Wnt信号通路及其抑制剂在胃癌中的研究进展

明成 综述 武云 审校

根据2020年全球癌症(GLOBOCAN)统计,全球新增胃癌病例超过100万,死亡约76.8万,是世界上第五大癌症和第四大癌症死亡原因。慢性萎缩性胃炎和幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,Hp)感染是胃癌最重要的危险因素,其中Hp占胃癌病例的75%[1]。据报道,根除Hp可以降低患胃癌的风险,但不能完全预防Hp相关的胃癌发生,原因之一是Wnt信号通路等致癌途径的激活发生在Hp根除之前[2]。手术切除是唯一可能治愈的疗法,虽然胃癌的诊治水平不断提高,但仍缺乏肿瘤标志物对胃癌的早期确诊,多数患者确诊时已处于晚期,其病死率较高、预后较差。

近年来,以信号通路作为靶点进行抗肿瘤治疗已成为生物医学领域的热点。作为一种进化上保守的通路,Wnt信号通路最初被认为在胚胎发育、细胞命运决定和组织稳态过程中起关键作用,包括细胞增殖、干细胞自我更新和细胞分化[3-4]。大规模测序揭示了多种癌症中编码Wnt信号通路成分的基因频繁发生突变,并已证明此通路的异常激活也广泛参与癌症的各种过程,包括肿瘤起始、肿瘤生长、细胞衰老、细胞死亡、分化和转移[5-6]。胃癌的发病机制尚未完全清楚,Wnt信号通路作为胃癌中至关重要的调控通路,其异常激活与胃癌的发生发展密切相关。深入研究Wnt信号通路、探索其相关抑制剂,旨在为胃癌的早期诊断、治疗及预后评估提供新的思路。

1 Wnt信号通路

大约40年前Nusse和Varmus发现了原癌基因integration 1(Int-1),小鼠乳腺肿瘤病毒(Mouse mamary tumor virus,MMTV)插入Int-1基因会促进小鼠乳腺肿瘤的发生[7]。通过比较显示人类Int-1与小鼠Int-1高度相似,揭示了从无脊椎动物到哺乳动物的各种物种间的高度保守性,随后又分离出黑腹果蝇无翅基因(Wingless gene,wg),并证实wg与Int-1同源,Wnt由wg和Int1命名[8]。Wnt配体是19种糖蛋白的大家族,它们通过细胞表面受体将信号从细胞外环境传递到细胞内,Wnt基因突变可导致胚胎发育异常和癌症形成[9]。

Wnt通路分为经典Wnt(Wnt依赖途径)与非经典Wnt(Wnt非依赖途径)通路,后者进一步分为Wnt/平面细胞极性(Planar cell polarity,PCP)和Wnt/钙离子(Ca2+)通路。在哺乳动物中,Wnt信号通路主要由三个步骤组成,包括膜中Wnt信号转导、细胞质中β-catenin稳定化的调节和细胞核中Wnt靶基因的激活[10]。经典Wnt通路在正常没有Wnt配体的情况下,胞质β-catenin被“降解复合物”包裹降解而处于较低的水平[11-13]。“降解复合物”主要有两种激酶即酪蛋白激酶1α(Casein kinase 1α,CK1α)、糖原合酶激酶3β(Glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)和两种支架即轴抑制蛋白(Axis inhibition protein,Axin)和结直肠腺瘤性息肉(Adenomatous polyposis coli,APC)基因组成。此通路由Wnt配体与卷曲的跨膜受体(Frizzled,FZD/FRZ)和细胞膜表面低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(Low density lipoprotein receptor related protein 5/6,LRP5/6)结合而启动[13]。Wnt-FZD-LRP5/6复合体通过招募胞质中的蓬乱蛋白(Disheveled,Dvl)而减弱“降解复合物”与β-catenin结合的稳定性,降解复合物分解失活而β-catenin被释放、累积导致核转位。β-catenin转入细胞核内,与转录因子家族成员中T细胞因子/淋巴增强因子(T-cell factor/lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)相互作用,通过与下游靶基因的启动子区域结合调节特定靶基因的转录,产物包括原癌基因蛋白质c-myc(Proto oncogene protein c-myc,MYC)、细胞周期素D1(Cyclin D1,CCND1)、基质金属蛋白酶-1(Matrix metalloproteinase-1,MMP-1)和基质金属蛋白酶-7(Matrix metalloproteinase-7,MMP-7)等[14]。

2 Wnt通路失调介导胃癌发生发展的机制研究现状

据报道,Wnt信号通路在超过50%的胃癌中失调[15]。Hp通过Wnt通路诱导胃干细胞的产生和扩增,促进胃癌的发生发展。细胞毒素相关蛋白A(Cytotoxin-associated protein A,CagA)和空泡细胞毒素A(Vacuolating cytotoxinA,VacA)是Hp最重要的毒力因子,其中CagA与E-钙黏蛋白(E-cadherin,E-cad)相互作用,导致β-catenin在细胞质和细胞核中积累,从而促进胃癌发生[16]。Chen等[17]发现通过抑制Wnt通路可抑制胃癌细胞的增殖并加速其凋亡,其机制可能与Wnt通路调控下游靶点如β-catenin、c-myc、人半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)的表达水平有关。Li等[18]还发现阻断Wnt通路可提高胃癌细胞对程序性死亡受体1(Programmeddeath-1,PD-1)抗体的敏感性,表明靶向抑制β-catenin和PD-1可能成为胃癌患者潜在有效的治疗方法。

近年来,越来越多的潜在生物标志物被研究证实可通过Wnt通路促进胃癌的发生发展。非编码RNA(Non-coding RNA,ncRNA)有助于调节E-cad功能,E-cad通过参与包括Wnt通路在内的多种致癌信号通路,从而影响胃癌的细胞的增殖、转移和上皮间质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)[1]。某些ncRNA,特别是微小RNA(microRNA,miRNA)和长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)可通过调控Wnt通路,在胃癌的发生发展中起着至关重要的作用。例如,lncRNA小核仁RNA宿主基因11(Small nucleolar RNA hostgene 11,SNHG11)通过激活Wnt通路和致癌自噬来促进胃癌进展[19]。一种新型lncRNA LINC01133作为竞争性内源RNA(competing endogenouse RNA,ceRNA)通过海绵miR-106a-3p调节APC表达和Wnt通路从而抑制胃癌进展[20]。miR-6745通过降低组织基质金属蛋白酶抑制物-1(Tissue inhibitor of matrix metalloproteinase 1,TIMP-1)的表达来抑制Wnt通路,从而抑制胃癌的发生发展[21]。miRNA-192和-215通过APC激活胃癌中的Wnt通路,作为致癌miRNA发挥作用并揭示了胃癌潜在的治疗靶点[22]。环状RNA(circular RNA,circRNA)是一类特殊的ncRNA,circAXIN1编码的一种含295个氨基酸(Amino acid,Aa)的新型蛋白质AXIN1-295aa作为致癌蛋白发挥作用,可激活Wnt通路以促进胃癌发生和进展[23]。另外,肿瘤坏死因子受体超族成员11B(Tumor necrosis factor receptor superfamily member 11B,TNFRSF11B)可激活Wnt通路传导并促进胃癌进展[24]。TNF-α诱导蛋白6(TNF alpha induced protein 6,TNFAIP6)通过上调正五聚蛋白-3(Pentraxin-3,PTX-3)和激活Wnt通路促进胃癌细胞侵袭[25]。Ge等[26]首次揭示了锌指蛋白家族成员1(Zic family member 1,Zic1)通过破坏β-catenin和转录因子4(Transcription factor 4,TCF4)的相互作用而抑制Wnt通路传导。YTHDF1作为癌基因在7%的胃癌患者中发生突变,Pi等[27]发现YTH N6-甲基腺苷RNA结合蛋白1(YTH N6-methyladenosine RNA binding protein 1,YTHDF1)通过增加FZD7表达可导致Wnt通路过度激活,最终促进胃癌发生。Nie等[28]证实LRP5通过激活经典Wnt通路和糖酵解途径促进胃癌的发生。

3 Wnt信号通路抑制剂在胃癌中的应用

3.1 Wnt通路抑制剂在胃癌中的应用现状

在过去30多年中,在受体/配体水平靶向Wnt通路一直是一种潜在针对大多数癌症的治疗方法。目前有以下几种针对Wnt通路的药物在临床试验中进行了研究,其中包括小分子豪猪(Porcupine,PORCN)抑制剂LGK974(Wnt 974)、抗FZD1/2/5/7/8抗体万替妥单抗Vantictumab(OMP-18R5)、Wnt5a模拟物(Wnt5a peptide mimetic,Foxy-5)和T细胞因子-CREB结合蛋白(TCF-CREB binding protein,TCF-CBP)相互作用的抑制剂PRI-724[29]。此外,处于临床试验的药物还有针对FZD受体的依帕西普ipafricept(OMP-54F28),其在异种移植瘤的动物模型中已经被证明是一种有效的Wnt通路抑制剂。

3.2 Wnt通路抑制剂在胃癌中的应用最新研究成果

Yamada等[30]发现了一种新型口服活性选择性抑制剂E7386,它是在PRI-724的基础上改进研发的,通过调节Wnt信号通路、改变肿瘤免疫微环境,在小鼠和人类临床前模型中具有明显的抗肿瘤活性,联合抗PD-1抗体可增强其抗肿瘤作用。Lu等[31]研究表明,胃肠上皮化生(Gastric intestinal metaplasia,GIM)可被胆酸反流和慢性炎症所激活,Dickkopf同源物1/非洲爪蟾(Dickkopf homolog 1/Xenopus laevis,DKK1)基因启动子甲基化和下调可能在GIM的发生发展中起重要作用。DKK1蛋白通过与LRP5/6结合并阻断与Wnt配体的相互作用,从而抑制经典Wnt通路传导,为早发性胃癌的防治提供新思路[32]。Yu等[33]发现一种新型泛素结合酶E2T(Ubiquitin conjugating enzyme E2T,UBE2T),可通过催化支架蛋白蛋白激酶C受体(Receptor for activated C kinase1,RACK1)的蛋白酶体降解诱导Wnt信号通路的过度激活,UBE2T抑制剂M435-1279可阻断UBE2T-RACK1-Wnt轴并抑制胃癌进展。Chang等[34]研究LEF1的选择性抑制剂2,4-二氨基喹唑啉(2,4-Diaminoquinazoline,2,4-DAQ)通过抑制AXIN2、MYC和LGR5等Wnt靶基因的表达而抑制胃癌细胞生长,从而发挥抗肿瘤作用。另外,AL-Ishaq等[35]研究表明,植物化学物质通过下调β-catenin增强细胞凋亡、改善胃肠道癌症预后。Kim等[36]发现一种具有生物活性的类胡萝卜素虾青素(Astaxanthin,ASTX)可抑制Hp诱导的胃上皮细胞中Wnt致癌途径的激活,是一种潜在的治疗剂。青藤碱(Sinomenine,SIN)通常被用于治疗类风湿关节炎,最近已证实在多种癌症中发挥抗肿瘤作用,Yuan等[37]研究表明SIN通过增强miR-204表达来抑制AMP依赖的蛋白激酶[Adenosine 5′-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK]和Wnt通路,从而在胃癌细胞中表现出抗肿瘤活性,SIN可能是胃癌的一种新药物。

3.3 Wnt通路抑制剂在胃癌中的应用局限性与前景分析

迄今为止,大多数针对此通路的药物尚未纳入临床试验研究,已进入临床试验的仍处于非常早期的阶段,由于Wnt通路涉及多种发育过程和成人组织稳态的维持,因此其临床疗效和安全性仍然难以捉摸,Wnt抑制剂的应用可能存在风险且临床研究非常有限[30,38]。Wnt抑制剂可能是有效的胃癌抗转移药物,单独靶向Wnt通路不足以治疗癌症,与化疗联合可具有协同效应,另一个值得关注的领域是Wnt通路在维持干细胞和组织器官再生中的作用,Wnt抑制剂还可消除癌症干细胞的潜力,这将使耐药肿瘤对常规疗法敏感[39-41]。越来越多的策略是开发潜在的针对Wnt通路下游的致癌转录因子拮抗剂,可能会提供一种替代策略[42]。除外MYC和CCND1等细胞生长相关基因,CCL28是β-catenin/TCF的新型转录靶基因,Ji等[43]研究表明,抗CCL28疗法可能适用于大部分胃癌患者,是一种新颖有希望的治疗方法。到目前为止,在胃癌方面还没有针对Wnt通路的药物被批准用于临床。

4 小结与展望

胃癌是一种多因素、高度异质性疾病,确诊时往往分期偏晚,手术和放化疗等传统手段对晚期胃癌疗效有限,靶向治疗的进展正面临瓶颈。目前,胃癌的发病机制和病因尚未完全清楚,研究证实CTNNB1和APC是胃癌的驱动基因,激活的Wnt信号通路已成为胃癌一个潜在新的治疗靶点。Wnt信号通路在进化上相当保守,它通过调节增殖、迁移、凋亡和分化等多种细胞功能,在胚胎发育以及维持多种成人组织稳态中发挥着至关重要的作用,该通路核心成分的突变常出现在包括胃癌在内的多种癌症中,也为临床干预提供了治疗靶点。Wnt信号通路作为胃癌发生发展过程中重要的调控通路,其详细分子调控机制还有待进一步探索。靶向Wnt信号通路是胃癌一种有前景的治疗策略。经过研究者二十多年的探索,该领域取得初步进展。但到目前为止,还没有Wnt通路抑制剂被成功批准用于治疗胃癌。本文总结了临床前试验和临床试验中不同的分子靶点抑制剂和治疗药物通过Wnt通路治疗胃癌的潜在策略,努力为胃癌患者提供更加精准有效的个体化治疗方案。随着前沿技术不断推陈出新,迫切需要找到新的有助于预测预后的生物标志物以及针对胃癌有效的治疗靶点和更有效的药物,高通量组学技术将有助于在不久的将来寻找到Wnt通路抑制剂,以进一步提高胃癌患者的长期生存率。