Peutz-Jeghers综合征与信号通路

曾 笛 王志青 徐晓平 李 冉 吴保平

Peutz-Jeghers综合征与信号通路

曾 笛 王志青 徐晓平 李 冉 吴保平

本文通过介绍Peutz-Jeghers综合征（PJS）的临床特征及其致病基因LKB1，着重阐述了m TOR、Wnt/βcatenin、Hedgehog信号通路与PJS的联系，明确信号通路的改变在PJS致病过程中所起的重要作用；目前已有一些信号通路抑制剂投入临床应用。因此，对信号通路的深入研究对PJS的靶向性治疗具有重要意义。

Peutz-Jeghers综合征；LKB1；信号通路

Peutz-Jeghers综合征（Peutz-Jeghers syndrome,PJS）是以多发性错构瘤样胃肠道息肉和特定部位皮肤粘膜色素沉着为主要临床表现，并具有高度肿瘤易感性的常染色体显性遗传性疾病，其临床发病率约为1/50 000~1/200 000之间[1]。PJS患者10岁以前即可出现黑色素斑，而出现胃肠道症状及发现息肉的平均年龄在20岁左右，其主要胃肠道症状为胃肠道出血、梗阻、套叠、息肉恶变，且病情反复迁延[2]。目前主要治疗手段为内镜下息肉切除和外科手术治疗，但这些治疗手段只能暂时解除患者的症状，并不能从病因上根治息肉的生长。PJS患者需要反复入院进行息肉切除而息肉却持续生长，直至息肉恶变的一个循环；这既耗费了大量的财力和医疗资源，又不能使PJS患者的生活质量得到明显改善。细胞信号通路的异常通常是引起疾病发生的重要机制，随着对PJS研究的深入，越来越多与PJS相关的细胞信号通路被发现。对这些细胞信号通路的研究有助于我们寻找更好的治疗PJS的途径，并进一步从分子水平研究药物对PJS的作用机制。本文简介PJS的基本特征及致病基因，重点阐述了目前与PJS有关的信号通路的研究进展。

一、PJS的基本特征及致病基因

PJS是一种常染色体显性遗传综合征，PJS的早期临床表现为口唇粘膜的皮肤色素沉着伴胃肠道多发息肉，后期PJS患者表现为多器官组织的癌变。PJS息肉散布于胃肠道的各个部位，其息肉的病理学特征为：过度增生的黏膜肌层伸展入固有肌层而形成树枝样分叉，含有较多的杯状细胞，并分泌粘液，即息肉呈典型的错构瘤样改变。近年研究表明，错构瘤本身可能演变为腺瘤和癌，即存在着由错构瘤-腺瘤-腺癌的演变过程，也可能通过de novo的恶变途径发生胃肠道及其它脏器的恶性肿瘤[1,3]。PJS患者发生良、恶性肿瘤的风险明显高于正常人群（HR 8.96），多数患者死于癌症（67%）[4]。国外最新研究显示，PJS患者首次被诊断出癌症的平均年龄为45岁；其在40岁时累积患癌风险为20%；70岁时累积患癌风险则增加到76%，且女性患者患癌风险高于男性（HR 20.40）[4]；其家族恶性肿瘤发病率也较普通人群高15倍[5]。

LKB1（Liver Kinase B1）/STK11基因是目前公认的PJS的致病基因[6]，该基因定位于19pl3.3；整个基因跨度为23 kb，包括10个外显子，其中9个为编码区，编码一种为60KD的含有433个氨基酸残基的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其催化活性结构域位于第49-309位氨基酸。LKB1作为一种抑癌基因，通过细胞信号通路传导在细胞生长、蛋白质合成、细胞凋亡、自噬以及能量代谢的应答调控等方面发挥重要作用[7]。LKB1基因的胚系突变是PJS的主要致病因素，也是易于罹患肿瘤的重要遗传性基础[8]。

二、PJS与信号通路

1.PJS与mTOR信号通路

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，由2 549个氨基酸组成，分子量为289 kDa，属于PIKK家族（PtdIns3K-related）。m TOR信号通路是细胞启动翻译及细胞由G0/G1期进入S期所必需的，是细胞合成和分解代谢的调节中心，与蛋白合成、细胞周期的调控密切相关[9]。目前研究认为mTOR有两种复合体存在于细胞中，即m TORC1与mTORC2；其中LKB1受细胞内能量供应、胞内氧含量、营养因子及LKB1基因本身突变的影响来激活其下游的蛋白激酶（AMPactivated protein kinase，AMPK），使AMPK磷酸化，从而实现对m TORC1活性的负性调控[10]。激活后的mTORC1作用于其下游的两个主要靶蛋白：p70核糖体蛋白S6激酶（p70 ribosomalprotein S6 kinases,p70S6K）和真核生物翻译起始因子4E结合蛋白-1（4E-binding protein-1,4EBP1），而这两种蛋白正是蛋白翻译的重要调控因子。

p70S6K是核糖体40S小亚基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的翻译效率和表达；该类mRNA的翻译产物包括多种翻译元件成分，如核糖体蛋白、延伸因子EF1α等[11]；mTOR在磷酸化后激活p70S6K，而p-p70S6K是核糖体40S小亚基易于结合翻译复合体，同时增加含5′-TOR的mRNA的翻译效率及其表达[12]，进而促进了细胞的增殖。4E-BP1通过和eIF-4E的mRNA帽结合亚单位的结合抑制翻译起始。4E-BP1和eIF-4E的结合依赖于4E-BP1的磷酸化状态，正常情况下4E-BP1主要是非磷酸化的状态。当被相关刺激因素激活后，4E-BP1被m TOR磷酸化，降低了与eIF-4E的结合亲和力，使分离出来的eIF-4E能与eIF-4A/-4B/-4G结合形成多亚单位的eIF-4F复合物，从而导致蛋白质翻译的起始[11]。在二者的作用下，使得mTOR通路在调节转录水平、翻译水平时核糖体的形成及蛋白质的合成、细胞的生长和增殖中起了重要作用。Corradetti等[13]人将LKB1基因转染进293T细胞及Hela细胞后发现，经处理过的细胞明显抑制m TOR、S6K、4E-BP1的磷酸化。PJS的病因就是LKB1基因发生突变，进而导致LKB1所编码的蛋白失活或者活性降低，即在PJS患者中LKB1/AMPK/m TOR信号通路会处于一个相对活化的状态。Yalniz Z等[14]发现在PJS病人中LKB1基因的突变可明显激活mTOR通路，使LKB1抑制细胞增殖的功能减弱。Am in等[15]则发现LKB1基因的突变通过激活mTOR，使HIF-1α（缺氧诱导因子-1α）表达增强，进而使VEGF（血管内皮生长因子）的分泌增加，促进病变处血管的生成。Shackelford、Robinson等[16-17]在PJS小鼠模型中证实了mTOR介导了相关肿瘤的形成。以上研究均表明，m TOR信号通路的异常活化在PJS的形成中扮演了重要的角色。

2.PJS与W nt/β-catenin通路

Wnt信号通路是生物在进化过程中的一条极其保守的信号传导通路，它在细胞的分化、增殖和凋亡等生理活动中，以及癌变、肿瘤侵袭等病理过程中均发挥了重要的调控作用[18-19]。经典的WNT信号通路由β-链接素（β-catenin）、上皮钙粘附蛋白（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）等组成。W nt信号通路被激活时，胞内Dsh蛋白活化，并抑制由β-catenin、Axin、APC蛋白、GSK-3β等形成的降解复合体中关键成分GSK-3β的活性，使得GSK-3β不能磷酸化β-catenin，进而避免了泛素蛋白酶对β-catenin的识别和降解，促使其在细胞质中逐渐积聚。当β-catenin在胞浆内积累到一定量时就开始向细胞核内转移，并与核内转录因子TCF/LEFs结合形成复合体，进而启动通路下游基因产物表达（如：CyclinD1、c-myc等），并在细胞增殖、分化、凋亡及癌变过程中起重要作用[9]。当Wnt信号通路失活时，β-catenin被蛋白酶降解，使得进入核内启动转录因子的β-catenin减少，失去对细胞的正常调控[9,20]。Ossipova等[21]研究表明LKB1是影响W nt/β-catenin通路的关键分子，并证实LKB1虽不能直接引发wnt通路的激活，但可作为β-catenin的上游调控因子调控Wnt通路相关基因的表达，是经典W nt通路激活的必需因子；而Jian SF等[22]在此基础上则证实了LKB1还可以直接与APC结合来调节Wnt/ β-catenin通路。Ma Y等[23]发现了Wnt/β-catenin信号通路在PJS息肉中激活，并认为该通路的激活与LKB1的表达及PJS息肉的恶变有密切关系。夏欧东等[24]则发现在PJS息肉中Axin的表达低于正常肠粘膜组织，而Axin正是W nt通路的负性调控因子之一，其表达也与β-catenin的细胞核累积呈负相关；Axin表达降低致其诱导细胞凋亡能力降低而导致胃癌发生，并与肿瘤的分期和淋巴转移有关[25]。Nathalie Lin-Marq等[26]人则在PJS病人中发现了LKB1基因的突变体使得GSK-3β无法激活，进而抑制wnt信号通路，也反映了PJS患者LKB1基因突变可以改变正常的Wnt/β-catenin通路从而致病。

3.PJS与Hedgehog信号通路

Hedgehog信号通路是胚胎期的重要信号通路之一，能够有效调节细胞分化、增殖、上皮间质转化、干细胞自我更新以及协调组织器官的正常发育[27]。在人体存在3个Hedgehog的同源基因，分别是sonic hedgehog（SHH）、desert hedgehog（DHH）和indian hedgehog（IHH），其中以SHH最为保守，也最为人们所关注[27]。Hedgehog信号通路的主要蛋白有：HH配体蛋白、跨膜蛋白受体Patched（PTCH）、跨膜蛋白Smoothened（SMO），以及下游转录因子GLI（GLI1、GLI2、GLI3）[27]。HH通路激活有两种激活方式:配体依赖性和非配体依赖性。配体依赖性激活方式为SHH过度表达，作用于PTCH后解除对Smo的抑制，被激活的Smo使已活化的HH通路下游转录因子GLI蛋白水解被抑制，GLI以全长形式进入细胞核，同时通过5个锌指结构域结合到靶基因的一段保守序列5′-TGG GTGGTC-3′上从而激活HH信号通路下游靶基因。非配体依赖性激活途径因细胞膜受体PTCH发生基因突变致使相关功能缺失或细胞膜受体SMO发生功能获得性基因突变，引发细胞一系列的功能改变，导致通路激活。而激活的通路抑制细胞凋亡、促进细胞增殖。目前已在胃癌、食管癌、胰腺癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌中发现了HH信号通路配体的异常激活[28]。结肠干细胞在结肠上皮隐窝底部不断进行不对称分裂增殖，Hedgehog信号通路作为调节干细胞自我更新和调控上皮范围内细胞分化的重要通路之一，在组织的损伤和修复中发挥着启动正常干细胞自我更新的功能，而过渡的激活或是长久的兴奋却可能诱使正常干细胞转化成癌细胞，导致癌的发生[29]。苏娟等[30]发现SHH蛋白及GLI1蛋白在PJS息肉中的表达量明显高于正常肠粘膜组织，提示SHH/GLI1信号通路可能与PJS息肉的发生及恶变有关。Zhuang Z[31]等则通过体内、体外实验证实在静默LKB1基因后，SMO、SHH和GLI1的表达明显上升，提示LKB1是SMO下游的一个环节，而且LKB1可通过HH信号通路来抑制一些肿瘤的形成。

三、信号通路抑制剂可能成为PJS的靶向治疗手段

PJS的发生、发展是一个十分复杂的过程，目前对它致病形成的认知仍有局限性。其治疗上的一个特点就是通过各种医疗手段切除息肉，但息肉却无限制的反复生长；因此，对PJS的预防性干预将会是该病的治疗趋势。细胞信号通路属于复杂的网络调控过程，其可通过存在的各种信号通路相互联系、相互协同、相互抑制，并受其他细胞刺激等因素的调节；随着对信号通路研究的不断深入，也发现了PJS病变可引起多条信号通路的改变，这也为治疗PJS提供了一个新的解决途径：应用通路抑制剂来治疗PJS。WeiC等[32]发现mTOR抑制剂-雷帕霉素治疗LKB1基因突变的小鼠时可显著疗效减少肠道错构瘤样息肉的发生。Robinson J等[17]则发现对LKB1（+/-）小鼠予以雷帕霉素后，小鼠肠道息肉的肿瘤血管化水平有明显降低。这些研究均证明雷帕霉素对抑制PJS息肉发生发展具有靶向作用，尽管目前雷帕霉素有引起类糖尿病症状等副作用[33]，但这类药物为PJS的靶向治疗带来了希望。而HH通路抑制剂Vismodegib已经通过美国FDA批准用于高级基底细胞癌[34]。随着对细胞信号通路在PJS致病原因中的不断探索及转化医学的持续发展，将会出现更多与PJS致病的有关信号通路的抑制剂，并作为分子靶向药物应用于临床。

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2015-01-12）

（本文编辑：肖冰）

10.3969/j.issn.1672-2159.2015.01.034

510515南方医科大学南方医院消化内科

吴保平，E-mail：bpwu@263.net

广东省科技计划项目（2013B021800144）