去勢抵抗前列腺癌中雄激素受體信號通路的研究進展

李美材 王德林

1.重慶三峽中心醫(yī)院（重慶萬州 404000）；2.重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院泌尿外科（重慶 400016）

前列腺癌作為男性第一位常見惡性腫瘤之一，其病程經歷了從激素依賴到非依賴的過程，治療難度也隨之加大[1]。在雄激素剝奪治療(androgen deprivation therapy,ADT)早期，體內睪酮和雙氫睪酮水平低下，雄激素受體(androgen receptor,AR)轉錄活性不能被此水平激素激活，因而治療尚且有效，但隨著病程的延長，AR轉錄活性恢復甚至增強，前列腺癌血清分子標記物PSA(prostate specific antigen)再次升高，預示激素依賴前列腺癌(androgen-dependent prostate cancer,ADPC)將轉化為去勢抵抗前列腺癌(castrate-resistant prostate cancer,CRPC)，在此轉化過程中多種分子機制導致AR信號通路活化，促進CRPC進展。

一、雄激素受體作用機制

人雄激素受體基因位于X染色體q12上，包括超過8個外顯子，編碼919個氨基酸，分子量110kDa，AR蛋白屬于核受體超家族，包括DNA結合區(qū)(DBD)、配體結合區(qū)(LBD)、N端區(qū)(NTD)和鉸鏈區(qū)(H)。NTD含有轉錄激活功能為AF-1，包括2個轉錄激活單元(TAU)：TAU-1和TAU-5，調節(jié)著AR活性；LBD含有類似于AF-1轉錄激活功能稱為AF-2；DBD含有2個鋅指結構，其中一個參與雄激素反應元件結合，一個參與AR形成二聚體；DBD和H與雄激素受體的核定位有關[2，3]。

在經典AR信號通路中，AR結合雄激素后，通過調節(jié)相關靶基因表達，參與細胞的生命活動。而在CRPC中AR信號通路可不通過雄激素而激活，信號通路中各環(huán)節(jié)受到諸多因子調節(jié)，其AR自身也會發(fā)生異常變化，導致AR信號通路激活呈現(xiàn)多樣化，共同促進CRPC進展。

二、雄激素受體自身改變

這些主要包括雄激素受體突變、雄激素受體基因擴增或過表達、雄激素受體剪切異構體形成。在前列腺癌中，至今已發(fā)現(xiàn)159種AR突變，包括單堿基置換、堿基缺失或插入、終子密碼提前4種類型突變，其中單堿基置換幾乎占據全部突變類型[4]。AR突變率在前列腺癌中約為 10%～40%，其中 T877A、H874Y、W741C、L701H和V715M等位點突變可導致AR自身活性升高或被抗雄激素藥物、皮質醇激素激活，而G142V、M523V、G524D、M537V位點突變AR即使在無配體激活情況下仍存在活性[5-9]。

在CRPC中AR基因擴增或過表達是最常見的AR信號通路再活化機制，AR基因擴增可以看作是ADT后的特異性改變，AR基因擴增可增加AR綁定到染色質的量、增加其對雄激素的敏感性[10]。目前研究顯示，AR在CRPC患者中表達較ADPC患者中高，且在轉移性CRPC中AR則更高，近80%CRPC患者AR基因拷貝數(shù)增加[11-13]。另外CRPC中過表達AR與多種機制有關，可能與調節(jié)AR表達相關miRNA、轉錄因子、轉錄共調節(jié)子、AR基因3端或5端非編碼區(qū)、AR核心啟動子突變及AR轉錄后調控有關[14，15]。

在上述AR自身改變外，目前還在CRPC發(fā)現(xiàn)大量AR剪切異構體 (androgen receptor splicing variants,AR-Vs)，而在正常前列腺組織則沒發(fā)現(xiàn)此類剪切異構體，這些剪切異構體結構中主要是編碼DBD序列上游插入了功能尚不清楚的外顯子或者缺失相應外顯子編碼的LBD，造成AR開放閱讀框被破壞或缺失正常AR的LBD功能[16，17]。AR剪切異構體在CRPC中較ADPC增高，與臨床或生化無進展生存期相關，被看作對ADT或者雄激素受體阻斷劑適應性反應，因此AR剪切異構體可作為腫瘤耐藥的指標，尤其是在缺乏LBD雄激素剪切異構體中,目前發(fā)現(xiàn)AR剪切異構體約14種，由于缺乏針對不同AR剪切異構體的特異性抗體，對其研究有一定難度；AR剪切異構體在不同細胞和組織的表達、功能不甚明確，其功能存在爭論，因此需要設計針對這些異構體N端和C端特異抗體在體內外研究其功能[6,18,19]。

三、腫瘤局部雄激素濃度維持

在CRPC中腫瘤局部雄激素來源主要通過類固醇代謝轉化，眾所周知雄激素合成分為經典通路(classic pathway)、從頭合成通路(de novo pathway)、后門通路(back door pathway)或替代通路(alternative pathway)。 在正常前列腺和早期前列腺癌中經典通路作為雄激素主要合成途徑，CRPC中因去勢治療阻斷了經典通路，其他途徑則成為了主要的雄激素合成途徑。在后門通路或替代通路中孕酮通過一系列步驟產生5α-雄烷二酮或二氫雄酮，使之不經過T最終生成DHT。在CRPC中，雄激素合成信號通路之間也存在相互轉換的關系，如17β-二醇和5α-雄烷 -3α可以通過 3β-羥基類固醇脫氫酶轉化為DHT，也可通過17β-羥基類固醇脫氫酶轉化為雄酮[20，21]。

目前研究顯示，CRPC較ADPC中雄激素合成酶類（CYP17A1、HSD3B1、HSD17B3、CYP19A1、UGT2B17、SRD5A1、SRD5A3 和 AKR1C3） 轉錄水平升高[22]。Holzbeierlein等[15]對人前列腺癌激素剝奪治療前后進行全基因組表達分析，發(fā)現(xiàn)其耐藥與一系列基因改變尤其是與類固醇合成關鍵酶有關。而在一項對多種前列腺癌細胞系 LNCaP、22Rv1、 PC3、 DU145、ALVA41研究中，所有癌細胞能表達出CYP11A1、CYP17A1、HSDB3和 HSD17B3等雄激素合成酶，而在前列腺癌組織同時表達4種酶只有10%，故對CRPC利用雄激素從頭合成仍有爭議，需要進行更多的體內研究[23]。

在CRPC腫瘤內雄激素代謝途徑發(fā)生變化，腫瘤本身促進類固醇激素合成的酶類上調起了重要作用。由于雄激素合成酶增加，也有足夠激素刺激AR，即使進行了去勢治療，腫瘤細胞也不會處在一個完全沒雄激素的環(huán)境里面，仍然會惡性增殖，因此針對雄激素合成酶類設計的藥物可以有效抑制腫瘤持續(xù)生長，阿比特龍(CYP17阻滯劑)即為有力佐證。

除上述類固醇代謝途徑維持局部瘤內雄激素外，內、外源性物質攝取載體有機陰離子轉運多肽(organic anion transporting polypeptide,OATP)通過參與類固醇陰離子攝取，從而調節(jié)雄激素代謝。其中DHEA-S、E2-17βG和E1-S的攝取，由溶質運載有機陰離子轉運體家族 (solute carrier organic anion transporter family,SCLO)基因編碼，SLCO表達異常與CRPC進展相關[24，25]。Yang等[26]對538例經ADT治療病人進行基因多態(tài)性研究，發(fā)現(xiàn)SLCO2B1的3個基因多態(tài)性(rs12422149A＞G、rs1789693A＞T 和 rs1077858A＞G)與去勢治療后疾病進展時間 (time to progression,TTP)有關，病人含其中一個多態(tài)性的平均中位進展時間為10個月，并證實SLCO1B3多態(tài)性同樣能調節(jié)疾病進展，兩者可能成前列腺癌的生物標記。以上表明雄激素在細胞內外轉運效率也影響去勢治療效果及遠處轉移率。

四、雄激素受體共調節(jié)蛋白改變

AR作為一個核轉錄因子，其在核轉位過程中受多種共調節(jié)蛋白的影響，它們能與AR一個或者多個區(qū)域結合來激活或者抑制AR受體功能。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)超過200種AR共調蛋白，隨著共調解蛋白結構研究的深入，對其功能了解更深入，共調解蛋白通過多種方式影響AR介導的轉錄，包括染色質重塑、組蛋白翻譯后修飾，還可募集轉錄相關組件和調節(jié)RNA剪切和處理等[27]。

在共調節(jié)蛋白研究中，研究較多的AR共激活蛋白是CBP/p300、SRC/p160家族，共抑制蛋白是NCoR(nuclear receptor co-repressor)、SMRT(silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptors)。Agoulnik 等[28]人研究顯示SRC-2與前列腺癌分期分級相關，且能增加前列腺癌生化復發(fā)的風險，在ADPC和CRPC細胞系中SRC-2能促進細胞增殖；CBP/p300含有組蛋白乙酰轉移酶活性，與AR作用后，能促進染色質結構重塑，連接AR與其他轉錄因子以促進轉錄[29]。共抑制蛋白所起作用與共激活蛋白相反，SMRT和NCoR對AR功能通過影響N/C端相互作用、與SRC/p160家族競爭結合AR，募集組蛋白去乙酰化酶而發(fā)揮作用[30，31]。

雄激素受體相關蛋白 (AR-associated proteins,ARA)是AR主要的共激活蛋白，根據其分子量命名，如ARA24、ARA54、ARA55、ARA70，它們與 AR 結合后改變配體結合的特異性、提高AR活性及轉錄作用。其中對ARA70研究較早，包括兩種亞型，ARA70-α具有抑癌作用，ARA70-β具有致癌作用，后者調節(jié)著腫瘤侵襲和增殖[32]。

其他，如FoxA1、Cyclin D1b等調節(jié)AR功能和轉移事件的共調節(jié)蛋白，組成了轉錄共調節(jié)網絡而影響前列腺癌進展，AR還通過直接或間接與共調節(jié)蛋白作用，對基因組穩(wěn)定性、DNA修復、基因融合事件發(fā)生產生影響，最終導致CRPC形成[33]。因此選擇性阻斷有致癌作用的共調節(jié)蛋白，將是CRPC治療的新方法。

五、雄激素受體信號通路異?；罨?/h3>

在對AR信號通路研究中，各通路間存在相互作用和影響，AR活化除了經典信號通路外，還可以通過其他信號通路激活，被稱為旁路通路。在CRPC中，細胞因子、生長因子、激酶等細胞外多肽及其下游級聯(lián)信號相關因子都與AR有著交聯(lián)，導致AR激活，促進細胞生長[34]。AR信號通路介導CRPC形成，但在低水平激素環(huán)境下其他信號通路仍然發(fā)揮著重要作用，包括PI3K/Akt信號通路、MAPK信號通路、STAT3通路，其他信號通路，如 Wnt、c-Myc、NF-kB、IGF/EGF，同樣促使CRPC轉化，以上信號直接或間接激活AR，通過非傳統(tǒng)AR信號通路形式調控靶基因轉錄[35]。

然而，在少部分信號通路中，AR可作為抑瘤因子發(fā)揮抑制腫瘤轉移侵襲作用，這補充了AR在CRPC發(fā)展中作用。如Wen等[36]人發(fā)現(xiàn)侵入性死亡(entosis)僅僅在CRPC組織中發(fā)現(xiàn)，在未敲除AR前列腺癌細胞系中AR促進細胞侵入性死亡，而敲除AR后抑制細胞侵入性死亡，并進一步證實此種機制由Rho/ROCK信號通路介導。

雄激素信號通路與多種通路交聯(lián)，使AR在CRPC中的作用顯得更為復雜，但同時也給CRPC治療帶來希望，通過抑制與其他通路交叉點關鍵蛋白或者聯(lián)合應用抗代謝藥、抗雄激素藥物等，可達到最大程度抑制腫瘤侵襲、轉移。

六、雄激素受體翻譯后修飾

AR翻譯后修飾影響本身的活性、穩(wěn)定性、胞內定位和與蛋白間作用，主要包括磷酸化、SUMO化、乙?；?、甲基化和泛素化。

AR的N端區(qū)(NTD)可發(fā)生酪氨酸、蘇氨基、絲氨酸 的 磷 酸 化 ， 主 要 位 點 包 括 S16、S81、S94、S213、Y223、S256、Y267、T282、S293、S308、Y363、S424、S515 和Y534；DNA結合區(qū)(DBD)主要發(fā)生S578位點磷酸化；鉸鏈區(qū) (H)可發(fā)生S650位點磷酸化；在配體結合區(qū)(LBD)S791、T850位點、Y915位點也可發(fā)生磷酸化[37]。磷酸化后AR將行使不同功能，如通過CDK1、CDK5、CDK9、PP2使S81位點磷酸化后，將促進AR核定位、轉錄及細胞生長；而磷酸化S515位點，則引起轉錄下調[38]。

含有組蛋白乙酰轉移酶活性物質，如p300可引起AR乙?；?，促進細胞增殖，提高AR在細胞周期基因啟動子區(qū)域活性；乙?；０l(fā)生在K630、K632和K633三個高度保守的酪氨酸位點，當鉸鏈區(qū)(H)發(fā)生突變后，其乙酰化作用將消失，說明鉸鏈區(qū)(H)是AR主要乙?；课籟37,39]。

AR的L端區(qū)(LBD)賴氨酸845(K845)和847(K847)位點可發(fā)生泛素化修飾，泛素化作為一種共價修飾調節(jié)，其過程需要三種泛素化酶，包括E1泛素激活酶、E2泛素偶聯(lián)酶和E3泛素鏈接酶。已發(fā)現(xiàn)3種E3泛素鏈接酶影響AR轉錄活性，包括RNF6、MDM2以及由CHIP、RNF6介導的AR泛素化修飾提高AR基因轉錄活性，而MDM2和CHIP通過對AR泛素化修飾促進AR蛋白降解[40]。

AR的賴氨酸可通過與含小分子泛素樣修飾蛋白(SUMO)作用而發(fā)生SUMO化，AR的SUMO化發(fā)生在賴氨酸386(K386)和520(K520)位點，SUMO化可引起轉錄、細胞周期、核質轉運、DNA修復和凋亡的改變。SUMO包括 3個成員 SUMO1、SUMO2和 SUMO3，SUMO1可抑制AR活性，而SUMO2和SUMO3則提高AR活性；除了以上轉錄后修飾，AR鉸鏈區(qū)還可以發(fā)生甲基化，位點常為賴氨酸630(K630)和632(K632)，主要與AR核定位相關[41]。

AR存在翻譯后修飾，各種修飾可同時存在，使得AR的功能顯得更復雜，與其作用的因子更多。目前對CRPC中翻譯后修飾的研究尚不透徹，需要在體內進一步研究，以確立其在臨床治療的意義和在CRPC進展中的作用。

七、雄激素受體和非編碼RNA

近幾年開始專注于非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)的功能研究，非編碼RNA長度差異較大，較短約為20核苷酸，較長超過200核苷酸，且數(shù)量龐大超過了編碼蛋白質的基因，它們起著調控基因表達作用，并發(fā)現(xiàn)多種非編碼RNA與腫瘤密切相關，對其研究主要集中于微小RNA(microRNA,miRNA)和長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)，兩者表達與前列腺癌的發(fā)生發(fā)展有關，可調節(jié)腫瘤細胞的凋亡和轉移，可作為致瘤因子又具有抑瘤作用，其在腫瘤發(fā)生中所起作用尚存爭議。

?stling 等[42]在 LNCaP、LAPC-4、CWR-R1、22Rv1、MDA-PCa-2b細胞系中，系統(tǒng)性分析1129種具有功能的miRNA，發(fā)現(xiàn)71種miRNA可影響前列腺癌AR的表達，其中52種miRNA可導致AR蛋白降低，19種miRNA可引起AR蛋白升高，表明miRNA在前列腺癌發(fā)生發(fā)展中占據重要地位。目前研究顯示，AR信號通路既可調節(jié)miRNA表達實現(xiàn)對下游靶基因轉錄后調控，又可受到miRNA調節(jié)直接或間接影響AR靶基因表達，其中miR-32、miR-125b、miR-21作為致瘤因子可受到雄激素的正性調節(jié)，而 miR-130、miR-203、miR-205、miR-331-3p作為抑瘤因子負性調節(jié)AR信號通路[43-47]。

目前對lncRNA研究成為熱點，lncRNA作為轉錄垃圾的觀點得到糾正，lncRNA與多種癌癥惡性生物學行為相關，包括了前列腺癌進展?，F(xiàn)在研究比較多的lncRNA是PCA3，它們可調節(jié)AR及其靶基因，介導前列腺癌細胞生存[48]。而PRNCR1和PCGEM1則成為爭論較大的兩種lncRNA，Yang等[49]人研究顯示PRNCR1和PCGEM1可先后綁定AR，增強配體依賴和非依賴AR靶基因轉錄活性，在CRPC細胞系LNCaP-cds2、CWR22Rv1其表達較ADPC細胞LNCaP增高，在進展期前列腺癌組織中同樣高表達，表明兩者可通過影響AR信號通路導致CRPC形成。Parolia等[50]報道指出，PCGEM1在CRPC組織中表達下降，ADPC組織表達上調，與前者結論截然相反，并通過動物實驗觀察到PCGEM1相關基因表達標記在去勢治療后反而下調。部分lncRNA也可作為抑瘤因子阻止前列腺癌的惡性進展，如PCAT29作為AR負性調節(jié)lncRNA，可抑制腫瘤細胞的增殖和遷移功能，與前列腺癌預后相關[51]。

非編碼RNA作為一類調節(jié)因子，通過對轉錄及轉錄后調控等方式參與細胞的生命活動，目前對非編碼RNA在腫瘤中功能的研究越來越受到重視，隨著對非編碼RNA研究的深入，將闡明部分非編碼RNA導致CRPC發(fā)生發(fā)展致病機制，可能作為前列腺癌潛在的診斷標記物、分子治療靶點和預后標志物。

八、結論與展望

AR在ADPC進展為CRPC中的機制研究，為前列腺癌藥物治療提供了方向。AR在接受配體依賴的激活或者配體非依賴的激活到調控基因表達的過程中，受到多種因子的調控。目前針對AR介導CRPC的發(fā)生機制，已設計抑制其關鍵環(huán)節(jié)靶向藥物，如AR拮抗劑Enzalutamide、雄激素合成CYP17阻斷劑Abiraterone Acetate、PI3K信號通路阻斷劑BKM120、PARP抑制劑veliparib[52]；還設計了針對多個靶點藥物，如Cabozant inib 封閉 c-Met、VEGFR2、KIT 等多個蛋白[53]，Galeterone同時阻斷雄激素受體及對CYP17A1[54]；也可設計針對AR突變及其異構體的靶向藥物；根據CRPC患者體內相關分子生物標記實行個體化治療，可取得事半功倍效果。隨著研究AR信號通路在CRPC中作用機制的深入，我們會更加深入認識CRPC的發(fā)生、發(fā)展機制，必將對CRPC治療產生重大突破！