幽门螺杆菌感染和环氧化酶-2表达在胃癌发生中的作用

摘要

幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, H. pylori)感染是胃癌发生的重要病因和促进因子, 但其确切的致癌机制尚不清楚. 近年来研究表明, 环氧化酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)在胃癌及癌前病变中表达增加, 在肿瘤的发生、发展过程中起重要作用. H. pylori感染可能通过多种途径诱导COX-2表达, 刺激胃上皮细胞增生, 使细胞增生和凋亡失衡, 促进胃癌的发生和发展.

关键词: N/A

N/A

N/A

Correspondence to: N/A

Received: December 17, 2003
Revised: January 1, 2004
Accepted: January 8, 2004
Published online: July 15, 2004

Abstract

N/A

Key Words: N/A

0 引言

幽门螺杆菌(Helicobacter pylori, H. pylori)感染是胃癌发生的重要病因之一, 但其确切的致癌机制尚不清楚. 近年研究表明, 环氧化酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)在多种肿瘤尤其是消化系肿瘤中表达增加. 体内外实验研究表明, H. pylori感染可通过多因素、多途径上调COX-2表达. 本文对近年来有关H. pylori感染及其诱导的COX-2表达在胃癌发生中作用的研究进展综述如下:

1 H. pylori感染与胃癌及癌前病变

流行病学资料提示长期H. pylori感染可导致胃黏膜的萎缩、肠上皮化生及异型增生, 最终形成胃癌[1-3]. 因此, 1994年世界卫生组织国际癌症研究机构已正式将H. pylori列为第一类生物致癌因子. 近年来动物实验研究、胃黏膜上皮细胞培养和H. pylori根除干预实验等均证实了H. pylori感染致胃癌的危险性[4-6]. H. pylori细胞毒素相关基因A(cagA)阳性菌株具有更强的毒力和危险性, cagA⁺菌株感染后胃黏膜上皮细胞损害明显并影响壁细胞的分泌功能, 导致胃酸分泌减少, 胃内细菌过度生长, 促使硝酸盐降解为亚硝酸盐和亚硝胺等致癌物. 因此, cagA⁺H. pylori感染与癌前病变和胃癌的发生密切相关[7].

然而, H. pylori感染致胃癌发生的确切机制目前尚不十分清楚. 现已证明, H. pylori感染可激活炎症反应中多种细胞因子、自由基和一氧化氮(NO)的释放, 这些物质均可刺激细胞增生并有DNA损伤作用[8-9]. H. pylori及其CagA蛋白可能促进细胞凋亡抑制基因Bcl-2表达, 诱导抑癌基因p53突变, 从而使细胞增生和凋亡失平衡, 最终导致胃癌的发生[10-11]. 细胞外基质成分的降解在肿瘤细胞侵犯周围组织和远处转移中发挥重要作用, 而基底膜基质的降解与基质金属蛋白酶(MMPs)和组织型金属蛋白酶抑制剂(TIMP)的活性密切相关. 最近研究表明, H. pylori感染可能通过改变MMPs和TIMP的表达而参与胃癌的转移过程[12].

2 COX-2表达与胃癌和癌前病变

2.1 COX-1和COX-2在胃黏膜中的表达

环氧化酶(cyclooxygenase, COX)是花生四烯酸合成前列腺素(PGs)过程中一个重要的限速酶, 已知COX至少有2种亚型, 即COX-1和COX-2. COX-1以基本构成的形式普遍存在于各种组织, 促使生理性PGs的合成, 以维护自身稳定功能. COX-2与COX-1有59-61% 的同源性, 在没有受到刺激的正常组织或细胞, COX-2表达极少甚至不能测出. 而H. pylori相关性胃炎的胃小凹上皮细胞、腺上皮细胞和胃溃疡组织中的巨噬细胞、成纤维细胞以及胃癌的肿瘤细胞内均可见COX-2表达[13-14]. 但也有研究认为在正常胃黏膜中有COX-2表达, H. pylori感染性胃炎中COX-1和COX-2表达均增加[15].

2.2 COX-2在胃癌和癌前病变中表达增加

COX-2与细胞增生和肿瘤发生密切相关, 正常情况下COX-2几乎不表达或表达甚少, 而在炎症因子、生长因子、内毒素和促癌剂等刺激下, COX-2表达迅速增加, 并参与炎症过程和肿瘤的发生、发展[16]. 众多研究显示, COX-2在胃癌和结直肠癌中表达增加[17-18]. Son et al[19]应用RT-PCR检测32例根治性胃癌手术标本中COX-2 mRNA表达, 结果显示癌组织中COX-2 mRNA显著高于癌周正常组织. 汪步海et al[20]对内镜诊断并手术证实的36例H. pylori阳性胃癌患者的癌组织及其邻近组织标本中COX-2的表达状况进行了回顾性分析, 免疫组化染色显示, COX-2蛋白弥漫性表达于近腺体的黏膜上皮细胞, 而黏膜下固有层无表达. COX-2蛋白在胃癌早期阶段(癌前病变)即开始表达, 在癌症发展的整个过程中均呈高表达状态, 肠上皮化生、异型增生和胃癌中COX-2蛋白表达强度无显著性差异. 但也有研究认为, 随着癌前病变的进展COX-2蛋白表达递增[21]. COX-2蛋白在肠型胃癌的表达显著高于弥漫型胃癌[20, 22-23], 表明COX-2蛋白的表达与胃癌的组织来源有关. Han et al[24]应用RT-PCR 和免疫组化方法检查50例胃癌组织标本, COX-2高表达者占76%, 肿瘤直径大于5 cm、伴6个以上淋巴结转移和非印戒细胞癌中COX-2高表达更为显著. COX-2表达与胃癌分期、浸润深度及预后有关[25]. 但也有研究认为, 尽管COX-2在胃癌的发生和发展中起重要作用, 但与胃癌分期及预后并无相关性[23].

2.3 COX-2的致癌和促癌机制

尽管COX-2与胃癌的发生发展密切相关, 但COX-2表达在肿瘤发生、发展中的作用机制尚不明确. COX-2可能经多种途径促进细胞增生、抑制细胞凋亡、调节肿瘤新生血管形成和增加癌细胞的侵袭性等而发生致癌和促癌作用. 吴汉平et al[26]应用反义核酸技术, 将COX-2编码cDNA序列反向插入真核表达载体并转入COX-2高表达的胃癌细胞, 使之在胞内稳定、持续地转录COX-2基因的互补RNA链以封闭靶基因, 从而制备了COX-2基因表达持续下调的细胞模型. 结果显示胃癌细胞中高表达的COX-2受抑制后, 癌细胞在体内外增生均减慢, 表明COX-2高表达与肿瘤细胞增生等恶性表型密切相关. 动物实验发现, COX-2表达增加PGE2合成, PGE2可诱导细胞增生并刺激Bcl-2蛋白表达, 后者可抑制细胞凋亡, 使细胞增生和凋亡失去平衡而促进肿瘤发生[27-28]. 免疫组化检查胃癌患者COX-2和血管内皮细胞生长因子(VEGF)表达, 以微血管密度(MVD)作为肿瘤血管生成的指标. 结果显示COX-2和VEGF表达呈显著相关性, 二者均为阳性时平均MVD水平显著高于阴性组[29]. 血管生成与胃癌关系的实验研究结果显示, 血管生成在胃癌发生的早期即已启动, 与胃癌发生、发展密切相关[30]. 因此, COX-2促进VEGF相关的肿瘤血管生成, 可能是其在致癌和促癌中发挥作用的另一重要途径.

3 H. pylori感染与COX-2表达

3.1 H. pylori感染诱导COX-2的表达

H. pylori感染和COX-2表达在胃癌的发生、发展中均起重要作用, H. pylori作为促癌因子诱导COX-2表达, H. pylori感染者胃黏膜中COX-2表达明显增加. McCarthy et al[31]用免疫组化检查结果表明, H. pylori感染相关的急、慢性胃窦炎的胃上皮细胞和单核细胞中COX-2蛋白表达增加. 虽然根除H. pylori减少胃黏膜COX-2表达, 但不能逆转肠上皮化生. 陆红et al[32]报道, 胃黏膜COX-2表达与慢性炎症细胞的浸润程度密切相关, 根除H. pylori后胃上皮细胞COX-2表达减弱. Kimura et al[33]研究表明, 根除H. pylori后胃黏膜上皮细胞COX-2表达显著减少, 但根除H. pylori对肠上皮化生的胃黏膜COX-2表达无明显影响. 动物实验表明, C57BL/6小鼠感染H. pylori 24 h后COX-2 mRNA及其蛋白、PGE2水平和胃小凹厚度均显著高于对照组, 而COX-2抑制剂etodolac则有效地阻断了H. pylori诱导的PGE2合成及胃小凹增厚[34]. Romano et al[35]将MKN28胃黏膜细胞株分别与H. pylori及大肠杆菌孵育培养, 24 h后发现H. pylori组COX-2 mRNA水平增加5倍, COX-2催化合成的PGE2增加3倍, 而COX-1表达无变化. 大肠杆菌组COX-1、COX-2表达和PGE2水平均无明显改变, 结果表明H. pylori在体外能够特异性诱导胃黏膜细胞表达COX-2. Guo et al[36]研究了31例胃腺癌手术标本, 用免疫荧光染色和PCR等方法证实, cagA⁺株H. pylori感染的胃癌组COX-2表达水平显著高于cagA-株感染的胃癌组, 而5例COX-2无明显表达的胃癌组织中均未扩增到cagA基因产物, 提示cagA⁺H. pylori菌株感染引起的COX-2表达上调在胃癌的发生中可能起重要作用. Chen et al[37]分析71例胃腺癌手术标本, 经单变量及多变量分析发现COX-2表达阳性组与H. pylori感染和血管侵入密切相关, COX-2表达阳性组的胃癌预后显著差于COX-2表达阴性组. 另外, 干预实验显示H. pylori根除后, 萎缩性胃炎胃黏膜中COX-2基因表达明显下调[38].

3.2 H. pylori感染诱导COX-2表达的机制

目前, H. pylori感染诱导胃黏膜COX-2表达的机制尚待阐明, 可能是H. pylori感染引起胃黏膜损伤刺激COX-2表达, 也可能是H. pylori感染及其毒素直接诱导COX-2表达[35]. 国内外研究表明, H. pylori细菌悬液、超声提取物甚至H. pylori细菌培养液均可诱导培养细胞的COX-2表达. H. pylori感染可能通过炎症细胞释放细胞因子的间接作用, 亦可能是直接诱导胃黏膜炎症细胞表达COX-2, 再通过旁分泌机制和信号传导引起上皮细胞表达COX-2[31]. Takahashi et al[39]用H. pylori感染蒙古沙鼠, Western blot检查结果显示在正常的或H. pylori感染2 wk后的胃黏膜中无COX-2蛋白表达. 然而, H. pylori感染4 wk以后, 胃黏膜中COX-2蛋白表达及PGE2水平均明显增加. 虽然该实验未能说明H. pylori及其毒素能否直接诱导COX-2表达, 但结果至少提示H. pylori感染引起的炎症反应可能与COX-2表达密切相关. H. pylori感染后炎症细胞释放多种细胞因子, 如白介素-1(IL-1)、白介素-8(IL-8)、肿瘤坏死因子-(TNF-)以及氧自由基等, 均为COX-2表达的诱导剂[40]. 这些因子通过多细胞传导途径及细胞核因子B(NF-κB)诱导COX-2表达, 而NF-κB是胃黏膜上皮细胞受H. pylori刺激而转录基因的主要递质[41].

近来研究表明, H. pylori感染常伴有高胃泌素血症, 胃泌素在H. pylori感染相关的COX-2过度表达中可能起一定作用. Konturek et al[42]用胃癌细胞株KATO-Ⅲ在浓度渐增的胃泌素中孵育, 结果显示COX-2 和促肝细胞生长因子(HGF)的mRNA及蛋白均呈现剂量依赖性增加, 提示胃泌素可能直接刺激COX-2的表达. Jones et al[43]报道, HGF诱导大鼠胃上皮细胞(RGM1)COX-2表达增加. 因此, H. pylori感染也可能通过刺激胃泌素分泌, 经过直接的或间接的作用上调COX-2表达.

总之, H. pylori感染通过COX-2途径诱导胃上皮细胞增生, COX-2表达可能参与了H. pylori相关性胃炎向癌前病变及胃癌的演变过程. 因此, 根除H. pylori和特异性COX-2抑制剂的使用可能成为预防胃癌的有效手段.

备注

编辑: N/A

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