姚曉宇 綜述，劉風玲審閱

河北醫(yī)科大學第四醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，石家莊050000

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是目前常見的消化道惡性腫瘤之一。據(jù)2017年公布的數(shù)據(jù)表明，結(jié)直腸癌的發(fā)病率和病死率均居所有腫瘤的第3位[1]。CRC發(fā)生發(fā)展的危險因素包括散發(fā)性CRC家族史、發(fā)病年齡較早、缺乏體力活動、飲食改變、久坐的生活方式以及腫瘤發(fā)生前的慢性炎癥等。其中，炎性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）包括潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩?。–rohn disease，CD）被認為是結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的高危因素[2]。一氧化氮（nitric oxide，NO）是神經(jīng)元釋放的血管活性因子，也可由胃腸、腦、心、肝、腎等臟器的組織細胞產(chǎn)生，可以松弛血管平滑肌抑制其細胞增殖，改善血管緊張度，調(diào)節(jié)血流，抑制血小板的聚集和白細胞的激活，達到舒張血管的作用[3]。有研究證實，NO作為一種炎性介質(zhì)，在腫瘤的轉(zhuǎn)移和復發(fā)過程中發(fā)揮重要作用[4]。其可能的作用機制包括DNA直接損傷、DNA合成抑制以及抑制限速酶核糖核苷酸還原酶[5]。本文將總結(jié)NO作為結(jié)直腸腫瘤標志物的相關(guān)研究進展，以期為結(jié)直腸癌的診斷、治療提供新思路。

1 NO與炎癥

炎癥是具有血管系統(tǒng)的活體組織對損傷因子如病原體、受損細胞或其他有害刺激物所發(fā)生的防御反應，并且是涉及免疫細胞、血管和分子介質(zhì)的保護性應答。Hofseth和Ying[6]通過研究證實慢性炎癥引起活化的炎性介質(zhì)產(chǎn)生，可釋放活性氮（reactive nitrogen species，RNS）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、溶解酶和細胞因子，這些炎性介質(zhì)通過破壞DNA或鄰近的上皮細胞和基質(zhì)細胞來加劇炎性反應。慢性炎癥還可以促進DNA合成和細胞增殖，破壞DNA修復途徑和細胞微環(huán)境，抑制細胞凋亡，并通過免疫抑制促進血管生成[7]。最重要的是，慢性炎癥在分子水平上產(chǎn)生自由基和醛類發(fā)揮重要作用，該過程同時伴有有害的基因突變，腫瘤相關(guān)關(guān)鍵蛋白和炎性代謝物包括細胞因子、生長因子和核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factorkappa B，NF-κB）的翻譯后修飾，控制癌基因（抑癌基因和致癌基因）的表達和炎癥關(guān)鍵酶[即誘導型一氧化氮合酶（induced nitric oxide synthase，iNOS）和環(huán)氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）]的改變。

文獻證據(jù)表明，與CRC有關(guān)的炎性介質(zhì)包括NF-κB、Toll樣受體、ROS、RNS、COX、一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）、促炎和抗炎細胞因子、抗氧化酶、激酶、生長因子、腫瘤抑制蛋白p53、視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白（retinoblastoma protein，pRb）等[6]。NO是CRC發(fā)病機制中的重要生物標志物之一，其在調(diào)節(jié)從結(jié)直腸腺瘤到結(jié)直腸癌和轉(zhuǎn)移癌的發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用[8]。Cross和Wilson[9]研究證實，iNOS表達的增加與抑制NO的產(chǎn)生導致CRC的改善。炎癥促進NO產(chǎn)生的分子機制包括氧化性DNA損傷，基因突變以及炎性介質(zhì)如細胞因子、趨化因子、生長因子、缺氧誘導型干擾素-α、NF-κB和腫瘤壞死因子-β（tumor necrosis factor-β，TNF-β）等的生成增多，誘導iNOS，可導致腫瘤的發(fā)生和進展[10]。另外，NO可以為浸潤腫瘤微環(huán)境的細胞提供生物活性分子，通過促進上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）和促進其他致癌途徑如基因組不穩(wěn)定性、能量代謝重編程和免疫逃逸的發(fā)生來增加結(jié)直腸癌的發(fā)病風險。

2 NO與細胞凋亡

細胞凋亡也稱為程序性細胞死亡，是一種進化上保守的細胞自我破壞的過程，在生物的發(fā)生、分化以及穩(wěn)態(tài)平衡中具有重要的作用[11]。細胞凋亡的機制極為復雜，除了涉及如凋亡因子、受體、適配蛋白、啟動蛋白、效應蛋白、抑制蛋白等多種蛋白的相互作用外，還涉及線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）。Mori[12]報道，NO引起ER應激，誘導轉(zhuǎn)錄因子CAAT/增強子結(jié)合蛋白同源蛋白（CAAT/enhancer binding proteins homologous protein，CAAT/CHOP）表達，并導致細胞凋亡。腫瘤的發(fā)生不僅與細胞的異常增殖和分化有關(guān)，也與細胞凋亡的異常有關(guān)。Kuschak等[13]的研究表明，COX-2在腸上皮細胞中的過表達導致其表型改變，其可能通過改變乙酰氨酸天冬氨酸蛋白酶9（caspase 9）、乙酰氨酸天冬氨酸蛋白酶3（caspase 3）和聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）的活性來激活不同的分子通路如 p53、Fas、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factorα，TNF-α）和激活凋亡細胞表面特定的感應器即死亡受體，將DNA降解為核小體片段，來發(fā)揮其誘導細胞凋亡的作用，從而增強CRC腫瘤細胞增殖或轉(zhuǎn)移的能力。Brüne等[14]報道了NO促凋亡途徑與復雜的信號通路并存，其通過線粒體依賴途徑、抑癌基因p53的參與、細胞保護蛋白的表達以及S-亞硝基化阻斷半胱氨酸蛋白酶的表達來促進細胞凋亡。另外，也有研究證實了NO在增加Fas表達中的作用，而Fas表達的增加也可以誘導細胞凋亡[15]。細胞色素C從線粒體釋放至細胞質(zhì)是誘發(fā)細胞凋亡的關(guān)鍵步驟。關(guān)于細胞色素C釋放促進細胞凋亡的具體機制，目前有一種假說是B淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）家族蛋白形成通道，調(diào)控細胞色素C釋放。Yazbeck等[16]證實NO可以通過釋放細胞色素C和線粒體中的其他因子產(chǎn)生環(huán)磷 酸 鳥 苷（cyclicguanosinemonophosphate，cGMP），從而影響B(tài)cl-2蛋白家族的許多成員包括促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白的表達。NO作為促凋亡調(diào)節(jié)劑，將線粒體中的細胞色素C釋放入細胞質(zhì)中，激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶家族，上調(diào)p53以及凋亡相關(guān)蛋白（包括Bcl-2家族）的表達。Mori[12]證實過量的NO引起細胞凋亡，而低濃度的NO可以保護細胞免于凋亡。低濃度的NO可以通過抑制線粒體細胞色素C釋放、神經(jīng)酰胺產(chǎn)生和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的活化來發(fā)揮抗凋亡作用，其抗凋亡機制可分為cGMP依賴性機制和非cGMP依賴性機制兩種[15]。在一項實驗研究中，Park等[17]證實通過NO供體S-亞硝基-N-乙酰青霉胺（S-Nitroso-N-acetylpenicillamine，SNAP）或轉(zhuǎn)染神經(jīng)元NOS產(chǎn)生的NO，通過抑制線粒體細胞色素C的釋放、caspase 3和caspase 9的激活以及DNA的片段化，促進6-羥基多巴胺（6-hydroxydopamin，6-OHDA）誘導的PC12細胞凋亡。Snyder等[18]證實NO能夠抑制線粒體電子傳遞鏈，導致超氧化物的產(chǎn)生和過氧化亞硝酸鹽形成的增加，同時清除ROS或過亞硝酸鹽。

3 NO與血管生成

腫瘤生長具有明確的血管依賴性，腫瘤通過新生血管從宿主獲取營養(yǎng)成分，又經(jīng)過血管向宿主輸送腫瘤細胞，增強腫瘤灶的遠處轉(zhuǎn)移能力[19]?？梢姡苌稍谀[瘤進展和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用。已有研究證實，NO通過調(diào)節(jié)各種基因和轉(zhuǎn)錄因子使平滑肌細胞產(chǎn)生cGMP，同時抑制血管收縮肽內(nèi)皮素-1和去甲腎上腺素從交感神經(jīng)末端釋放，通過血管張力（舒張血管）、血管重塑（抑制平滑肌細胞增殖）和血管細胞間相互作用（抑制血小板黏附和聚集、抑制單核細胞黏附）等各種機制達到促進血管調(diào)節(jié)的目的。Bing等[20]證實，血管內(nèi)皮生 長 因 子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和類花生酸物質(zhì)（eicosanoids）可以調(diào)節(jié)血管生成，而成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）在血管生成的早期階段及異常血管表型的誘導中起主要作用。NO介導許多血管生成因子的功能，如VEGF、1-磷酸鞘氨醇、血管生成素、雌激素，通過與磷脂酶鈣調(diào)蛋白結(jié)合和磷酸肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）誘導的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（serine/threonine kinase，AKT）磷酸化激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）[21]。NO可刺激表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）信號通路以及抑癌基因p53和VEGF，這些介質(zhì)是通過內(nèi)皮細胞中CD93蛋白表皮生長因子（epithelial growth factor，EGF）樣域上調(diào)eNOS而加劇血管生成的。NO的不斷生成可以選擇在突變型p53細胞中進行，并通過上調(diào)VEGF來促進腫瘤血管生成。此外，NO可通過EGFR/PI3K信號轉(zhuǎn)導通路上調(diào)p53、PARP和DNA依賴性蛋白激酶（DNA-dependent protein kinase，DNA-PK）來調(diào)控腫瘤DNA的修復機制。iNOS通過激活受體酪氨酸激酶和蛋白激酶C信號轉(zhuǎn)導途徑，上調(diào)VEGF表達，調(diào)控微血管密度、腫瘤血管生成，及腫瘤的侵襲、生長和進展，在誘導血管和淋巴管生成中發(fā)揮巨大作用。iNOS上調(diào)導致NO表達也在增加，伴隨調(diào)節(jié)血管的COX-2、血管生成素樣蛋白（angiopoietin-like protein 4，ANGPTL4）的表達以及整聯(lián)蛋白/JAK/STAT3途徑的通透性增加。COX-2通路和5-脂加氧酶（5-lipoxygenase，5-LOX）通路可能代表一種整合系統(tǒng)，COX-2/5-LOX從正常黏膜、腺瘤到結(jié)腸癌的表達具有遞增趨勢，COX-2/5-LOX參與了結(jié)直腸癌的形成過程，并在從結(jié)腸腺瘤進展至結(jié)腸癌的發(fā)展過程中起到了一定的促進作用，且參與了結(jié)直腸癌腫瘤細胞的浸潤及轉(zhuǎn)移等惡性生物學行為[22-23]。Tavolari等[24]證實了5-LOX及其產(chǎn)物，特別是白三烯B4（leukotriene B4，LTB4）在結(jié)直腸癌的發(fā)生和進展中發(fā)揮巨大作用，而COX-2的出現(xiàn)使5-LOX的表達和活性在結(jié)腸癌腫瘤大小、浸潤深度和血管浸潤組織的發(fā)生發(fā)展過程中出現(xiàn)上調(diào)。另有一項結(jié)腸癌細胞的實驗研究表明，使用COX-2/5-LOX抑制劑后，可使COX-2/5-LOX mRNA、蛋白及下游產(chǎn)物PGE2/LTB4的表達減少，當單一使用較高的COX-2抑制劑后，可增加5-LOX分流，減弱COX-2抑制對細胞增殖的負性影響[25]。

4 NO與結(jié)CRC

在結(jié)腸癌的發(fā)病機制中，“結(jié)腸腺瘤到結(jié)腸癌”的序列進展過程被人們公認[26-27]。其中花生四烯酸（arachidonic acid，AA）代謝通路在結(jié)直腸癌的形成與發(fā)展中起著重要作用[23]。未酯化的花生酸主要有兩類重要的酶代謝：環(huán)氧合酶（cyclooxygenase，COX）和脂加氧酶（lipoxygenase，LOX）。Janakiram和Rao[28]發(fā)現(xiàn)COX和LOX途徑及持續(xù)存在的炎性細胞參與促炎性脂質(zhì)介質(zhì)和基因反應，產(chǎn)生有利的腫瘤微環(huán)境，最終導致腫瘤細胞生長、增殖和轉(zhuǎn)移。其中，NO可以通過為浸潤腫瘤微環(huán)境的細胞提供生物活性分子來增加CRC發(fā)病風險，細胞外基質(zhì)修飾酶如基質(zhì)金屬蛋白酶就是這類生物活性分子中的一種，它的作用是促進EMT和促進其他致癌途徑如基因組不穩(wěn)定性、能量代謝重編程和免疫逃逸的發(fā)生。COX-2也可作為一種獨立危險因素增加CRC的發(fā)病風險。COX-2過氧化物酶活性實際可以將許多物質(zhì)最終轉(zhuǎn)化為致癌物質(zhì)，進而能夠激活許多參與細胞增殖的基因。Ihara等[29]通過研究證實NO在調(diào)節(jié)COX-2的表達和活性進而促進結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移的過程中發(fā)揮著重要作用。COX2也是前列腺素合成的誘導型介質(zhì)，其代謝產(chǎn)物前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）也可增加CRC腫瘤細胞的增殖活性和轉(zhuǎn)移潛能，促進腫瘤血管生成，誘導局部免疫抑制，抑制腫瘤細胞凋亡。

NO促進CRC發(fā)生和轉(zhuǎn)移的作用可能涉及的機制還包括直接的DNA和蛋白質(zhì)損傷或抑制程序性細胞死亡，從而促進細胞異常增殖。NO可以通過VEGF-C的參與而上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶-2（matrix matalloproteinases-2，MMP-2）和基質(zhì)金屬蛋白酶-9（matrix matalloproteinases-9，MMP-9）以及下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶抑制因子-2（tissue inhibitor of metalloproteinase-2，TIMP-2）和基質(zhì)金屬蛋白酶抑制因子-3（tissue inhibitor of metalloproteinase-3，TIMP-3）的表達，從而在促進淋巴管生成和擴散到淋巴結(jié)中起到重要作用[30]。在CRC淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的過程中，正常上皮細胞通過EMT轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)細胞[31]。NO還會損害MMP的調(diào)節(jié)，這對控制基質(zhì)重塑和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要[32]。NO還可以促進DNA損傷并抑制DNA修復機制，從而發(fā)生DNA鏈斷裂和DNA突變引起遺傳毒性效應。在臨床上，楊鋼等[33]通過檢測CRC患者治療前后NO水平變化發(fā)現(xiàn)，血清中TNF-α、NO、白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）濃度與CRC密切相關(guān)，對TNF-α、NO、IL-1β、IL-6濃度進行聯(lián)合診斷可作為CRC早期診斷的參考指標。田雅軍等[34]通過研究發(fā)現(xiàn)，與健康體檢人群相比，CRC患者血清中NO高表達，表明其與CRC的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，NO檢測可作為判斷CRC發(fā)生、分期及復發(fā)的參考指標。

既往研究結(jié)果證實，NO對于CRC的發(fā)生發(fā)展具有促進作用。彭金娥和潘敬新[35]則指出，機體中低濃度的NO促進腫瘤內(nèi)部血管內(nèi)皮細胞的增殖、遷移及血管重建以形成新生血管，增加血管通透性和腫瘤內(nèi)血流量，在維持腫瘤生長及轉(zhuǎn)移中起著重要作用，但是NO濃度升高不僅能直接殺傷腫瘤細胞，而且還能通過活化巨噬細胞從而發(fā)揮抗腫瘤效應。

5 小結(jié)

CRC是全球發(fā)病率較高的疾病之一。NO在CRC發(fā)生、發(fā)展中的作用尚不明確。一方面，已有研究表明，慢性炎癥是CRC發(fā)生發(fā)展的高危因素，在各種炎性介質(zhì)及細胞因子的作用下，NO通過為浸潤腫瘤微環(huán)境的細胞提供生物活性分子、抗細胞凋亡和促進腫瘤血管生成來增加CRC發(fā)病風險。NO在調(diào)節(jié)COX-2的表達和活性進而促進CRC轉(zhuǎn)移的過程中也發(fā)揮著重要作用。另一方面，NO通過許多上游信號和具有遺傳改變的下游效應因子之間的串擾誘導細胞凋亡來發(fā)揮其抑癌作用。通過對NO的研究，有可能為CRC的產(chǎn)生以及預后作用提供有益幫助。