COX2与人类常见恶性肿瘤发生的关系

　　作者：刘亚辉 王广义 纪柏 郝恩源 谭毓铨 刘永利 作者单位：吉林大学第一医院普通外科，吉林 长春 130021

　　【关键词】 环氧合酶2;肿瘤;恶性;病因学

　　环氧合酶(cyclooxygenase,COX)是前列腺素类物质生物合成的限速酶。目前它有两个亚型，即COX1(constitutive,构建型)和COX2(inducible,诱导型)。近年来国内外许多学者研究发现COX2在肿瘤的发生、发展及预后等方面起着重要作用。基于此发现，有学者将COX2抑制剂应用于抗肿瘤研究，取得了一定效果。本文通过复习COX2的生物学特性、总结国内外有关COX2诱导肿瘤发生的机制、COX2抑制剂在抑制肿瘤中的作用等方面的相关研究进展，为肿瘤的预防、诊断和治疗提供一个新的靶向。

　　1 COX2的生物学特性

　　COX1和COX2基因在人体组织中均存在。正常情况下,COX1基因是构建性表达,COX2基因是诱导性表达。生理情况下，诱导产生的COX2 mRNA和蛋白质的量较少,其中，COX2 mRNA可以检测到,而COX2蛋白质却测不出,但它对维持人体正常生理功能起着重要的作用;而病理条件下COX2 mRNA和蛋白质表达水平增加，如在炎症、肿瘤形成时可以很容易检测到。人类COX2基因长约8.3 kb,含有10个外显子,9个内含子,位于1q25.2q25.3,它的促进子含有一个保守的TATA盒,转录起始点在翻译起始点上游的134位碱基,转录后形成4.5 kb mRNA,编码一个604个氨基酸的开放阅读框架,含有17个氨基酸残基。在SDSPAGE电泳上呈现两条带,分子量为72 000和74 000,前者与COX1相似,后者是因为含有4个寡糖,COX2蛋白质醣基化的原因不清,但它对该酶活性的表达是必要的〔1〕。COX2需要一个血红素基团维持其活性,血红素结合于374位点的组氨酸上,阿司匹林能将COX2的516位点上的丝氨酸乙酰化,导致COX2活性降低〔2〕。

　　实验证明,正常情况下,绝大部分组织细胞中COX2基因不表达,只有在细胞内外广泛的刺激物作用下,才发生诱导性表达,如上皮生长因子(EGF)、血小板源性生长因子(PDGF)、血清和白介素1β(IL1β),可刺激鼠和人的成纤维细胞COX2基因表达〔3〕。脂多糖、干扰素γ和IL1β亦可刺激鼠和人的巨噬细胞表达COX2基因。在体外培养的内皮细胞、平滑肌细胞、类风湿滑膜细胞、成骨细胞、肾小球系膜细胞等,在受刺激后均可诱导COX2基因表达。胃肠道上皮细胞在EGF和TGFα刺激下亦表达COX2,而糖皮质激素如地塞米松可抑制COX2的表达〔4〕,白细胞介素10亦可抑制COX2的表达。尽管大多数组织和器官中COX2是诱导性表达,但在培养的肺上皮细胞、表皮细胞和角化细胞中,COX2可构建性表达,且参与角质细胞的分化。不同刺激作用于各类细胞,诱导COX2 mRNA的表达过程是相似的。

　　2 COX2诱导肿瘤发生、发展的机制

　　2.1 COX2与人类常见恶性肿瘤 许多研究者在普通外科常见肿瘤标本中发现有COX2的表达,且与正常标本对照,它在肿瘤组织中表达明显升高,在有些属于癌前病变的腺瘤或增生性组织中,可见类似的现象。Michelle等〔5〕研究发现COX2 mRNA及其蛋白质在人甲状腺肿瘤组织内表达水平高于正常组织。尤其在甲状腺癌组织的表达水平明显高于良性肿瘤和正常组织。Efuji等〔6〕检测了23例胃腺癌标本,其中19例(83%)有COX2蛋白质表达,免疫组化染色均呈阳性。此外，Eberhart等〔7〕检测14例人结肠癌标本,发现12例(86%)COX2 mRNA水平明显上升,在结肠腺瘤中COX2 mRNA表达占43%(6/14)。Tucker等〔8〕进一步研究发现,胰腺癌组织中的COX2 mRNA水平比癌旁组织增高达60倍。Molina等〔9〕发现21例胰腺癌中均有COX2 mRNA扩增,其中67%的癌组织COX2免疫组化染色阳性。

　　2.2 COX2诱导肿瘤发生的机制 COX2从多个环节参与肿瘤形成,包括抑制癌细胞凋亡、促进肿瘤血管生成、抑制机体免疫功能及增加肿瘤侵袭转移力等，但具体机制目前仍不是很清楚，以下就研究较多的前两大机制进行概括性介绍。

　　2.2.1 抑制癌细胞凋亡、促进增殖 目前研究发现，COX2在促进肿瘤形成中的作用主要通过促进细胞增殖和抑制细胞凋亡实现的。有实验发现,COX2是bcl2上游调节者,并通过bcl2家族成员抑制肿瘤细胞凋亡。另外，COX2可通过其产物(前列腺素和血栓素)结合于相应受体(包括膜受体和核内受体)而发挥作用,从而抑制肿瘤细胞凋亡〔10〕。O′Mahony等〔11〕用大鼠COX2cDNA转染大鼠肠上皮细胞,可获得稳定表达的COX2细胞株,其抗凋亡能力显著增强;用COX2特异性抑制剂SC58125可抑制该细胞株的抗凋亡活性，抑制肿瘤生长。有实验用COX2 cDNA转染人结肠癌细胞后,发现结肠癌细胞DNA合成明显增加,出现增殖效应。可见COX2蛋白的过度表达改变了细胞某些增殖和凋亡相关基因的表达,从而促进肿瘤的发生和发展。

　　2.2.2 促进肿瘤的新生血管形成 通常肿瘤的生长依赖于血管形成,任何肿瘤的生长必须具备丰富的血管，以供给充足的营养和氧气,因此肿瘤诱导血管生成的能力对于肿瘤本身的生长至关重要。国内研究发现在人非小细胞肺癌中VEGF和COX2的表达具有明显相关性。这提示后者可能是通过诱导前者的过表达导致肿瘤的发生〔12〕。Tsujii等〔13〕提出:COX2可能是通过一个旁分泌机制促进肿瘤发生。他们把内皮细胞与结肠癌细胞共同培养后发现,COX2刺激结肠癌细胞释放血管源性前列腺素,后者刺激内皮细胞迁移和管腔形成——此乃血管形成的初始步骤(血管生成),这一步可被阿司匹林和NS398(一种COX2特异性抑制剂)所阻断,也可被抗血管源性因子抗体所阻断。Uefuji等〔6〕通过对42例原发性胃腺癌患者的研究发现,COX2过度表达的患者与COX2表达无增高者相比,微血管密度明显增加(P<0.01)。还有研究发现，将转染COX2基因的结肠癌细胞株和人脐静脉内皮细胞株联合培养,结果结肠癌细胞在高表达COX2的同时,促血管生成因子如VEGF、bEGF和pDGF等均明显上调,并促进内皮细胞株在I型胶原凝胶中增殖、变形,向肿瘤细胞迁移,并形成网状内皮细胞索;而COX2抑制剂则可使血管生长因子的量恢复至基础水平,内皮细胞株排列重新趋于紊乱。动物实验也证实选择性COX2抑制剂celecoxib能抑制小鼠移植瘤新血管形成。根据上述研究,笔者推断COX2促进血管形成的机制可能与促进血管生长因子有关。而Masferrer等〔14〕认为由FGF2诱导产生的COX2催化合成的PGs为新血管形成所必需。且TXA2受体阻断剂SQ29584与COX2选择性抑制剂NS398均能独立阻断bFGF诱导的小鼠肿瘤新生血管形成;而且TXA2受体激动剂U46619可解除COX2抑制剂对血管内皮细胞迁移和新血管形成的抑制作用,因此他们认为TXA2途径可能是促进肿瘤新血管形成的机制之一。

　　3 COX2抑制剂在恶性肿瘤预防和治疗中的作用

　　既然COX2与肿瘤的发生、发展密切相关,如何使用COX2抑制剂防治肿瘤已成为当今肿瘤学研究的热点之一。COX2抑制剂即众所周知的非甾体类抗炎药物(NSAIDs)，如前列腺素(PG)等。Virginie等〔15〕将人甲状腺髓样癌细胞接种于裸鼠体内，然后观察吲哚美辛的抗肿瘤效果，结果发现肿瘤生长明显受到抑制，TUNEL法显示增殖期细胞明显减少，凋亡细胞增多。Fu等〔16〕将人类胃癌细胞接种到小鼠体内，成功构建了小鼠胃癌模型。用Celecoxib饲养，结果发现，2 w后与对照组相比肿瘤直径明显减小、细胞增生指数下降、凋亡指数升高以及微血管密度下降。因此，他们认为COX2抑制剂具有抗癌作用，且COX2在肿瘤血管形成和癌细胞浸润转移中起重要作用。Okami等〔17〕研究发现JTE522(COX2抑制剂)可明显抑制胰腺癌细胞的浸润转移，但对于COX2无表达的癌细胞，该抑制剂无明显效果。这提示COX2特异性抑制剂可作为COX2阳性表达胰腺癌可靠的抗转移治疗药物。Wei等〔18〕发现Celecoxib(COX2特异性抑制剂)具有抗肿瘤活性，但目前其具体机制不清。他们发现Celecoxib能够降低VEGF mRNA和蛋白的表达水平，且具有剂量依赖性。此外，在原位胰腺癌动物模型中，Celecoxib可抑制肿瘤生长、转移以及血管形成。这提示Celecoxib的抗肿瘤活性在将来可用于控制胰腺癌的生长和转移，此与Okami的研究结果是一致的。Nishikawa等〔19〕将人结肠癌细胞种植于小鼠体内，然后给予COX2抑制剂治疗，观察指标为动物的生存时间和肿瘤的大小。19 d后将肿瘤切除，测定细胞凋亡指数。结果发现与对照组相比，经COX2抑制剂治疗的小鼠平均生存时间较长、肿瘤直径较小、细胞凋亡指数较高。国内也有研究报道胃癌细胞经COX2抑制剂处理后细胞凋亡数目增加〔20〕。另外，Park等〔21〕发现NS398在体外可抑制COX2高表达的人肝癌细胞株生长，诱导癌细胞凋亡。而且他们发现肿瘤生长的微环境可影响NS398的抗癌细胞毒效应。Kern等〔22〕则研究COX2抑制剂的体内抗肿瘤活性。他们将COX2特异性抑制剂作用于裸鼠肝癌模型。35 d后将鼠杀死，观察癌细胞的形态、增生、凋亡及COX2表达情况。结果发现肿瘤生长明显受到抑制，癌细胞增生减少、凋亡细胞增多。这表明COX2特异性抑制剂可抑制人肝癌细胞的体内生长。因此，COX2特异性抑制剂在体内和体外可能均具有抗肿瘤活性，它有望作为人肝癌的预防和治疗药物。总之，上述的研究结果进一步提示COX2在肿瘤的发生和发展中发挥着重要的作用，它将成为肿瘤基因治疗和生物治疗的有效靶点。

　　4 展 望

　　人类肿瘤的发生、发展涉及多个癌基因,抑癌基因的突变,产生各种酶学的改变,表现为多基因、多因素、多步骤的协同作用,尤其是消化道肿瘤的发生发展,涉及基因突变、免疫学改变、生理生化改变、激素调节异常等多方面因素,COX2的过表达只是其中的一种形式。以上诸多研究结果都为COX2在肿瘤发生、发展中的重要作用提供了有力的证据,因而COX2将成为某些肿瘤防治的又一新靶点。上述结果显示NSAIDs可以通过抑制COX2合成而促进癌细胞凋亡，抑制肿瘤血管生成,因而它不仅可用于肿瘤的化学预防,还很有可能用于临床治疗。未来我们需要进一步研究确定NSAIDs用于人类肿瘤化学预防及治疗的剂量、时间、安全性及适宜人群,为预防肿瘤发生及抗肿瘤治疗提供切实可行的方案。

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