維生素D-24-羥化酶與甲狀腺癌的相關性研究進展

陳施靜，傅菁嵐，鄧媛媛，張 穎，劉慧霞

中南大學湘雅醫(yī)院 老年醫(yī)學內分泌科，中國 長沙 410031

甲狀腺癌(thyroid carcinoma，TC)是甲狀腺實質細胞的惡性腫瘤，其中分化型TC(differentiated thyroid carcinoma，DTC)約占TC的95%，主要包括甲狀腺乳頭狀癌(papillary thyroid carcinoma，PTC)和甲狀腺濾泡狀癌(follicular thyroid carcinoma，FTC)。近年來TC的檢出率不斷升高，在2020年已成為全球發(fā)病率第九的常見癌[1]。維生素D具有調節(jié)鈣磷代謝、促進骨穩(wěn)態(tài)，抗炎、抗增殖、促分化的作用。1，25-二羥基維生素D3(1,25-dihydroxyvitamin D3，1,25(OH)2D3)是維生素D的主要活性形式。維生素D-24-羥化酶(vitamin D-24-hydroxylase，CYP24A1)是活性維生素D的主要滅活酶，通過抑制維生素D抗增殖效應，增加TC發(fā)病風險。本文主要將CYP24A1在TC進展中的作用進行綜述。

1 維生素D代謝途徑中CYP24A1的作用

1.1 維生素D經典代謝途徑中CYP24A1的作用

1,25(OH)2D3與維生素D受體 (vitamin D rece-ptor，VDR)結合后和維甲酸X受體形成異二聚體，隨后轉移到細胞核中， 與染色質上的維生素D反應元件(vitamin D reaction element，VDRE)結合，調節(jié)靶基因表達，發(fā)揮抗增殖作用[2]。CYP24A1將1,25(OH)2D3的C23或C24位進一步羥基化生成無活性的骨化三酸，使得1,25(OH)2D3喪失活性[3]。CYP24A1通過滅活維生素D，抑制維生素D抗增殖活性，促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。高血清濃度的1,25(OH)2D3與CYP24A1啟動區(qū)域的VDRE結合，可反饋性刺激CYP24A1表達。

1.2 基因多態(tài)性對CYP24A1的影響

CYP24A1的表達及功能除受1,25(OH)2D3調節(jié)外，還受CYP24A1基因和VDR基因多態(tài)性的影響。CYP24A1和VDR基因多態(tài)性均可影響CYP24A1的表達或功能，進而影響1,25(OH)2D3的活性[4-5]。CYP24A1基因的單倍型rs927650C/rs2248137C/rs2296241G可賦予較高的DTC風險[6]。維生素D代謝途徑中的基因多態(tài)性對CYP24A1的表達和功能產生影響，進而增加TC的發(fā)病風險。

2 CYP24A1在TC中的表達

2.1 良性與惡性甲狀腺腫瘤的CYP24A1表達

大部分DTC的CYP24A1表達水平高于正常甲狀腺組織，但DTC中少部分PTC的CYP24A1表達水平與正常甲狀腺組織的差異無統(tǒng)計學意義[7-9]。良性甲狀腺腫瘤與正常甲狀腺組織的CYP24A1表達水平不一，甲狀腺濾泡性腺瘤(follicular adenoma，FA)的CYP24A1水平高于正常甲狀腺組織[8]，部分良性甲狀腺腫瘤與正常甲狀腺組織CYP24A1表達水平無明顯差異[9]。此外，TC與良性甲狀腺腫瘤的CYP24A1表達水平不盡相同，PTC的CYP24A1水平高于良性多結節(jié)甲狀腺腫，但與其他良性甲狀腺腫瘤的CYP24A1表達水平差異無統(tǒng)計學意義[9]，而DTC的CYP24A1水平低于FA[8]。

2.2 早期與晚期TC的CYP24A1表達

雖然部分淋巴結轉移的PTC患者CYP24A1表達水平低于無淋巴結轉移的PTC患者[8]，但CYP24A1表達升高與PTC的分期及大部分反映腫瘤惡性程度的指標(包括腫瘤大小、血管侵襲和淋巴結轉移)呈正相關[7]。而高侵襲性或遠處轉移的未分化型TC的CYP24A1水平較低，且細胞周期抑制劑p21的表達與CYP24A1水平呈正相關[8]。

3 CYP24A1促進TC發(fā)生發(fā)展的相關機制

目前， TC的發(fā)病機制尚不十分明確，CYP24A1可能從多方面促進了TC的發(fā)生發(fā)展，主要是通過滅活維生素D，協同鼠類肉瘤濾過性毒菌致癌同源體B(murine sarcoma viral infection oncogenic homolog B，BRAF)突變，異常激活轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)、Notch和Wnt/β-catenin通路，促進上皮間質轉化(epithelial inters-titial transformation，EMT)及CYP24A1固有致癌作用誘導TC細胞增殖及侵襲。

3.1 BRAF突變

BRAF突變及MAPK通路異常與TC密切相關。BRAFV600E突變是PTC中最常見的遺傳改變，平均發(fā)生率為45%[10]。BRAFV600E突變持續(xù)激活絲氨酸/蘇氨酸激酶，進一步激活MAPK通路，誘導賴氨酰氧化酶產生，使得TC更具侵襲性[11]。CYP24A1敲除后，BRAFV600E致癌性顯著降低，MAPK通路表達下降。此外，BRAFV600E抑制劑PLX4720可以顯著下調CYP24A1的表達，增強1,25(OH)2D3在TC細胞中的抗增殖作用[12]。CYP24A1過表達與BRAFV600E突變及MAPK通路異常共同促進TC的進展。

3.2 TGF-β、MAPK和PI3K/Akt通路異常

TGF-β、MAPK和PI3K/Akt通路對細胞的增殖和分化有重要的調節(jié)作用。TGF-β1通過Smad2和Smad3蛋白靶向Smad4形成Smad復合體，導致Smad2/3的磷酸化和核轉位，與基因啟動子區(qū)的特異性Smad結合元件結合，激活或抑制靶基因的表達[13]。除Smads外，TGF-β1還觸發(fā)其他蛋白介導的信號通路，例如MAPK和PI3K/Akt通路，共同調節(jié)雷帕霉素機械靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路，通過影響4E-BP1和p70S6K等激酶磷酸化調節(jié)蛋白質合成[13-14]。同時，活化的Akt通過影響細胞周期蛋白D1表達和磷酸化叉頭框O(forkhead box O，FOXO)轉錄因子，抑制細胞凋亡，誘導細胞增殖[15]。CYP24A1敲除小鼠的腫瘤細胞增殖減少，細胞中TGF-β、MAPK和Akt通路蛋白或基因表達下降，而轉染CYP24A1基因后可觀察到Akt和Smad水平升高[12]。CYP24A1可能通過激活TGF-β1、PI3K/Akt和MAPK通路，直接促進TC細胞增殖或拮抗1,25(OH)2D3的抗TC增殖效果。

3.3 Notch和Wnt/β-catenin通路異常

Notch和Wnt/β-catenin通路均是高度保守的轉導途徑，兩者之間存在相互串擾，與TC細胞增殖和侵襲密切相關[16-18]。Notch通路參與細胞凋亡、增殖以及分化等多種細胞進程，在腫瘤侵襲過程中可促進EMT，Notch失活可以抑制PTC細胞增殖、遷移和侵襲[17]。Wnt/β-catenin信號通路是包含一系列配體作為細胞間相互作用分子的典型途徑，Wnt1和Wnt3a與FZD1、LRP5和LRP6組成的膜復合物結合，誘導GSK-3β失活，促進β-catenin的核積累，調節(jié)下游分子的表達，從而促進TC的去分化、增殖和轉移[18]。CYP24A1敲除影響Notch和Wnt/β-catenin通路相關基因表達[12]，聯合1,25(OH)2D3治療顯著降低Wnt/β-catenin的活性，抑制了TC細胞增殖[19]。CYP24A1可能通過上調Notch和Wnt/β-catenin通路，促進TC細胞增殖。

3.4 EMT進程異常

EMT指上皮細胞向間質細胞表型的轉化，細胞失去極性和連接，獲得遷移與侵襲能力，與腫瘤的不良預后密切相關，被認為是TC轉移的中樞機制[13]。BRAF突變、TGF-β、PI3K/Akt、MAPK、Notch和Wnt/β-catenin通路異常及E-鈣黏蛋白表達下降均可誘導EMT，PTC細胞通過EMT可獲得向外侵襲的能力[13,17-18,20]?；|金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)與EMT關系密切，主要降解細胞外基質，破壞組織學屏障，促進TC細胞侵襲和轉移[21]。金屬蛋白酶抑制劑-1(the tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1)可抑制MMP表達，減少細胞外基質降解和腫瘤遷移。CYP24A1缺失小鼠的EMT促進基因顯著下調，E-鈣黏蛋白表達增加，N-鈣黏蛋白和波形蛋白表達降低[12]。聯合1,25(OH)2D3治療后，MMP-2表達顯著降低，TIMP-1表達顯著升高[19]。而轉染CYP24A1基因后可檢測到N-鈣黏蛋白異常升高[12]。CYP24A1可能通過激活上游信號通路直接或間接促進EMT進程誘導TC細胞增殖和轉移。

3.5 CYP24A1固有致癌功能

CYP24A1除直接滅活維生素D以及激活上述信號通路外，可能還具有一些固有致癌功能。裸鼠中CYP24A1敲除細胞的腫瘤增殖顯著減少，而血清1,25(OH)2D3水平沒有增加。1,25(OH)2D3單獨治療對CYP24A1敲除細胞的增殖沒有顯著影響。將CYP24A1cDNA轉染到CYP24A1敲除細胞中，裸鼠的腫瘤增殖得到部分恢復。此外，CYP24A1敲除后，維生素D應答基因的表達無顯著變化，但許多非維生素D應答基因受到影響，包括轉錄因子、癌基因、抑癌基因以及參與免疫監(jiān)測和代謝的基因[12]。CYP24A1除了拮抗維生素D的抗增殖作用，可能還具有直接致癌作用，其機制尚不明確，有待一步研究。

4 CYP24A1抑制劑抗癌作用

CYP24A1抑制劑治療在多種癌中顯示出較為明確的抗增殖效應。CYP24A1高選擇性抑制劑Apt-7增強了1,25(OH)2D3對肺腺癌的抗增殖活性[22]。CYP24A1抑制劑染料木黃酮可抑制前列腺癌細胞的增殖，聯合1,25(OH)2D3治療增強對前列腺癌的抗腫瘤作用[23]。黃體酮可抑制CYP24A1表達水平，聯合1,25(OH)2D3治療可抑制婦科惡性腫瘤細胞增殖[24]。值得注意的是，CYP24A1靶點敲除或抑制會帶來嚴重高鈣血癥而限制其應用[25]。現階段尚缺乏CYP24A1抑制劑應用于TC的研究，后續(xù)可進行相關研究。

5 問題與展望

迄今為止，研究數據大多來自少量小樣本橫斷面研究，CYP24A1的表達包含了實驗室間差異、季節(jié)性波動以及疾病或治療引起的混雜效應。CYP24A1在TC進展中的表達、作用及機制需要更大樣本量的前瞻性研究進一步證實。CYP24A1基因敲除和抑制治療顯示出較為明確的抗癌作用，但是嚴重的高鈣血癥限制了其應用。目前，CYP24A1抑制劑應用于TC的研究較少，本領域的進一步研究或可為TC的有效治療提供新的策略。