第二节　信号转导通路与结直肠癌

一、与CRC相关的信号通路

目前认为，CRC在其发展的不同阶段，可以出现多种基因异常，除少数遗传性肿瘤外，在CRC发生发展过程中，需要众多基因改变的相互作用，如APC、c-myc、P53、P16、DCC、MCC、DPC4、BRAF或错配修复基因等。

肠上皮细胞不断更新，并受到多种信号通路的严格调控。这些通路的突变可导致上皮细胞生长受阻、凋亡延迟或失败，促进肿瘤的形成、生存、血管生成和转移。为使其作为治疗靶点来对抗CRC，对这些通路的理解仍需不断深入，了解这些机制也有助于预防肿瘤的形成。

（一）WNT信号通路

CRC中与Wnt信号通路相关的主要基因突变为腺瘤性结肠息肉APC突变。APC为抑癌基因，其编码的蛋白负调控Wnt信号通路，调控细胞增殖、分化。Wnt/β联蛋白通路是高度保守的，在干细胞分化和细胞生长中起着关键作用，对胚胎发生至关重要。Wnt蛋白是生长刺激因子，当APC功能异常时，可通过上调β联蛋白，激活促进细胞增殖的基因如MYC、cyclin D1的转录，使细胞异常增殖，形成肿瘤。因此，该通路的改变参与驱动了肿瘤的发生发展。CRC中Wnt信号通路的改变也能影响紧密连接，这导致细胞黏附性降低，从而有利于肿瘤细胞的迁移和转移。此外，Wnt信号通路的异常并非唯一，含有APC突变的肿瘤也可能出现其他通路的改变。APC是最常见的突变基因，且由于CRC中APC突变频率高且广泛，因此APC突变并不能很好地反映患者的预后，即与患者的预后无明显相关。

哺乳动物共有19个Wnt基因，它们都在细胞命运决定、细胞周期、增殖和迁移等多个发育过程中发挥调控作用。细胞膜表面细胞受体包括细胞表面卷曲（Fz）和低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）复合物。与此同时，还存在一个由多种蛋白组成的细胞内复合物，包含β联蛋白、dishevelled（Dsh）、Axin和糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3）等。该蛋白复合物通过蛋白酶体降解β联蛋白，从而调节细胞内β联蛋白的水平。在β联蛋白磷酸化和泛素化后，β联蛋白被细胞蛋白酶体降解。当蛋白复合物与配体结合时，β联蛋白的降解过程被抑制，导致细胞中活性磷酸化的β联蛋白积累。随后，β联蛋白进入细胞核，并诱导激活促进细胞增殖的基因如MYC、cyclin D1转录。因此，Wnt过表达可以促进肿瘤生长，Wnt/β联蛋白通路的异常可以导致CRC的发生。具核梭形杆菌通过诱导Wnt/β联蛋白调节分子Annexin A1促进CRC。该通路的发现，提供了靶向Wnt/β联蛋白通路的小分子药物的潜在思路。

（二）EGFR-Ras-MAPK信号通路

受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK）是胞外信号传递到胞内的重要途径之一，RTK在多种细胞行为中发挥重要作用，如细胞增殖、分化、细胞代谢、迁移、细胞周期控制等，RTK的突变与肿瘤密切相关。

表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）存在于细胞表面，具有细胞外配体结合域。表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）作为一个配体与EGFR结合，导致RTK二聚化，从而激活RTK活性，二聚化的RTK发生自磷酸化，并激活下游诸如RASMAPK信号通路等多条信号转导途径。Seven-less蛋白（Son of sevenless，Sos）是一种鸟嘌呤核苷酸交换因子，可以使RAS-GDP转换为有活性的RAS-GTP。一个接头分子Grb-2通过其SH2结构域与被磷酸化的酪氨酸残基相互作用，然后通过Grb-2的SH3结构域与Sos相互作用。活化的RAS蛋白启动RAS-丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）磷酸化级联反应，通过磷酸化依次激活促分裂原活化的蛋白激酶激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK）、促分裂原活化的蛋白激酶激酶（mitogenactivated protein kinase kinase，MAPKK）和MAPK或胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）。ERK通过靶向细胞质底物或核底物调控细胞活动，如细胞的增殖和存活。细胞质底物包括c-fos和c-Jun（由MAPK二聚形成），它们进入细胞核，与DNA的AP-1基序相互作用，启动转录。ERK也可磷酸化核糖体S6激酶。S6蛋白可以完成两种功能，一是负调控Sos分子（通过抑制GDP向GTP转化而关闭信号通路），二是进入细胞核调控CREB转录因子。MAPK也可能直接调控核底物MYC。该途径的失活可通过GAP蛋白水解GTP发生。

RAS-MAPK通路参与各种细胞过程，如细胞的生长、增殖和存活。该通路的异常调控可刺激肿瘤细胞的生长、存活、血管生成和转移。转移性CRC几乎占新诊断CRC病例的一半，预后较差，而EGFR是转移性肿瘤细胞增殖、分化和生存的关键因素。KRAS是RAS信号蛋白家族的一员，在EGFR介导的细胞增殖和生存调节中发挥着重要作用。在约40%的CRC病例中，KRAS基因的突变在癌症早期即存在。研究发现，与携带KRAS突变的患者相比，野生型KRAS患者的总生存期、无进展生存期和/或缓解率均显著更高。据报道，在CRC病例中，EGFR异常调控、扩增、拷贝数增加和过表达促进MAPK激活，正作为一个可能的、有希望的治疗靶点进行研究。

（三）PI3K-AKT信号通路

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）是细胞内脂质激酶成员之一，参与调控细胞增殖、分化和存活。PI3K-AKT-mTOR信号通路的过表达在各种形式的癌症中都有报道，尤其是CRC。由于它们在CRC的起始和进展事件中发挥着重要作用，因此被认为是一个潜在的治疗靶点。RTK与配体结合后，会自动磷酸化并激活PI3K，PI3K磷酸化脂质蛋白，使磷脂酰肌醇4，5-双磷酸变为磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol 3，4，5-triphosphate，PIP3）。PIP3信号蛋白，如3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（3′-phosphoinositide-dependent kinase 1，PDK1），通过作用于丝氨酸和苏氨酸残基激活蛋白激酶B（AKT/PKB）。AKT靶向下游蛋白，如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），负责细胞周期进展、增殖、延迟凋亡、生长和存活。PTEN通过去磷酸化PIP3下调通路。

PI3K-AKT通路的异常表达在CRC的生长和发展中起重要作用。该通路的异常表达（无法关闭）导致细胞持续和不受抑制地生长和存活，例如PTEN突变，突变的PTEN能促进不受控制的细胞生长，从而诱导肿瘤的发生。据统计，PI3K异常表达占人类癌症的30%。磷酸化AKT过表达与70% CRC患者细胞分裂和凋亡抑制以及PTEN表达异常有关。AKT靶向的下游蛋白mTOR还被证明有利于血管生成和生长，使用阿司匹林（mTOR抑制剂）能够抑制CRC的进展。下调基因PHLDA2可抑制肿瘤生长，促进细胞自噬，抑制上皮-间充质转换（epithelial-mesenchymal transition，EMT），其机制可能与PI3K-AKT-mTOR和PI3K-AKT-GSK-3β信号通路有关。

（四）血管内皮生长因子/血管内皮生长因子受体信号通路

血管生成对癌症的发生、细胞增殖、生长、侵袭和转移起着至关重要的作用。各种促血管生成和抗血管生成因子调节血管生成，如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）、转化生长因子-α（transforming growth factor-α，TGF-α）、TGF-β、血小板生长因子（plateletderived growth factor，PDGF）和血管生成素，这些因子被释放到肿瘤微环境中参与肿瘤血管形成。VEGF家族及其受体是血管生成最重要的调节因子。VEGF蛋白家族由5个蛋白组成——VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盘生长因子（placental growth factor，PIGF）。这些蛋白质与内皮细胞上的3种受体酪氨酸激酶受体——血管内皮生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）1、2、3及2种非酪氨酸激酶辅受体——神经营养因子受体1、2结合。VEGF与VEGFR、VEGF-A、VEGF-B、PIGF之间的多样化网络最终能够促进血管生成。其中，VEGF-C和VEGF-D主要参与淋巴血管生成。VEGF-A和VEGF-B通过VEGFR 1和VEGFR 2显著地结合在内皮细胞和一些非内皮细胞上。VEGFR 3在内皮淋巴细胞上表达，并与VEGF-C、VEGF-D具有高亲和力。

VEGFR 1属于受体酪氨酸激酶家族蛋白，目前已知表达于内皮细胞、炎症细胞和肿瘤细胞。在早期血管生成事件中，VEGFR 1主要调控内皮细胞的分化和细胞迁移，促进上皮细胞的分化，而对细胞增殖的作用并不显著。此外，VEGFR 1的激活介导了几个下游通路的激活，如炎症细胞中的PI3K-AKT-MAPK/ERK，导致炎症细胞因子和白介素介导的上调，如TNFα、IL-1β、IL-6和IL-8，进而诱导细胞迁移。VEGFR 1的功能尚不完全清楚，主要在血管生成过程中起调节作用。

VEGFR 2主要表达于血管和淋巴管内皮细胞，是一个200～230kDa的蛋白，参与血管形成。VEGF-A结合到VEGFR 2并使之激活，导致多个下游通路的激活，如RAS-RAF-ERK/MAPK和PLCγ，进而促进细胞生长。VEGFR 2的激活也能激活PI3K-AKT信号通路，从而调控细胞死亡。

VEGF-C、VEGF-D与VEGFR 3的结合能导致淋巴管形成。激活的VEGFR 3激活下游RAS-MAPK-ERK和PI3K-AKT/PKB通路，导致淋巴内皮细胞的分化、增殖、存活和迁移。

有足够的证据表明，VEGF水平和VEGFR活性升高，与CRC预后不良相关。VEGF水平升高在早期和晚期的CRC患者中均有发生。在CRC中，KRAS、P53、COX-2突变和缺氧均能导致细胞生长和迁移，从而调控VEGF-VEGFR信号通路。在肿瘤原发部位，VEGF/VEGFR复合物的促血管生成功能促进了肿瘤的发展和转移；在转移部位，则能促进新血管形成，进而在促进癌症生长和存活中都起到重要作用。抑制细胞内VEGF信号通路，通过调控参与细胞运动的蛋白，也能够显著抑制CRC肿瘤细胞的迁移和侵袭。因此，抗VEGF或抗VEGFR治疗，可减少肿瘤形成和转移。

（五）JAK-STAT信号通路

So-Yeon Park等通过分析包含CRC患者数据的公共数据库，发现JAK-STAT信号在放疗耐受的CRC组织中被激活，且与肿瘤的局部侵袭和远处转移相关。JAK2在CRC干细胞亚群中被优先过表达，并伴有STAT蛋白的磷酸化，尤其是信号转导及转录激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）。JAK2-STAT3信号通路通过限制细胞凋亡和增强克隆潜能，在促进肿瘤起始和放射抵抗中发挥重要作用。在机制上，STAT3直接结合周期蛋白D2启动子增强了CCND2的转录。CCND2的表达对通过维持完整的细胞周期和低水平的DNA损伤积累的持续性癌症干细胞生长是必需的。

四种Janus激酶（Janus kinases，JAK）包括JAK1～3和TYK2，与结肠中存在的细胞因子受体存在相互作用。虽然细胞因子受体有多种，但JAK在细胞内信号通路中有共同的机制，包括信号转导和激活STAT蛋白，从而调控下游基因的表达。当细胞因子与受体结合后，受体构象发生改变，形成二聚体，受体二聚化使JAK相互交叉磷酸化，成为激活的JAK。活化的JAK进一步磷酸化细胞因子受体的胞内段酪氨酸残基。磷酸化的酪氨酸残基被具有SH2结构域的STAT蛋白识别并结合，进而STAT的C端酪氨酸被结合在受体上的JAK磷酸化。磷酸化的STAT从受体上解离下来，2个磷酸化STAT蛋白的SH2结构域相互结合，形成二聚体，并暴露核定位序列，进而STAT蛋白入核，识别并结合γ活化序列元件，引起促炎基因表达和转录，并在炎性肠病的发病机制中发挥作用。抑制JAK功能的药物结合并阻止其磷酸化，有效地阻断该途径。JAK蛋白还可以向PI3K蛋白（AKT通路）和RAS蛋白（MAPK通路）发起信号。

环状RNA circSPARC通过调控JAK-STAT通路增强CRC的迁移和增殖。长链非编码RNA（lncRNA）RP11-468E2.5能够靶向STAT5和STAT6，通过JAK-STAT信号通路抑制CRC细胞增殖，刺激细胞凋亡。CPEB3（cytoplasmic polyadenylation element binding proteins）作为RNA结合蛋白结合JAK1 mRNA的3′UTR抑制JAKSTAT通路，在CRC细胞中发挥作用。CPEB3通过转录后调控JAK-STAT信号通路在CRC中发挥抑癌作用。敲低CPEB3可激活JAK-STAT信号通路，从而触发CRC细胞的增殖和转移能力。趋化因子CXCL1可受miRNA miR-302E调控，使JAK-STAT信号通路失活，进而影响CRC肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭和凋亡。

（六）其他通路

CRC的发展是一个多步骤的过程，包括一系列随时间积累的遗传、组织学和形态学改变。此外，根据突变来源的不同，CRC可分为家族性、散发性和遗传性CRC。这些突变还可能导致染色体畸变、MSI、CIMP和CIN。这些突变会导致影响癌症进展的各种途径的信号通路异常，它们包括PI3K-AKT、WNT、TP53和MAPK通路等，还包括HGF/cMET信号通路、TGF-β信号通路、Notch信号通路、SHH信号通路、Hippo信号通路、KEAP1/Nrf2信号通路等（图3-2-1），信号通路的任何异常，无论是通过功能缺失性突变还是功能获得性突变，都可能导致结肠癌的发展，增大肿瘤的发生频率。

二、问题与展望

CRC因其在世界范围内的高发病率和高死亡率，已成为全球性的公共卫生问题。CRC是全世界第三大常见恶性肿瘤，常见于欧洲、北美以及新西兰等地区。从世界范围看，中国是结直肠癌的低发区，但目前在中国结直肠癌已是名列发病率第三位的常见恶性肿瘤。其发病率呈上升趋势，尤其是结肠癌发病率增长速度迅猛。

CRC的发生和发展是由遗传和环境因素共同诱发的，对其研究及建立新的预防策略至关重要，这是阻止其发病率增加的最重要的措施之一。在过去的10年中，已经确定了主要的结肠癌基因，它们的突变与CRC的高易感性相关。此外，对它们遗传模式的研究发现了遗传性CRC综合征，现已可以进行基因诊断，开展针对性的风险管理项目和遗传咨询，可以应用于患者及其亲属，减少罹患CRC的风险。虽然对于与CRC相关的大多数主要癌症基因已有了较为深入的认识，但这种疾病与其他环境因素的关系仍不明确。

在此背景下，仍需要对饮食、微生物群与CRC的关系进行更深入的研究。这些研究的结果可能有助于通过改变生活方式来降低罹患CRC的风险。此外，由于肠道微生物群的组成可能也影响CRC的发展，基于益生菌和益生元的辅助治疗仍处在研究中，以期提高对传统化疗药物的反应，减少给药剂量和给药频率，从而改善患者的生活质量。同样，在可预见的将来，开发和实施新的特异性和更敏感的生物标志物将改善诊断策略，从而使临床医师能够在疾病的早期阶段发现CRC，从而改善患者的预后。

目前，只有肿瘤样本中微卫星DNA区域的不稳定性（instability of microsatellite DNA regions）和KRAS突变的测定被用于临床。对于CRC的早期诊断，目前正在评估基于miRNA表达、基因微阵列和CIMP的不同检测方法，尽管它们都有着很好的前景，但仍需要对更广泛的人群进行进一步的研究来验证。在精准治疗的浪潮下，个体化治疗手段正迅速成为临床医师不可或缺的工具。因此，有必要对每个患者的肿瘤特征进行深入分析，以找到最合适的治疗方法。

当前大部分的CRC研究集中在开发新的治疗方法上。这些新疗法与传统疗法相比更温和，更有效，也能更好地改善未来CRC患者的总体生存率和生活质量。

（郑小凤）