碳酸酐酶Ⅸ在腫瘤中的研究進(jìn)展

江立基　李先明

摘 要：碳酸酐酶Ⅸ屬于跨膜蛋白酶，分布于細(xì)胞膜和細(xì)胞核，CAⅨ基因是乏氧誘導(dǎo)因子-1（HIF-1）的下游靶基因，乏氧條件能誘導(dǎo)其表達(dá)并且與腫瘤的發(fā)生發(fā)展、治療敏感性及患者預(yù)后相關(guān)。近年來(lái)CAⅨ已成為一個(gè)腫瘤潛在的靶向治療熱點(diǎn)，本文就CAⅨ在腫瘤中的研究進(jìn)展作一綜述。

關(guān)鍵詞：碳酸酐酶Ⅸ；腫瘤；乏氧誘導(dǎo)因子-1

中圖分類號(hào)：R730 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.03.003

文章編號(hào)：1006-1959（2018）03-0007-03

Abstract：Carbonic anhydrase Ⅸ is a transmembrane protease located in the cell membrane and nucleus.CAⅨ gene is a downstream target of hypoxia-inducible factor-1（HIF-1），under hypoxic conditions can induce its expression and with the development of tumors， the treatment of sensitivity and patient prognosis.In recent years，CAⅨ has become a potential target of cancer therapy.This article reviews the research progress of CAⅨ in cancer.

Key words：Carbonic anhydrase IX；Tumor；Hypoxia inducible factor -1

碳酸酐酶（carbonic anhydrase，CA）家族是一類含鋅金屬酶家族，首次發(fā)現(xiàn)于與人乳腺癌細(xì)胞聯(lián)合培養(yǎng)的人宮頸癌HeLa細(xì)胞系中，初始被認(rèn)為具有腫瘤相關(guān)基因產(chǎn)物特點(diǎn)，稱作MN蛋白，后發(fā)現(xiàn)其氨基酸中央序列與CA有高度同源性，并與Zn結(jié)合后具有CA活性，故命名為Carbonic anhydrase Ⅸ（CAⅨ）[1]。許多腫瘤如大腸癌、胃癌、宮頸癌、乳腺癌中可檢測(cè)到CAⅨ蛋白的過(guò)度表達(dá)，其與腫瘤的發(fā)生發(fā)展、治療敏感性及患者預(yù)后相關(guān)[2]。因此，本文就CAⅨ在腫瘤的診斷、預(yù)后及治療等方面作一綜述。

1 CAⅨ與腫瘤診斷

CAⅨ是對(duì)腎癌診斷最有價(jià)值的標(biāo)志物，有研究表明其對(duì)腎透明細(xì)胞癌診斷的特異度為100%[3]。由于腎細(xì)胞癌（RCC）早期容易出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，因此可以檢測(cè)循環(huán)系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞的CAⅨ水平進(jìn)行早期診斷[4]。Takacova M[4]等應(yīng)用RT-PCR技術(shù)檢測(cè)74名腎腫瘤患者外周血中的CAⅨ表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)100%腎臟良性腫瘤CAⅨ-mRNA表達(dá)陰性，而外周血CAⅨ-mRNA對(duì)RCC的診斷靈敏度僅為32.4%。由于CAⅨ在外周血中的特異性比較高，可作為早期RCC診斷的腫瘤標(biāo)記物，但其敏感性不高，所以如何提高外周血中CAⅨ檢測(cè)的敏感性，是今后研究的方向[5]。

在肺癌診斷方面，Peng L[6]利用ELISA技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)惡性胸腔積液的CAⅨ表達(dá)水平顯著高于結(jié)核性胸水，惡性胸腔積液中CAⅨ基因表達(dá)的特異性和靈敏性分別為58.3%和92.3%。此外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)病理類型為鱗癌和小細(xì)胞癌中CAⅨ表達(dá)水平顯著高于腺癌[7]，這提示檢測(cè)胸腔積液中CAⅨ的表達(dá)不僅可為肺癌的診斷提供依據(jù)，還可以對(duì)腫瘤病理類型進(jìn)行初步判斷。

腋窩淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移情況對(duì)乳腺癌患者治療方案的抉擇至關(guān)重要，臨床上對(duì)乳腺癌患者腋窩淋巴結(jié)的評(píng)價(jià)主要依靠影像學(xué)檢查和病理活檢。Tafreshi[8]等利用CAⅨ靶向熒光分子成像探針，對(duì)乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移進(jìn)行非侵襲性檢測(cè)，結(jié)果顯示所有癌轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)CAⅨ表達(dá)均為陽(yáng)性，提示用靶向熒光探針檢測(cè)CAⅨ的表達(dá)可以作為臨床上乳腺癌無(wú)創(chuàng)性分期的依據(jù)。

2 CAⅨ與腫瘤的預(yù)后

近年來(lái)有學(xué)者利用免疫組化、組織芯片等技術(shù)分析不同腫瘤中CAⅨ表達(dá)與患者預(yù)后的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在乳腺癌、肺癌、肝癌、口腔癌和膀胱癌中，CAⅨ高表達(dá)者預(yù)后更差，見表1。

CAⅨ在鼻咽癌領(lǐng)域的研究較少，Chen[9]曾利用免疫組化技術(shù)分析129例鼻咽癌組織中CAⅨ蛋白的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)鼻咽癌中CAⅨ基因的表達(dá)顯著高于鼻炎組，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)CAⅨ基因表達(dá)者有著較差的預(yù)后，是鼻咽癌患者的獨(dú)立預(yù)后因素。但是，近年丹麥的一項(xiàng)大型臨床試驗(yàn)DAHANCA 5 study分析了414例治療前的鼻咽癌組織標(biāo)本中CAⅨ的表達(dá)水平，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鼻咽癌中CAⅨ的表達(dá)與患者預(yù)后有明顯關(guān)聯(lián)[10]。

在腎透明細(xì)胞癌的研究中，CAⅨ的過(guò)表達(dá)卻有著較好的預(yù)后[11]，有Meta分析研究了2611例RCC患者組織中CAⅨ的表達(dá)水平及其預(yù)后的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)CAⅨ低表達(dá)有著較差的預(yù)后，并且與淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)[12]。分析原因，可能是腎透明細(xì)胞癌中容易出現(xiàn)VHL（Von Hippel-Lindau）基因突變，引起HIF通路的激活和CAⅨ的表達(dá)。并且隨著腫瘤的進(jìn)展，相對(duì)于乏氧誘導(dǎo)相關(guān)因子，CAⅨ的表達(dá)更多地依賴于基因突變等其他途徑，而在其他類型的腫瘤中，CAⅨ的表達(dá)只跟乏氧有關(guān)聯(lián)[11]。但目前其機(jī)制仍不明確，期待更深入的研究。

3 CAⅨ與腫瘤放療敏感性

實(shí)體腫瘤組織內(nèi)存在乏氧區(qū)甚至無(wú)氧區(qū)，乏氧已經(jīng)被認(rèn)為是一種常見的生物學(xué)特征，廣泛存在于多種惡性腫瘤中。許多研究表明乏氧區(qū)域的腫瘤細(xì)胞對(duì)放化療均不敏感，而腫瘤內(nèi)部乏氧和腫瘤酸性微環(huán)境與腫瘤的放療抵抗有關(guān)[13]。有學(xué)者認(rèn)為乳腺癌中有30%～40%的腫瘤細(xì)胞氧氣含量低于1%，這部分腫瘤細(xì)胞對(duì)放療不敏感，需要相對(duì)于含氧正常的腫瘤細(xì)胞的2～3倍的放療劑量才達(dá)到相同的效果[14]。而放射治療需要氧氣形成細(xì)胞毒性自由基破壞腫瘤細(xì)胞DNA，并穩(wěn)定DNA損傷，達(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的目的[15]。CAⅨ作為HIF-1α的下游靶基因，在乏氧條件下過(guò)表達(dá)并促進(jìn)細(xì)胞酸性微環(huán)境的形成[16]，可能腫瘤放療抵抗相關(guān)。

在對(duì)結(jié)直腸癌的研究中，Jérome Doyen[17]在體外利用shRNA沉默人結(jié)直腸細(xì)胞株LS174Tr中CAⅨ的表達(dá)聯(lián)合放療，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞死亡率增加50%～70%，而在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中沉默CAⅨ表達(dá)聯(lián)合放療明顯能抑制裸鼠移植瘤的生長(zhǎng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，沉默CAⅨ基因的表達(dá)，通過(guò)減少在細(xì)胞分裂S期細(xì)胞的數(shù)目和降低細(xì)胞內(nèi)pH的調(diào)節(jié)能力，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)可以提高放療療效。

放療是頭頸部腫瘤的重要治療手段，而放療抵抗是頭頸部腫瘤治療失敗的重要原因之一。Koukourakis[18]檢測(cè)198名頭頸部鱗癌標(biāo)本的CAⅨ表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)高表達(dá)者有著更差的放療療效。但是，前面的一項(xiàng)大型臨床研究 [10]并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)CAⅨ表達(dá)在預(yù)測(cè)頭頸部腫瘤放療療效方面的價(jià)值。

雖然多項(xiàng)體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)[17，19-20]均認(rèn)為CAⅨ高表達(dá)與腫瘤放療抗拒相關(guān)，而下調(diào)CAⅨ的表達(dá)可以增加放療敏感性，但是在臨床試驗(yàn)中并沒(méi)有足夠的證據(jù)支持這一觀點(diǎn)。因此目前關(guān)于CAⅨ的表達(dá)與放療敏感性的聯(lián)系仍存在爭(zhēng)議，需要進(jìn)一步的探討。

4 CAⅨ與腫瘤的治療

由于細(xì)胞膜上有CAⅨ基因的活性部分，因此可設(shè)計(jì)CAⅨ小分子抑制劑，與細(xì)胞膜上CAⅨ的活性基團(tuán)結(jié)合，從而抑制其活性[21]，對(duì)腫瘤的治療具有非常重要的意義。磺胺類藥物可在CAⅨ活性中心調(diào)節(jié)鋅離子而抑制CAⅨ蛋白表達(dá)[22]，是最經(jīng)典的CAⅨ抑制劑。目前的研究方向是以磺胺類藥物為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并標(biāo)記白蛋白、熒光基團(tuán)和陽(yáng)離子基團(tuán)等特殊基團(tuán)，可進(jìn)一步降低藥物的膜通透性和增加對(duì)目的基因的抑制效果，但是由于白蛋白等大分子基團(tuán)在體內(nèi)容易引起過(guò)敏反應(yīng)而且生物利用率較低，因此帶有熒光基團(tuán)和陽(yáng)離子基團(tuán)的CAⅨ抑制劑更受關(guān)注，是CAⅨ抑制劑在腫瘤治療的研究的新方向[21]。

CAⅨ單克隆抗體能在體內(nèi)引起抗體介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用（ADCC），因而能用于腫瘤的免疫治療。Ⅰ、Ⅱ階段的臨床研究已經(jīng)證明CAⅨ單克隆抗體是安全可靠的，具有較好的耐受性，在單獨(dú)或者聯(lián)合使用干擾素1-α（IFN）能影響腫瘤的負(fù)荷。目前cG250單克隆抗體已經(jīng)以RENCAREX為商品名上市并且與IL-2或者IFN-α聯(lián)合作為晚期腎透明細(xì)胞癌的治療手段正在進(jìn)行第Ⅲ階段的臨床研究。

5 總結(jié)

隨之分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和研究的不斷深入，CAⅨ在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、診斷、預(yù)后和治療中展現(xiàn)出充滿希望的前景。多項(xiàng)關(guān)于CAⅨ的研究正在進(jìn)行中，期待著突破性的進(jìn)展，造福眾多腫瘤患者。

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收稿日期：2017-8-14；修回日期：2017-8-18

編輯/成森