乳酸脫氫酶C4與惡性腫瘤的研究進展

林穎烽 周峰 陳燕崔兆磊

惡性腫瘤是一種由多因素作用和多基因調(diào)控的疾病。在我國每年約393萬人被診斷為惡性腫瘤，并且以3.2%的速度逐年增加，而因惡性腫瘤死亡的人數(shù)亦以2.5%的速度增長［1］?？梢姡瑦盒阅[瘤已成為嚴(yán)重威脅我國人民健康的主要公共衛(wèi)生問題之一。早診早治是惡性腫瘤有效的防控手段，也是改善預(yù)后的關(guān)鍵。但現(xiàn)階段臨床上應(yīng)用于惡性腫瘤輔助診斷和預(yù)后判斷的高敏感性和特異性的腫瘤標(biāo)志物有限，因此尋找新型的腫瘤標(biāo)志物，成為腫瘤研究領(lǐng)域的熱點之一。乳酸脫氫酶C4（lactate dehydrogenase C4，LDHC4）是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）依賴性激酶。研究發(fā)現(xiàn)，LDH-C4是一種腫瘤睪丸相關(guān)抗原［2］，可能是腫瘤輔助診斷及預(yù)后判斷的新型標(biāo)志物。在肺癌、乳腺癌和腎細胞癌等腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)其呈高表達，且可能通過腫瘤代謝和腫瘤免疫途徑促進惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展，影響預(yù)后［3］。本文就LDH-C4與惡性腫瘤關(guān)系的研究進展作一綜述。

1 LDH-C4的概述

乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）是一類NAD依賴性激酶，有LDHA、LDHB、LDHC三種亞基，可構(gòu)成6種四聚體同工酶［3］。其中，常見的A、B兩種亞基可構(gòu)成5種LDH同工酶（LDH1～5），而C亞基則僅組成一種LDH同工酶即LDH-C4。LDH-C4又名LDH-X［4］，位于染色體 11p14.3～15.5，由 LDHC 基因編碼，其編碼區(qū)由2～8號外顯子組成，包含999個堿基對，分子量約為35 kD［5］。LDH-C4由4個C亞基聚合而成，其環(huán)區(qū)和螺旋D區(qū)序列與LDH-A與LDH-B不同，可形成獨特的α-螺旋和β-折疊，且NH2-末端臂極易變異，需與其他亞基羧基端區(qū)相互作用穩(wěn)定四聚體LDH的四元結(jié)構(gòu)。因此，與其他5種亞型LDH同工酶相比，LDH-C4具有較高的熱穩(wěn)定性，利用這種特性可以將其與其他5種同工酶特異性分離［6］。LDH-C4特異性存在于哺乳動物精子等生殖細胞中，在維持雄性生殖和精子獲能方面起重要作用。研究表明LDH-C4能催化精子細胞以乳酸為底物，并通過有氧糖酵解途徑產(chǎn)生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）［7］。通過靶向斷裂 LDH-C4，精子的數(shù)量和形態(tài)不發(fā)生改變，但精子的LDH酶活性和精子運動活力整體下降［8］。此外，LDH-C4是一種腫瘤睪丸相關(guān)抗原，有較強的免疫原性，可參與體內(nèi)的免疫應(yīng)答，可能是腫瘤免疫治療的一個新靶點［5］。

2 LDH-C4基因的表達調(diào)控

LDH-C4的基因LDHC位于11號染色體，是LDHA基因的二次基因復(fù)制產(chǎn)物，與LDHA基因存在75.3%的同源重復(fù)序列片段［9-10］?，F(xiàn)階段關(guān)于LDHA基因的調(diào)控研究較為成熟，但LDHC具體的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制還尚未清楚。TANG等［11］對人黑色素瘤細胞LDHC基因的GC盒和CRE位點進行人工突變后，其啟動子活性分別降低73%和74%，進一步研究證實核心啟動子中的GC盒和CRE位點完整性對LDHC基因正常表達是必要的。另有研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子特異性蛋白1（specificity protein 1，Sp1）、環(huán)磷腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cyclic adenosine monophosphate responsive element binding protein，CREB）參與了人腦腫瘤細胞中LDHC基因的表達調(diào)控［12］。同時，研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子Sp1、CREB可通過參與合成己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脫氫酶、脂肪酸合成酶和低氧誘導(dǎo)因子而調(diào)控癌細胞生長，也可通過與Akt的協(xié)同作用調(diào)節(jié)癌細胞代謝狀態(tài)［13-14］。KROFT等［15］研究發(fā)現(xiàn)表達 LDHC 基因的精子中啟動子區(qū)域的CpG均為低甲基化，而不表達LDHC基因的肝細胞CpG則發(fā)生甲基化，且通過誘導(dǎo)LDHC轉(zhuǎn)錄證實了甲基化可影響LDHC基因啟動子的活性從而調(diào)控LDHC基因的作用。TANG等［12］分析前列腺腫瘤組織中LDHC核心啟動子序列CpG島的甲基化狀態(tài)，結(jié)果亦證實甲基化對LDHC轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用。然而，KOSLOWSKI等［5］利用基因組去甲基化試劑DAC處理正常細胞和腫瘤細胞后，結(jié)果并未檢測到LDHC基因表達。因此認(rèn)為，LDHC可通過保持GC盒和CRE位點的完整性以及Sp1與CREB轉(zhuǎn)錄因子參與基因激活和表達調(diào)控，但CpG甲基化調(diào)控的具體作用機制尚未明確，有待進一步研究和驗證。

3 LDH-C4與惡性腫瘤

3.1 LDH-C4與腎癌

HUA等［16］在18例腎癌患者癌組織及癌旁組織中發(fā)現(xiàn)LDHC mRNA在癌組織中的陽性表達率為22.2%（4/18），而在癌旁組織中未檢測到LDHC mRNA表達；在133例腎癌組織中LDH-C4陽性表達率為20.3%（27/133），且LDH-C4表達陽性的患者總生存時間更短。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)LDHC基因高表達可促進腎癌細胞侵襲轉(zhuǎn)移，以及誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，同時引起MMP-9蛋白高表達和乳酸含量增加。李雙等［17］通過siRNA沉默技術(shù)下調(diào)腎癌Caki-1細胞中LDH-C4的表達，發(fā)現(xiàn)低表達LDH-C4的腎癌細胞侵襲和遷移穿膜細胞數(shù)明顯下降，乳酸和MMP-9水平亦明顯降低?？梢?，LDH-C4可能通過調(diào)控乳酸水平和MMP-9蛋白表達而參與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移進程。

3.2 LDH-C4與肺癌

在肺癌研究中，GRUNWALD等［18］報道正常肺組織中未檢測到LDHC mRNA表達，而在102例非小細胞肺癌組織中其陽性表達率為25%，且鱗狀細胞癌、腺苷細胞癌和大細胞癌的陽性表達率較高；聯(lián)合檢測LDHC、MAGE-A3和TPX-1 3種CG基因，大細胞癌診斷敏感性可達76%，而腺苷細胞癌敏感性可達到49%。本課題組基于組織芯片的免疫組織化學(xué)法檢測結(jié)果顯示，LDH-C4在肺腺癌中的陽性表達率高達80%以上，且LDH-C4高表達與肺腺癌患者的不良預(yù)后相關(guān)。

3.3 LDH-C4與乳腺癌

目前，乳腺癌的發(fā)病機制尚未完全被揭示，發(fā)病率和病死率逐年在增加［19］。KOSLOWSKI等［5］檢測了20例乳腺癌組織及正常乳腺組織中LDHC mRNA的表達情況，發(fā)現(xiàn)正常乳腺組織中不表達LDHC mRNA，而乳腺癌組織中LDH-C4表達的陽性率為35%，此外乳腺癌組織中還存在2種LDHC基因剪接變異體，說明異常表達的LDH-C4可能在乳腺癌發(fā)生過程中發(fā)揮促進作用，或可作為輔助診斷指標(biāo)。本課題組通過高通量組織芯片結(jié)合免疫組織化學(xué)法檢測，結(jié)果顯示，LDH-C4在乳腺癌組織中的表達陽性率為91.55%，其中低表達（-/+）為 33.10%，高表達（+/++）為66.90%；而LDH-C4在癌旁組織中呈低表達（-/+），陽性表達率僅為11.00%。而KONG［20］等采用免疫組織化學(xué)法檢測乳腺癌MDA-MB-231細胞中LDH-C4的表達，發(fā)現(xiàn)乳腺癌細胞LDH-C4是高表達，采用LDH-C4特異性抑制劑作用MDA-MB-231后，乳腺癌MDA-MB-231細胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力均明顯下降，但細胞凋亡無明顯變化。由此認(rèn)為，LDH-C4高表達可能促進乳腺癌侵襲和遷移。

3.4 LDH-C4與其他腫瘤

有研究檢測16例黑色素瘤、8例前列腺癌、20例結(jié)腸癌組織和正常組織中LDHC基因的表達情況，結(jié)果顯示LDHC在黑色素瘤中表達的陽性率為44.0%，在前列腺癌中為37.5%，結(jié)腸癌中為15.0%，而所有癌種對應(yīng)正常組織中均未檢測到LDHC陽性表達，提示異常表達的LDH-C4可能參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程［5］。然而，ATANACKOVIC等［21］檢測頭頸鱗癌患者癌組織及癌旁組織中的LDHC mRNA的表達，卻發(fā)現(xiàn)兩種組織LDHC mRNA表達均為陰性。因此認(rèn)為，LDH-C4在不同腫瘤中的表達及峰度存在差異性，可能發(fā)揮不同作用。

4 LDH-C4在腫瘤中的作用機制

4.1 LDH-C4通過糖酵解途徑參與腫瘤能量代謝

研究表明腫瘤細胞存在Warburg效應(yīng)，即在氧分壓正常的情況下腫瘤細胞可通過糖酵解途徑分解葡萄糖而獲取能量，并且產(chǎn)生乳酸［22］。LDH作為糖酵解途徑的關(guān)鍵酶，可將大量產(chǎn)生的丙酮酸轉(zhuǎn)化成乳酸［23］。目前研究認(rèn)為LDH-C4作為LDH的一種同工酶，可通過酵解葡萄糖獲得能量，同時催化中間產(chǎn)物丙酮酸生成乳酸，從而參與腫瘤的能量代謝，促進腫瘤細胞生長和轉(zhuǎn)移［24-27］。李雙等［17］發(fā)現(xiàn)高表達LDH-C4的腎癌細胞產(chǎn)生的乳酸量增加，而抑制LDH-C4表達的細胞乳酸生成則減少。卓少元等［28］在小鼠腫瘤模型中也檢測到LDH-C4高表達，通過監(jiān)測能量代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)腫瘤能量代謝與腫瘤惡性程度有一定相關(guān)性。由此認(rèn)為，LDH-C4在腫瘤中的激活表達可能與其參與腫瘤細胞的能量代謝有關(guān)。

4.2 LDH-C4參與腫瘤免疫

乳酸可破壞CD8和DC's免疫細胞功能，在腫瘤逃逸機制中起關(guān)鍵作用［29］。正常細胞的乳酸可增強輔助性T細胞功能以及抑制細胞毒性T淋巴細胞（CTL）增殖和細胞因子產(chǎn)生，導(dǎo)致細胞毒性減少；而在腫瘤細胞中，LDH-C4參與的糖酵解途徑產(chǎn)生的高乳酸環(huán)境破壞了正常的輔助性T細胞和細胞毒性T淋巴細胞功能，造成免疫功能缺失［30］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)腫瘤酸性微環(huán)境可能與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)［17］。乳酸大量積累誘導(dǎo)的腫瘤相關(guān)成纖維細胞可分泌透明質(zhì)酸而促進腫瘤轉(zhuǎn)移，且創(chuàng)造有利于遷移的環(huán)境；而高表達LDH-C4的細胞也可通過高表達MMP-9，降解基底膜和細胞外基質(zhì)成分，從而脫離腫瘤的阻隔作用，促進腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移［31］。VéGRAN 等［32］發(fā)現(xiàn)乳酸可通過單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1進入內(nèi)皮細胞，引起IκBα降解和磷酸化，進而刺激自分泌核轉(zhuǎn)錄因子/白細胞介素8通路，從而導(dǎo)致細胞轉(zhuǎn)移。GOETZE等［23］分析乳酸對腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的影響，發(fā)現(xiàn)高濃度的乳酸可抑制單核細胞遷移和細胞因子釋放，導(dǎo)致免疫逃逸，促進細胞轉(zhuǎn)移。由此可見，LDH-C4通過產(chǎn)生過量的乳酸形成腫瘤酸性微環(huán)境，一方面破壞了免疫細胞功能，另一方面形成免疫逃逸，從而促進腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。

5 小結(jié)

LDH-C4已被證實在多種惡性腫瘤組織中高表達，在相應(yīng)癌旁及正常組織中不表達，且可能通過糖酵解以及腫瘤免疫途徑參與腫瘤發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移，但LDH-C4的具體表達譜及免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)的分子機制尚不明確，有待進一步深入研究。