ATP4B 在胃癌發生發展中的作用及診治研究進展

馬秀雯，閆丹措，王學紅

1 青海大學研究生院，西寧 810016；2 青海大學附屬醫院消化內科

胃癌是一種嚴重影響人類生命健康的消化系統惡性腫瘤，根據2020 年全球癌癥統計報告，2020 年全球胃癌新發病例108.9萬例，死亡病例76.9萬例，分別位列所有癌癥發病率和病死率的第五位和第四位［1］。胃癌的病死率與診斷時其所處的疾病階段密切相關，早期患者手術治療是有效的手段，但由于胃癌發病隱匿，很多患者發現時已失去手術機會，我國胃癌患者確診后的5 年生存率為20%~60%［2］。因此，胃癌的早期診斷和早期治療是降低胃癌病死率的關鍵。胃H+-K+-ATP酶亦稱胃質子泵，是由α亞基和β兩個亞基構成的異二聚體，α亞基和β亞基分別由人類染色體19q13 上的ATP4A 基因和13q34 上的ATP4B 基因編碼，ATP4A 扮演管家基因角色，除了在胃中表達以外，還在腎上腺、胰腺、小腦等多種組織廣泛表達，而ATP4B 具有組織和細胞特異性，主要在胃黏膜中表達［3］。研究報道，ATP4B 在胃癌組織和細胞中表達下調，且在胃黏膜惡變過程中呈逐漸下降趨勢，胃黏膜中ATP4B 的表達減少是胃黏膜惡性轉化的關鍵因素［4］。但關于ATP4B在胃癌發生發展過程中的具體機制目前尚不清楚。有學者發現，ATP4B 基因內區域發生DNA 過甲基化和組蛋白低乙?；瘜е缕湓谖赴┲斜磉_下調［5］。胃癌中ATP4B 基因下調可促進腫瘤細胞的生長、增殖、侵襲及抑制細胞凋亡，且與胃癌患者的不良預后密切相關，恢復ATP4B 表達可通過改變細胞能量代謝和誘導細胞凋亡發揮抑癌作用［6］。ATP4B 可能是胃癌診斷和治療的潛在關鍵靶點，胃癌和癌前病變患者血清中ATP4B 抗體升高，可作為評估胃黏膜萎縮不全的重要生物標志物［7］。胃癌中ATP4B過表達可增加化療藥物對胃癌細胞的敏感性從而增強抗瘤效應?，F就ATP4B 在胃癌發生發展中的作用及診治研究進展作一綜述，為胃癌的發病機制提供新的方向。

1 ATP4B的結構和功能

胃H+-K+-ATP 酶位于壁細胞，可在組胺、胃泌素及乙酰膽堿等激素的刺激下，通過自身的磷酸化與去磷酸化的構象改變，利用ATP 水解產生的能量，將H+從壁細胞內輸送至胃腔，并將K+從胃腔轉運到壁細胞，完成H+/K+跨膜轉運，維持胃酸的正常分泌［8］。H+-K+-ATP 酶由α 和β 兩個亞基構成，α 亞基包含1 033~1 035個氨基酸，主要負責催化ATP 酶和H+/K+的跨膜運輸，β 亞基由293 個氨基酸組成，有6或7個糖基化位點，主要功能是維持H+-K+-ATP酶活性并輔助α 亞基發揮泌酸作用［9］。ATP4A 和ATP4B的酸分泌對壁細胞的結構和功能至關重要，使用抑酸劑抑制H+-K+-ATP 酶可減少胃酸的產生，酸分泌減少會促進壁細胞變性，加劇胃黏膜萎縮［10］。ATP4A 和ATP4B 在調控細胞能量代謝、細胞凋亡、增殖及分化等腫瘤形成過程中發揮重要作用［6，11］。

2 ATP4B在胃癌中表達失調的機制

ATP4B 在胃癌中發揮抑癌基因作用，通過抑制細胞的生長、增殖和細胞分化，對腫瘤的發生起到負向調節作用，當其表達下調時，可引起細胞惡性轉化，促進胃癌的發生。高通量測序技術主要用于識別人類特定疾病的潛在生物標志物，尤其在腫瘤中的應用更為廣泛。近年來，多項研究通過高通量測序技術來篩選鑒定胃癌候選生物標志物及相關基因特征時發現，ATP4B 可以作為胃癌診療中具有前景的生物標志物。ATP4B 在正常組織和胃癌組織中具有明顯的表達差異，相較于正常組織，ATP4B 蛋白及ATP4B mRNA 在胃癌中表達顯著下降，可明顯區分正常組織和胃黏膜組織，在胃癌診斷中起重要作用［12］。目前，ATP4B 在胃癌中表達下調的具體機制尚不清楚。有學者認為，ATP4B 通過表觀遺傳修飾參與了這一過程。表觀遺傳學是指基因的核苷酸序列不發生改變的情況下，基因表達方式發生變化的一種遺傳方式，其在轉錄和轉錄后水平上調節基因的表達，包括DNA 甲基化、組蛋白乙?；?、染色體重塑和非編碼RNA 調控等［13］。既往研究表明，胃癌細胞中ATP4B mRNA 的表達下調與ATP4B 基因內區域的外顯子1 發生過甲基化有關，并且ATP4B mRNA 的表達與DNA 甲基化水平呈明顯負相關［14］。

在另一項研究也中得出相同結論，人類胃癌組織和細胞中ATP4B 表達下調伴隨基因內區域DNA 高甲基化和組蛋白低乙?；?，而經DNA 甲基轉移酶抑制劑5-脫氧胞苷（5-AZA）和組蛋白去乙?；敢种苿┣琶顾谹（TSA）處理的胃癌細胞中ATP4B 的表達恢復正常［5］，這一結果證實ATP4B 表達下調與表觀遺傳修飾密切相關。啟動子區域高甲基化導致抑癌基因沉默是一個明確的表觀遺傳學標志，胃癌中ATP4B 基因內區域DNA 高甲基化和組蛋白低乙?；揎椡瑫r發生促使抑癌基因ATP4B 表達沉默［15］。因此，ATP4B 基因內區域的表觀遺傳改變有望成為未來開發胃癌診斷的重要生物標記物，對胃癌的早期診斷具有重要意義。

3 ATP4B在胃癌發生發展中的作用

3.1 ATP4B 通過調節能量代謝參與胃癌發生ATP4B 是壁細胞發揮正常泌酸功能的關鍵，壁細胞中含有豐富的線粒體，這些線粒體具有控制能量的產生、傳遞電子呼吸鏈、調節細胞信號轉導和細胞凋亡的作用［16］。胃癌組織和細胞中ATP4B 表達降低與腫瘤低分化狀態、淋巴結轉移、TNM 分期及胃癌患者的不良預后相關，恢復ATP4B 的表達可顯著抑制癌細胞的增殖、遷移和侵襲［11］。腫瘤細胞的快速增殖需大量的能量支持，這種情況下，癌細胞可改變代謝模式以補償線粒體代謝功能紊亂對其產生的不利影響，滿足腫瘤細胞快速生長及惡性增殖所需的物質和能量需求，此過程稱為代謝重編程［17］。有氧糖酵解（Warburg 效應）是代謝重編程中的一種主要形式，Warburg 效應是在有氧的情況下向糖酵解轉變的細胞代謝模式，癌細胞在有氧條件下進行高效糖酵解，這種效應與癌細胞的生長、侵襲、轉移、耐藥和不良預后密切相關［18］。Warburg 效應被認為是很多腫瘤惡性轉化的核心，而這種代謝模式的轉變與細胞中的代謝酶、線粒體蛋白及多種細胞因子水平相關。ATP4B 可降低細胞內線粒體膜電位、減少ATP 的生成并使細胞內活性氧（ROS）產生增加，導致腫瘤細胞呼吸鏈生物功能發生紊亂，進而影響癌細胞的能量代謝［6］。有研究者通過基因本體注釋功能分析發現，ATP4B 調控的下游蛋白p53 主要富集在線粒體中，參與糖代謝、脂質代謝、氨基酸代謝、氧化還原反應等細胞能量代謝，胃癌中ATP4B 過表達可激活p53 并促進細胞色素C 氧化酶-2（SCO2）表達，通過激活p53/SCO2 通路影響細胞能量代謝而在胃癌中發揮作用［11］。p53 作為抑癌基因，主要通過維持細胞線粒體的完整性、調節氧化磷酸化、糖酵解等代謝過程參與腫瘤發生，腫瘤細胞中活化的p53 可下調葡萄糖轉運蛋白（GLUT）從而降低細胞內葡萄糖通量，抑制糖酵解并促進氧化磷酸化［19］，進而逆轉癌細胞的Warburg 效應。SCO2 位于線粒體內膜上，其功能主要是促進氧氣與細胞色素C 的結合，驅動正常的細胞能量代謝。胃癌中p53 表達下調可誘導SCO2 表達缺失導致線粒體代謝從有氧代謝轉變為無氧酵解。動物研究發現，ATP4A 基因敲除的小鼠胃黏膜發生萎縮、腺體增生、腸上皮化生及不典型增生等一系列癌前病變改變，其主要機制是ATP4A 基因表達下調后激活PI3K/Akt/mTOR 信號通路，從而上調其下游靶點因子缺氧誘導因子1α（HIF-1α），增加乳酸脫氫酶A （LDHA）的表達，啟動Warburg 效應［20］。目前無相關研究證明ATP4B 與PI3K/Akt/mTOR 信號通路的關系，但ATP4A 和ATP4B 基因功能具有重疊效應，兩者均與線粒體能量代謝密切相關，未來可進一步研究ATP4B 基因與此信號通路的關系，為ATP4B 在胃癌發生中的機制提供新的參考方向。

3.2 ATP4B 通過促進細胞凋亡參與胃癌發生 細胞凋亡是一種受嚴格調控的細胞自主的程序性死亡過程，是對外界有害刺激和損傷產生的正常生理反應，在胚胎生長、組織器官發育及內環境的穩定中起著重要的作用［21］。正常情況下，細胞增殖和凋亡處于一個動態平衡當中，而腫瘤的發生就是由于兩者之間的平衡被打破，出現細胞增殖過度和細胞凋亡逃逸。細胞凋亡分為內源性和外源性兩種途徑，內源性凋亡通路受B淋巴細胞瘤-2（Bcl-2）基因家族調控［22］。Bcl-2 蛋白可降低細胞色素C 的釋放進而抑制超氧陰離子的產生，對細胞凋亡起到負向調控作用［23］。有學者發現，降低胃癌細胞系中ATP4B 的表達，細胞凋亡率顯著下降［11］。另有研究表明，上調胃癌細胞中ATP4B 表達通過增加凋亡蛋白Bax、Bid 生成，同時減少抗凋亡蛋白Bcl-2生成而誘導細胞凋亡發揮抗腫瘤作用［6］。

3.3 ATP4B 通過基因調控參與胃癌發生 基因調控是在DNA 水平、轉錄水平及翻譯水平上通過調整基因的轉錄、翻譯及翻譯后修飾過程來控制基因的表達，以維持生物體的穩態和對外界環境的的適應能力，在腫瘤的發生過程中基因調控發揮關鍵作用［24］。ATP4B 可能受微小RNA（miRNA）的轉錄后調控機制參與胃癌的發生過程。miRNA 是一類由內源基因編碼的長度約為22 個核苷酸的非編碼單鏈RNA 分子，與靶標信使RMA（mRNA）的3'端非翻譯區（3'-UTR）特異性結合，通過調節靶標mRNA 的翻譯和降解來影響基因表達，從而對癌細胞產生促進或抑制作用［25］。已明確恢復胃癌細胞和組織中ATP4B 表達對胃癌發生具有抑制作用，但其上游調控機制并不清楚。在一項生信分析中，利用GEO 數據庫構建了miRNA-mRNA-TF 調控網絡來鑒定胃癌中差異表達的miRNA，發現miR-199a-3p、miR-125b-5p和miR-199a-5p 在胃癌組織中表達上調，而miR-125b-5p、miR-199a-5p是ATP4B 的上游調控因子［26］。胃癌組織中miR-199a-5p 表達上調與腫瘤直徑、淋巴結轉移和TNM 分期有關，并通過miR-199a-5p/E-cadherin 通路促進胃癌細胞的增殖、轉移和侵襲［27］。另有研究發現，miR-125b-5p/STAT3 信號軸與胃癌化療耐藥的發生及胃癌進展有關，可能是尋找癌細胞耐藥的潛在靶點［28］。miR-181a-5p 對ATP4B 具有負向調控作用，通過體內體外試驗表明miR-181a-5p 作為ATP4B 的上游調控因子，可以促進胃癌細胞的增殖、細胞集落形成和細胞周期轉變，并在體外和體內增強癌細胞的侵襲、轉移和上皮細胞向間質細胞的轉變［29］。以上證據表明miRNA 對ATP4B 的調控在胃癌的發生中具有重要的作用，但具體的調控機制及在胃癌發生中的生物學作用仍需進一步深入探究。

4 ATP4B在胃癌診斷和治療中的作用

胃鏡聯合活組織學檢查是目前胃癌診斷的金標準，但操作具有一定的復雜性、有創性，受患者自身身體條件的影響較大，患者可接受程度較低，相對而言，血清學檢查更簡便，患者更容易接受。萎縮性胃炎作為一種癌前病變，需要定期內鏡隨訪。血清ATP4B 抗體與胃黏膜萎縮關系十分密切，相較于ATP4B 自身抗體陰性患者，ATP4B 抗體陽性者更容易出現胃黏膜萎縮和腸上皮化生改變［30］。因此，檢測血清ATP4B 自身抗體水平有助于早期識別胃黏膜癌前病變，加強內鏡隨訪有益于提高胃癌的早期檢出率。表觀遺傳藥物可以通過恢復胃癌細胞中ATP4B 的表達發揮良好的抗腫瘤作用。ATP4B 表達增加還可以增強化療藥物多西他賽的抗腫瘤效應。多西他賽是一類紫杉醇類化合物，通過抑制血管新生，減少細胞侵襲分子分泌，降低腫瘤標志物水平而在晚期胃癌患者中發揮良好的抗癌效果［31］。

綜上所述，ATP4B 在胃癌中扮演抑癌基因角色參與胃癌的發生、發展過程。ATP4B 基因內區域發生甲基化和乙?；揎棇е缕湓谖赴┲斜磉_下調，胃癌細胞中ATP4B 表達缺失后，線粒體能量代謝發生改變，導致癌細胞增殖活性、轉移性和侵襲力增加從而促進腫瘤細胞的生長及惡性轉化。ATP4B 還作為miRNA 的下游調控因子，受miRNA 轉錄后調控影響其表達，參與胃癌的發生。此外，ATP4B 在胃癌診療過程中發揮關鍵作用，ATP4B 表達下調與胃黏膜發育不良及惡性轉化密切相關，可以作為評估胃萎縮不全的內鏡檢查前的一項重要標志物。胃癌中ATP4B 過表達可增加化療藥物對胃癌細胞的敏感性從而增強抗腫瘤效應。但目前，仍缺乏關于ATP4B 在胃癌發生中的具體機制及預測胃癌發生潛在價值的大樣本臨床研究。