孫妮娜,韓 川,2,倪 陣,3,時永全*

(1空軍軍醫(yī)大學西京消化病醫(yī)院腫瘤生物學國家重點實驗室,西安 710032;2火箭軍峨眉療養(yǎng)院消化內科;3中國人民解放軍西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院消化內科;*通訊作者,E-mail:shiyquan@fmmu.edu.cn)

結直腸癌是常見的消化道腫瘤之一,資料顯示,全球結直腸癌的發(fā)病率位居惡性腫瘤第3位,死亡率位居第2位[1]。結直腸癌發(fā)病的地域分布差異較大,其中發(fā)達地區(qū)發(fā)病率較高。我國是結直腸癌的低發(fā)區(qū),但發(fā)病率呈逐年上升趨勢,居惡性腫瘤第3位,死亡率位居惡性腫瘤第5位[2]。5年相對生存率僅為11.60%,已嚴重威脅人類的健康[3]。

性別決定區(qū)Y框蛋白2(SRY-related HMG box-2,SOX2)作為胃特異性轉錄因子,與胃黏膜的發(fā)育分化及表型維持相關。SOX2主要在正常食管及胃上皮中表達,而在正常結腸組織中不表達。近年來,SOX2在包括結直腸癌在內的各種人類惡性腫瘤中的異常表達已被證實。尾側型同源轉錄因子2(caudal type homeobox transcription factor-2,CDX2)是正常腸上皮的特異性標記,在腸道上皮細胞的發(fā)育分化及表型維持中起著重要的作用。肝細胞核因子(hepatocyte nuclear factor,HNF)4α是核受體超家族的成員,主要在肝臟、腸、胰腺和腎臟中表達。SOX2和CDX2之間可能具有一定的負相關性,在胃腸道分化發(fā)育的過程中起相反的作用[4,5]。HNF4α能夠誘導食管柱狀上皮的產生,可能是誘導柱狀上皮化生的關鍵基因[6]。同時HNF4α能夠直接調控CDX2的表達從而啟動腸道的發(fā)育。SOX2、CDX2、HNF4α在結腸癌中均存在異常表達,且三者之間存在一定的相關性,可能與結腸癌的發(fā)生發(fā)展、轉移及預后等密切相關,但SOX2、CDX2和HNF4α與結腸癌的分子機制還不十分清楚,現(xiàn)就SOX2、CDX2、HNF4α與結腸癌的研究進展綜述如下。

1 SOX2與結直腸癌

SOX基因是具有高遷移率族蛋白(high mobility group protein,HMG)結合區(qū)域的一類轉錄因子家族[7]。哺乳動物睪丸決定因子Y染色體性別決定區(qū)(sex determining region of Y-chromosome,SRY)基因是Y染色體上的基因片斷,含有HMG結構。SOX蛋白是指與SRY基因的HMG結構高度相似的氨基酸。SOX2是SOX基因家族的重要成員,與組織器官的形成發(fā)展及細胞命運相關,是誘導干細胞的關鍵轉錄因子,也是維持干細胞特性的重要基因,具有干細胞多向分化調控的特性,參與性別決定、骨組織的發(fā)育、血細胞生成等多種早期胚胎發(fā)育過程。除此之外,其與腫瘤相關性的研究已在實驗及臨床研究中被廣泛開展。多項研究報道結直腸癌組織中存在SOX2的異常表達[8-17],并且可以通過mTOR信號傳導途徑、Rho-ROCK信號通路調節(jié)等參與結直腸癌的進展過程[15,18]。

SOX基因家族參與了結腸上皮細胞的增殖,已經證實,正常成人結腸黏膜組織中無SOX2的表達,但許多研究發(fā)現(xiàn)結直腸癌組織中存在SOX2異常表達。Talebi等[12]對20名結腸癌術后的組織學標本進行免疫組化染色后認為,有淋巴結轉移者的結腸癌患者中SOX2的染色強度顯著強于無淋巴結轉移者。Han等[11]對44例結直腸癌患者的免疫組織化學染色(immunohistochemistry,IHC)結果表明,SOX2的表達水平與結腸癌淋巴結轉移以及遠處轉移有顯著關系,即在伴隨淋巴轉移和遠處轉移的結腸癌患者中SOX2的表達顯著高于沒有淋巴結轉移和遠處轉移的患者,這與Zheng等[15]的研究結果一致,同時Han等[11]還發(fā)現(xiàn)缺乏SOX2的表達與T分期顯著相關,在T1-T2期的結直腸癌組織中未見明顯表達,而在T3-T4的結直腸癌組織中SOX2的表達明顯升高。Lundberg等[13]采用免疫組織化學方法研究了441例結直腸癌(colonrectal cancer,CRC)患者中SOX2的表達,認為SOX2的表達水平還與臨床TNM分期和分化程度顯著相關,隨著TNM分期的逐級進展SOX2的表達也逐漸增加,另外,在中-低分化的結直腸癌患者中SOX2的表達明顯高于高-中分化程度者。袁杭[9]選取了88例結直腸癌組織標本進行免疫組化染色,結果顯示SOX2的表達與結直腸癌患者的TNM分期、轉移(淋巴結轉移和/或遠處轉移)均呈正相關。Lundberg等[13]還認為性別與SOX2的表達具有相關性,且女性患者中SOX2的表達顯著高于男性患者。

Takeda等[16]采用qRT-PCR技術檢測了130例結直腸癌患者(Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ期:17/38/51/24)中SOX2 mRNA的表達,Kaplan-Meier生存曲線顯示,SOX2 mRNA高表達與結直腸癌患者預后不良有關,多因素分析表明SOX2 mRNA高表達是無復發(fā)生存率(recurrence free survival,RFS)的獨立預后因素。Zheng等[15]認為SOX2高表達組患者術后生存率低于SOX2低表達組的患者。因此,結直腸癌中SOX2的表達水平與患者不良預后有關,提示SOX2可以作為預測結腸癌轉移和預后情況的一個生物學指標。共有2篇文獻支持這種觀點[12,13]。

SOX2為胃特異性轉錄因子,在消化道器官早期發(fā)育和腫瘤的發(fā)生過程中起著十分重要的作用。上述研究表明,SOX2在分化程度差、伴有淋巴結和遠處轉移的結直腸癌組織中明顯表達,說明SOX2可能通過調控某些信號通路促進結直腸癌細胞的增殖、侵襲和遷移過程,同時SOX2的過表達可以促進細胞向惡性表型轉化,在結直腸癌的發(fā)生發(fā)展過程中起著促癌的作用,但這還需要進一步研究證實。另外,SOX2高表達與結直腸癌患者預后較差相關,提示SOX2是可以作為判斷結直腸癌患者預后的一個重要指標,可能作為結直腸癌治療的新靶點。

2 CDX2與結直腸癌

CDX2是尾型同源盒基因家族成員之一,基因全長22-23 kb,位于染色體的13q12-13,由3個外顯子和2個內含子構成。主要通過介導Hox基因的表達維持腸上皮細胞的正常形態(tài)。在人類,從胚胎發(fā)育的第6周開始就可檢測出CDX2表達,其通過轉錄因子的形式調節(jié)DNA表達,參與腸上皮細胞發(fā)育過程中多個步驟的調節(jié),包括細胞增殖、分化、黏附、遷移以及癌變,尤其是在早期腸分化過程中起重要作用。但CDX2表達僅局限于腸道上皮細胞,否則就提示腫瘤有向腸型分化的趨勢[19]。同時,CDX2在維持腸上皮細胞分化的穩(wěn)定性上承擔十分重要的角色,CDX2基因缺失或表達受阻將導致腸上皮進一步分化,即由腸型上皮細胞替代鱗狀上皮細胞,從而出現(xiàn)癌變[20]。在結直腸中CDX2基因起腫瘤抑制作用,但具體機制目前尚不清楚。不過,有文獻報道,CDX2過表達的慢病毒載體在體外可以抑制人結直腸癌細胞增殖[21]。另外,CDX2可能通過激活GSK-3β和Axin 2的表達而抑制Wnt/β-catenin信號轉導途徑,從而抑制結腸癌細胞的增殖和腫瘤形成[22]。

CDX2在正常結腸直腸上皮中以高水平表達,但在結直腸癌(CRC)患者中可以看到其表達減少或喪失。Zhang等[23]應用免疫組化方法檢測了145例轉移性CRC患者(66例CDX2陰性患者和79例CDX2陽性患者),結果顯示CDX2表達與腫瘤分化程度,腫瘤TNM分期和淋巴結轉移呈負相關,即在低、未分化的結直癌中的表達低于高中分化的結直腸癌;有淋巴結轉移的結直癌中的表達低于無淋巴結轉移的結直腸癌;在Ⅲ+Ⅳ期的表達明顯低于Ⅰ+Ⅱ期,而與年齡、性別或腫瘤的位置和大小無關。共4篇文獻支持這種觀點[17,24-26]。同時,Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)CDX2陰性轉移性結直腸癌患者在女性中明顯多見。有2篇文獻認為CDX2在侵及肌層的表達低于未侵及肌層的結直癌中的表達[25,27]。4篇文獻認為CDX2在結直腸癌中的表達與腫瘤的定位有關,在右側結直腸癌中的表達明顯低于左側結腸癌和直腸[17,25,28,29]。Dawson等[25]應用免疫組化方法檢測220例原發(fā)性結直腸癌患者中CDX2的表達,認為隨著腫瘤原發(fā)灶的不斷擴大,其CDX2的表達水平逐漸降低。Bae等[24]通過免疫組織化學方法評估了713例CRC患者中CDX2的表達,認為CDX2表達降低與組織學分型相關,且在蕈傘型中的表達明顯高于潰瘍型。Dawson等[27]選取了201例原發(fā)性結直腸癌組織切片進行免疫組織化學檢查,CDX2表達降低與神經周圍浸潤顯著相關。

大量研究結果表明,CDX2的表達下降與CRC患者預后不良有關[17,23,24,26,27,29-36]。

目前,多數(shù)研究結果均支持CDX2是一種抑癌基因,在大部分結直腸癌組織中都會出現(xiàn)CDX2的表達下調或者缺失,而正常結直腸上皮細胞的分化功能障礙和腫瘤細胞的異常增殖都與CDX2的表達降低有關,提示CDX2在結直腸癌的發(fā)生、發(fā)展、轉移等過程中起著重要作用,同時也是判斷結直腸癌惡性程度、自然病程和預后的評估指標。

3 HNF4α與結直腸癌

肝細胞核因子(HNF)4α屬于細胞核受體超家族成員,在分化成熟的肝細胞中高表達。HNF4α在轉錄水平上調控肝臟特異基因的表達,促進肝細胞的發(fā)育和分化,參與肝細胞極性的建立和維持,增強肝臟的合成、代謝以及解毒功能。HNF4α有9種同源異構體,HNF4α 1-6由P1啟動子驅動,HNF4α 7-9由P2啟動子驅動,P1和P2啟動子驅動的HNF4α分布不同。P1-HNF4α在小腸、結腸、肝細胞、腎和附睪中表達,而P2-HNF4α在胃、小腸、結腸、膽管、胰腺和附睪中表達[37]。

近來關于HNF4α在結直腸癌中表達的研究結果是相互矛盾的,有文獻提出HNF4α在結腸直腸癌中下調并表現(xiàn)出腫瘤抑制功能,可能通過Wnt/β-catenin信號通路促進EMT并影響細胞凋亡和細胞周期進程,從而在結腸癌加重過程中起關鍵作用[38]。Saandi等[39]認為CDX2是結腸發(fā)育和內穩(wěn)態(tài)的重要調節(jié)劑,其在結腸直腸癌中下調并表現(xiàn)出腫瘤抑制功能。HNF4α和CDX2在人CRC和小鼠腸道腫瘤模型中表現(xiàn)出類似的改變模式。在小鼠結腸中敲除成體腸中的HNF4α基因,用siRNA敲低人結腸癌細胞中的HNF4α后,CDX2的表達均明顯降低。最后,用致癌劑氧化偶氮甲烷(azoxymethane,AOM)處理敲除HNF4α后CDX2表達減少的小鼠,發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比,其較早發(fā)展為結腸直腸腫瘤,表明與CDX2相似,HNF4α在結腸中發(fā)揮腫瘤抑制功能。而另有研究報道HNF4α與結直腸腫瘤的發(fā)生密切相關,Schwartz等[40]通過評估HNF4α拮抗劑和HNF4α siRNA對小鼠體內培養(yǎng)的結直腸癌細胞和異種移植裸鼠中結直腸癌生長和增殖的影響,驗證了HNF4α的表達對于結直腸癌細胞的存活至關重要,并能促進小鼠腸道息肉病的發(fā)生[41]。

但目前更傾向的研究內容是關于HNF4α在結直腸癌中的二分作用,即P1-HNF4α和P2-HNF4α在結直腸癌中可能發(fā)揮著不同的作用。Oshima等[42]應用免疫組化方法檢測HNF4α在63例結直腸癌患者標本中的表達情況,發(fā)現(xiàn)在37例(59%)、63例(100%)結直腸癌患者中分別觀察到P1和P2陽性表達。HNF4α表達下降與腫瘤的浸潤深度、臨床分期、肝轉移相關:Dukes’C和D腫瘤中P1陽性表達顯著低于Dukes’A和B腫瘤患者;P1表達缺失與異時性肝轉移之間存在相關性,原發(fā)性結直腸癌中異時性肝轉移患者P1的陽性表達明顯低于無肝轉移者;關于臨床分期方面,在T2、T3、T4期患者中分別觀察到86%(6/7),62%(24/39),41%(7/17)的P1-HNF4α陽性表達,并且T2和T4期之間存在顯著差異。Yao等[38]選取結腸炎標本10例,低度上皮內瘤變14例,高度上皮內瘤變組織11例和89個原發(fā)性結腸癌標本和配對的相鄰非癌性結腸黏膜組織中進行IHC分析,結果顯示,HNF4α的陽性表達率分別為100%,85.71%,72.73%,41.57%,在結腸癌中的表達率明顯低于其相鄰非癌性結腸黏膜組織。P1-HNF4α和P2-HNF4α的表達與結腸癌患者的pT分型、淋巴結轉移、遠處轉移和臨床分期有關,與分化程度、年齡、性別、組織學分型無關。P1-HNF4α隨著臨床分期和T分期的逐級遞增其表達逐漸降低,在淋巴結轉移組和遠處轉移組的表達水平也明顯低于無淋巴結轉移組和無遠處轉移組。而P2-HNF4α隨著臨床分期和T分期的逐級遞增其表達逐漸升高,但是在伴有遠處轉移組和淋巴結轉移組的表達水平明顯高于無淋巴結轉移組和無遠處轉移組。

Oshima等[42]分析了34例在原發(fā)性CRC切除時沒有肝轉移患者的存活率,其中原發(fā)性結直腸癌P1-HNF4α染色陽性21例,陰性13例,發(fā)現(xiàn)無肝轉移的P1陰性患者的生存率往往比P1陽性患者差。Yao等[38]認為,與HNF4α高表達患者相比,低表達患者3年無進展生存期和總生存期較差。HNF4α低表達是3年無進展生存期(progression free survival,PFS)的獨立預后因素。

研究發(fā)現(xiàn)[43-45],P1-HNF4α與CDX2相似,在結腸直腸腫瘤中的表達水平顯著下調,而P2-HNF4α的表達水平未見顯著變化,提示P1-HNF4α和P2-HNF4α可能在結直腸癌的發(fā)生過程中發(fā)揮著不同的功能。另外,P1-HNF4α主要在人結腸隱窩的上半部分分化區(qū)中表達,而P2-HNF4α主要在下半部分增殖區(qū)中表達。這些資料表明P1-HNF4α可能和CDX2的作用類似,扮演著抑癌的角色,能夠調節(jié)結直腸細胞的代謝和分化等相關基因,而兩者的異常表達可以引起結直腸癌細胞代謝、分化功能障礙,而P2-HNF4α基因主要與細胞異常增殖相關,可以促進結直腸癌細胞的存活和進展。

4 小結

SOX2、CDX2和HNF4α不僅與結腸癌的發(fā)生、發(fā)展、轉移有一定關系,而且與許多常見的腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉移都存在密切的聯(lián)系。然而其與腫瘤的發(fā)生機制以及與其他已知的促癌基因、信號傳導通路之間的關系均不清楚。因此需要更深入全面的研究,我們期待隨著這幾個分子在結腸癌中的進一步研究能為腫瘤的早期診斷、指導臨床治療以及判斷預后提供新的方向。