四氫生物蝶呤與惡性腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

朱彩云, 陳 勇

(1. 揚(yáng)州大學(xué), 江蘇 揚(yáng)州, 225000; 2. 揚(yáng)州大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院 腫瘤科, 江蘇 揚(yáng)州, 225000)

惡性腫瘤嚴(yán)重威脅人類的生命健康，已成為人類死亡的第二大原因[1]。惡性腫瘤的發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，是一個多因子、多步驟的復(fù)雜過程，分致癌、促癌、演進(jìn)3個階段，與吸煙、感染、職業(yè)暴露、環(huán)境污染、不合理膳食、遺傳等因素密切相關(guān)，在分子機(jī)制上涉及DNA損傷，原癌基因活化，抑癌基因抑制，DNA修復(fù)基因及凋亡調(diào)節(jié)基因異常表達(dá)[2-3], 免疫檢查點(diǎn)分子異常表達(dá)[4]等過程。惡性腫瘤機(jī)制的相關(guān)研究一直是臨床熱點(diǎn)，近年來有研究[5]表明四氫生物蝶呤(BH4)在促進(jìn)腫瘤血管生成中起作用。BH4是芳香族氨基酸羥化酶及一氧化氮合酶的輔酶，參與機(jī)體一系列生理和病理過程[6], 如單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的合成[7]、血管內(nèi)皮細(xì)胞功能調(diào)節(jié)[8]、疼痛傳導(dǎo)[9]、心血管疾病[10]、腫瘤發(fā)生發(fā)展等。目前關(guān)于BH4在血管內(nèi)皮功能障礙[11]、心肌損傷[12]、高血壓[13]、糖尿病[14]等疾病中作用機(jī)制的研究眾多，但關(guān)于BH4與惡性腫瘤關(guān)系的報道則較少?，F(xiàn)將BH4與惡性腫瘤關(guān)系的相關(guān)研究進(jìn)展綜述如下，旨在為深入探討惡性腫瘤新型治療途徑提供一定的理論依據(jù)。

1 BH4的合成及生物學(xué)功能概述

1.1 BH4的合成

BH4是一類低分子量(241.25 Da)的非蛋白質(zhì)有機(jī)化合物，通過從頭合成、補(bǔ)救合成途徑及循環(huán)途徑在細(xì)胞漿內(nèi)合成[15-16]。生理條件下, BH4主要通過從頭合成途徑合成[17]。從頭合成途徑有3個限速酶，分別是三磷酸鳥苷環(huán)化水解酶1(GTPCH1或GCH1)、6-丙酮酰四氫蝶呤合成酶(PTPS)及墨蝶呤還原酶(SPR)。底物三磷酸鳥苷(GTP)被GTPCH1催化形成7, 8-二氫三磷酸新蝶呤，隨后被PTPS轉(zhuǎn)化為6-丙酮-5, 6, 7, 8-四氫蝶呤，最后在SPR的作用下被還原為BH4。BH4也可通過補(bǔ)救途徑合成，即以墨蝶呤為底物在SPR作用下轉(zhuǎn)化為7, 8-二氫生物蝶呤(BH2), 再進(jìn)一步被二氫蝶呤還原酶(DHFR)還原為BH4。BH4還可以通過循環(huán)途徑合成，即BH4在酶促反應(yīng)過程中被氧化成4α羥-四氫生物蝶呤，再被蝶呤-4α-二甲醇胺脫水酶(PCD)還原成BH2, 最后被DHFR還原成BH4。見圖1。

圖1 四氫生物蝶呤的生物合成及代謝

1.2 BH4的生物學(xué)功能

BH4最早作為芳香族氨基酸羥化酶(AAAH)的輔酶被認(rèn)知，其不僅是苯丙氨酸羥化酶(PAH)、烷基甘油單加氧合酶(AGMO)、酪氨酸羥化酶(TH)及色氨酸羥化酶(TPH)的重要輔酶，還是一氧化氮合酶(NOS)的重要輔助因子，在酶促反應(yīng)中作為遞電子體起還原劑的作用，具有抗氧化和清除活性氮氧化物的功能，在體內(nèi)一系列生理和病理過程中起關(guān)鍵作用[4]。BH4不僅參與苯丙氨酸代謝和多巴胺、5-羥色胺、去甲腎上腺素、腎上腺素及一氧化氮(NO)等的生物合成[18-19], 也能夠在改善糖尿病性血管內(nèi)皮功能障礙[20]、抵抗心肌缺血/再灌注損傷[21]、治療疼痛[22]、改善肺動脈高壓[23]等方面發(fā)揮作用。

2 BH4與惡性腫瘤的關(guān)系

2.1 BH4的促瘤作用

2.1.1 BH4通過促進(jìn)NO生成來促進(jìn)腫瘤血管形成: Chen LY等[5]進(jìn)行的小鼠實(shí)驗(yàn)顯示，墨蝶呤能夠促進(jìn)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)及蛋白激酶B(Akt)的磷酸化，此磷酸化依賴PI3K信號通路的激活，而PI3K信號通路的激活則需要通過調(diào)節(jié)野生型ras基因的表達(dá)來完成，同時，野生型ras基因蛋白表達(dá)及PI3K/Akt信號通路的激活可被NO調(diào)控。表達(dá)三磷酸鳥苷環(huán)化水解酶(GTPCH)基因的小鼠的移植瘤體積較對照組顯著增大, Ki-67及CD34的表達(dá)水平均較對照組顯著增高(P<0.05)。由此說明，BH4的合成代謝可以促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移及小管形成，并在異種移植瘤中誘導(dǎo)血管生成。這些效應(yīng)與eNOS介導(dǎo)的NO生成有關(guān)，而NO的生成又促進(jìn)了野生型ras及下游PI3K/Akt/eNOS信號通路效應(yīng)分子的激活從而進(jìn)一步促進(jìn)NO的生成，形成正反饋。Dai YG等[24]探討了BH4在促進(jìn)肝癌細(xì)胞血管生成中的作用。已有研究[25]證實(shí), NO可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和分化，從而促進(jìn)腫瘤新生血管形成。Dai YG等[24]給予實(shí)驗(yàn)組小鼠BH4進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)及腹腔內(nèi)注射治療，對照組小鼠則給予生理鹽水進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)及腹腔內(nèi)注射治療，結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組的細(xì)胞微血管形成率、腫瘤體積、腫瘤組織微血管密度、腫瘤組織BH4水平、腫瘤組織中NO水平、K-ras基因的 mRNA 表達(dá)水平、eNOS和Akt蛋白磷酸化水平以及GTPCH蛋白表達(dá)水平均較對照組顯著更高(P<0.01)。由此表明, BH4可以促進(jìn)ras基因的激活，并促進(jìn)eNOS和Akt磷酸化，促進(jìn)NO產(chǎn)生，誘導(dǎo)肝臟腫瘤新生血管生成。

2.1.2 BH4通過促進(jìn)組織內(nèi)轉(zhuǎn)化生長因子β結(jié)合蛋白1(LTBP1)的亞硝基化來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長: Zhao Q等[26]發(fā)現(xiàn)PTPS蛋白表達(dá)水平在早期大腸癌中明顯升高。低氧環(huán)境下腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)介導(dǎo)了PTPS的磷酸化，此磷酸化促進(jìn)PTPS與LTBP1的結(jié)合，并且PTPS與LTBP1的結(jié)合及相互作用進(jìn)一步促進(jìn)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)與LTBP1的結(jié)合。在PTPS-LTBP1-iNOS復(fù)合物中，PTPS介導(dǎo)的BH4的產(chǎn)生促進(jìn)了iNOS的活化即NO的產(chǎn)生，而NO有效促進(jìn)了LTBP1蛋白的S-亞硝基化，增強(qiáng)LTBP1蛋白的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致其降解增加，從而減少轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)的分泌。人體內(nèi)NO除了作為神經(jīng)遞質(zhì)傳遞信號外，還通過介導(dǎo)蛋白S-亞硝基化參與細(xì)胞信號通路的調(diào)節(jié)[27]。蛋白質(zhì)的S-亞硝基化影響其穩(wěn)定性、活性以及蛋白質(zhì)間的相互作用[28]。TGF-β是細(xì)胞因子超家族成員，在細(xì)胞增殖、分化及血管形成、胚胎發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)等生理或病理過程中起著重要作用[29]。TGF-β具有早期抑瘤和晚期促瘤的雙重功能[30-31]。LTBP1的主要生物學(xué)功能是促進(jìn)TGF-β的分泌[32-33]。在早期結(jié)腸癌組織中，PTPS/iNOS介導(dǎo)的LTBP1的下調(diào)最終抑制了TGF-β的分泌并解除TGF-β誘導(dǎo)的細(xì)胞生長抑制，從而維持并促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的生長。

2.2 BH4的抑瘤作用

Cronin SJF等[34]報道了GCH1、SPR及BH4對T細(xì)胞免疫的調(diào)節(jié)作用。GCH1的失活和SPR的抑制會阻礙小鼠和人T細(xì)胞的增殖。體內(nèi)阻斷BH4的合成可消除T細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫和過敏性炎癥反應(yīng)。通過GCH1過表達(dá)導(dǎo)致的BH4合成水平的升高可增強(qiáng)CD4+和CD8+T細(xì)胞的免疫應(yīng)答并增強(qiáng)其在體內(nèi)的抗腫瘤活性。接受BH4給藥的小鼠的移植瘤體積顯著減小，其瘤內(nèi)效應(yīng)T細(xì)胞數(shù)量明顯增多。由此表明，BH4的合成代謝能夠通過增強(qiáng)T細(xì)胞免疫起到抑制腫瘤的作用。

2.3 BH4的早期抑瘤及晚期促瘤作用

Melo F等[35]進(jìn)行了BH4與黑色素瘤的相關(guān)研究，結(jié)果顯示黑色素瘤細(xì)胞較正常黑色素細(xì)胞有更高水平的GCH1基因轉(zhuǎn)錄及蛋白表達(dá)，并且只在轉(zhuǎn)移性Wm983黑色素瘤細(xì)胞中觀察到高水平的BH4。Wm1552黑色素瘤細(xì)胞系中BH4的水平降低，此與放射生長的黑色素瘤細(xì)胞相關(guān)。在Wm1552和Wm983細(xì)胞系中觀察到氧濃度升高，而在Wm1552細(xì)胞系中觀察到NO水平下降。BH4處理過的Wm1552細(xì)胞系以及2, 4-二胺-6-羥基嘧啶(DAHP)處理過的Wm983細(xì)胞系的活性及克隆能力均降低。由此表明，在黑色素瘤的早期階段BH4起到抑癌作用，在晚期轉(zhuǎn)移階段則起到促癌作用。

3 小 結(jié)

綜上所述，調(diào)控NO產(chǎn)生的BH4的合成代謝能夠促進(jìn)腫瘤生長，但BH4也能通過增強(qiáng)細(xì)胞毒性T細(xì)胞的活性起到抑制腫瘤的作用。BH4顯示出抑癌與促癌的雙重作用，此相悖結(jié)論提示BH4在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中所扮演的角色仍需進(jìn)一步探討，未來亟待啟動更多有關(guān)BH4代謝機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究，而干擾BH4合成代謝途徑有望成為治療惡性腫瘤的一個新手段。