0 引言
细胞生长因子与肿瘤的关系已日益受到重视. 多种生长因子在不同的肿瘤组织或体液中可被检测; 多种细胞生长因子的受体在某些肿瘤组织中高表达; 某些生长因子的编码基因与癌基因有同源性, 与血管生成关系密切. 碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor, BFGF)及其受体是成纤维生长因子家族中的一员, 研究证明与肿瘤发生关系密切. 近年研究证明, 环氧合酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)抑制剂可以在早期阶段阻止大肠癌的发生. COX-2在大肠癌的高表达, COX-2且与肿瘤的多种生物学行为有相关性, 说明COX-2在大肠癌的发病机制扮演着一个相当重要的角色. 现就BFGF, BFGFR, COX-2的结构与功能, 及其在大肠癌中的表达及促癌机制作一综述.
1 BFGF, BFGFR与大肠癌
1.1 BFGF, BFGFR的结构与功能
1975年Grospodarowicz首先从牛垂体中分离出一种能引起成纤维细胞增生的多肽物质, 并命名为BFGF.1986年Abraham et al测出了人的BFGFCDNA[1]. 人的基因组中仅有单拷贝的BFGF基因, 定位于染色体4q26-27, 共有4万个碱基, 编码序列包括3个外显子和插入其中的2个内显子. 因上游起始密码子的不同, 可产生分子质量为18-25 ku的多种异构体, AUC起始产生的18 ku的BFGF含146个氨基酸, 定位于细胞质, 而由CUC起始形成的分子质量为22, 22.5, 24 ku的BFGF则定位于细胞核. 现今研究BFGF的生物学活性主要针对18 ku的亚型. BFGF相关受体有2类: 一类是高亲和力受体(FGFR1-4), 属跨膜性酪氨酸蛋白激酶类受体; 另一类是低亲和力受体(HSPG), 即肝素样受体, 为硫酸乙酰肝素蛋白多糖类物质. 受体至少有4种形式, 由细胞外区、跨膜区、胞区的近膜区和酪氨酸激酶区组成, 每种FGF受体均能和FGF家族每个成员结合, 而不同FGF受体的表达均存在着组织细胞特异性. BFGFR是跨膜高亲和力受体. 转化生长因子β1, ACTH均可增加BFGF受体数目[2]. 由于BFGF分子中缺乏可供分泌于胞外的信号肽序列, 因此其分泌途径目前尚不清楚, 推测可能通过细胞死亡或损伤而释放[3], 但新近的研究认为BFGF可以通过一种ATP驱动的多肽泵跨膜转运. BFGF在体内分布广泛, 存在于中胚层、神经外胚层的细胞及多种肿瘤细胞中, BFGF在HSPG的辅助下与FGFR结合后, 激活受体酪氨酸激酶, 进一步使蛋白质磷酸化, 从而激活细胞内信号传递系统或诱导某些因子表达. 对这些细胞有促增生分化功能, 参与了胚胎发育、血管生成、损伤修复神经再生、肿瘤生长等多项生理及病理过程.
1.2 BFGF, BFGFR与大肠癌的关系
现代分子生物学研究表明BFGF过度表达与肿瘤发生、发展及预后有密切关系[4]. 在大肠癌中也表现出相似结果, 尚海et al[5]应用RT-PCR技术对50例大肠癌进行BFGF及受体mRNA检测. 结果显示, 大肠癌中BFGF及受体mRNA基因呈高表达, 与正常及癌旁组织比较, 有显著差异. 且BFGF及受体mRNA基因表达水平与 Dukes分期呈显著正相关. 提示BFGF及其受体在大肠癌的生长、进展、转移中起促进作用. 陈江et al[6]应用免疫组化检测癌组织181例(包括胃癌、结肠癌、膀胱癌等), 66例癌旁组织中的BFGF表达状况, 也得类似的结果. BFGF促进肿瘤血管新生, 增加肿瘤组织的血液供应, 从而为肿瘤细胞快速、无限制地增生提供氧和营养物质. 恶性肿瘤组织通过自分泌和旁分泌高度表达BFGF和BFGF受体[7], 直接作用于各种细胞而引起细胞转化, 增生失控, 分化异常以致形成肿瘤[8]. 体外实验已证实了上述结果, 孙爱静et al[9]采用免疫细胞化学染色、125I标记抗体的原位放射免疫分析及放射受体分析方法对RPMI4788人大肠癌细胞BFGF的表达、定位及其受体进行了研究. 结果显示RPMI4788细胞产生的BFGF大部分蓄积于细胞核内, 一部分存在于细胞膜上, 并在细胞膜有其受体. 表明在肿瘤的发生发展过程中, 肿瘤细胞产生的BFGF有可能起自泌性生长因子的作用, 也可能直接参与核的功能. New et al[10]对5个大肠癌细胞株CEO, CBS, FET, MOSER和HCT116施加不同浓度的外源性BFGF, 在其中4个细胞株中观察到细胞增生显著增 加(24-146%), 且增生比与施加浓度呈显著正相关. 用免疫沉淀法及 Western印迹法证实在大肠 癌细胞株中有 BFGF及其受体的表达. 以上体外试验及临床试验均提示BFGF及其受体与大肠癌密切相关. 但Dechun et al用原位杂交方法检测10例大肠癌[11], 7例胃癌, 4例肝癌中BFGF基因表达, 发现10例大肠癌病例中表达BFGFmRNA为阴性, 提出与以上作者之相反意见. 上述结果差异可能与大肠癌异质性及研究方法, 样本大小等差异有关.
1.3 BFGF. BFGFR与恶性肿瘤的形成
许多研究表明BFGF能够促进细胞恶性转化及肿瘤形成. 许多肿瘤细胞存在BFGFR的高表达, 通常比正常细胞高10倍以上, 有的肿瘤细胞(神经胶质瘤、横纹肌肉瘤、白血病、肺癌、黑色素瘤、肝癌等)既表达BFGF又表达BFGFR, 说明BFGF与BFGFR参与了肿瘤的形成. BFGF可能通过以下两种主要机制参与肿瘤的形成和发展: 一方面通过过表达BFGF而以自分泌或旁分泌方式促进细胞过度增生和肿瘤生长, BFGF作为一种促有丝分裂因子和趋化因子, 促进肿瘤细胞的自主性生长. 恶性肿瘤组织高度表达BFGF, BFGFR, 二者结合可以影响RNA聚合酶I, 加强核蛋白体基因的转录, 促进细胞内G0G1S转换, 从而促进细胞的分裂, 增生[12]; 另一方面通过促进新生血管形成, 为肿瘤细胞生长提供丰富营养. 血管新生是一个包括毛细血管基底膜的降解, 内皮细胞的迁移和增生、修饰胞外胶原蛋白基质的酶合成以及小管腔形成等复杂的过程. 现已证明, BFGF 在体内外均参与上述过程: 对内皮细胞有促分裂和趋化作用, 刺激内皮细胞胶原酶和纤维蛋白酶, 能降解基底膜, 并诱导毛细血管内皮细胞向三维胶原基质中迁移, 形成毛细血管样腔状结构. BFGF除了对许多正常组织有促血管生成作用外, 对肿瘤血管的新生也有显著作用. 新生血管生成前, 肿瘤常局限1-2 mm3, 血管形成后, 可于短期内迅速生长达1-2 cm3, 并迅速发生转移, 试验表明随着肿瘤微血管密度的增加, 肿瘤侵袭转移等恶性潜能亦明显增加. 故BFGF对肿瘤生长、转移、预后起重要作用. BFGF在许多肿瘤血管生成中是不可缺少的因素, 但并不是唯一的因素, 可能与其他细胞因子如VEGF, PDGF, TNF-α共同发挥协同作用.
2 COX-2与大肠癌
2.1 COX-2结构与功能
人类COX-2基因长约8.3 KB, 含有10个外显子, 9个内含子, 位于1q25.2-q25.3, 他的促进子含有一个保守的TATA盒, 转录起始点在翻译起始点上游的134位碱基, 转录后形成4.5 KBmRNA, 编码一个604个氨基酸的开放阅读框架, 含有17个氨基酸残基. COX-2基因在人体组织中存在, 正常情况下, COX-2基因是诱导性表达, 诱导作用是分两种情况下进行, 生理情况下的诱导产生COX-2mRNA和蛋白质的量少, COX-2mRNA可以检测, 而COX-2蛋白质却测不出, 但他对维持人体正常生理功能起重要作用, 而病理条件下产生的COX-2mRNA和蛋白质是可以检测的, 如在炎症、肿瘤形成时等等. COX-2表达的调控主要在转录水平上, 即细胞受到刺激后经过一系列信号传导并作用于5'端转录, 诱导COX-2表达. 这些刺激因素存在于细胞内外, 主要有某些细胞因子、生长因子、炎症介质、促癌剂及一些癌基因产物等. COX-2在机体的生理和病理方面有着广泛的作用, 如参与炎症的发生发展, 对肾功能及生殖系统的影响, 对中枢神经系统的功能, 甚至癌症的发生都发挥着重要的作用. Langenbach et al[13]用基因破坏技术, 造出了专门用于研究COX某一亚型功能的模型, 主要观察当动物缺乏某种COX时, 对癌的易感性、炎症反应、胃溃疡和雌性生殖过程有何影响. 结果发现, COX的不同亚型产生不同的前列腺素, 且具有不同的功能, 但在维持正常生理功能方面, COX-2缺乏比COX-1缺乏有更深远的影响. 动物实验研究表明: COX-1基因破坏后, 动物仍能正常生长, 但血小板的聚集能力降低, 对佛波醇酯的刺激不起反应, 分娩困难, 其后代基本不能存活; COX-2被破坏后出现以下的表型: (1)卵巢发育过程中黄体缺乏; (2)肾病; (3)心脏纤维化; (4)容易感染腹腔炎症[14]. 目前研究显示, COX-2在各种癌组织的高表达. 王兴鹏et al[15]用免疫组化法检测24例胰腺癌, COX-2的表达为87.5%, RT-PCR法检测癌细胞中的COX-2 mRNA及Western印迹分析法检测癌细胞中的COX-2蛋白均明显上调. Wulfing et al[16]用免疫组化法检测131例膀胱细胞癌, COX-2的表达为83.4%. 因此, 对COX-2的研究热点转向与肿瘤关系的研究.
2.2 COX-2与大肠癌的关系
由于流行病学研究表明长期服用NSAIDs(非甾体类抗炎药)的成人, 其结直肠癌的发病率下降40%-50%[17]. 目前认为NSAIDs抗炎机制是由于其抑制了COX-2(cyclooxygenase-2, 环氧合酶-2), 导致了花生四烯酸向前列腺素和其他生物活性脂类的转变减少. 因此, 研究COX-2与大肠癌的发生发展的关系, 对于防治大肠癌提供了一种新的方法, 具有重大临床意义. Tsunozaki et al[18]用RT-PCR法研究69例结直肠癌, 发现癌组织中表达COX-2为100%, 且与直肠癌的浸润性生长有关. Katherine et al用免疫组化法检测76例结直肠癌[19], COX-2表达率为100%, 与肿瘤大小, Duke分期, 淋巴结转移有关. 大量实验皆说明COX-2在大肠癌中高表达, 与大肠癌多种病理特征相关, 在大肠癌的发生发展中起着重要的作用[20-21]. 然而也存在相反的观点. Dimberg et al[22]用Western印迹分析法检测39例结直肠癌COX-2蛋白, 结果显示直肠癌中COX-2高表达(18/20), 而结肠癌中表达较低(4/19), 二者相比有显著差异. Konno et al[23]用免疫组化法检测56例结直肠癌, 14例阳性表达(25%), 42例阴性. COX-2与淋巴浸润有关, 但与MVD, VEGF无关. 总之COX-2在大肠癌组织中的表达各家报道不一, 缺乏大宗病例报道, 这又说明了COX-2在大肠癌中的作用仍需要进一步研究.
2.3 COX-2的促癌机制
COX-2通过如下机制引起肿瘤发生; (1)刺激细胞生长. 用COX-2 cDNA转染人结肠癌细胞株Colo 32 DM后, 发现结肠癌细胞DNA合成明显增加, 出现增生效应[24]. 目前认为COX-2通过其主要产物PGE2刺激肿瘤细胞的增生. PGE2产生后可通过自分泌或旁分泌途径作用于同种细胞或邻近周围组织其他类型的细胞, 与细胞膜的EP受体结合, 通过G蛋白偶联途径促进细胞增生, 也可通过核内过氧化物酶增生体激活受体(PPAR)直接促进细胞的生长. (2)抑制细胞凋亡. Jones et al[25]报道了人结肠癌细胞系HCA-7在暴露于SC-58125(一种选择性COX-2抑制剂), 其凋亡增加; 而HCA-7细胞预先暴露于PGE2后, Bcl-2蛋白水平表达增加4-5倍; 在PGE2治疗后, 促有丝分裂蛋白激酶(mitogen-activatedpr-oteinkinase)的活性显著增高, 细胞分裂加快. O'Mahony et al[26]将COX-2的cDNA转染大鼠肠上皮细胞RIE 1获得稳定表达COX-2的细胞株RIES后, 发现RIES细胞抗凋亡能力显著增强, 用COX-2特异性抑制剂SC58125可抑制RIES的抗凋亡活性. 其机制还不完全清楚, 但至少有以下3条途径: 增加Bcl-2表达、减弱一氧化氮(NO)信号途径和降低细胞间神经鞘氨醇含量. (3)刺激新生血管形成. Kawamori et al[27]证明celecoxiB(一种选择性COX-2抑制剂), 可以抑制裸鼠结肠癌种植瘤的血管生长. Kakiuchi et al[28]研究表明: 结肠癌Caco-2细胞系中COX-2过度表达, 导致促血管生长因子的大量产生, 促进了内皮细胞通过胶原基质和管状癌巢的形成. Tsujii et al[29]将内皮细胞与克隆肿瘤细胞培养, 细胞高度表达COX-2并产生PG、前血管生成因子, 同时刺激内皮迁移与试管细胞生长, 这结果可被选择性COX-2抑制剂NS398抑制, 而对照组无细胞高度表达COX-2. 血管生成(angiogenesis)是肿瘤新生血管形成的关键因素. 血管生成包括以下几个步骤[24]: 小血管内皮细胞的激活, 细胞外基质的降解, 细胞在基质中迁移、增生, 内皮细胞组建为中空管道, 管道最终吻合形成新的毛细血管. COX-2过度表达可剌激肿瘤新生血管的形成, 但其机制尚未完全明确. 可能与下有关: (1)诱导血管内皮生长因子和碱性成纤维母细胞生长因子等促血管生成因子的表达, 但COX-2如何诱导VEGF, BFGF等促血管生成因子表达的确切机制尚不清楚. 可能与其催化AA产生的PGs有关. 通过基质金属蛋白酶促肿瘤血管生成. (2)通过整合素αVβ3促血管生成. (3)与诱导型一氧化氮合酶协同作用. (4)激活缺氧诱导因子-1. (4)COX-2与免疫抑制. COX-2催化花生四烯酸产生PGE2, PGE2可抑制T细胞和B细胞的增生和自然杀伤细胞的细胞毒性反应. PGE2也可抑制肿瘤坏死因子(TNFα)的产生, 诱导有免疫抑制功能的白介素10(IL-10)的产生. 因而, COX抑制剂可起到免疫调节作用, 减弱肿瘤介导的免疫抑制. 在肿瘤的生长过程中, 肿瘤细胞释放的集落刺激因子可再激活COX-2, 进一步促进肿瘤的发展.
BFGF, BFGFR或COX-2在大多数结直肠肿瘤明显升高并与肿瘤的发生密切相关, 但他们是协同或各自发挥作用, 目前未见有相关报道. 随着研究的深入, 他们与肿瘤的关系会得到进一步阐明, 把他们作为靶向治疗的目标, 将为防治肿瘤提供一种新的途径. 总之, BFGF, BFGFR和COX-2在大肠癌的病理过程中起着重要的作用. 尽管对他们的研究还不够完善, 临床应用还有一段距离, 但随着研究的深入, 其会对大肠癌的治疗及疾病的预后评估有着重大的指导意义.
