PI3K/AKT通路及miR-200c在胃癌上皮间质转化中的作用论文

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摘要：明确PI3K/AKT信号通路及miR-200c二者与胃癌细胞上皮间质转化过程之间的关系。采用文献复习的方式，对相关文献进行总结，从中寻我出详细的理论依据。miR-200c的表达同胃癌细胞EMT过程之间存在一定的负性相关，且高表达的miR-200c可以抑制甚至逆转胃癌细胞的EMT过程；PI3K/AKT信号通路与胃癌细胞EMT过程之间存在一定的正性相关。并且，miR-200c与PI3K/AKT信号通路之间也存在着相互作用关系。miR-200c及PI3K/AKT信号通路均与胃癌细胞EMT过程有着密切的关联，提高细胞中miR-200c的表达或者抑制PI3K/AKT信号通路均可以起到抑制胃癌细胞EMT过程的作用，可能为胃癌的治疗提供一条新途径。


        胃癌是目前世界上最常见的一种消化系统恶性肿瘤疾病，其发病率及死亡率分别高达9%及8.8%，分别位居世界恶性肿瘤疾病第四和第二位^［1］。近些年来，我国胃癌疾病的现状也不容乐观。据相关数据统计显示，我国每年胃癌新发病例数约68万人，而每年胃癌疾病病死数高达50万人，其发病率及死亡率均位居我国恶性肿瘤疾病第二位^［2］。虽然现如今对于胃癌早期确诊的手段已经不断完善，但由于人们对该疾病认识不足以及疾病侵袭和转移能力较强等多方面原因，目前仍然有较多胃癌患者在其就诊时疾病已经达到皿或IV期，并且有约50%至70%的患者就诊时已经出现淋巴结转移或者远处转移等现象^［3］。而胃癌细胞的上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)过程在疾病的发生以及发展中起到较为关键的作用，该过程为正常胃上皮细胞转变为癌细胞提供了发生基础，同时在胃癌细胞的发展过程中具有促进其侵袭、转移以及耐药等能力的作用，同时还为胃癌细胞免疫逃逸功能的获得提供一定的条件^［4］。

        上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是一个伴随着各种驱动顶面及底侧面极性上皮细胞切换到前后极性和获得间质特征生化改变的分化过程。该过程的改变使新转换形成的间充质细胞获得了肿瘤细胞所具有的迁移、侵袭、抗凋亡以及抗衰老等能力，同时还具有促进新形成的间充质细胞释放溶解酶降解胞外基质和基底膜的功能，这是恶变的细胞发生转移、进展的一个关键步骤^［5］o EMT在胃癌的发生发展中起着重要的作用，是肿瘤细胞侵入、运送并传播到其他器官的重要途径^［6］o在胃癌的发生发展中，多个不同的分子机制和监管途径参与启动EMT，并促进其完成。而在这个过程中，会出现上皮细胞标志性蛋白E-钙粘蛋白(E-cadherin)和角蛋白(ceratin)等的表达减少以及间充质细胞标志性蛋白波形蛋白(vimentin)和N-钙粘蛋白(N-cadherin)的表达增加，而当EMT过程被抑制甚至逆转时，相应蛋白的表达情况会朝着相反的方向进行^［7］o

2 PI3K/AKT信号通路

        PI3K/Akt信号通路是一种广泛存在于细胞中并且能够对细胞的生长、增殖、凋亡、代谢、分化以及肿瘤侵袭和转移等过程起到调节作用的重要信号转导通路^［8-10］o该通路的主要组成成分为磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)及蛋白激酶B(PKB)o其中，PI3K可分为I、H、皿三种类型，并因其组成成分中包含有具有调节功能的p85亚基和具有催化功能的p110亚基而在其被酪氨酸蛋白激酶受体及G蛋白偶联受体等激活时发挥调节剂催化作用^［11-12］。而Akt又被称为蛋白激酶B（PKB），是PI3K/Akt信号通路中的核心组成部分，该激酶功能的发挥主要受PI3K的影响。PI3K/Akt信号通路激活后会产生活化的PI3K并通过催化定位于细胞膜上的磷脂酞肌醇-4,5-二磷酸（PI2P2）肌醇环上的D23位点使其活化成为第二信使磷脂酞肌醇-3,4,5-三磷酸（PI2P3）,之后PI2P3在通过与Akt的PH结构域功能区相结合的方式改变其构象并促进其由细胞质向细胞膜转移的同时以类似的方式改变细胞质中蛋白激酶（PDK）的构象并促使其向转移中的Akt接近并与之结合；在二者结合之后PDK会联合整合素连接激酶（ILK）通过直接或者间接的方式催化Akt羧基端尾区的Ser473位点以及其激酶活性区中的Thr308位点使其磷酸化，最终使Akt被完全激活成为有活性的激酶p-Akt^［13-14〕。在此之后，被完全激活的p-Akt会通过作用于多种底物的方式实现PI3K/Akt信号通路对细胞的生存、增殖以及代谢等一系列过程的调节功能^［151o

3 PI3K/AKT信号通路与上皮间质转化

        PI3K/AKT信号传导通路在肿瘤的发生以及发展等过程中均起到重要作用，其具有调节肿瘤细胞的增殖和活化等过程的功能；该通路的异常激活不仅对细胞的恶变具有促进作用，还能促进恶变后的肿瘤细胞侵袭、转移、新生血管以及耐药等过程的发生发展^［16-171o AKT基因可分为Akt1/PKBa、Akt2/PKB p以及Akt3/PKB y三种亚型，其中尤以AKT2在肿瘤细胞中的表达最为常见^［181o PI3K/AKT信号通路被激活后会通过引起相应的AKT下游基因活化的方式，如磷酸化Bcl-2蛋白家族成员BAD蛋白、蛋白水解酶Caspase-9、GSK3 p抑制酶以及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的活性从而起到阻止CyclinD1蛋白的降解以及解除4EBP1基因的翻译起始的抑制作用等，并最终发挥其促进肿瘤细胞周期的改变以及阻止肿瘤细胞凋亡发生的作用，同时以此来促进肿瘤细胞的增殖以及分化等过程^［19-211o研究发现，活化后的P-Akt会通过下调EMT标志性蛋白E-cadherin及p-连环蛋白和上调间充质细胞Vimentin的方式促进EMT过程的发生，从而降低肿瘤细胞间黏附力、增加肿瘤细胞的运动能力并促进肿瘤细胞侵袭转移^［221。有研究显示，AKT可以通过其亚型的变化在肿瘤的不同时期发挥相应的作用^［23-241o

         PI3K/AKT信号传导通路下游有众多靶基因，信号通路活化后会将下游一系列靶基因激活并合成相应蛋白以降解细胞外基质、降低细胞间黏附能力并突破基底膜，从而起到促进胃癌细胞的浸润和转移的作用^［251;同时，血管生成因子VEGF还会通过VEGF/PI3K/AKT/NO/ICAM-1通路的活化刺激肿瘤周围滋养血管的形成以及生长^［261o同时，研究发现，若人为抑制PI3K/AKT信号通路活性可有效减少其下游靶基因激活，从而降低MMP-2、MMP-9及vimentin等蛋白的表达并且会使E-cadherin及p-连环蛋白的表达上调，从而抑制胃癌细胞EMT过程的发生并减轻疾病的进展^［271o

4 MicroRNA-200家族

          miRNA是约由23个核苷酸所构成的一种高度保守的短链非编码RNAo miRNA在细胞中的形成过程主要是通过RNA聚合酶H转录产生最原始的新生初级miRNA;其后不稳定的新生初级miRNA通过5'端加帽及3'端加尾的加工后成为初级miRNA（primary miRNA,pri-miRNA）;随后，pri-miRNA在核糖核酸酶皿核酸内切酶Drosha的作用下被加工合成为约70个核苷酸构成的发夹状前体miRNA（miRNA precusor,pre-miRNA）并被核孔蛋白Ran-GTP/exportin-5复合物转运至细胞质；最后，在Dicer酶的加工下形成终产物——仅含约23个核苷酸的双链miRNA^［281。在双链miRNA中热力学稳定性较差的一条链被破坏降解后即形成最终的单链miRNA。而miRNA主要通过与mRNA结合并抑制其翻译甚至促使其降解的方式在翻译后水平发挥其相应的功能^［291o

         miR-200家族属于与胃癌密切相关的miRNA中的一类，其主要由miR-200a、miR-200b、miR-200c、miR-141以及miR-429组成，该家族的miRNA在肿瘤细胞的发生及发展中发挥其功能的途径主要是通过与相应的靶基因mRNA结合并抑制其的表达的方式来实现的。通过对多种肿瘤细胞的研究发现，多数肿瘤细胞中存在上皮基因沉默缺失的现象，同时，miR-200家族也处于一种较正常细胞为低的表达水平，因此认为miR-200家族的低表达状态对于肿瘤细胞的上皮间质转化过程以及肿瘤细胞的侵袭、转移等过程均具有一定的促进作用^［301o这就意味着调节miR-200家族中某些成员的表达或许能够达到抑制肿瘤转移和耐药等效果。

5 miR-200c与上皮间质转化

        miRNA具有多种生物学效应，不仅参与调节细胞凋亡、增殖和代谢的过程，还具有一定的促干细胞自我更新及分化的能力^［311 o通过对miRNA在不同肿瘤细胞和组织中的表达水平的研究发现，有些miRNA确实具有一定的类似于某些原癌或者抑癌基因的作用；并由此推断出miRNA表达水平的改变可能与某些肿瘤细胞的发生以及发展之间存在这一定的必然联系^［321。在胃癌组织的相关研究中也发现同样的现象，这表明某些miRNA在胃癌的发生以及发展的过程中同样起到重要的作用，可能为胃癌的诊断及治疗提供一定的新方向^［331o

          miR-200c是miR-200家族的成员之一，该miRNA的基因序列于2009年被Hurteau GJ及其研究小组所明确并寻找出可能被其降解的目标mRNA；同时该研究小组还发现通过人工干预的方式制造出转移性乳腺癌的MDA-MB-231细胞中miRNA200c的过表达状态会导致该肿瘤细胞的死亡^［341o通过对胃正常上皮细胞及胃癌细胞株的研究发现，miRNA200c在胃癌细胞中的表达水平明显低于正常细胞^［351；而在相关组织中，这种差异更加明显且呈阶梯式表现：高恶性度胃癌组织＜低恶性度胃癌组织〈非癌组织＜正常组织^［36-371o所有这一切都预示着miRNA200c在胃癌细胞及组织中的表达水平变化是具有一定的特异性的，且与疾病进展水平之间也存在一定关联性。通过进一步的研究发现，miRNA200c的这一功能是与其具有促进上皮癌细胞的EMT过程的作用密切相关^［381o而且，现如今在对胃癌耐药相关研究中还发现胃癌细胞中miRNA200c的表达水平增高会一定程度上提高胃癌细胞对5-氟尿嘧啶（5-FU）以及紫杉醇等多种化疗药物的敏感性，与此同时，胃癌细胞中的EMT标志蛋白E-cadherin表达水平会出现一定程度的上调^［391。在此基础上，研究者们又将对miRNA200c在胃癌中的具体功能研究拓展至外周血方向，并发现越是晚期的胃癌患者其外周血中的miRNA200c水平越高，并且这种变化差异具有统计学意义^［401o由此可以推测出，改变胃癌细胞中miRNA200c的表达水平可能在一定程度上延缓疾病的进展甚至可能起到一定的治疗或辅助治疗作用，并且可以通过对外周血中miRNA200c的监测来明确疗效；而miRNA200c该作用产生的机制与其对胃癌细胞EMT过程的抑制甚至是逆转之间存在密切联系。

6 miR-200c与P13K/AKT信号通路

        据文献报道，多数肿瘤细胞中miR-200会和E盒结合锌指蛋白-1(zinc finger E-box binding homeobox-l,ZEB1)形成ZEBl-miR-200反馈环来调节肿瘤细胞的EMT过程^[41],而在胃癌、膀胱癌及卵巢癌中，PI3K/AKT信号通路可通过直接或者间接的方式影响ZEBLmiR-200反馈环来调节肿瘤细胞的EMT过程阳43]。且有研究发现在神经胶质瘤中，活化的PI3K/AKT信号通路可以通过抑制miR-200的表达从而促进神经胶质瘤的EMT过程^[44]_O由于PI3K/AKT信号通路广泛存在与肿瘤细胞中并参与其多种功能及行为的调控，因此，能够对肿瘤细胞产生作用及影响的微分子很有可能会对此通路产生不同效果的影响。研究表明，在肺癌及乳腺癌中，活化的miR-200c可以通过活化PI3K/AKT信号通路从而起到促进肿瘤细胞发生及发展的作用据

7展望

         综上所述，胃癌细胞的上皮间质转化过程是其发生及发展的重要过程，而高水平表达的miR-200c对于胃癌细胞的EMT过程存在一定的抑制甚至逆转作用；同时，PI3K/AKT信号通路的活性状态与胃癌细胞的EMT过程之间存在着正向相关性，随着该信号通路状态的变化，胃癌细胞的EMT过程会出现相应的改变；并且，miR-200c与PI3K/AKT信号通路之间也存在这密切联系。因此，通过提高miR-200c的表达或者抑制PI3K/AKT信号通路的活性，均可能触发胃癌细胞内的连锁反应，从而导致胃癌细胞的发生及发展受到抑制，这可能能够为胃癌的治疗提供一条新思路。
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