慢性炎症分子基础及信号通路在膀胱癌中的作用

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作者:无, 字数:20696

  摘要:膀胱癌(BCa)是泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一,越来越多的证据表明,慢性炎症可能通过各种信号通路在包括BCa在内的多种恶性肿瘤的发生、发展发挥着重要作用。本文主要总结慢性炎症分子基础及信号通路在BCa中的作用机制,旨在为炎症与BCa领域的前瞻性研究和临床试验提供分子理论基础。
  关键词:慢性炎症;信号通道;膀胱癌
  中图分类号:R737.14                              文献标识码:A                                  DOI:10.3969/j.issn.1006-1959.2020.19.010
  文章編号:1006-1959(2020)19-0031-04
  Abstract:Bladder cancer (BCa) is one of the most common malignant tumors of the urinary system. Increasing evidence shows that chronic inflammation may play an important role in the occurrence and development of various malignant tumors including BCa through various signaling pathways.This article mainly summarizes the molecular basis of chronic inflammation and the mechanism of action of signaling pathways in BCa, aiming to provide a molecular theoretical basis for prospective studies and clinical trials in the field of inflammation and BCa.
  Key words:Chronic inflammation;Signal pathway;Bladder cancer
  癌症(cancer)是机体正常细胞在各种不利因素长期作用下产生的异常增生与分化而形成的新生物。早在1863年Virchow就假定了癌起源于慢性炎症存在的部位。现有研究表明:慢性炎症与癌症之间确实存在着明显的关系[1],并且过度或持续的炎症可通过激活一系列炎症分子和信号来促进癌变和癌症进展。因此分析癌症炎症微环境对于了解癌症的发生、发展机制是非常有必要的。膀胱癌(bladder cancer,BCa)是男性第4大常见癌症,在全球排名第9。许多危险因素可导致BCa的恶性转化和进展,包括吸烟、大量饮酒和职业暴露于存在多环芳烃或芳香胺的环境。除了这些危险因素之外,最近的研究已经将慢性炎症与BCa的形成和发展联系起来,慢性炎症被确定为BCa的另一个危险因素,并且肿瘤相关炎症反应的标志物能预测BCa侵及肌层的可能性及临床分期[2]。目前,已发现多种信号通路涉及BCa在炎症期间的启动和进展,包括环氧化酶-2(COX-2)/一氧化氮合酶(NOS)、酪氨酸激酶JAK-转录因子STAT信号通路(JAK-STAT3信号通路)、核因子-κB(NF-κB)、磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路(PI3K-AKT-mTOR信号通路)和MicroRNA(微小 RNA)。本文主要就上述信号通路在BCa炎症微环境中的作用进行综述,旨在为炎症与BCa领域的前瞻性研究和临床试验提供分子理论基础。
  1环氧化酶-2/一氧化氮合酶
  前列腺素合成过程中环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)作为关键酶,在炎症和癌症中有十分重要的作用[3]。在癌症的发生、发展、转移、以及肿瘤新生血管的形成中,COX-2作为一种诱导酶起着关键作用,并受多种炎症因子刺激。COX-2通常在BCa癌细胞中表达,而在正常尿路上皮细胞中不表达。BCa的炎症微环境中COX-2的表达与炎症介导的BCa干细胞增殖、分化显着相关,能促进BCa的发生、发展[4]。针对BCa患者,检测COX-2可有效预测患者的预后,COX-2阳性率越高,其死亡率越高,平均生出率越低,这在临床中可联合肿瘤种类、分期以及年龄来更加精确预测其预后,同时为临床治疗提供参考[5]。这提示COX-2有望为BCa的靶向治疗提供新的途径。另外,陈乐仲等[6]研究发现COX-2的表达也与膀胱白斑的发生、发展有关,而膀胱白斑病变可能会引起膀胱细胞癌变。而Tadin T等[7]研究显示COX-2表达与非肌层浸润性膀胱癌(NMIBC)复发之间存在负相关性。可见大多数研究表明COX-2促进BCa发生和进展,但其确切的作用仍未完全明确,有待进一步研究验证。
  一氧化氮(NO)是一种重要细胞信息分子,在肿瘤的发生、发展、转移等过程中发挥着重要作用。NO合成中一氧化氮合酶(NOS)是作为关键酶,机体内L-精氨酸在NOS作用下产生大量NO,因此NOS活性变化直接调节NO生成量及其生物学效应。肿瘤细胞可通过NOS衍生的NO通过诱导肿瘤细胞侵袭、增殖、促进血管生成因子的表达等来促进肿瘤进展,有研究表明,肿瘤恶性程度与肿瘤组织中NOS蛋白的量和活性呈正相关[8]。NOS分3种亚型,Ⅰ型为神经原型NOS(nNOS),Ⅱ型为引诱型NOS(iNOS),Ⅲ型为内皮型NOS。NOS产生的NO参与包括癌症在内的许多疾病的生理调节[9]。内皮型NOS生成的NO可使BCa癌细胞不断增殖,促进肿瘤进展。iNOS 催化合成NO,可导致DNA损伤或DNA修复障碍,从而致癌,而NO也是启动肿瘤微环境中的炎症驱动的通信网络的关键[10]。研究表明,iNOS诱导产生高浓度NO可以诱导细胞调亡,抑制内皮细胞和血管平滑肌细胞的增殖,进而抑制肿瘤生长和转移生[11]。其生成的NO可促进BCa癌细胞的血管生成,促进肿瘤生长与远处转移,这也是NOS促进BCa进展主要机制 。可见NO在BCa的发生、发展中起重要作用,在肿瘤组织炎症微环境中,NO主要通过促进肿瘤血管形成和肿瘤生长效应来影响肿瘤组织,且试验研究数据亦表明能通过NOS抑制剂阻断肿瘤血管的形成,从而阻止肿瘤生长。应用NOS抑制剂治疗BCa是今后该领域研究的主要方向。   2 JAK-STAT3
  在多种恶性肿瘤组织及细胞系中信号转导及转录激活蛋白(signal transducer and activator of transcript-tion,STAT)广泛存在,STAT家族中的STAT3蛋白,广泛存在于多种肿瘤组织中,扮演促癌基因的重要角色,影响肿瘤细胞的增殖、迁移及侵袭等一系列的生物学行为,而在正常组织中很少出现STAT及其家族蛋白的活化情况,而Janus 激酶(Janus kinase,JAK)则是负责活化STAT 的酪氨酸激酶。JAK/STAT信号通路在多酚类的抑癌作用中亦扮演关键的调控作用,在肿瘤发生、发展过程中发挥着重要作用。因此近些年对肿瘤侵袭方向的研究JAK/STAT信号通路被大多数学者所关注[12]。JAK-STAT3是包括癌症在内的各种炎性疾病的发病机制和进展的关键信号通路。JAK是肿瘤微环境中多种细胞因子和生长因子的受体(包括IL-6、IL-11、IL-27、干扰素(IFN-α/β/γ)、白血病抑制因子(LIF)、抑瘤素M(OSM)、表皮生长因子(EGF)等[13]。JAK介导细胞内信号级联主要通过酪氨酸残基的磷酸化产生STAT对接位点,一旦酪氨酸磷酸化,STAT蛋白迅速从细胞质转运到细胞核,并与DNA元件结合,从而在特定的细胞或组织中激发转录输出发挥作用[14]。慢性炎症通过JAK-STAT3信号通路介导尿路上皮细胞向恶性转化。并且STAT3激活有助于BCa癌细胞的生长、存活、侵袭、远处转移。其可能机制如下:①STAT3被CXCR4诱导激活来促进BCa癌细胞侵袭[15];②细胞质p27激活STAT3以诱导碱性螺旋-环-螺旋转录因子1(Twist1)依赖性上皮细胞-间充质转化(EMT),可增加BCa的侵袭能力和转移机会[16]。另外STAT3激活也可使尿路上皮祖细胞向原位癌(CIS)形成并随后直接进入肌肉侵入性膀胱癌(MIBC)[17]。可见若能抑制JAK-STAT3信号通路的作用,可为BCa提供了一种潜在的治疗方法,值得深入研究。
  3 NF-κB
  核因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)是一种广泛表达的转录因子蛋白家族,被肿瘤微环境中各种炎症刺激因子广泛激活,包括TNF-α、IL-1β和IκB激酶(IKK)复合物[18]。NF-κB的激活主要通过以下两个信号通路介导:①典型的通路依赖于IKK复合物,主要由促炎细胞因子(TNF-α或IL-1β)、生长因子及病原体相关分子模式(PAMP)激活,从而增强细胞存活和增殖[19]。②非经典通路不需要三聚体IKK复合物,并且取决于p100的诱导加工,p100既是p52前体又是血浆RelB特异性抑制剂分子[20]。
  NF-κB 是一种重要的转录因子,包括BCa在内的各种肿瘤中均有NF-κB的激活,促进癌症微环境形成,造成DNA损伤,通过调控一系列基因的表达参与炎症,凋亡的调节、细胞因子的生成、肿瘤的转化,细胞增殖、存活、迁移、血管新生,从而促进癌症的发生、发展[21]。其中蛋白激酶B(AKT)介导的NF-κB激活能上调snail的表达来诱导EMT,从而促进BCa的进展和转移[22]。黄体酮通过抑制NF-κB活化,能显着降低N-甲基-N-亚硝基脲(MNU)诱导BCa的发生率[23]。姜黄素可通过诱导TRAIL受体和抑制NF-κB来增强卡介苗(BCG)的抗BCa癌细胞的作用。也可通过上调促凋亡蛋白Bax的表达,抑制NF-κB信号通路,从而提高膀胱癌T24细胞对TRAIL的敏感性,姜黄素与TRAIL联合应用可以增强对膀胱癌T24细胞的抑癌效应[24]。另外,NF-κB活化的下调可使BCa癌细胞对化疗药物的敏感性增强,从而提高化疗效果[25]。
  4 PI3K-AKT-mTOR信号
  在BCa在类的多种肿瘤中, PI3K-AKT-mTOR信号通路处于持续激活状态,其中AKT与多种细胞活动密切相关,如细胞增殖、细胞凋亡以及细胞周期进展等,可能是BCa治疗的重要靶点,该信号通路的激活可以促进肿瘤的发生、发展及转移[26]。并且PI3K-AKT-mTOR信号传导途径在包括BCa的几种恶性肿瘤中经常变化。Chen等[27]在PI3K-AKT-mTOR信号通路的19个基因中评估了231个单核苷酸多态性(SNPs),他们发现了4个与BCa风险增加显着相关的SNPs。PI3K-AKT-mTOR通路的激活被证实能促进BCa患者的进展,降低存活率[28]。其中尼古丁可通过激活BCa中PI3K-AKT-mTOR信号,增加化疗耐药并且促进癌细胞不断生长,影响患者预后[29]。血管生成素(angiogenin,ANG)是RNase A超家族的一员,最近被证明通过激活PI3K-AKT-mTOR信号通路的关键下游靶分子来促进BCa癌细胞的血管生成,导致肿瘤的发生和远处转移[30]。综上,尽管在BCa中该通路的研究取得了一定成效,但PI3K-AKT-mTOR通路促进BCa癌变和发展的具体机制尚不清楚,有待继续研究。
  5 MicroRNA
  MicroRNA(miRNA)是一种小的,类似于siRNA的分子,是一类进化上保守的非编码小分子RNA,由高等真核生物基因组编码,通过沉默mRNA靶标来调节基因表达。miRNA失调在机体发育,细胞增殖和死亡,免疫和炎症过程中表现出巨大的调节潜力。近来,越来越多的研究将miRNA与BCa发生、发展过程中的炎症相联系。大量 miRNA 已被证实在BCa和正常膀胱组织中差异性表达,“抑癌”或“促癌”的作用,其家族中的miRNA一29c在BCa中比癌旁组织表达明显下降,其调节靶点CDK6,可抑制癌细胞增殖、侵袭力、迁移[31]。miR-154在BCa中表达水平显著降低,miR-154的下调与BCa患者的晚期临床病理学特征和更差的预后相关[32]。Shen J[33]等通过miR-203模拟物的研究提示miR-203可能通过负性靶向Twistl而在BCa中起到肿瘤抑制性miRNA 的作用,其在BCa细胞中的表达显著下降,能够降低细胞活力,抑制侵袭、迁移,并增强细胞凋亡。Xiao H等[34]通对BCa癌细胞株转染miR-10b,发现miR-10b表达显著上调可能与BCa的侵袭力、迁移有关。吕梦欣等[35]在对miR-130家族其家族成员研究表明,抑制miR-130家族成员miR-130b-3p表达促进磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)的表达,通过诱导细胞凋亡而抑制BCa癌细胞增殖。另外miR-30a表达的上调也能抑制BCa癌细胞的增殖,促进癌细胞的凋亡,降低BCa癌细胞的侵袭能力[36]。Lv L等[37]通过对多化疗敏感(5637)与多化疗耐药(H-bc)两组细胞株的miRNA表达谱的分析显示miR-199a-5p在 H-bc组中表达,表明miRNA的表达能影响肿瘤对化療药物的抗药性。可见miRNA有望成为耐化疗BCa患者的新的治疗选择。miRNA可作为BCa患者预后评估的一种新指标。因此miRNA在BCa的发生、发展、靶向治疗、预后中有着重要作用,但未来如何将miRNA合理应用其中仍需要更深一步研究。   6總结
  慢性炎症是BCa发生的重要危险因素,与炎症相关的癌症风险涉及许多因素,包括感染(细菌、埃及血吸虫病、病毒)、免疫性疾病、慢性化学和机械刺激。可见癌症炎症微环境中的多种信号通路可能在BCa的形成和进展中起关键作用。因此,一些信号通路抑制剂作为BCa化学预防和治疗的潜在药物正在临床研究中。此外,尽管慢性炎症性肿瘤微环境中的信号通路及其相互作用是复杂的,存在一定的局限性,但通过对其发挥作用的机制的认识不断提高,这必将有助于深入了解BCa发生、发展的分子学机理,从而为探索BCa新的预防、诊断、评估和治疗方法有着重要意义。
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  收稿日期:2020-05-16;修回日期:2020-06-28
  编辑/成森

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