生长激素(hGH)是调控人出生后生长发育和新陈代谢的重要物质,重组人生长激素(rhGH)已用于治疗充血性心力衰竭、重症颅脑损伤、严重烧伤、急性胰腺炎、多发性肌炎、肠外瘘、肝硬化低蛋白血症、骨质疏松症、慢阻肺[1]等疾病。但对于肿瘤的发生发展及临床应用等方面争议较多,我们针对hGH在胃肠癌中的作用简要作一综述。
1hGH亚型及生理功能
主要的亚型包括22kDhGH、20kDhGH、17kDhGH和5kDhGH等四种[2]。22kDhGH在人体内是含量最多的、最主要的生长激素,约占垂体hGH的70%~75%,占血液循环hGH的43%;主要生理功能包括三个方面,一是促生长作用,特别是促进骨、软骨和组织的生长。二是代谢调节作用,即促进细胞对氨基酸的摄取、加速蛋白质和胶原的合成、促进脂肪分解,增加和抑制葡萄糖的氧化等。三是调节机体免疫功能,影响B细胞的发育和功能,增强NK细胞的杀伤活性等[3]。20kDhGH和22kDhGH相似的分子结构以及功能,对代谢的影响和22kDhGH相当,5kDhGH和17kDhGH具有调节体内糖代谢平衡的生理功能。
2hGH及受体与胃肠癌
2.1hGH受体(GrowthHormoneReceptor,hGHR)
hGH属蛋白质激素,与分布于组织细胞表面的hGHR结合而发挥其生理功能,hGHR在人体内的分布几乎无所不在[4]。22kDhGH有两个受体结合位点,这两个位点依次、连续的同hGHR结合,然后聚合形成1:2复合物(激活型),激发hGH的生物活性。若22kDhGH过量时,形成1:1复合物(失活型)。17kDhGH与hGHR的亲和力较22kDhGH低10%。而5kDhGH没有hGHR的结合位点。GH与GHR结合后,GHR二聚化,Jak-2的集合和激活促进其自我磷酸化和GHR的酪氨酸残基磷酸化,最终引起各种转录因子激活,如Elk-1、STAT、PI-3K等转录因子,促进早期反应基因的转录,如c-fos、egr-1和junB等。
2.2GH/GHR与胃肠癌
曾有研究报道,肢端肥大症患者肠道癌前病变(腺瘤)和腺癌的发生率增加,且合并有胃腺癌发生[5]。Watanabe[6]用N-甲基-亚硝胺诱导F344小鼠胃癌模型中发现GHR水平增高。GH可以促进某些结直肠癌细胞系(如:SW480及COLO-205细胞系等)的增殖[7]。在人体结直肠癌亦存在GHR的高表达,并与肿瘤阶段及肿瘤分化呈显著负相关[8,9],而在细胞核的表达可能与肿瘤发生、发展和转移有关[10]。郭爱萍等[11]的研究发现,rhGH在体外不会促进GHR缺乏的胃癌细胞增殖。GHR高表达的直肠癌细胞对放疗反应差,放疗后残存的肿瘤GHR表达上调[12]。我们的研究发现:在体外环境下,rhGH促GHR阳性表达的结肠癌细胞增殖,且对5-FU化疗有抵抗,对于不表达GHR的结肠癌细胞无上述作用[13]。结直肠癌患者术后短期应用rhGH和肠外营养有利促进蛋白质合成和减轻患者的疲劳度[14]。
目前认为:hGH的促生长作用主要是由
肝脏分泌的IGF-Ⅰ介导的,血循环中的IGFs的浓度主要由hGH决定,IGFs是一类结构与胰岛素相似的多肽,包括胰岛素样生长因子-I(IGF-I)和胰岛素样生长因子-II(IGF-II),受体包括IGF-IR,IGF-IIR,主要分布在细胞膜上,IGF-IR和其配体结合后启动2条信号传递链:RAS-RAF-MAPK和PI3K-PKB/AKT。
许多研究表明IGF-I参与了人体多种肿瘤的发生发展、浸润转移,PHS(physicionhealthstudy)及NHS(nurseshealthstudy)的结果证实了IGF-I的增高使前列腺癌、直肠癌、乳腺癌的发病率增高2-4倍,赵明东等[15]采用半定量RT-PCR法检测IGF-I/IGF-IR在胃癌组织与正常人胃粘膜中的表达变化和胃癌的癌、癌旁及胃粘膜正常区组织中的表达变化发现,IGF-ImRNA的表达量在胃癌组织明显升高;Franciosi等[16]研究表明,在术前所有26例胃癌患者血循环中IGF-I值都增高,而对照组只有一例增高。陈自平等[17]报道:胃癌组IGF-ⅡR阳性表达率为59.7%(40/67),较慢性萎缩性胃炎组明显升高,而且与其分化程度高度相关。
己有实验证实:IGF-IR在结肠癌中的表达呈强阳性,过度表达的IGF-IR可以使一些肿瘤细胞脱离对其他生长因子如PDGF、BFGF、EGF等的依赖[18]。Giovannucci等[19]在一项32826个妇女的前瞻性研究发现,血循环中高水平的IGF-I和低水平的IGFBP3与结直肠癌和大(≥lcm)的管状或绒毛状的腺瘤呈正相关。同样,PalmqvistR等[20]前瞻性研究发现血浆中增高的IGF-I水平与结肠癌风险呈正相关,而与直肠癌没有如此关系。李晴等[21]在研究结直肠癌IGF-1mRNA表达与浸润转移的关系时发现,Dukes分期C,D期结直肠癌中IGF-1mRNA表达阳性率明显高于A,B期,提示IGF-1mRNA表达能促进结直肠癌的转移。
基础研究显示,阻断IGF-1R信号,可增加肿瘤细胞凋亡、减少转移侵袭、减少肿瘤新生血管发生和转移扩散[22]。2008年,ASCO会议上也曾报道肺鳞癌高水平表达IGF-1R,未分化癌低水平表达IGF-1R,且CP-751、871联合紫杉醇/卡铂一线治疗非小细胞肺癌的Ⅱ期试验中,联合治疗组的有效率达72%,化疗组42%,其中3例肿瘤进展的病人经服用CP-751、871治疗后临床再次获益[23]。培维索孟是一种GH类似物,选择性结合细胞表面的GHR,阻断内源性GH结合位点,导致IGF-1以及其他GH反应蛋白血浆浓度下降。但临床研究发现,培维索孟不能改善晚期恶性肿瘤病人的预后,这可能与培维索孟仅能降低循环IGF浓度的62%或通过非GH-IGFs轴发挥作用有关。
2.3hGH与催乳素受体(PRLreceptor,PRLR)
GHR和PRLR都属于细胞因子受体超家族,GH和PRL虽有各自的受体,但灵长类动物生长激素也可以作用于PRLR并发挥作用[24]。有研究显示,大鼠的肿瘤促进作用是由PRLR而不是GHR介导的,过表达PRL的雌性转基因大鼠都能通过激活PRLR而产生乳腺癌。在胃肠癌中尚未见相关报道。
3GH与胃肠癌发生发展的机制
GH与胃肠癌发生发展的机制可能有以下几个方面:1)GH、IGF-I均是强烈促有丝分裂剂;2)抗凋亡作用。IGF-I可以上调上述Bcl-2及Bcl-xl等抗凋亡基因的表达。Capase是细胞凋亡中的关键酶,GH-IGFs通过Bcl-2家族的调节因子BAD发生磷酸化反应,BAD随即与死亡抑制因子Bcl-xl分离,Bcl-xl即与Caspase的活化物Apaf-1结合形成复合物,从而阻止了Caspase的活化。经典的Fas-FasL相互作用是细胞凋亡的重要途径,IGF-1可以通过下调Fas的表达而阻止凋亡的发生;3)GH、IGF-I引发癌基因的过度表达。已经有实验表明GH、IGF-I可以明显刺激c-myc[25],c-fos,junB等癌基因的表达,并可被PD098059抑制[26,,27];4)p53基因是与人类肿瘤密切相关的抑癌基因,在细胞DNA损伤时,它可以使细胞停止在G1期,以便修复,如不能修复则诱导凋亡,从而使有癌变倾向的细胞不再存活,而p53的抗增殖作用是通过提高IGFBP-3的表达而获得的。这样,高水平的IGFs就降低了机体中的IGFBF-3,直接影响了p53的抗肿瘤效应;5)端粒酶的激活导致细胞永生化;6)血管内皮生长因子(VEGF)。GH、IGF-1通过MEK信号传导途径,可以明显提高肿瘤细胞中的VEGF的浓度,促进肿瘤血管的形成[28,,29];6)肿瘤对细胞外基质的降解是肿瘤向外侵袭、转移的关键步骤之一,而尿激酶型纤维酶原活化因子(u-PA)和金属蛋白酶(MMP)是肿瘤细胞降解细胞外基质的二类水解酶,它们在组织重塑中起重要作用,与肿瘤的侵袭能力密切相关,IGF-1可直接激活u-PA启动子。上调u-PA可分解IGFBP-3使其释放出IGF-1,两者相互促进,共同推动肿瘤的转移[30];7)IGF-I可促进肿瘤细胞内钙粘蛋白、层粘连蛋白等粘附分子的合成,增加肿瘤细胞对内皮、基底膜的粘附性。
生长抑素类似物TT-232具有强效抗肿瘤作用,对GH释放无影响,但具备明显的酪氨酸激酶抑制作用,可诱导凋亡,在侵袭性非常强的Colon-26中,TT-232可使71%-75%的小鼠肿瘤生长受抑制,50%小鼠生存时间延长[31]。此实验提示,酪氨酸激酶受抑制可能是小鼠肿瘤生长受到抑制的原因。GH很可能也是通过非受体型酪氨酸蛋白激酶JAKs和STAT分子将其作用信号传递给那些GH敏感型的结直肠癌细胞的。