乙醛脫氫酶與消化道腫瘤相關(guān)研究進(jìn)展

吳國(guó)棟，李 惠，曲 波

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，黑龍江 哈爾濱150086

目前許多研究認(rèn)為腫瘤組織中存在一部分?jǐn)?shù)量較少的腫瘤干細(xì)胞，越來(lái)越多的證據(jù)表明這些腫瘤干細(xì)胞可能與腫瘤的形成、轉(zhuǎn)移及耐藥關(guān)系密切。乙醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase，ALDH)可以氧化醛形成相應(yīng)酸來(lái)實(shí)現(xiàn)解毒作用，然而其作用不僅如此，許多ALDH 如ALDH1A2、ALDH1A3、ALDH1A7、ALDH2* 2、ALDH3A1、ALDH4A1、ALDH5A1、ALDH6 及ALDH9A都在人正常和腫瘤干細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)，它們不僅起到腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物的作用，也在細(xì)胞自我保護(hù)、增殖和分化方面發(fā)揮作用［1-2］。然而，ALDH 與細(xì)胞增殖、分化等的具體關(guān)系目前尚不清楚。我們就ALDH 與消化道腫瘤的關(guān)系作一概述。

1 ALDH 家族和ALDH1

ALDH 超家族成員在內(nèi)源性和外源性醛的氧化方面起重要作用，這種作用可以阻止有毒的醛在體內(nèi)積聚，維持了細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)，使機(jī)體正常功能免受過(guò)量的醛的毒性影響。同時(shí)，ALDH 通過(guò)代謝一些醛的中間體來(lái)合成一些重要的分子，如視黃酸、葉酸等。除此之外，ALDH 還表現(xiàn)出一些額外的非酶功能:結(jié)合激素及一些小分子物質(zhì)包括雄激素、膽固醇、甲狀腺激素等;吸收紫外線，減弱紫外線在角膜上的作用［2］。其在胚胎發(fā)育、神經(jīng)傳導(dǎo)、氧化應(yīng)激及腫瘤中都有重要作用。我們發(fā)現(xiàn)有一些ALDH 是干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志物。迄今為止，人類基因組中發(fā)現(xiàn)19 個(gè)已知的ALDH 基因，編碼不同的ALDH 亞型。ALDH 基因突變及ALDH 活性的喪失導(dǎo)致許多疾病的發(fā)生，如:白內(nèi)障與ALDH1A1、ALDH3A1、ALDH18A1 缺失相關(guān)，高脯氨酸血癥與ALDH4A1 缺失相關(guān)，心臟疾病與ALDH2 缺失相關(guān)，癲癇與ALDH7A1 缺失相關(guān)，酒精敏感與ALDH1A1、ALDH1B1、ALDH2 缺失相關(guān)。

最近，ALDH 與干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞的關(guān)系也被人們認(rèn)識(shí)到，如ALDH1A1 在人類造血干細(xì)胞中高表達(dá);ALDH1B1 主要在結(jié)腸干細(xì)胞中表達(dá)，在結(jié)腸腺癌中表達(dá)則明顯上調(diào)。在ALDH 家族中，ALDH1 與腫瘤關(guān)系的研究較多，ALDH1 家族主要包括ALDH1A1、ALDH1A2、ALDH1A3、ALDH1B1、ALDH1L1 和 ALDH1L2，其分布范圍較廣，包含肝臟、腎臟、腦、胃腸道等組織中，我們可以應(yīng)用免疫組織化學(xué)技術(shù)(aldefluor)方便地評(píng)估各組織中ALDH 的表達(dá)。

2 ALDH 作為消化道腫瘤標(biāo)志物

應(yīng)用ALDH1 作為消化道腫瘤標(biāo)志物有其組織學(xué)依據(jù)，正常組織中根據(jù)ALDH1 分布的不同可以分為3種類型［3］:(1)缺乏或很少有ALDH1 表達(dá)的組織，如乳腺和肺組織;(2)ALDH1 表達(dá)相對(duì)較弱的組織，如結(jié)腸和胃組織;(3)ALDH1 高度表達(dá)的組織，如肝臟、胰腺組織。因此，ALDH1 可以在表達(dá)水平不高的組織中作為相應(yīng)的組織腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物如乳腺、肺、結(jié)腸、胃組織等，但不適合在高表達(dá)組織中作為腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物如肝臟、胰腺等。在胃腸道中，ALDH1 陽(yáng)性細(xì)胞(＜5%)主要位于結(jié)腸和胃的正常隱窩底部［1］。消化道腫瘤與ALDH 相關(guān)研究中結(jié)腸癌研究較為多見，相關(guān)研究中普遍接受ALDH1 作為結(jié)腸癌干細(xì)胞的標(biāo)志物之一［4］。其中ALDH1A1 和ALDH3A1 在正常和癌癥干細(xì)胞的分化和增殖等功能中起重要作用［5］，消化道腫瘤的ALDH3A1 高水平表達(dá)可能是環(huán)磷酰胺類藥物具有較差的臨床療效的原因。

許多研究［6］發(fā)現(xiàn)ALDH1 陽(yáng)性表達(dá)的腫瘤細(xì)胞有干細(xì)胞特性，在乳腺癌中發(fā)現(xiàn)ALDH1 陽(yáng)性的癌細(xì)胞在免疫缺陷的小鼠體內(nèi)可以形成乳球和導(dǎo)管小葉結(jié)構(gòu)且有很強(qiáng)的侵襲力。Ginestier 等［6］從500 多例患者標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)ALDH1 高表達(dá)與乳腺癌預(yù)后呈負(fù)相關(guān)。在膀胱癌、肺癌中的情況也相似［7-8］。通過(guò)免疫組化等手段研究顯示ALDH1+細(xì)胞僅僅局限于結(jié)腸隱窩底部，且分布較為分散，當(dāng)正常上皮癌變后，ALDH1+細(xì)胞的數(shù)目增加且分布也開始遠(yuǎn)離隱窩底部。Huang 等［9］的研究闡述了ALDH 可以作為結(jié)腸干細(xì)胞的一個(gè)特異性標(biāo)志物，且可以通過(guò)追蹤ALDH+干細(xì)胞來(lái)了解結(jié)腸癌發(fā)病過(guò)程，結(jié)腸干細(xì)胞數(shù)量在結(jié)腸上皮隱窩處大量增加與結(jié)腸癌發(fā)生及發(fā)展密切相關(guān)，被Huang 等稱為“干細(xì)胞過(guò)量增殖”假說(shuō)(SC overpopulation hypothesis)。

3 ALDH 與腫瘤細(xì)胞通路

ALDH 能參與到許多腫瘤細(xì)胞表達(dá)的重要細(xì)胞通路中，在腫瘤發(fā)生、發(fā)展及耐藥性中起重要作用。如:STAT 家族是一組轉(zhuǎn)錄因子，STAT3 是一個(gè)在大腸癌發(fā)生、發(fā)展中起重要作用的細(xì)胞通路。Li 等［10］研究表明ALDH 參與結(jié)腸癌干細(xì)胞STAT3 的磷酸化，在結(jié)腸癌發(fā)展中起到作用。同時(shí)，ALDH 作為腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物，與CD133 一同存在時(shí)可以增強(qiáng)腫瘤干細(xì)胞的致瘤性，與ALDH+/CD133-或僅ALDH+的細(xì)胞相比，ALDH+/CD133+細(xì)胞往往會(huì)形成更大的腫瘤，同時(shí)成瘤速度也更快。STAT 可以作為一個(gè)結(jié)腸癌干細(xì)胞的治療靶點(diǎn)，那么ALDH 也可以作為一種新的抗腫瘤治療的靶點(diǎn)。

ALDH 在胃癌中也有類似作用，Nishikawa 等［11］實(shí)驗(yàn)表明ALDH 高表達(dá)的胃癌細(xì)胞移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)后對(duì)比ALDH 低表達(dá)的細(xì)胞會(huì)形成更大的瘤體，且在小鼠體內(nèi)表現(xiàn)出更高的致瘤性。應(yīng)用5-氟尿嘧啶和順鉑培養(yǎng)出的腫瘤細(xì)胞含有較多ALDH 高表達(dá)的細(xì)胞，同時(shí)Notch1 和Sonic hedgehog(Shh)在ALDH 高表達(dá)細(xì)胞中也有表達(dá)的上調(diào)，Nishikawa 等［11］認(rèn)為胃癌中ALDH 產(chǎn)生耐藥性是通過(guò)Notch1 和Shh 信號(hào)通路，給我們提供了一個(gè)新的胃癌可能的治療靶點(diǎn)。

Ajani 等［12］通過(guò)對(duì)食管癌患者的腫瘤標(biāo)本研究發(fā)現(xiàn)，ALDH1 高表達(dá)的食管癌細(xì)胞與放化療抗性、腫瘤高侵襲性(表現(xiàn)出更高增殖率)相關(guān)，且他們都過(guò)度表達(dá)抗性基因如Shh、YAP1、Gal-3、Hes-1 等。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)如果細(xì)胞抵抗5-氟尿嘧啶，那么其ALHD1+的細(xì)胞數(shù)量會(huì)增加，抗性基因會(huì)出現(xiàn)過(guò)度表達(dá)，且腫瘤細(xì)胞侵襲性會(huì)增加。Ajani 等［12］的研究給我們提供了一個(gè)新的治療策略，可以應(yīng)用一些抵抗耐放化療基因的試劑，如Shh 拮抗劑［13］，或針對(duì)諸如YAP1、Gal-3、Hes-1 等基因的抑制劑。

4 ALDH 與腫瘤耐藥性及腫瘤的治療

ALDH 抑制劑目前正被新興的臨床需要所驅(qū)動(dòng)著。然而該種抑制劑僅開發(fā)出針對(duì)19 種酶中的3 種，它們包括酶代謝相關(guān)的ALDH2 及抗腫瘤的藥物ALDH1A1 和ALDH3A1 抑制劑。ALDH1A1 和ALDH3A1同工酶活性的增加與腫瘤細(xì)胞群對(duì)氧氮磷環(huán)類抗腫瘤藥物耐藥性相關(guān)，如環(huán)磷酰胺和甲基芐肼。ALDH 在耐藥機(jī)制中的作用被支持是通過(guò)觀察到當(dāng)ALDH 活性被抑制后藥物作用有所增強(qiáng)?；谶@些觀察結(jié)果，ALDH 同工酶被建議作為新的藥理靶點(diǎn)來(lái)治療癌癥。在這方面，新的藥物被開發(fā)和測(cè)試叫做ALDH 抑制劑，在腫瘤治療方面尤其針對(duì)于ALDH1A1 和ALDH3A1 同工酶。當(dāng)然我們必須認(rèn)識(shí)到ALDH 的活化在一些特定的疾病或治療條件中卻是表現(xiàn)出有益效果的。如:Alda-1，一種ALDH 的小分子活化劑，可以防止ALDH2 失活，以此來(lái)防止長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用硝酸甘油治療出現(xiàn)的患者對(duì)藥物的耐受［14］。

ALDH1 最初發(fā)現(xiàn)與惡性腫瘤相關(guān)是發(fā)現(xiàn)與環(huán)磷酰胺(CTX)類藥物耐藥相關(guān)，ALDH1 發(fā)揮對(duì)CTX 的作用是通過(guò)氧化其中間產(chǎn)物醛磷酰胺成羥基磷酰胺而發(fā)生耐藥。在結(jié)腸癌耐藥性方面的研究，Dylla 等［15］發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用環(huán)磷酰胺治療后，剩余的腫瘤細(xì)胞中有大量富集ESA+CD44+的結(jié)腸癌干細(xì)胞，且它們都表現(xiàn)出高水平的ALDH 活性。在應(yīng)用ALDH 抑制劑或ALDH1A1 靶向siRNA 處理ESA+CD44+的結(jié)腸癌干細(xì)胞后，這些腫瘤干細(xì)胞對(duì)于環(huán)磷酰胺的敏感性增加，說(shuō)明其耐藥性來(lái)自于ALDH 的高度活性。如果能繼續(xù)研究ALDH 抑制劑或是影響ALDH 表達(dá)通路的抑制劑我們可能會(huì)找到克服耐藥腫瘤干細(xì)胞或直接抑制腫瘤干細(xì)胞生長(zhǎng)的工具［16］。對(duì)于ALDH 抑制劑的意義，Raha 等［17］的研究表明腫瘤細(xì)胞暴露在細(xì)胞毒性藥物中會(huì)引起ALDH 表達(dá)增高，這與腫瘤細(xì)胞耐藥有很大關(guān)系;同時(shí)如果給耐藥細(xì)胞群應(yīng)用ALDH 抑制劑后應(yīng)用抗腫瘤藥物就可以有效清除耐藥細(xì)胞群，這說(shuō)明ALDH 抑制劑對(duì)于抗腫瘤及延緩癌癥復(fù)發(fā)有一定積極意義。

Deng 等［18］的研究發(fā)現(xiàn)ALHD1 是Ⅱ～Ⅲ期結(jié)腸癌患者接受放化療后的一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后因素。ALDH高表達(dá)與腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移有顯著的相關(guān)性，ALDH1 表達(dá)每增加一個(gè)百分點(diǎn)，腫瘤復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)增加0.03%。然而ALDH1 在結(jié)腸癌患者中表達(dá)的意義需要進(jìn)一步在臨床試驗(yàn)中得到評(píng)估。

除消化道腫瘤外，ALDH 與許多其他腫瘤的耐藥性關(guān)系的研究也值得我們關(guān)注，因?yàn)樗鼈兛梢栽谙滥[瘤研究中給我們?cè)S多提示。Luo 等［19］在人類黑色素瘤的研究中提出，ALDH1A 不僅是黑色素瘤的標(biāo)志物，同時(shí)也是一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。研究者們應(yīng)用替莫唑胺、紫杉醇和阿霉素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選擇的細(xì)胞系是1250Lu 細(xì)胞及A375 細(xì)胞。對(duì)比于相應(yīng)的陰性表達(dá)細(xì)胞，ALDH+1250Lu 細(xì)胞及ALDH+A375 細(xì)胞表現(xiàn)出藥物敏感性的下降，對(duì)敲除ALDH1A 基因后的ALDH+1250Lu 細(xì)胞及ALDH+A375 細(xì)胞進(jìn)行分析，之前耐藥的細(xì)胞開始出現(xiàn)凋亡與壞死。這些結(jié)果表明ALDH1A的表達(dá)有助于ALDH+黑色素瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物產(chǎn)生抗性。

一些抗腫瘤藥物已經(jīng)被證明在化療中對(duì)腫瘤產(chǎn)生氧化應(yīng)激作用，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化和產(chǎn)生醛類物質(zhì)［1］。ALDH3A1 活性和耐氧氮磷環(huán)類藥物之間的關(guān)系已經(jīng)在體外實(shí)驗(yàn)證明:高濃度醛脫氫酶環(huán)境中培養(yǎng)人腫瘤細(xì)胞以增加ALDH3A1 活性，可以使細(xì)胞獲得穩(wěn)定的對(duì)氧氮磷環(huán)類藥物的耐藥。這種相關(guān)性在轉(zhuǎn)染了鼠ALDH3 的人乳腺癌MCF-7 細(xì)胞中也得到了證實(shí)，而這種抗性在應(yīng)用了ALDH3 抑制劑二乙氨基苯后得到了逆轉(zhuǎn)。從ALDH3 對(duì)環(huán)磷酰胺的代謝產(chǎn)物中分析證實(shí)了醛磷酰胺的氧化是該同工酶對(duì)于氧氮磷環(huán)類藥物耐藥的主要機(jī)制。已經(jīng)有報(bào)道ALDH3 和ALDH1 活性的個(gè)體差異在人乳腺癌細(xì)胞中導(dǎo)致了對(duì)4-氫過(guò)氧化環(huán)磷酰胺的耐藥，而這是乳腺癌的一個(gè)基本治療方案。鑒于惡性腫瘤組織中廣泛表達(dá)ALDH3，在正常乳腺組織和原發(fā)乳腺癌組織化療開始之前測(cè)量ALDH 水平有助于對(duì)化療效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，這為疾病個(gè)體化治療方案提供了基礎(chǔ)。由于ALDH3A1 是確定腫瘤細(xì)胞對(duì)氧氮磷環(huán)類藥物耐藥的關(guān)鍵性指標(biāo)，我們就可以試圖通過(guò)抑制ALDH3A1 的合成提高臨床治療效果，或是通過(guò)該方法減弱正常組織對(duì)化療藥物的敏感性。此外，ALDH3A1 是參與多藥耐藥的轉(zhuǎn)移基因MTDH 的下游基因，MTDH 是Ha-Ras 和c-Myc 的轉(zhuǎn)化活性的下游介質(zhì)，它調(diào)節(jié)腫瘤進(jìn)展的幾個(gè)重要方面，其在腫瘤發(fā)生過(guò)程中對(duì)其轉(zhuǎn)化、侵襲、轉(zhuǎn)移、逃避凋亡和耐藥均有作用。MTDH 過(guò)度表達(dá)占乳腺癌患者的40%，且與較差的臨床預(yù)后相關(guān)［20］。研究也發(fā)現(xiàn)敲除MTDH 后可以抑制ALDH3 表達(dá)且誘導(dǎo)化療敏感性的增加。為進(jìn)一步探討ALDH3A1 在MTDH 介導(dǎo)耐藥機(jī)制中的重要性，研究人員設(shè)計(jì)了敲除ALDH3A1 的LM2 細(xì)胞系作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是LM2 細(xì)胞對(duì)紫杉醇、阿霉素和4-氫過(guò)氧化環(huán)磷酰胺的敏感性增加，恢復(fù)ALDH3A1 的表達(dá)后LM2 細(xì)胞又對(duì)上述藥物產(chǎn)生耐藥性。由此看來(lái)，ALDH3A1 起到了廣譜耐藥的作用，此外它也有助于增加腫瘤干細(xì)胞的耐藥性。

腫瘤干細(xì)胞學(xué)說(shuō)讓我們對(duì)腫瘤發(fā)生、發(fā)展有了新的認(rèn)識(shí)，ALDH 作為腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)也在研究腫瘤發(fā)生及治療等方面提供了幫助和新的思路。ALDH 的進(jìn)一步研究，尤其是與相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)的研究，有可能進(jìn)一步闡述腫瘤耐藥的重要機(jī)制，對(duì)今后腫瘤的靶向治療起到關(guān)鍵性作用。

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