COX-2与乳腺癌关系研究进展

1COX-2与乳腺癌关系研究进展汪志春，张利群、徐胜昔(九江市第一人民医院乳腺外科,332000)关键词：环氧合酶-2;乳腺癌环氧合酶(cyclooxygenase,COX)是分解花生四烯酸生成各种内源性前列腺素(prostaglandinsynthase,PGs)过程中重要的限速酶,目前已发现3种同工酶:COX-1、COX-2和COX-3。COX-1为结构型酶,在大多数组织和细胞中的表达相对恒定;COX-2为诱导型酶,在生长因子、细胞因子、内毒素、激素、促肿瘤剂及癌基因等多种刺激因素的作用下可迅速表达。COX-3是COX-1的变异体,在大脑、肾脏及心脏中高表达[1],其功能目前还不清楚。以上3种同工酶中COX-2在乳腺癌的表达成为估计乳腺癌病人淋巴转移、预后的的生物学标志，是影响乳腺癌病人预后的独立因素[2-3]]。1COX-2的生物学特性COX-2基因位于第1号染色体1q25.2~25.3,长约8.3kb,由5′端0.8kb的转录起始点上游区,6.02kb的蛋白质编码区(其中包含10个外显子和9个内含子)以及2.52kb的3′端非编码区组成,编码603或604个氨基酸。COX-2在正常生理状态下多数组织内是检测不到的,只有当细胞接受相应的刺激，如致炎因子、生长因子、内毒素、白介素-1、肿瘤促进剂及癌基因(如ras,KRAS[4])等后才开始合成。5′端转录起始点上游区含有一些转录调控序列,与COX-2启动子转录激活密切相关,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)和二个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,即细胞受到上述各种刺激,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-kB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[5],可见NF-kB位点为COX-2转录激活所必需。人们已证实,在COX-2基因5′端包含一个保守的启动子元件TATA盒和多个顺势调控元件,如白细胞介素6核因子(NF-IL6)、激活蛋白22(AP22)、(specificprotein1,Sp1)、核转录因子-kB(NF-kB)、CRE(cAMP反应元件)等。这些区域调控元件的突变或缺失能减少COX-2的表达,相反激活这些调控元件能够增加COX-2的表达。一般情况下,当刺激作用于细胞,30min后便可以测到COX-2mRNA表达,1～2h达到高峰,4～6h开始下降。其表达水平可以以8～10倍的速度急剧增高。2COX-2致乳腺癌机制2.1促进细胞增殖COX-2高表达,合成大量PGs,导致肿瘤细胞增殖[6]通过其主要产物PGE2自分泌或旁分泌途径作用于同种细胞或邻近周围组织其他类型的细胞,与细胞膜的PGE受体结合,通过G蛋白耦联途径促进细胞增殖,也可通过核内过氧化物酶增殖体激活受体直接促进细胞的生长。Oshima等[7]用TNFα作用于结肠癌细胞后,发现COX-2表达升高,癌细胞出现有丝分裂,提示COX-2与细胞分裂有关。Kinoshita等[8]发现转染COX-2cDNA的人结肠癌细胞DNA2合成显著增加,出现增殖效应。COX-2抑制剂吲哚美辛可抑制这一变化。2.2抑制细胞凋亡可能机制有:①通过PGE2增加凋亡抑制蛋白Bcl-2的表达,从而抑制肿瘤细胞的凋亡[9]。②促进生存素基因产生凋亡抑制蛋白,从而抑制细胞凋亡,加速肿瘤细胞生长[10]。③影响一氧化氮通路,COX-2可通过PGE2减弱和抑制一氧化氮途径来抑制细胞凋亡。④降低神经酰胺水平,神经酰胺是众所周知的死亡信号,因此,神经酰胺水平下降可抑制肿瘤细胞凋亡。⑤COX-2过表达时可下调p53的下游靶基因,从而抑制p53诱导的细胞凋亡过程[11]。⑥COX-2表达的增加可抑制凋亡相关基因caspase-3/7的表达[12]。杨晓文等[13]研究发现,乳腺癌组织中COX-2与Bcl-2均高度表达且密切相关。认为各种致癌因素可能通过上调COX-2的过渡表达,增加PGE2的合成,进而诱导细胞增殖并刺激Bcl-2蛋白表达,而后者可抑制细胞凋亡,从而使细胞增殖和凋亡失衡,促进乳腺癌的发生、发展。Basu等[14]在动物实验中发现,高选择性COX-2抑制剂塞来昔布可以通过增加肿瘤细胞的凋亡减少乳腺癌的瘤负荷,实验动物体内的细胞凋亡与蛋白激酶B活性的显著下降、凋亡前体蛋白Bax表达的增加及抗凋亡蛋白Bcl-2表达的减少有关。Elder等[15]报道了在HT-29细胞(表达COX-2)和S/KS细胞(不表达COX-2)中应用COX-2抑制剂后都有凋亡的显著增加。2.3促进肿瘤血管形成肿瘤的生长和转移依赖于新生血管的支持,没有新生血管供给氧和营养物质,原发肿瘤生长不会超过1～2mm3。一旦新生血管长入肿瘤组织,肿瘤细胞加速生长,并易侵入血管而发生远处转移。肿瘤细胞中COX-2的过度表达与新生血管的形成有关。COX-2促进血管形成的机制为:(1)诱导血管内皮生长因子和碱性成纤维母细胞生成因子等促血管生成因子的表达;(2)通过基质金属蛋白酶促肿瘤血管生成;(3)通过整合素αVβ3促进血管生成;(4)与诱导型一氧化氮合酶合成作用;(5)激活缺氧诱导因子1促进血管的生成;(6)COX-2来源的PGE2和TXA2发挥了间接促进肿瘤血管生成的作用;(7)抑制内皮细胞凋亡,促进肿瘤血管的生成。Chang等[16]在COX-2转基因小鼠中研究发现上皮细胞间隙中的COX-2能调节乳腺基质组织血管生成,且在可见的肿瘤生长和指数生长之前微血管密度就已增加。G蛋白耦联的PGE受体(1~4)在乳腺发育过程中表达,PGE受体(1、2、4)在肿瘤组织中上调,PGE刺激转基因小鼠中乳腺癌细胞血管生成调节基因的表达,血管生成调节基因的上调被吲哚美辛抑制。用吲哚美辛抑制前列腺素类合成能显著减低微血管密度,抑制肿瘤进展。这些结果表明,PGE是乳腺癌进展过程中血管生成的强诱导剂。2.4抑制机体免疫机体主要通过细胞免疫机制来发挥其抗肿瘤免疫效应。白细胞介素(IL)-10,IL-12是细胞介导的肿瘤免疫的重要调节因子。COX-2抑制机体免疫反应的机制可能是:由COX-2催化产生的PGE2可抑制T细胞和B细胞的增殖,抑制自然杀伤细胞的细胞毒反应,PGE2可通过诱导IL-10的产生而抑制TNF、IL-12的生成,打破IL-10、IL-12之间的平衡,从而使机体的免疫监视能力下降,肿瘤细胞逃脱免疫监视。Pockaj等[17]研究显示:在乳腺癌病人中,COX-2、PGE2高表达的,IL-12减少,IL-10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。Kojima等[18]将淋巴细胞与高表达COX-2的人结肠癌细胞株CE-1共同培养,发现淋巴细胞的增生指数较对照组显著降低,选择性COX-2抑制剂NS398可抑制这一作用,同时使PGE2的浓度降低。因而,COX-2在结肠癌的过度表达可引起局部免疫抑制。2.5提高肿瘤浸润转移浸润转移是肿瘤细胞恶性的特征之一,也是患者无法治愈的根本原因所在,促进肿瘤细胞的侵袭和转移的机制可能有以下几种:①3产生或诱导产生降解细胞外基质金属蛋白酶。周欣等[19]发现,宫颈癌组织中COX-2与基质金属蛋白酶2的高表达呈正相关(P0.01),提示COX-2可能通过促进基质金属蛋白酶尤其是基质金属蛋白酶2表达的上调,促进肿瘤细胞的浸润、转移。②降低细胞黏附分子E-cadherin的水平,E-cadherin是一种浸润抑制因子,其水平降低或缺失将有利于肿瘤的侵袭与转移。在高表达COX-2的鳞状上皮细胞癌中,前列腺素H2大量生成并导致E-cadherin表达量显著下降,细胞之间的相互作用明显减弱[20]。③上调CD44的表达。在肿瘤细胞中,COX-2与CD44协同作用,通过PGE2激活前列腺素受体4介导CD44表达。Tsujii等[21]用舒林酸(sulindac,COX-2抑制剂)引起人结肠癌细胞MMP-2(基质金属蛋白酶-2)和MMP-9分泌的减少,表明COX-2可能控制肿瘤MMP的活性,而MMP表达与肿瘤细胞对基底膜和间质的浸润、血管侵入转移有关;同时人结肠癌细胞用表达COX-2病毒载体转染后,其前列腺素产物和肿瘤细胞浸润性增加,MMP-2的活性增加,MMP-l的mRNA表达也增加。Singh等[22]在良性乳腺上皮细胞株和高转移性的人乳腺细胞株中转染COX-2基因,以裸鼠为动物模型做活体实验,结果显示,在活体实验中,从骨组织转移灶分离出来的人乳腺细胞株PGE2和白细胞介素8的水平显著高于亲本的人乳腺细胞株。经COX-2抑制剂NS-398处理,转染COX-2的人乳腺细胞的白细胞介素8下降了30%。由于PGE2和白细胞介素8具有促进破骨细胞的溶骨作用,而乳腺癌组织中COX-2过表达诱导白细胞介素8的产生,因而COX-2参与乳腺癌早期骨转移。2.6影响细胞周期Kundu等[23]研究发现由COX22抑制剂引起的乳腺肿瘤细胞株生长抑制与细胞形态的改变相关,细胞形态改变在撤药后恢复,而与对照组相比G0/G1期细胞数明显增加而S期明显减少;研究发现,结肠上皮细胞中持续表达COX时存在明显的G1期延迟,而且cyclinD1(细胞周期蛋白D1)蛋白激酶、Rb1激酶和细胞周期依赖激酶(CDK4)活性明显下降,这样通过阻碍细胞周期,阻止细胞凋亡,从而延长细胞生存期,增强对胞外基质的黏附,而异常延长细胞生存期则促使一系列基因突变,促使肿瘤形成[24]。2.7参与前致癌物活化COX-2同时具有环氧化活性和过氧化活性,氧化酶的活性位点对底物的选择性较高,而过氧化酶活性位点对底物的选择性比较低,因而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,。许多致癌物质如多环芳烃类、黄曲霉素、氯化杀虫剂芳香胺都能被COX激活成亲电子性的氧化物。这些亲电性的氧化物容易和DNA及蛋白质结合,造成遗传物质的损伤[25]。DNA的损伤己经证实是诱导肿瘤生成的一个重要原因。COX-2的大量表达对膜和线粒体的氧化损伤也是诱发肿瘤的重要因素。2.8诱导芳香化酶合成COX-2还通过上调芳香酶活性促进雌激素的合成而起致癌作用。COX-2主要产物PGE2通过增加胞内环腺苷酸的水平促进芳香酶的合成。Oliveira等[26]分析47例乳癌病例后报道,COX-2与芳香酶在浸润性导管癌、乳腺导管原位癌和正常上皮中的表达有高度关联,显示这两种酶在乳腺癌的诱导中有重要作用。Salhab等[27]也证实了COX-2调节芳香酶的活性。3COX-2选择性抑制剂辅助治疗乳腺癌3.1COX-2选择性抑制剂联合化疗郭贵龙等[28]研究结果提示,选择性COX-2抑制剂nimesulide能通过下调MDR1的表达水平,增加乳腺癌细胞株对化疗的敏感性,为nimesulide联合用于乳腺癌的化疗提供了理论依据。COX-2的高表达与实性肿瘤的化疗耐药密切相关,研究表明[29]选择性COX-2抑制剂nimesulide能增强化疗药物对非小细胞肺癌细胞株的细胞毒作用。一项前瞻性研究表明塞来昔布4(400mg,Bid)联合应用FEC方案(氟尿嘧啶500mg/m2,表柔比星75mg/m2,环磷酰胺500mg/m2)3个疗程的新辅助治疗与单用FEC方案相比具有优越性[30]。3.2COX-2选择性抑制剂联合放疗牛国梁等[31]研究结果显示，塞来昔布对人乳腺癌MDA-MB231细胞有明显的放疗增敏作用，塞来昔布联合放疗较单纯照射准域剂量（Dq）、平均致死剂量(Do)、照射的存活分数(SF2)值，均降低；Dq减小，说明细胞存活曲线肩区缩小，放射抗拒性降低；Do和SF2降低，说明放射抗拒性降低，使细