 患者总体生 存 率 降 低 研 究 者 采 用 诱 导 突变获得从正常胰腺到胰腺导管腺癌发展各阶段的基因工程小鼠模型在小鼠 月龄时其胰腺组织结构正常在小部分区域出现上皮内瘤变 在野生型样本中低氧探针(水平的指标)和 蛋白几乎检测不到而在 个月大的 小鼠胰腺组织中观察到低氧探针阳性细胞和 表达显著增加表明胰腺上皮内瘤变过程也处于低氧环境突变促进 积累 此外 或缺氧条件可以上调 活性及其下游信号的激活 因此在 激活和 之间形成了正反馈调节实用药物与临床 年第 卷第 期 .图 与 相关基因的调控关系注:黄色为促癌基因绿色为抑癌基因上述结果提示 与 个信号共同作用促进 向更高级别进展 上调粘蛋白 的表达 粘蛋白()是高分子糖蛋白在正常的呼吸道和消化道形成一层屏障保护下层上皮组织免受炎症、感染、酸(胃肠道内)和其他生理损伤 是一种重度糖基化的凝胶形成分泌粘蛋白在多种恶性肿瘤中具有可靠的预后价值大量研究表明 在正常胰腺导管内不表达但在 阶段表达且在 和癌前病变中均以高水平表达 在缺氧条件下 水平的升高能够显著促进 蛋白表达 在常氧条件下使用 抑制剂或 下调 的水平后 的分泌与蛋白表达也随之下调 表明无论在 水平还是蛋白水平上 均能干预 而且缺氧条件下 启动子活性增加荧光素酶测定表明 启动子中的缺氧反应元件()在 区域 启动子序列分析表明 处的 位点在 的缺氧激活中起重要作用 使用定点诱变使 部位失活导致缺氧诱导完全丧失进一步证实了 启动子中的缺氧反应元件 部位在缺氧环境中的关键作用 结果显示缺氧或可通过上调 表达进而上调粘蛋白 的表达促进胰腺上皮内瘤变进展 肿瘤抑癌基因 抑制 的表达肿瘤抑癌基因 亦称为多肿瘤抑制因子()是细胞周期中的基本基因直接参与细胞周期的调控 肿瘤抑癌基因 失活发生在 阶段 位于 是多种恶性肿瘤杂合性丢失()的位点因此 与多种肿瘤有关 与、(该基因编码信号转导蛋白 家族的 个成员 蛋白被跨膜丝氨酸苏氨酸受体激酶磷酸化和激活以响应转化生长因子 信号)的失活是人类 中最常见的基因突变 这些突变基因是胰腺癌中涉及的“四大”基因 研究者用小干扰 干扰 表达后/通路随之被激活同时 表达上调进而上调血管内皮生长因子()结果表明 是 基因的下游靶点当抑癌基因 失活后 逐渐积累并调控下游促肿瘤因子如 等从而促进胰腺上皮内瘤变的发展 粘蛋白 上调 的表达 人 粘蛋白是一种膜结合糖蛋白是正常腺细胞导管细胞表面的主要成分 在癌细胞中过度表达并异常糖基化 等研究表明 在正常小叶内和小叶间胰腺导管中 表达在 和 中的表达分别为 和 但在 和 中只存在、的表达 因此在胰腺癌的进展过程中 从低表达到过表达其表达由正常极化上皮细胞的顶端变为广泛分布于非极化肿瘤细胞的细胞膜表面 通过调节 的表达、稳定性和活性在胰腺实用药物与临床 年第 卷第 期 .癌细胞中作为低氧反应的调节剂 等研究显示 在物理上占据参与糖酵解的多个基因的启动子并调节关键代谢酶活性 在此基础上 表达促进胰腺癌细胞的葡萄糖摄取此外 是吉西他滨耐药的胰腺癌细胞(细胞)葡萄糖代谢和嘧啶生物合成增强的代谢主调节因子抑制 的表达可提高细胞对吉西他滨的敏感性 等研究显示 增强 表达水平并降低 细胞对吉西他滨的敏感性 上述研究表明 不仅可以上调 来促进胰腺肿瘤细胞代谢重编程能力以适应胰腺癌的缺氧环境还可以通过上调 增强胰腺癌细胞的耐药性 在 过表达进而促进肿瘤发生发展的过程中 起重要的纽带作用 抑癌基因 下调 的表达抑癌基因位于染色体臂 上是人类实体肿瘤中最常失活的抑癌基因在 的侵袭性胰腺癌中失去抑癌活性 突变的发生率随着癌前病变程度的增加而增加在低级别 中发生率非常低但在高级别 中发生率显著升高 肿瘤抑制因子可以被各种细胞应激反应激活包括癌基因表达、损伤、缺氧、代谢功能障碍等然后以适当的反应来抑制癌症的发生 在常氧环境中 在脯氨酸残基处被如 抑癌基因蛋白()和()等蛋白泛素化最终 被蛋白酶体降解 突变后的 ()可以在缺氧条件下破坏 与泛素蛋白连接酶 的结合 研究显示癌细胞中 及其靶基因的高表达可能是 解离 的直接后果 上述结果表明 作为 的靶基因参与调控胰腺腺泡细胞导管样化生及 进程促进 向 恶性转化 与 相关基因的相互作用胰腺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一其特征是高度缺氧的肿瘤微环境 是细胞对氧浓度变化反应的主要调节因子帮助肿瘤细胞在缺氧肿瘤微环境中适应缺氧 在胰腺癌的癌变和进展中起核心作用其与 相关基因的相互作用见表 表 与 相关基因的相互作用序号基因名称作用机制 与 形成正反馈回路增强胰腺癌细胞糖酵解能力 上调 表达水平从而促进胰腺癌血管新生 上调 的表达水平从而促进胰腺癌上皮间质转化 降低 的表达水平从而促进 对吉西他滨的耐药性 注:赖氨酸特异性去甲基化酶:血管内皮生长因子:内质网保留因子:白细胞介素 与赖氨酸特异性去甲基化酶()之间的正反馈调节 也称为、是首个被发现的人类组蛋白去甲基化酶在许多癌症中均高表达包括胰腺癌、乳腺癌、前列腺癌、食管癌、膀胱癌、肺癌、神经母细胞瘤和急性髓系白血病 在胰腺癌细胞中 具有癌基因功能参与调控促进细胞增殖相关基因从而促进体外细胞迁移和侵袭 对 例人体胰腺癌组织样本进行免疫组织化学染色分析的研究显示与正常组织相比胰腺癌组织中 表达增加且其表达增加与胰腺癌患者的不良预后相关 此外 敲低的胰腺细胞葡萄糖摄取和乳酸生成也显著降低 稳定表达会上调 的 和蛋白水平 表达降低也会导致 靶向限速糖酵解酶在转录水平下调 总之在缺氧条件下 和 相互调节并形成正反馈回路以增强细胞糖酵解能力从而促进胰腺癌细胞不受控制的增殖 上调血 蛋白家族包括、和胎盘生长因子()其中鉴于 在调节血管生成及疾病中起主导作用研究者通常将其称为 与正常胰腺和慢性胰腺炎相比 在胰腺癌中过度表达在的胰腺导管腺癌中 蛋白呈阳性 在胰腺癌组织中的阳性表达率为 在邻近的正常胰腺组织中只有 是 的下游靶标缺氧状态下 的表达主要受 的转录水平调节 上 调 后 分泌升高对于肿瘤的发生发展起至关重要的促进作用 表达与 表达呈正相关 在胰腺癌细胞中采用转染技术敲低 细胞中 后 表达显著下调影响实用药物与临床 年第 卷第 期 .肿瘤微环境进一步抑制肿瘤血管新生从而降低胰腺癌细胞的侵袭、迁移能力 上调内质网保留因子 ()是多种蛋白质在内质网中的重要保留因子其与许多蛋白质相互作用并将它们招募到 囊泡从而转移至内质网 不仅与胰腺肿瘤细胞干性相关还促进胰腺癌细胞转移 与正常胰腺导管上皮 细 胞 相 比 胰 腺 癌 细 胞 中 的表达更高 研究显示与未发生淋巴结转移的胰腺癌患者相比 的表达显著增高 高表达可能与胰腺癌患者预后不良有关 表达较高的患者的复发率更高生存率更低 缺氧环境下 无法通过泛素化降解从而在体内堆积随后 的表达也被上调研究显示肿瘤上皮间质转化相关基因也受 调节与其呈正相关 总之缺氧诱导 表达促进 表达从而调节胰腺癌上皮间质转化相关基因促进肿瘤细胞转移的重要环节 上皮间质转化 下调白细胞介素 已被确定为先天免疫和适应性免疫的抑制剂 研究表明 可以依赖于 的方式易位到细胞核中从而减少细胞因子的产生并影响先天性和适应性免疫反应 在炎症环境中 通过下调焦亡相关蛋白抑制急性胰腺炎小鼠腺泡细胞死亡 在胰腺癌患者样本中与邻近的正常胰腺组织相比 组织中的 表达显著降低 中 表达降低与 组织学分级、肿瘤大小、淋巴结转移和血管浸润增加相关 低表达 患者的无复发生存期和总生存期显著缩短 此外在胰腺癌细胞耐药性的研究中 表达与吉西他滨疗效呈正相关而在吉西他滨耐药性强的细胞系中 表达上调研究人员通过 染色探究人 样本中 和 的表达情况结果显示在 的连续切片中 和 表达呈负相关表明 可能通过与 启动子中的缺氧反应元件结合来减弱 转录降低 表达水平从而促进 对吉西他滨的耐药性及迁移能力 小结 调控多种血管新生的基因在生理状态下发挥促进血管生成的作用 激动剂在缺血性疾病方面有积极的治疗作用 但在肿瘤中 作为缺氧环境中的关键调节因子对 的影响贯穿了整个发生发展过程 通过不同的方式抑制 的活性对于恶性肿瘤的治疗具有重要意义 对 癌前病变相关基因差异表达的研究显示从正常组织到胰腺上皮内瘤变组织再到胰腺导管腺癌组织中 的表达水平越来越高 此外在胰腺上皮内瘤变的发展过程中不断有肿瘤调控相关基因发生差异表达其中具有代表性的有早期改变基因:原癌基因、粘蛋白、抑癌基因 及粘蛋白 等晚期改变基因:抑癌基因 这些发生改变的基因与 互相作用提示 可能通过调控 各阶段相关基因进而调控 进程 此外 还从多个角度参与促进 的发展其中包括帮助肿瘤细胞代谢重编程、血管生成、促进胰腺癌上皮间质转化以及增强肿瘤细胞对吉西他滨的耐药性等胰腺位置隐匿检测手段有限缺乏有效的早期诊断使 总体 年生存率极低 目前首选的治疗方案仍是手术切除或以吉西他滨为代表的药物进行化疗但效果仍然有限迫切需要开发早期诊断和治疗工具 与胰腺导管腺癌相似宫颈癌也是从上皮内瘤变阶段发展而来但目前对于宫颈癌已有大量研究对宫颈上皮内瘤变的转归比例及发展时间都有较明确的结论 宫颈上皮内瘤变()分为 个阶段约有的 自然消退的 自然消退 的 自然消退仅有少部分发生进展且从 阶段发展到具有侵袭性的宫颈癌需要 年 关于 的转归比例、发展时间以及基因调控途径尚不明确但可以确定在 发展过程中存在复杂的基因调控网络促进 向高级别进展进而恶化成 在 发生发展过程中起重要作用其与 相关基因的互相调控关系值得深入研究参考文献:.:.():.实用药物与临床 年第 卷第 期 .():.:.:.().():.:.():.():.马宗丽沙红兰朱东兵等.葡萄糖转运蛋白、缺氧诱导因子 在宫颈上皮癌变过程中的表达及意义.中国临床研究():.:.():.:.():.():./.:.():.():.():.():.:().():.():.():.():.:.():.():.:.:.()():.():.:.:.():.():.():.():.():./.():.():.():.():.实用药物与临床 年第 卷第 期 .():.():.():.().():.():.:.():.:.():./.():.():.:.():.:.():.:.():./.():./.:.():.():.刘义徐克群朱颖蔚.缺氧诱导因子 与胰腺癌关系的研究进展.东南大学学报(医学版)():.:.():.():./.():.():.张璐方岳牛继国等.缺氧诱导因子 与恶性肿瘤关系的研究进展.医学综述():.().():.:.():.:.():.:.():.:.():.():.(本文编辑:张洋)实用药物与临床 年第 卷第 期 .