溶血磷脂酸在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的機(jī)制研究

魯雪梅 李云濤 安錦慧 綜述 季國忠 審校

結(jié)直腸癌(Colorectal cancer，CRC)是全球癌癥相關(guān)死亡的第四大原因[1]。據(jù)2019年國家癌癥中心發(fā)布的中國最新癌癥報(bào)告統(tǒng)計(jì)，2015年結(jié)直腸癌占全部惡性腫瘤發(fā)病的9.88%，居我國惡性腫瘤發(fā)病率第三位。同時報(bào)告顯示結(jié)直腸癌的死亡率占全部惡性腫瘤死亡的8%[2]。

腸道是一個暴露于外部環(huán)境的人體器官，內(nèi)襯的單層上皮細(xì)胞形成了一個物理和功能屏障，該上皮屏障可以吸收必要的營養(yǎng)物質(zhì)，同時防止毒素和致病微生物的入侵，上皮屏障的受損會導(dǎo)致腸道通透性增加，導(dǎo)致腸道炎癥的發(fā)生[3]。1863年，Virchow首次提出假設(shè)，慢性炎癥能增強(qiáng)并促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[4]。在炎癥性腸病中，結(jié)腸相關(guān)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)也會隨著患者年齡的增大而持續(xù)增加[5]。此外，致癌基因的激活在促進(jìn)癌細(xì)胞增殖的同時，也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，產(chǎn)生炎癥介質(zhì)，促進(jìn)血管生成，抑制適應(yīng)性免疫[6]。綜上所述，炎癥會促進(jìn)癌癥，癌癥也會誘發(fā)炎癥。

在腫瘤及炎癥相關(guān)分子中，溶血磷脂酸(Lysobisphosphatidic acids，LPA)作為一種信號分子，對細(xì)胞生長、運(yùn)動和炎癥反應(yīng)有顯著影響，并起到促進(jìn)腫瘤增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移的作用。本文簡要回顧LPA信號合成代謝通路及LPA信號軸調(diào)控CRC發(fā)生發(fā)展的方式，并就LPA信號通路在CRC靶向治療領(lǐng)域中的前景進(jìn)行討論。

1 LPA的代謝及其受體

LPA是一種家族系列的相關(guān)化合物，由甘油骨架、單酰基鏈和磷酸基組成，是膜磷脂家族中提取的最簡單也是最小的生物活性甘油磷脂(分子量430～480 Da)[7]。細(xì)胞外LPA產(chǎn)生途徑主要有兩條：第一條途徑是磷脂酶A1(Phospholipase A1，PLA1)和磷脂酶A2(Phospholipase A2，PLA2)水解細(xì)胞膜上的磷脂酸(Phosphatidic acid，PA)的脂肪酸部分生成LPA，并釋放到細(xì)胞外；第二條途徑是細(xì)胞外LPA生成的主要途徑，主要通過具有溶血磷脂酶D活性的自分泌運(yùn)動因子(Autotaxin，ATX)將溶血磷脂酰膽堿(Lysophosphatidylcholine，LPC)中的膽堿部分去除而產(chǎn)生的[8]。此外，胞內(nèi)的LPA作為一種磷脂和三酰甘油合成的中間產(chǎn)物，也可以通過這些合成路徑少量產(chǎn)生[8]。磷酸脂質(zhì)磷酸酶(Lipid phosphate phosphatases，LPPs)家族是使血漿中LPA失活的主要調(diào)控機(jī)制，該酶使LPA去磷酸化并降低人體內(nèi)可用于結(jié)合和激活下游受體的LPA水平[9]。

LPA作為一種磷脂分子，可以通過激活至少6種GPCRs(LPA1-6)刺激不同的信號通路，并對創(chuàng)傷愈合、分化、神經(jīng)發(fā)生和存活等生物學(xué)過程產(chǎn)生不同程度的影響[10]。其中LPA1-LPA3屬于內(nèi)皮分化基因(Endothelial differentiation gene，EDG)家族受體，LPA4-LPA6屬于非EDG家族受體，且與嘌呤能受體相似[11]。編碼這些蛋白質(zhì)的基因在人類中被指定為LPAR1-6，在小鼠中被指定為Lpar1-6[12]。同時還包括其他對LPA有反應(yīng)的孤兒受體，包括GPR35、GPR87、P2Y10[8]。GPR35對胃腸系統(tǒng)很重要，一項(xiàng)全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，潰瘍性結(jié)腸炎患者的GPR35存在單核苷酸多態(tài)性，同時部分研究發(fā)現(xiàn)GPR35還參與了腸道粘膜修復(fù)的調(diào)控[13-14]。在最近的研究中，GPR87在腫瘤生長和轉(zhuǎn)移中的作用也正在顯現(xiàn)[15]。

LPA受體在不同組織和細(xì)胞類型中的表達(dá)差異很大，而這些差異也部分解釋了在不同組織和細(xì)胞中觀察到的LPA介導(dǎo)效應(yīng)不同的原因[16]。比如在胃腸中有多種LPA受體的存在，但在腸上皮細(xì)胞(Intestinal epithelial cells，IECs)中LPA1和LPA5最高[17]。事實(shí)上，LPA受體和其來源分子(ATX)已被證明在許多癌癥中過度表達(dá)，并影響像CRC等腫瘤的各項(xiàng)疾病特征，包括癌癥相關(guān)炎癥的出現(xiàn)、腫瘤發(fā)生和進(jìn)展的速度等。

2 LPA及其信號通路在結(jié)直腸癌進(jìn)展中相關(guān)機(jī)制的研究

自19世紀(jì)以來，人們就發(fā)現(xiàn)了炎癥與癌癥之間存在某種聯(lián)系[4]。大多數(shù)癌癥中通常存在炎癥成分，如白細(xì)胞、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞和促炎因子(ILs)[4，18]。在某些情況下，炎癥可使個體易患某些類型的癌癥，包括宮頸癌、胃癌、結(jié)直腸癌、肝癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌和甲狀腺癌等[7]。也有證據(jù)表明，使用非甾體類消炎藥可以降低患結(jié)直腸癌和乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)，并降低相關(guān)死亡率[19]。而在所有由慢性炎癥導(dǎo)致腫瘤的相關(guān)機(jī)制研究中，ATX-LPA信號通路已被認(rèn)為是高轉(zhuǎn)移性癌癥的40個最常上調(diào)基因通路之一，在部分癌癥中均可發(fā)現(xiàn)ATX表達(dá)升高，包括膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌和甲狀腺癌[8]。已有相關(guān)研究表明惡性腫瘤中ATX的升高與癌細(xì)胞的侵襲性和轉(zhuǎn)移有關(guān)[20]。

結(jié)直腸癌是由多個獨(dú)立的原癌基因的激活和抑癌通路的抑制導(dǎo)致的[21]。同時，腫瘤細(xì)胞或周圍環(huán)境產(chǎn)生的生長因子、血管生成因子和運(yùn)動因子在細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化過程中也起到了關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)ATX表達(dá)與結(jié)直腸癌的早期微血管密度、宏觀抑制及腫瘤血管生成呈正相關(guān)[22]。因此，ATX-LPA信號通路在CRC的發(fā)生及進(jìn)展轉(zhuǎn)移的過程中均起到關(guān)鍵作用。

2.1 LPA信號通路及LPA受體在結(jié)直腸炎癥及腫瘤中的作用

在慢性炎癥增強(qiáng)并促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的過程中，自分泌運(yùn)動因子-溶血磷脂酸(Autotaxin-lysophosphatidic acid，ATX-LPA)信號軸作為一種對細(xì)胞生長、運(yùn)動和炎癥反應(yīng)有顯著影響的多效信號通路，主要參與創(chuàng)傷愈合反應(yīng)，誘導(dǎo)血小板聚集、淋巴細(xì)胞歸巢、細(xì)胞因子產(chǎn)生、角質(zhì)細(xì)胞遷移、增殖和分化[20]。但當(dāng)機(jī)體由急性炎癥期變成慢性炎癥期時，ATX-LPA信號通路會誘導(dǎo)細(xì)胞因子產(chǎn)生并增加淋巴細(xì)胞浸潤[23]。最終在癌癥環(huán)境中，它還會繼續(xù)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活、增殖、遷移、侵襲和血管生成，就好像此通路將腫瘤視作一種永遠(yuǎn)無法愈合的傷口，并在此狀態(tài)下促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[20]。

有證據(jù)表明，EDG家族的受體可以通過增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞增殖、存活、遷移和侵襲來促進(jìn)多種癌癥的進(jìn)展[24]。Lin等[25]通過在結(jié)腸炎相關(guān)的小鼠癌癥模型中構(gòu)建LPA2基因缺失的小鼠，并測量小鼠體內(nèi)腫瘤細(xì)胞的增殖和促炎因子，發(fā)現(xiàn)Lpar2-/-小鼠體內(nèi)的增殖和促炎因子出現(xiàn)明顯降低的趨勢，并導(dǎo)致Lpar2-/-的腸腺癌小鼠模型的腫瘤發(fā)生率和結(jié)腸腺癌進(jìn)展率降低。此外，與APCmin/+小鼠相比，Lpar2-/-基因敲除小鼠體內(nèi)的KLF5、cyclinD1、c-Myc和HIF-1α等因子的表達(dá)水平較低[26]。這一證據(jù)表明ATX-LPA軸和LPA受體在結(jié)腸慢性炎癥引起的腫瘤發(fā)生中起著重要作用。

2.2 LPA信號通路在結(jié)直腸癌增殖中的作用

LPA信號通路可以促使結(jié)直腸癌細(xì)胞持續(xù)增殖，部分是通過激活β-連環(huán)蛋白實(shí)現(xiàn)的，而β-連環(huán)蛋白是Wnt通路中TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子的共同激活物[27]。LPA通過抑制糖原合成酶激酶3β來激活β-連環(huán)蛋白，下游信號的激活有效增強(qiáng)了結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖功能。此外，Kruppel樣因子5(KLF5)是一種在腸道增殖細(xì)胞中高度表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子。有研究證明LPA可通過PKCδ和MAPK依賴途徑誘導(dǎo)KLF5的表達(dá)，進(jìn)而刺激結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖[28]。在之后的實(shí)驗(yàn)中，β-連環(huán)蛋白或KLF5的沉默，即LPA下游信號的截?cái)?，阻止了HCT116、LS174T和SW480結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖，表明LPA信號通路在癌細(xì)胞生長中的重要性。目前尚不清楚β-連環(huán)蛋白和KLF5是否協(xié)同或獨(dú)立調(diào)控細(xì)胞增殖。

2.3 LPA信號通路在結(jié)直腸癌進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中的作用

缺氧誘導(dǎo)因子1(Hypoxia-inducible factor 1，HIF-1)是腫瘤發(fā)生過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在多個方面起到調(diào)節(jié)誘導(dǎo)作用，包括血管生成和腫瘤增殖、侵襲轉(zhuǎn)移等[29]。其中HIF-1α是一種可介導(dǎo)對組織氧合變化產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子，但有相關(guān)研究表明，LPA可在非缺氧條件下誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)[30]。Lee等[31]發(fā)現(xiàn)，LPA可以誘導(dǎo)p53特異性泛素連接酶Mdm2，抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中p53的表達(dá)。而p53基因的表達(dá)抑制可以促使HIF-1的表達(dá)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，在非缺氧條件下，LPA誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)過程中，p53的表達(dá)抑制是一項(xiàng)必要條件，同時還需要KLF5的協(xié)助，其通過從HIF-1α啟動子中置換p53來轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)HIF-1α的表達(dá)。然而，突變型p53基因?qū)PA誘導(dǎo)的降解具有抗性，因此LPA僅能在攜帶野生型p53的結(jié)腸癌細(xì)胞中誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)。鑒于p53基因突變多發(fā)生在結(jié)腸腫瘤發(fā)育的晚期，表明LPA可能通過增強(qiáng)β-連環(huán)蛋白激活和抑制p53的腫瘤抑制功能來促進(jìn)CRC的進(jìn)展。同時，LPA通過對p53基因表達(dá)的調(diào)節(jié)促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞中HIF-1α分子表達(dá)，即意味著此信號通路可以使腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)因素，即N-鈣黏蛋白和介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞上皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)的轉(zhuǎn)錄因子Slug/Snail2 的水平增加[32]，增加結(jié)直腸癌血管侵襲和轉(zhuǎn)移的可能，而EMT是惡性腫瘤血管侵襲并進(jìn)行轉(zhuǎn)移的重要機(jī)制之一[33]。

值得注意的是，ATX-LPA軸在體內(nèi)誘導(dǎo)至少16種炎癥介質(zhì)，包括IL1-β、IL6、IL8、G-CSF和TNF-α，這些介質(zhì)也會誘導(dǎo)ATX表達(dá)并增加LPA水平，因此阻斷ATX-LPA通路可以減少炎癥介質(zhì)，縮小腫瘤體積，減少血管生成[34]。此外，大量研究表明ATX-LPA信號通路除了誘導(dǎo)激活炎癥環(huán)境，促進(jìn)腫瘤增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移外，還有助于腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞的分化和干細(xì)胞維持[35-36]，而上述因素都是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分。綜上所述，針對ATX-LPA信號通路進(jìn)行治療是減緩甚至阻止CRC發(fā)生發(fā)展的一個潛在重要手段。

3 LPA 及相關(guān)分子在結(jié)直腸癌的治療中的價(jià)值

LPA信號通路的調(diào)節(jié)是由ATX活性、LPA受體表達(dá)及LPP對LPA的降解等因素決定的[37]。在很多癌癥中，ATX的過度表達(dá)會導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境和外周血中的LPA水平升高[9，36，38]。與正常細(xì)胞和良性腫瘤相比，癌細(xì)胞表面的LPA受體表達(dá)更高，LPPs表達(dá)下調(diào)[39]。

ATX-LPA軸已被證明通過上調(diào)抗氧化基因、多藥耐藥轉(zhuǎn)運(yùn)體(ABCC1，ABCG2，ABCC2和ABCC3)、醛脫氫酶1(ALDH1)和干細(xì)胞維持來誘導(dǎo)腫瘤耐受化療[36，40]。作為一種潛在的腫瘤輔助治療手段，在體內(nèi)外抑制ATX-LPA信號通路可增強(qiáng)腫瘤放化療的療效，并可降低腫瘤進(jìn)展的可能。另一方面，腫瘤相關(guān)性炎癥(Cancer-related inflammation，CRI)是一種促進(jìn)腫瘤發(fā)展的病理環(huán)境。通過對ATX-LPA信號通路的多靶點(diǎn)聯(lián)合治療被認(rèn)為是一種調(diào)節(jié)CRI，抑制腫瘤進(jìn)展的有效手段，而同時結(jié)合促炎細(xì)胞因子的治療可能會使上述ATX-LPA靶向治療取得更佳的療效。目前，絕大多數(shù)正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)的ATX-LPA信號通路靶向藥物并非是針對癌癥疾病，但這些藥物都具備應(yīng)用于結(jié)直腸癌治療的潛力。隨著人們對這條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)軸的基礎(chǔ)生理及病理知識的進(jìn)一步深入挖掘，更具特異靶向性的治療藥物也將隨之出現(xiàn)，從而能更好地靶向這一級聯(lián)信號通路。以下我們總結(jié)了一些靶向ATX和LPA受體的藥物(表1)。

4 小結(jié)與展望

腸道的穩(wěn)態(tài)是外部刺激和免疫反應(yīng)之間的平衡。在此背景下，LPA參與調(diào)節(jié)腸道內(nèi)細(xì)胞增殖和遷移活動的新觀點(diǎn)，為理解腸道內(nèi)ATX-LPA軸的意義提供了新的見解。在過去二十年里，科學(xué)界已經(jīng)破譯了各種LPA受體所扮演的多種角色，并對LPA如何調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞、結(jié)直腸癌相關(guān)炎癥及腫瘤增殖轉(zhuǎn)移等方面進(jìn)行了深入研究，但在LPA受體表達(dá)和此信號對非上皮細(xì)胞(包括淋巴細(xì)胞、髓細(xì)胞和腸道內(nèi)的腸神經(jīng)元)的影響方面仍存在很多需要進(jìn)一步探索的未知內(nèi)容。與此同時，關(guān)于腸道中LPA信號是如何進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)的問題上仍存在許多疑問，包括LPA如何調(diào)節(jié)不同細(xì)胞群(如上皮細(xì)胞和免疫系統(tǒng))之間的相互作用，以及這種影響是否隨著時間和腸道內(nèi)不同區(qū)域而變化。打破腫瘤-炎癥循環(huán)并阻斷LPA信號傳導(dǎo)及LPA的產(chǎn)生，通過減少CRI、腫瘤生長、轉(zhuǎn)移及對腫瘤治療的耐藥性，為腫瘤治療提供了一種創(chuàng)新的治療方法。不過盡管體外和動物研究表明了阻斷ATX-LPA有益于加強(qiáng)常規(guī)結(jié)直腸癌治療的療效，但支持ATX和LPA與CRC的發(fā)展和進(jìn)展相關(guān)的臨床數(shù)據(jù)仍然有限。這些方面的進(jìn)一步研究將為ATX-LPA信號的靶向治療提供更好的策略。