曾 笛 王志青 徐曉平 李 冉 吳保平

Peutz-Jeghers綜合征與信號通路

曾 笛 王志青 徐曉平 李 冉 吳保平

本文通過介紹Peutz-Jeghers綜合征（PJS）的臨床特征及其致病基因LKB1，著重闡述了m TOR、Wnt/βcatenin、Hedgehog信號通路與PJS的聯(lián)系，明確信號通路的改變在PJS致病過程中所起的重要作用；目前已有一些信號通路抑制劑投入臨床應(yīng)用。因此，對信號通路的深入研究對PJS的靶向性治療具有重要意義。

Peutz-Jeghers綜合征；LKB1；信號通路

Peutz-Jeghers綜合征（Peutz-Jeghers syndrome,PJS）是以多發(fā)性錯構(gòu)瘤樣胃腸道息肉和特定部位皮膚粘膜色素沉著為主要臨床表現(xiàn)，并具有高度腫瘤易感性的常染色體顯性遺傳性疾病，其臨床發(fā)病率約為1/50 000~1/200 000之間[1]。PJS患者10歲以前即可出現(xiàn)黑色素斑，而出現(xiàn)胃腸道癥狀及發(fā)現(xiàn)息肉的平均年齡在20歲左右，其主要胃腸道癥狀為胃腸道出血、梗阻、套疊、息肉惡變，且病情反復(fù)遷延[2]。目前主要治療手段為內(nèi)鏡下息肉切除和外科手術(shù)治療，但這些治療手段只能暫時解除患者的癥狀，并不能從病因上根治息肉的生長。PJS患者需要反復(fù)入院進(jìn)行息肉切除而息肉卻持續(xù)生長，直至息肉惡變的一個循環(huán)；這既耗費(fèi)了大量的財力和醫(yī)療資源，又不能使PJS患者的生活質(zhì)量得到明顯改善。細(xì)胞信號通路的異常通常是引起疾病發(fā)生的重要機(jī)制，隨著對PJS研究的深入，越來越多與PJS相關(guān)的細(xì)胞信號通路被發(fā)現(xiàn)。對這些細(xì)胞信號通路的研究有助于我們尋找更好的治療PJS的途徑，并進(jìn)一步從分子水平研究藥物對PJS的作用機(jī)制。本文簡介PJS的基本特征及致病基因，重點(diǎn)闡述了目前與PJS有關(guān)的信號通路的研究進(jìn)展。

一、PJS的基本特征及致病基因

PJS是一種常染色體顯性遺傳綜合征，PJS的早期臨床表現(xiàn)為口唇粘膜的皮膚色素沉著伴胃腸道多發(fā)息肉，后期PJS患者表現(xiàn)為多器官組織的癌變。PJS息肉散布于胃腸道的各個部位，其息肉的病理學(xué)特征為：過度增生的黏膜肌層伸展入固有肌層而形成樹枝樣分叉，含有較多的杯狀細(xì)胞，并分泌粘液，即息肉呈典型的錯構(gòu)瘤樣改變。近年研究表明，錯構(gòu)瘤本身可能演變?yōu)橄倭龊桶?，即存在著由錯構(gòu)瘤-腺瘤-腺癌的演變過程，也可能通過de novo的惡變途徑發(fā)生胃腸道及其它臟器的惡性腫瘤[1,3]。PJS患者發(fā)生良、惡性腫瘤的風(fēng)險明顯高于正常人群（HR 8.96），多數(shù)患者死于癌癥（67%）[4]。國外最新研究顯示，PJS患者首次被診斷出癌癥的平均年齡為45歲；其在40歲時累積患癌風(fēng)險為20%；70歲時累積患癌風(fēng)險則增加到76%，且女性患者患癌風(fēng)險高于男性（HR 20.40）[4]；其家族惡性腫瘤發(fā)病率也較普通人群高15倍[5]。

LKB1（Liver Kinase B1）/STK11基因是目前公認(rèn)的PJS的致病基因[6]，該基因定位于19pl3.3；整個基因跨度為23 kb，包括10個外顯子，其中9個為編碼區(qū)，編碼一種為60KD的含有433個氨基酸殘基的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其催化活性結(jié)構(gòu)域位于第49-309位氨基酸。LKB1作為一種抑癌基因，通過細(xì)胞信號通路傳導(dǎo)在細(xì)胞生長、蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞凋亡、自噬以及能量代謝的應(yīng)答調(diào)控等方面發(fā)揮重要作用[7]。LKB1基因的胚系突變是PJS的主要致病因素，也是易于罹患腫瘤的重要遺傳性基礎(chǔ)[8]。

二、PJS與信號通路

1.PJS與mTOR信號通路

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，由2 549個氨基酸組成，分子量為289 kDa，屬于PIKK家族（PtdIns3K-related）。m TOR信號通路是細(xì)胞啟動翻譯及細(xì)胞由G0/G1期進(jìn)入S期所必需的，是細(xì)胞合成和分解代謝的調(diào)節(jié)中心，與蛋白合成、細(xì)胞周期的調(diào)控密切相關(guān)[9]。目前研究認(rèn)為mTOR有兩種復(fù)合體存在于細(xì)胞中，即m TORC1與mTORC2；其中LKB1受細(xì)胞內(nèi)能量供應(yīng)、胞內(nèi)氧含量、營養(yǎng)因子及LKB1基因本身突變的影響來激活其下游的蛋白激酶（AMPactivated protein kinase，AMPK），使AMPK磷酸化，從而實現(xiàn)對m TORC1活性的負(fù)性調(diào)控[10]。激活后的mTORC1作用于其下游的兩個主要靶蛋白：p70核糖體蛋白S6激酶（p70 ribosomalprotein S6 kinases,p70S6K）和真核生物翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白-1（4E-binding protein-1,4EBP1），而這兩種蛋白正是蛋白翻譯的重要調(diào)控因子。

p70S6K是核糖體40S小亞基S6蛋白激酶，可以激活S6，而S6可以提高5′-TOR（5′-term inal oligopyrim idine tract）mRNA的翻譯效率和表達(dá)；該類mRNA的翻譯產(chǎn)物包括多種翻譯元件成分，如核糖體蛋白、延伸因子EF1α等[11]；mTOR在磷酸化后激活p70S6K，而p-p70S6K是核糖體40S小亞基易于結(jié)合翻譯復(fù)合體，同時增加含5′-TOR的mRNA的翻譯效率及其表達(dá)[12]，進(jìn)而促進(jìn)了細(xì)胞的增殖。4E-BP1通過和eIF-4E的mRNA帽結(jié)合亞單位的結(jié)合抑制翻譯起始。4E-BP1和eIF-4E的結(jié)合依賴于4E-BP1的磷酸化狀態(tài)，正常情況下4E-BP1主要是非磷酸化的狀態(tài)。當(dāng)被相關(guān)刺激因素激活后，4E-BP1被m TOR磷酸化，降低了與eIF-4E的結(jié)合親和力，使分離出來的eIF-4E能與eIF-4A/-4B/-4G結(jié)合形成多亞單位的eIF-4F復(fù)合物，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯的起始[11]。在二者的作用下，使得mTOR通路在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平時核糖體的形成及蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞的生長和增殖中起了重要作用。Corradetti等[13]人將LKB1基因轉(zhuǎn)染進(jìn)293T細(xì)胞及Hela細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)處理過的細(xì)胞明顯抑制m TOR、S6K、4E-BP1的磷酸化。PJS的病因就是LKB1基因發(fā)生突變，進(jìn)而導(dǎo)致LKB1所編碼的蛋白失活或者活性降低，即在PJS患者中LKB1/AMPK/m TOR信號通路會處于一個相對活化的狀態(tài)。Yalniz Z等[14]發(fā)現(xiàn)在PJS病人中LKB1基因的突變可明顯激活mTOR通路，使LKB1抑制細(xì)胞增殖的功能減弱。Am in等[15]則發(fā)現(xiàn)LKB1基因的突變通過激活mTOR，使HIF-1α（缺氧誘導(dǎo)因子-1α）表達(dá)增強(qiáng)，進(jìn)而使VEGF（血管內(nèi)皮生長因子）的分泌增加，促進(jìn)病變處血管的生成。Shackelford、Robinson等[16-17]在PJS小鼠模型中證實了mTOR介導(dǎo)了相關(guān)腫瘤的形成。以上研究均表明，m TOR信號通路的異?；罨赑JS的形成中扮演了重要的角色。

2.PJS與W nt/β-catenin通路

Wnt信號通路是生物在進(jìn)化過程中的一條極其保守的信號傳導(dǎo)通路，它在細(xì)胞的分化、增殖和凋亡等生理活動中，以及癌變、腫瘤侵襲等病理過程中均發(fā)揮了重要的調(diào)控作用[18-19]。經(jīng)典的WNT信號通路由β-鏈接素（β-catenin）、上皮鈣粘附蛋白（E-Cad）、周期素D1（cyclin-D1）、支架蛋白Axin（axisinhibition）、APC蛋白（adenomatouspolyposis coli）、和糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）等組成。W nt信號通路被激活時，胞內(nèi)Dsh蛋白活化，并抑制由β-catenin、Axin、APC蛋白、GSK-3β等形成的降解復(fù)合體中關(guān)鍵成分GSK-3β的活性，使得GSK-3β不能磷酸化β-catenin，進(jìn)而避免了泛素蛋白酶對β-catenin的識別和降解，促使其在細(xì)胞質(zhì)中逐漸積聚。當(dāng)β-catenin在胞漿內(nèi)積累到一定量時就開始向細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移，并與核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEFs結(jié)合形成復(fù)合體，進(jìn)而啟動通路下游基因產(chǎn)物表達(dá)（如：CyclinD1、c-myc等），并在細(xì)胞增殖、分化、凋亡及癌變過程中起重要作用[9]。當(dāng)Wnt信號通路失活時，β-catenin被蛋白酶降解，使得進(jìn)入核內(nèi)啟動轉(zhuǎn)錄因子的β-catenin減少，失去對細(xì)胞的正常調(diào)控[9,20]。Ossipova等[21]研究表明LKB1是影響W nt/β-catenin通路的關(guān)鍵分子，并證實LKB1雖不能直接引發(fā)wnt通路的激活，但可作為β-catenin的上游調(diào)控因子調(diào)控Wnt通路相關(guān)基因的表達(dá)，是經(jīng)典W nt通路激活的必需因子；而Jian SF等[22]在此基礎(chǔ)上則證實了LKB1還可以直接與APC結(jié)合來調(diào)節(jié)Wnt/ β-catenin通路。Ma Y等[23]發(fā)現(xiàn)了Wnt/β-catenin信號通路在PJS息肉中激活，并認(rèn)為該通路的激活與LKB1的表達(dá)及PJS息肉的惡變有密切關(guān)系。夏歐東等[24]則發(fā)現(xiàn)在PJS息肉中Axin的表達(dá)低于正常腸粘膜組織，而Axin正是W nt通路的負(fù)性調(diào)控因子之一，其表達(dá)也與β-catenin的細(xì)胞核累積呈負(fù)相關(guān)；Axin表達(dá)降低致其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡能力降低而導(dǎo)致胃癌發(fā)生，并與腫瘤的分期和淋巴轉(zhuǎn)移有關(guān)[25]。Nathalie Lin-Marq等[26]人則在PJS病人中發(fā)現(xiàn)了LKB1基因的突變體使得GSK-3β無法激活，進(jìn)而抑制wnt信號通路，也反映了PJS患者LKB1基因突變可以改變正常的Wnt/β-catenin通路從而致病。

3.PJS與Hedgehog信號通路

Hedgehog信號通路是胚胎期的重要信號通路之一，能夠有效調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、增殖、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、干細(xì)胞自我更新以及協(xié)調(diào)組織器官的正常發(fā)育[27]。在人體存在3個Hedgehog的同源基因，分別是sonic hedgehog（SHH）、desert hedgehog（DHH）和indian hedgehog（IHH），其中以SHH最為保守，也最為人們所關(guān)注[27]。Hedgehog信號通路的主要蛋白有：HH配體蛋白、跨膜蛋白受體Patched（PTCH）、跨膜蛋白Smoothened（SMO），以及下游轉(zhuǎn)錄因子GLI（GLI1、GLI2、GLI3）[27]。HH通路激活有兩種激活方式:配體依賴性和非配體依賴性。配體依賴性激活方式為SHH過度表達(dá)，作用于PTCH后解除對Smo的抑制，被激活的Smo使已活化的HH通路下游轉(zhuǎn)錄因子GLI蛋白水解被抑制，GLI以全長形式進(jìn)入細(xì)胞核，同時通過5個鋅指結(jié)構(gòu)域結(jié)合到靶基因的一段保守序列5′-TGG GTGGTC-3′上從而激活HH信號通路下游靶基因。非配體依賴性激活途徑因細(xì)胞膜受體PTCH發(fā)生基因突變致使相關(guān)功能缺失或細(xì)胞膜受體SMO發(fā)生功能獲得性基因突變，引發(fā)細(xì)胞一系列的功能改變，導(dǎo)致通路激活。而激活的通路抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞增殖。目前已在胃癌、食管癌、胰腺癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌中發(fā)現(xiàn)了HH信號通路配體的異常激活[28]。結(jié)腸干細(xì)胞在結(jié)腸上皮隱窩底部不斷進(jìn)行不對稱分裂增殖，Hedgehog信號通路作為調(diào)節(jié)干細(xì)胞自我更新和調(diào)控上皮范圍內(nèi)細(xì)胞分化的重要通路之一，在組織的損傷和修復(fù)中發(fā)揮著啟動正常干細(xì)胞自我更新的功能，而過渡的激活或是長久的興奮卻可能誘使正常干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成癌細(xì)胞，導(dǎo)致癌的發(fā)生[29]。蘇娟等[30]發(fā)現(xiàn)SHH蛋白及GLI1蛋白在PJS息肉中的表達(dá)量明顯高于正常腸粘膜組織，提示SHH/GLI1信號通路可能與PJS息肉的發(fā)生及惡變有關(guān)。Zhuang Z[31]等則通過體內(nèi)、體外實驗證實在靜默LKB1基因后，SMO、SHH和GLI1的表達(dá)明顯上升，提示LKB1是SMO下游的一個環(huán)節(jié)，而且LKB1可通過HH信號通路來抑制一些腫瘤的形成。

三、信號通路抑制劑可能成為PJS的靶向治療手段

PJS的發(fā)生、發(fā)展是一個十分復(fù)雜的過程，目前對它致病形成的認(rèn)知仍有局限性。其治療上的一個特點(diǎn)就是通過各種醫(yī)療手段切除息肉，但息肉卻無限制的反復(fù)生長；因此，對PJS的預(yù)防性干預(yù)將會是該病的治療趨勢。細(xì)胞信號通路屬于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控過程，其可通過存在的各種信號通路相互聯(lián)系、相互協(xié)同、相互抑制，并受其他細(xì)胞刺激等因素的調(diào)節(jié)；隨著對信號通路研究的不斷深入，也發(fā)現(xiàn)了PJS病變可引起多條信號通路的改變，這也為治療PJS提供了一個新的解決途徑：應(yīng)用通路抑制劑來治療PJS。WeiC等[32]發(fā)現(xiàn)mTOR抑制劑-雷帕霉素治療LKB1基因突變的小鼠時可顯著療效減少腸道錯構(gòu)瘤樣息肉的發(fā)生。Robinson J等[17]則發(fā)現(xiàn)對LKB1（+/-）小鼠予以雷帕霉素后，小鼠腸道息肉的腫瘤血管化水平有明顯降低。這些研究均證明雷帕霉素對抑制PJS息肉發(fā)生發(fā)展具有靶向作用，盡管目前雷帕霉素有引起類糖尿病癥狀等副作用[33]，但這類藥物為PJS的靶向治療帶來了希望。而HH通路抑制劑Vismodegib已經(jīng)通過美國FDA批準(zhǔn)用于高級基底細(xì)胞癌[34]。隨著對細(xì)胞信號通路在PJS致病原因中的不斷探索及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的持續(xù)發(fā)展，將會出現(xiàn)更多與PJS致病的有關(guān)信號通路的抑制劑，并作為分子靶向藥物應(yīng)用于臨床。

1 Latchford AR,Phillips RK.Gastrointestinal polyps and cancer in Peutz-Jeghers syndrome:clinical aspects.Fam Cancer,2011,10(3): 455-461.

2 van LierMG,Mathus-Vliegen EM,van Leerdam ME,etal.Quality of life and psychological distress in patients w ith Peutz-Jeghers syndrome.Clin Genet,2010,78(3):219-226.

3 Banno K,Kisu I,Yanokura M,et al.Hereditary gynecological tumorsassociated w ith Peutz-Jegherssyndrome(Review).Oncol Lett, 2013,6(5):1184-1188.

4 van LierMG,Westerman AM,Wagner A,etal.High cancer risk and increased mortality in patients w ith Peutz-Jeghers syndrome.Gut, 2011,60(2):141-147.

5 Giardiello FM,Brensinger JD,Tersmette AC,etal.Very high risk of cancer in familial Peutz-Jeghers syndrome.Gastroenterology, 2000,119(6):1447-1453.

6 HemminkiA1,Markie D,Tom linson I,etal.A serine/threonine kinase gene defective in Peutz-Jeghers syndrome.Nature,1998,391 (6663):184-187.

7 Zhao RX,Xu ZX.Targeting the LKB1 tumor suppressor.Curr Drug Targets,2014,15(1):32-52.

8 Wang Z,Wu B,Mosig RA.etal.STK11 domain XImutations:candidate genetic drivers leading to the development of dysplastic polyps in Peutz-Jeghers syndrome.Hum Mutat,2014,35(7):851-858.

9 Shaw RJ.LKB1 and AMP-activated protein kinase controlofm TOR signalling and grow th.Acta Physiol(Oxf),2009,196(1):65-80.

10 Sabatini DM.m TOR and cancer:insights into a complex relationship.NatRev Cancer,2006,6(9):729-34.

11 Liu LP,Cash TP,Jones RG,et al.Hypoxia-induced energy stress regulatesmRNA translation and cell grow th.Mol Cell,2006,21(4): 521-531.

12 Ishizuka Y,Kakiya N,W itters LA etal.AMP-activated protein kinase counteracts brain-derived neurotrophic factor-induced mammalian targetof rapamycin complex 1 signaling in neurons.JNeurochem,2013,127(1):66-77.

13 CorradettiMN,Inoki K,Bardeesy N,et al.Regulation of the TSC pathway by LKB1:evidence of amolecular link between tuberous sclerosiscomplex and Peutz-Jegherssyndrome.GenesDev,2004,18 (13):1533-1538.

14 Yalniz Z,Tigli H,Tigli H,et al.Novelmutations and role of the LKB1 gene as a tumor suppressor in renal cell carcinoma.Tumour Biol,2014,35(12):12361-12368.

15 Amin RM,Hiroshima K,Miyagi Y,et al.Role of the PI3K/Akt, m TOR,and STK11/LKB1 pathways in the tumorigenesisof sclerosing hemangioma of the lung.Pathol Int,2008,58(1):38-44.

16 Shackelford DB,Vasquez DS,Corbeil J,etal.mTOR and HIF-1alpha-mediated tumor metabolism inan LKB1 mouse model of Peutz-Jeghers syndrome.Proc Natl Acad Sci USA,2009,106(27): 11137-11142.

17 Robinson J,Lai C,M artin A,et al.Oral rapamycin reduces tumour burden and vascularization in Lkb1(+/-)mice.JPathol,2009,219 (1):35-40.

18 MacDonald BT,TamaiK,He X.Wnt/beta-catenin signaling:components,mechanisms,and diseases.Dev Cell,2009,17(1):9-26.

19 Fodde R,Brabletz T.Wnt/βcatenin signaling in cancerstemnessand malignantbehavior.CurrOpin CellBiol,2007,19(2):150-158.

20 M arkow ska A,Pawa?ow ska M,Lubin J,etal.Signalling pathways in endometrial cancer.Contemp Oncol(Pozn),2014,18(3):143-148.

21 OssipovaO,Bardeesy N,DePinho RA,etal.LKB1(XEEK 1)regulates Wnt signalling in vertebrate development.Nat Cell Biol, 2003,5(10):889-894.

22 Jian SF,Hsiao CC,Chen SY,etal.Utilization of liquid chromatography mass spectrometry analyses to identify LKB1-APC interaction inmodulatingW nt/β-catenin pathway of lung cancer cells.M ol CancerRes,2014,12(4):622-535.

23 M a Y,Zhang G,Fu X,et al.W nt signaling may be activated in a subset of Peutz-Jeghers syndrome polyps closely correlating to LKB1 expression.Oncol Rep,2010,23(6):1569-1576.

24夏歐東,馬婭梅,吳保平.黑斑息肉綜合征中Axin表達(dá)研究.解放軍醫(yī)學(xué)雜志,2008,33(6):692-694.

25鄭亞民,李非,董承偉,等.胃癌組織Axin蛋白的表達(dá)與侵襲轉(zhuǎn)移的相關(guān)性.世界華人消化雜志,2006,14(8):763-766.

26 Lin-Marq N1,Borel C,Antonarakis SE.Peutz-Jeghers LKB1 mutants fail to activate GSK-3β,preventing it from inhibiting Wnt signaling.MolGen Genomics,2005,273(2):184-196.

27 Yao E,Chuang PT.Hedgehog signaling:From basic research to clinical applications.JFormos Med Assoc,2015.pii:S0929-6646 (15)00034-0.doi:10.1016/j.jfma.2015.01.005

28 Rubin LL,de Sauvage FJ.Targeting the Hedgehog pathway in cancer.NatRev Drug Discov,2006,5(12):1026-1033.

29 Beachy PA,Karhadkar SS,Berman DM.Tissue repairand stem cell renewal in carcinogenesis.Nature,2004,432(7015):324-331.

30蘇娟,吳保平,徐曉平,等.Hedgehog信號通路中SHH蛋白及其下游轉(zhuǎn)錄因子GLI1在Peutz-Jeghers綜合征的表達(dá)及意義.第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報,2011,32(12):1306-1309.

31 Zhuang Z,Wang K,Cheng X,etal.LKB1 inhibitsbreastcancer partially through repressing the Hedgehog signaling pathway.PLoS One,2013,8(7):e67431.

32 Wei C,AmosweiCI,Zhang N,et al.Chemopreventive efficacy of rapamycin onPeutz-Jeghers syndrome in a mouse model.Cancer Lett,2009,277(2):149-154.

33 Lamming DW,Ye L,Katajisto P,etal..Rapamycin-induced insulin resistance is mediated by mTORC2 loss and uncoupled from longevity.Science,2012,335(6076):1638-1643.

34 Guha M.Hedgehog inhibitor gets landmark skin cancer approval，but questions remain for w ider potential.Nat Rev Drug Discov, 2012,11(4):257-258.

2015-01-12）

（本文編輯：肖冰）

10.3969/j.issn.1672-2159.2015.01.034

510515南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院消化內(nèi)科

吳保平，E-mail：bpwu@263.net

廣東省科技計劃項目（2013B021800144）