环氧化酶?2与肿瘤的关系

【关键词】  环氧化酶-2　肿瘤　COX-2抑制剂

　　0  引言
   
　　环氧化酶(cyclooxygenase ,COX),又称前列腺素内过氧化物合成酶(PGHS),是前列腺素(PGs)合成过程中一个主要的限速酶, 可将花生四烯酸(AA)代谢成各种前列腺素产物,从而参与机体的多种病理生理过程,如炎症、发热、出凝血机制等。近几年来,国外诸多研究表明,COX?2除了在上述炎症等过程中发挥重要作用外,还与肿瘤的发生、和转移密切相关,成为肿瘤防治的一个新靶点。本文就COX?2与肿瘤的关系进展研究综述如下。

　　1  COX?2的生物学特性
   
　　COX是一完整的膜结合蛋白, 已知哺乳动物的COX至少有两种异构酶: COX?1和COX?2。COX?2是一种诱导型表达蛋白，主要表达于核膜，被认为是“快速反应基因”,在正常生理状态下多数组织内检测不到，但当细胞接受相应刺激后便快速合成表达, 参与炎症及肿瘤的发生、发展等多种病理生理过程。
   
　　人COX?2基因长8.3kb,位于染色体1q25.2～q25.3,含有10个外显子和9个内含子。其中上游5’非翻译区长约0.8kb,含有一些转录调控序列,与COX?2启动子转录激活密切，相关的顺式作用元件主要有CRE/E?box重叠区域(259/249),NF/IL26结合位点(2132/124)和两个NF?κB 结合位点(2445/2427和2223/2214)。COX?2表达的调控主要在转录水平上,即细胞受到生长因子和细胞因子、脂多糖、癌基因(如ras, KRAS[1]) 等各种刺激, 经过一系列信号转导如G蛋白偶联机制、TPA活化的蛋白激酶C介导的通路以及生长因子受体、Src 活化的酪氨酸激酶介导的通路,而作用于COX?2的5’端的调控序列,促进COX?2转录,从而诱导COX?2的表达。COX?2启动子上含有2个NF?κB位点序列,该位点序列发生定向突变后,几乎完全封闭了TNFα对COX?2启动子连接的诱导基因的活性作用[2], 可见NF?κB位点为COX?2转录激活所必需。另有研究表明,COX?2启动子的去甲基化参与了COX?2 转录水平的调控[3] 。

　　2  COX?2在肿瘤的表达
   
　　许多癌前病变和恶性肿瘤中都有COX?2 的高表达,如胃肠上皮化生、Barret食管、胃癌、结肠癌、食管癌、肝癌、乳腺癌、膀胱癌、口腔癌、和非小细胞肺癌、前列腺癌和鼻咽癌等。与正常组织相比,其表达有显著性差异。Oshima 等[4]发现家族性腺瘤性息肉小鼠模型APC△△716肠息肉发生早期即有COX?2的高表达,封闭 APC△△716小鼠的COX?2 基因,则妨碍了肠息肉形成,说明COX?2是导致结肠癌发生的一个早期因素。COX?2与肿瘤的发展、转移也密切相关。Zhang等[5]检测了64 例正常粘膜,116例结肠癌原发灶,16例结肠癌转移灶中COX?2 的表达情况,结果发现,正常粘膜12 % COX?2表达阳性,结肠癌原发灶中有72 % COX?2表达阳性,而发生癌转移的结肠癌组织100 % COX?2表达阳性。Uefuji等[6]用RT?PCR检测了37例胃腺癌组织中COX?2mRNA的表达,结果发现, 有淋巴结转移胃癌病人肿瘤组织中COX?2的mRNA表达明显高于无淋巴结转移者。   

　　3  COX?2 促进肿瘤发生的分子机制

　　3.1  促进肿瘤新生血管的生成
   
　　肿瘤血管生成是肿瘤生长的前提,其与多种生长因子的刺激有关,其中以VEGF作用最强。有研究显示人类肝癌细胞系Hep3BHCC稳定转染了人COX?2cDNA后, COX?2高表达者VEGF表达增高, COX?2选择性抑制剂NS?398减弱了VEGF表达;对24例肝细胞癌的免疫组化分析也显示COX?2表达和VEGF及MVD(微血管密度)的表达呈正相关[7]。Ruegg 等[8]的研究发现长期服非甾体类抗炎药(NSAID)和COX?2抑制剂可以通过抑制肿瘤的血管生成来降低肿瘤的发生。这些研究表明，COX?2有促进肿瘤新生血管形成的作用。COX?2促进肿瘤血管生成的机制可概括如下：①诱导肿瘤细胞产生VEGF;②肿瘤组织产生的PGE2,PGF2及TXA2等直接或间接促进血管生成; ③促使基质金属蛋白酶(MMPS)表达激活血管生成素; ④刺激bcl?2的表达来抑制内皮细胞凋亡,促进血管生成;⑤缺氧诱导COX?2 促进肿瘤血管的形成。

　　3.2  刺激肿瘤细胞的增殖
   
　　Sheng等[9]将ras基因转入肠上皮细胞,结果发现这种转染ras肠上皮细胞中有大量的COX?2表达,同时细胞的增殖能力及形成移植瘤的能力也显著增强, COX?2抑制剂可拮抗这种效应。Murakami等[10]研究发现293株稳定表达COX?2和Mpges的转染性,比表达单一酶以及表达COX?1 和mPGES 的转染株生长快, 而且COX?2/mPGES 稳定转染株高度集中并呈现异常圆形形态,而对照组则显示一种典型的成纤维细胞形态。研究表明COX?2主要通过其产物PGE2刺激肿瘤细胞的增殖,可能机制是: PGE2作用于同种或邻近周围细胞,与细胞膜的EP受体结合, 通过G2蛋白偶联途径或核内过氧化物酶增殖体激活受体(PPAR)来促进细胞的生长。另有研究表明,COX?2可通过对表皮生长因子( EGF) 受体的诱导使细胞对生长因子的敏感性增加从而发挥促细胞增殖作用[11] 。

　　3.3  抑制肿瘤细胞的凋亡
   
　　细胞凋亡对于维持机体细胞增殖和死亡之间的平衡具有重要作用。Tsujii 等[12] 报道高表达COX?2的RIE?S细胞株中bcl?2水平升高,TGF?β2受体减少,并抵制丁酸酯诱导的凋亡。OMahony等[13]将COX?2的cDNA转染大鼠肠上皮细胞RIE?1获得稳定表达COX?2的细胞RIE?S后,发现RIE?S细胞抗凋亡能力显著增强,用COX?2特异抑制剂SC58125 可抑制RIE?S的抗凋亡活性。这些研究提示COX?2在抑制肿瘤细胞凋亡中起着重要作用,其机制可能是:①通过上调bcl?2 的表达来抑制细胞凋亡;②降低花生四烯酸的水平。花生四烯酸可以催化鞘磷脂水解产生神经酰胺,神经酰胺是凋亡的有效诱导剂。COX?2催化花生四烯酸转化为前列腺素,使神经酰胺生成减少,抑制细胞的凋亡;③减弱一氧化氮信号途径造成的细胞凋亡;④还可通过增强AKt激酶介导通路[14]或NF?KB通路抑制细胞凋亡。

　　3.4  促进肿瘤的浸润和转移
   
　　侵袭与转移是恶性肿瘤最本质的特征,与细胞粘附分子表达的改变及基质的降解密切相关。Bailley等[15] 研究发现,在Barret食管化生、食管癌演变过程中, COX?2表达增高,E?钙粘连素水平下降,使肿瘤细胞间的接触性抑制丧失而促进肿瘤的转移。Tsujii等[16]发现转染COX?2基因的人类结肠癌细胞(Ca?co?2)侵袭能力明显增强,同时伴有 MMP?2 活化和MMP?1mRNA表达水平的升高。MMP?2可以水解细胞间基质,从而参与肿瘤的侵袭和转移。还有研究表明COX?2可以通过上调CD44和VEGF?C的表达及抑制nm23的表达来促进肿瘤的浸润和转移[17,18] 。

　　3.5  抑制机体的免疫反应
   
　　机体主要通过细胞免疫机制来发挥抗肿瘤免疫效应。IL?10、IL?12是细胞介导的肿瘤免疫的重要调节因子。IL?10与肿瘤介导的免疫抑制有关,而IL?12 可诱导Th1 型细胞因子如TNF、IFN?γ等的产生,具有重要的抗肿瘤免疫效应。Pockaj等[19]研究显示:在乳腺癌患者中,COX?2 、PGE2 高表达的,Th1型细胞因子如TNF、IL?12等表达减少,Th2型细胞因子如IL?10、IL?24表达增加,树突状细胞表达协同刺激分子(B7、CD40) 的能力以及吞噬递呈抗原物质的能力均下降。COX?2抑制机体免疫反应的机制可能是:①由COX?2催化产生的PGE2可抑制T细胞和B细胞的增殖和杀伤细胞的细胞毒反应; ②PGE2可通过诱导IL?10的产生、抑制TNF、IL?12的生成使机体免疫监视能力下降,从而发挥抗肿瘤免疫效应。

　　3.6  参与前致癌物的活化
   
　　COX?2具有环氧化酶和过氧化酶活性,多环芳香烃类化合物可以作为过氧化酶底物被过氧化生成亲电性的氧化物,这些亲电性的氧化物容易和DNA、蛋白质结合,导致遗传物质的损伤。有研究显示其过氧化酶活性在肝外组织中与P450 联合可使前致癌物如苯并芘变成终致癌物7 ,82二醇29 ,102环氧化苯并芘,后者易与DNA 形成DNA 加合物从而破坏DNA 的结构,导致细胞癌变。因此COX?2可能在与吸烟致发病率较高的肿瘤如肺癌、口腔癌中起一定作用。

　　4  COX?2抑制剂与肿瘤的防治
   
　　既然COX?2与肿瘤的发生和密切相关, 通过调节COX?2来防治肿瘤已成为近年肿瘤学研究的热点之一。作用于COX靶点的药物可分为三类:①非选择性的COX抑制剂(NSAID) 如舒林酸、阿斯匹林等;②选择性COX?1抑制剂如SC560、氟布洛芬等; ③选择性COX?2抑制剂如塞来昔布、NS2398、尼美舒利等。由于NSAID对COX?1 的抑制作用，长期应用会出现一些不良反应如消化不良、溃疡甚至穿孔，而选择性COX?2抑制剂在降低胃肠道副作用方面则有着明显的优势[20]。因此,选择性COX?2抑制剂已成为目前研究的热点和前沿。Steinbach 等[21]报道,用选择性COX?2抑制剂塞来昔布对77例FAP患者进行了有安慰剂的随机双盲对照试验,塞来昔布分100mg、400mg两个剂量组,每日2次,连用6个月。结果表明, 塞来昔布有着明显的量效关系, 400mg治疗组的结直肠息肉数目下降28%,100mg治疗组下降11.9%,而口服安慰剂组仅下降4.5%(P=0.003)。正是基于上述研究结果,美国FDA 在2000年批准塞来昔布用于FAP患者的治疗。受到COX?2抑制剂对FAP 治疗结果的鼓舞,其正越来越多地试用于COX?2高表达的某些癌前病变和肿瘤如Barret食管、乳腺癌、胃癌等。

　　5   研究意义及展望
   
　　综上所述,COX?2在肿瘤中的高度表达说明了其在肿瘤发生、发展中起着十分重要的作用。进一步探讨COX?2与肿瘤的关系不仅是为了更好地揭示肿瘤发生的分子机制,而更重要的意义在于应用COX?2抑制剂防治肿瘤。有关COX?2在肿瘤发生、发展具体的下游分子机制尚未完全明了,有待进一步研究;COX?2 抑制剂在肿瘤的治疗中亦有其不良的副作用,如何开发出毒副作用小、安全有效的COX?2 抑制剂,尚需进一步的探索和研究。

【】
  　　［1］ Smakman N, Kranenburg O, Vogten JM,et al . Cyclooxygenase?2 Is a Target of KRASD12, WhichFacilitates the Outgrowth of Murine C26 Colorectal Liver Metastases［J］.Clin Cancer Res, 2005,11(1):41?48.

　　[2] Lim JW,Kim H ,KimKH.Nuclear factor?kappaB regulates cyclooxygenase?2 expressioned cell proliferation in human gastric cell［J］.LabInvest,2001,81(3):349?360.

　　[3] A kh tarM ,Cheng Y,M agno RM ,et al.Promoter methylationregulates helicobacter pylori?stimulated cyclooxygenase?2 expression in gastric epthelial cells [J]. Cancer Res, 2001,61(6):2399?2403.

　　[4] Oshima M ,Murai N ,Kargman S, et al.Chemop revention of intestinal polyposis in the Apcdelta716 mouse by rofecoxib, a specific cyclooxygenase?2 inhibitor [J]. Cancer Res, 2001 , 61(4) : 1733?1740.

　　[5] Zhang H ,Sun XF. Overexpression of cyclooxygenase?2 correlates with advanced stages of colorectal cancer [J] .Am J Gastroenterol ,2002 ,97(4):1037?1041.

　　[6] Uefuji K, Ich ikura T, Moch izuk i H. Expression of cyclooxygenase?2 in human gastric adenomas and adenocarcinomas[J]. J Surg Onco l,2001,76(1):26?30.

　　[7] ChengA S,Chan H L,ToK F.Cyclooxygenase?2 pathway correlates with vascular endothelial growth factor expression and tumor angiogenesis in hepatitis B virus?associated hepatocellular carcinoma[J].Int J Oncol,2004,24(4):853?860.

　　[8] Ruegg C ,Dormond O ,Mariotti A. Endothelial cell integrins an COX?2 : mediators and therapeutic targets of tumor angiogenesis[J] .Biochim Biophys Acta,2004,1654(1) :51?67..

　　[9] Sheng H,Shao J,Washington MK ,et al.Prostaglandin E2 increases growth and motility of colorectal carcinoma cells［J］.J Biol Chem,2001,276(21):18075?18081.

　　[10]Murakami M,Naraba H,Tanioka T,et al.Regulation of prostaglandin E2 biosynthesis by inducible membrane?associated prostaglandin E2 synthase that acts in concert with cyclooxygenase?2［J］.J Biol Chem, 2000,275(42):32783?32792.

　　[11]Kinoshita T ,Takahashi Y,Sakashita T ,et al .Growth stimulation and induction of epidermal growth factor receptor by overexpression of cyclooxygenase 1 and 2 in human colon carcinoma cells[J].Biochimicaet Biophsica Acta ,1999 ,1438(1):120?130.

　　[12]Tsujii M,DuBOis RN. Alterations in cellular adhesion and apoptosis in epithelial cells overexpressing prostaglandin endoperoxide synthase 2[J]. Cell,1995, 83(3):493?501.

　　[13]O Mahony CA, Beauchamp RD, Albo D, et al. Cyclooxygenase?2 alters transforming growth factor?β1 response during intestinal tumorigenesis[J] . Sugery ,1999 ,126 (2) :364 ? 370.

　　[14]Vormittag L, Lamm W, Erovic BM, et al. Expression levels of Akt in nimesulide?treated squamous carcinoma cell lines of the head and neck［J］. Oncol Rep, 2005 ,3(2):207?210.

　　[15]Bailey T ,Biddlestone N , Shepherd N ,et al.Altered cadherin andcatenin complexes in Barrett's esopgagus dysplasia adenocarcinama sequence :correlation with disease[J] .Am J Patholo ,1998,152(1):135?144.

　　[16]Tsujii M , Kawano S,DoBo R N , et al.Cyclooxygenase?2 experssion in human colon cancer cells increases metastatic potential [J]. Proc Natl Sci USA ,1997,94(7): 3336?3340.

　　[17]Yu HG,Huang JA,Yang YN,et al .The effects of acetylsalicylic acid on proliferation,apoptosis, and invasion of cyclooxygenase?2 negative colon cancer cells［J］.Eur J Clin Invest, 2002,32(11):838?846.

　　[18]Kyzas PA, Stefanou D, Agnantis NJ. COX?2 expression correlates with VEGF?C and lymphnode metastases in patients with head and neck squamous cell carcinoma［J］. Mod Pathol, 2005,18(1):153?160.

　　[19]Pockaj BA,Basu GD,Pathangey LB,et al. Reduced T?cell and dendritic cell function is related to cyclooxygenase22 overexpression and prostaglandin e (2) secretion in patients with breast cancer[J] . Ann Surg Oncol ,2004,11(3) :328?329.

　　[20]Deeks JJ, Smith LA, bradeley MD, et al. Efficacy, tolerability, and upper gastrointestinal safety of celecoxib for treatment of osteoarthritis and theumatoid arthritis : systematic review of randomized controlled trials[J].BMJ,2002 ,325 (7365):607?608.

　　[21]Steinbach G,Lynch PM,Phillips RK, et al . The effect of celecoxib ,a cyclooxygenase?2 inhibitor ,in familial adenomatous polyposis[J] . N Engl J Med ,2000 ,342 (26) :1946?1952.