李大歡,許良璧△,劉雪影,唐山,鄧超男
消化系統(tǒng)惡性腫瘤嚴重影響人類健康。2018年全球腫瘤年報顯示,最常見的10種癌癥中消化系統(tǒng)腫瘤占據一半;相比其他惡性腫瘤,消化系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)生率和死亡率均較高[1]。消化系統(tǒng)惡性腫瘤患者的整體預后較差,5年生存率約20%,其中結直腸癌的發(fā)病率僅次于肺癌和乳腺癌,死亡率僅次于肺癌,而胃癌、肝癌及食管癌的死亡率位居結直腸癌之后[2]。因此,若能發(fā)現消化系統(tǒng)惡性腫瘤細胞增殖、浸潤、轉移、耐藥等重要過程中的生物學標志物,對臨床實踐、轉化醫(yī)學等研究均有重要意義。研究顯示,腫瘤壞死因子(TNF)相關凋亡誘導配體(TNF related apoptosis inducing ligand,TRAIL)可與其受體結合形成同源三聚體,進而通過多種信號通路誘導腫瘤細胞凋亡,但不影響正常細胞[3]。然而,進一步研究發(fā)現,乳腺癌、非小細胞肺癌、胰腺癌及結腸癌等腫瘤對單一使用TRAIL的治療方案并不敏感,但某些激動劑或者抑制劑輔助使用可提升TRAIL對腫瘤細胞凋亡的敏感性[4]。本文從腫瘤耐藥的角度,對TRAIL的生物結構與功能、抗腫瘤機制及其在消化系統(tǒng)腫瘤治療中的研究進展綜述如下。
1.1 TRAIL及其受體的生物結構與功能 TRAIL又稱為凋亡素2配體,1995年由Wiley等[5]從人心肌cDNA文庫中克隆得到并命名。TRAIL是由281個氨基酸形成的Ⅱ型跨膜蛋白,編碼基因定位于3q26.1-26.2,cDNA全長1.05 kb,分子質量為32.5 ku,等電點7.36;其活性部位位于胞膜外的羧基末端區(qū)域(114~281aa),可通過與受體結合后形成同源三聚體發(fā)揮生物活性。TRAIL介導的生物學功能的復雜性源于其受體的多樣性[6]。TRAIL受體根據功能可分為3類5種:(1)死亡受體(death receptor,DR),包括DR4、DR5,均含有胞內死亡結構域和依賴半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)途徑的凋亡信號的識別結構。DR與TRAIL結合后將死亡信息傳遞至胞質,從而啟動腫瘤細胞凋亡進程。(2)“誘騙”受體(decoy receptor,DcR),包括DcR1和DcR2,其結構上與DR受體結構域相似,也可結合TRAIL,但因DcR1缺乏含有死亡結構域的胞質區(qū),而DcR2的死亡結構域不完整,故這2種受體均不能啟動TRAIL介導的細胞凋亡信號通路,所以DcR是通過與DR競爭結合TRAIL的方式來抑制TRAIL介導的細胞凋亡。(3)骨保護素(osteoprotegerin,OPG)。OPG是TNFR(tumour necrosis factor receptor)超家族的新成員,沒有跨膜區(qū)及胞內區(qū),與TRAIL結合不能轉導凋亡信號,其主要的生理作用為抑制破骨細胞產生,增加骨密度。
1.2 TRAIL誘導腫瘤細胞凋亡的機制 Wong等[7-8]研究認為,TRAIL激活凋亡的信號途徑為:(1)通過結合細胞膜上的死亡受體(DR4或DR5),形成配體∕受體三聚復合物,誘導死亡受體胞漿段死亡結構域(death domain,DD)與Fas相關蛋白的死亡結構域(Fas-associated death domain,FADD)C端DD結合,而FADD的N端死亡效應結構域(death effector domains,DEDs)可與procaspase-8結合,形成死亡誘導信號復合物(death inducing signaling complex,DISC),即DR4∕DR5∕FADD∕procaspase-8,procaspase-8通過二聚化和裂解形成有活性的caspase-8;活化后的caspase-8可直接激活下游效應蛋白caspase-3、caspase-6或caspase-7,進而通過線粒體非依賴型途徑誘導凋亡。(2)活化后的caspase亦可裂解Bcl-2家族成員中的促凋亡蛋白Bid,而裂解和縮短的Bid又可進一步結合促凋亡蛋白Bax、Bak,引起線粒體跨膜電位降低或破壞,使線粒體釋放出細胞色素C(Cytochrome C,Cyt C),Cyt C和凋亡肽活化因子1(apoptotic protease activating factor-1,Apaf-1)形成凋亡酶體后活化caspase-9,從而啟動線粒體依賴的凋亡途徑。除了上述2條凋亡誘導途徑外,TRAIL與受體結合后還能通過激活PI3K∕Akt信號通路、核因子(NF)-κB通路、蛋白激酶C(PKC)、促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成員等誘導腫瘤細胞凋亡。
2.1 食管癌 食管癌是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤之一,根據全球癌癥流行病學數據庫(GLOBOCAN)2018年數據顯示,我國食管癌的發(fā)病率及死亡率分別占全球總數的53.7%和55.7%[1]。對于失去手術機會的進展期食管癌患者,分子靶向治療是其重要選擇之一[9]。TRAIL的生物學特性為食管癌基因靶向治療帶來了希望,但相關研究顯示食管癌患者對TRAIL治療并不敏感,原因是惡性腫瘤在進展過程中已經形成了一些針對TRAIL的高度復雜的防御機制[10]。Chang等[11]通過體外模擬的方式將食管腺癌細胞置于酸∕膽汁暴露的條件下,發(fā)現癌細胞可過表達死亡結構域不完整的誘騙受體DcR2,使DcR2與TRAIL結合形成TNFR1相關死亡域蛋白(TNFR1 associated death domain protein,TRADD),但TRADD不能與procaspase-8結合形成DISC,故不能啟動TRAIL介導的癌細胞凋亡,而且DcR2還能使凋亡抑制蛋白c-FLIP表達增加,從而使食管腺癌對TRAIL產生耐藥。為了突破腫瘤細胞對TRAIL的“防御”機制,Dang等[12]研究發(fā)現,蜂窩通信網絡因子1(cellular communication network factor 1,CCN1)作為結締組織生長因子家族中的一員,在胃食管反流病患者的食管上皮中高度表達,而當胃食管反流病進展為腺癌時CCN1的表達水平則降低甚至不表達,CCN1可能為食管腺癌的抑癌基因;另外,該研究還證實,在人食管癌細胞系(OE33和OE99)中聯(lián)合應用CCN1和TRAIL能起到協(xié)同抗癌的作用,CCN1可上調TRAIL及其死亡受體的表達,促進TRAIL介導的腫瘤細胞凋亡,同時CCN1還能通過抑制NF-κB而抑制腫瘤細胞的增殖、遷移,增強食管腺癌細胞對TRAIL的敏感性。Han等[13]研究顯示,Periplocin作為一種具有抗癌活性的天然化合物,與TRAIL合用后,可增加人食管癌細胞株(YES-2、KYSE-150及KYSE-510)DR4∕DR5的表達,從而提高食管癌細胞對TRAIL的敏感性;Periplocin還能通過抑制Wnt∕βcatenin途徑的活性來降低凋亡抑制基因survivin的表達,亦可達到誘導食管癌細胞凋亡的目的。
2.2 胃癌 研究顯示,全球一半的胃癌發(fā)生在東亞,特別是中國、日本和韓國[14]。目前,進展期胃癌患者的預后普遍較差。TRAIL對癌細胞的選擇性毒性為胃癌的治療提供了可能。Pereira等[15]研究顯示,腫瘤細胞中DR4、DR5高表達有利于其與TRAIL的結合,從而形成DISC,促進腫瘤細胞凋亡,但在胃癌的治療中TRAIL療效并不明顯。Xu等[16]認為miRNAs的失調是胃癌患者對TRAIL治療應答不敏感的重要原因之一;該研究發(fā)現,在胃癌組織及人胃癌細胞系(BGC-823和MGC-803)中,miR-494表達水平明顯下調,降低抗凋亡蛋白survivin的表達水平可增強miR-494的表達,進而促進TRAIL介導的腫瘤細胞凋亡。Xu等[17]研究發(fā)現,聯(lián)合使用鳶尾黃酮素和TRAIL可上調細胞凋亡標志物caspase-8∕caspase-9∕caspase-3和多聚ADP核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)的表達水平,增強促凋亡蛋白FADD、DR5和Bax的表達,使凋亡抑制蛋白c-FLIP、Bcl-2和survivin表達水平減少,從而明顯提高TRAIL促癌細胞凋亡的能力。Zhao等[18]研究發(fā)現,在胃癌細胞株(SGC-7901和MGC-803)中聯(lián)合使用Periplocin和TRAIL比單獨使用Periplocin或TRAIL更能促進胃癌細胞的凋亡;Periplocin能在轉錄和翻譯水平上調DR4和DR5的表達,降低抗凋亡蛋白Mcl-1和Bcl-2的表達,并激活促凋亡蛋白Bid和caspase-3∕caspase-8,從而增強胃癌細胞對TRAIL的敏感性,表明Periplocin可以作為TRAIL的敏化劑,成為胃癌輔助治療的潛在策略。
2.3 大腸癌 大腸癌是最常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤,全世界每年大約新增患者100萬例,死亡患者約50萬例,其發(fā)病率及死亡率位居所有惡性腫瘤的第3位和第2位[1]。進展期大腸癌的治療方法除了外科手術,還有化療和放療,然而后2種治療方式因其非特異性的細胞毒性而存在許多不良反應,而且許多患者在治療后仍會復發(fā)。因此,尋找更多有效的替代方案來治療大腸癌至關重要[19]。近年來TRAIL因為“特異的殺死腫瘤細胞”的功能,成為了大腸癌治療的研究熱點。Wu等[20]發(fā)現,TRAIL能夠促進血小板凋亡,減少轉化生長因子(transforming growth factor,TGF)-β1的釋放,從而抑制大腸癌細胞的侵襲和轉移。然而,在臨床應用中大腸癌患者對TRAIL仍出現了較高的耐藥性,療效并不理想。Kim等[21]研究證實,非細胞毒性劑量的二烯丙基二硫(diallyl disulfide,DADS)可增強TRAIL介導的大腸癌細胞凋亡,DADS與TRAIL的協(xié)同效應是通過下調抗凋亡蛋白Bcl-2而實現的。另有研究顯示,在大腸癌細胞系(HT-29)中聯(lián)用Encorafenib和TRAIL后,Encorafenib能促進p53和p53蛋白上調凋亡調節(jié)劑(p53 upregulated modulator of apoptosis,PUMA)的表達,還能使DR5過表達,進而增強TRAIL誘導的大腸癌細胞凋亡[22]。Jo等[23]亦發(fā)現,活性氧調節(jié)劑1(reactive oxygen species modulator-1,Romo1)可通過調節(jié)活性氧(reactive oxygen species,ROS)的生成而參與細胞的增殖、衰老和死亡等過程,用TRAIL處理沉默大腸癌細胞系(HCT116、DLD-1、HCT8及SW480)的Romo1后,腫瘤細胞凋亡標志物caspase-8、caspase-9和caspase-3等明顯增加,從而促進了TRAIL介導的腫瘤細胞凋亡;該研究認為Romo1和TRAIL間作用機制為:Romo1被抑制后,線粒體功能發(fā)生障礙,使ROS生成增多,促凋亡蛋白Bax表達增加;抑制Romo1還引起內質網應激相關蛋白DNA損傷誘導轉錄物3(DNA damage-inducible transcript3,CHOP)的表達升高,從而促進腫瘤細胞凋亡。大腸癌中一些miRNAs也可能干預TRAIL誘導腫瘤細胞凋亡的過程。Lian等[24]發(fā)現,miR-128在大腸癌細胞系(HT29、SW480和SW620)及原發(fā)大腸癌組織中的表達水平下降,而在miR-128過表達的條件下,加入TRAIL后大腸癌細胞中ROS生成增多,而ROS可誘導DR5表達增加,從而促進TRAIL誘導大腸癌細胞的凋亡。
2.4 其他消化系統(tǒng)腫瘤 由于TRAIL對腫瘤細胞的選擇性毒性,使其不僅適用于上述消化系統(tǒng)腫瘤的治療,在肝癌、胰腺癌的治療方面也有相關研究。胰腺癌具有侵襲性生長模式的特點,早期就有發(fā)生侵襲和遠處轉移等風險。研究認為,單用TRAIL治療胰腺癌的療效不佳[25]。Dai等[26]發(fā)現,在胰腺癌細胞系(PANC-1和MIA PaCa-2)中聯(lián)用TRAIL與雷公藤(triptolide,TPL)后,產生的細胞自噬體的數量較單獨使用TRAIL增多,而且TRAIL與TPL聯(lián)用還能增加自噬標志物如自噬相關基因(autophagyrelated gene,ATG)的表達并抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)的表達,TPL通過下調TPL∕TRAIL通路中的上游基因Pumilio RNA結合蛋白家族成員1(Pumilio RNAbinding family member1,PUM1)表達,進而誘導胰腺癌的自噬,從而發(fā)揮對胰腺癌細胞的“殺死”作用。另外,對胰腺癌動物模型的研究發(fā)現,TRAIL與氯喹聯(lián)用可明顯抑制胰腺癌細胞增殖,并證實氯喹可通過抑制抗凋亡蛋白的表達而增強TRAIL誘導的胰腺癌細胞凋亡[27]。Nazim等[28]研究發(fā)現,在耐TRAIL的肝癌細胞株Huh7中,TRAIL與Luteolin聯(lián)用可使DR5表達上調,從而增強TRAIL誘導的肝癌細胞凋亡。Rasheduzzaman等[29]證 實,TRAIL與Cardiac glycoside聯(lián)用可下調肝癌細胞(Huh-7和HepG2)抗凋亡蛋白Bcl-2表達,增加促凋亡蛋白Cyt C的轉位和ROS的生成,從而增強肝癌細胞對TRAIL的敏感性。另外,有研究顯示,miR-21-3p在肝癌干細胞中過量表達,miR-21-3p可直接調節(jié)抑癌基因磷酸酶-張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homologue,PTEN)表達,抑制miR-21-3p可上調PTEN的表達水平并通過PI3K∕Akt∕Bad級聯(lián)反應,增強肝癌干細胞對TRAIL的敏感性[30]。此外,TRAIL因有維持免疫平衡和抑制免疫反應的功能,使其成為病毒性肝炎、脂肪肝等疾病的潛在治療策略[31]。
綜上所述,TRAIL因可促進“癌細胞選擇性凋亡”特性成為癌癥治療研究的熱點。目前,有關TRAIL在腫瘤治療中耐藥機制的研究多集中在其與caspase級聯(lián)反應相關的凋亡因子和TRAIL受體之間的關系上。耐藥機制研究多集中在其與激活caspase級聯(lián)反應和誘導癌細胞凋亡的關系上[32]。在胃癌、食管癌、結直腸癌治療的研究中,TRAIL可以通過聯(lián)用一些化合物來提高TRAIL死亡受體的活性,或者利用某些分子增加caspase級聯(lián)反應中的促凋亡蛋白表達能力或增強其對抗凋亡蛋白的抑制作用,從而提高TRAIL介導的促進腫瘤細胞凋亡的能力,但提升TRAIL敏感性的機制并不明確,而且關于其治療肝、膽、胰腺惡性腫瘤的研究偏少,有待后續(xù)研究的深入。