神經(jīng)酰胺酶在鞘脂代謝和腫瘤中的作用

黃鈴月 譚親友，2

（1.桂林醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，廣西 桂林541199；2.桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院藥學(xué)部，廣西 桂林541000）

大多數(shù)癌癥，每年的病例數(shù)和死亡數(shù)都在增加。目前，關(guān)于癌癥的流行病學(xué)數(shù)據(jù)令人擔(dān)憂，因?yàn)槭澜缧l(wèi)生組織預(yù)測一般人群中癌癥的發(fā)病率會顯著增加。這一在全球范圍內(nèi)具有重大意義的問題需要尋找更有效的治療靶點(diǎn)和方法。鞘脂是細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)分子，在維持屏障功能和流動性方面具有重要作用[1]。鞘脂代謝通過控制癌細(xì)胞信號傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的信號功能來調(diào)節(jié)各種生物過程，如生長、增殖、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移。神經(jīng)酰胺（Cer）和鞘氨醇（SPH）可以調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡、衰老和細(xì)胞周期阻滯，鞘氨醇-1-磷酸（S1P）具有抗凋亡和促生存的作用[2]。催化神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)化為鞘氨醇的5種 神 經(jīng) 酰 胺 酶（ASAH1、ASAH2、ACER1、ACER2和ACER3）在調(diào)節(jié)鞘脂代謝中具有極其重要的作用[3]。這篇綜述討論了5種神經(jīng)酰胺酶在鞘脂代謝和腫瘤中的作用，最后，介紹了當(dāng)前和新興的針對參與鞘脂代謝和信號傳導(dǎo)的酶的治療策略。

1 神經(jīng)酰胺酶

1.1 ASAH1

酸性神經(jīng)酰胺酶（ASAH1）通過將Cer水解成SPH，在調(diào)節(jié)這兩種代謝物的細(xì)胞內(nèi)濃度方面起著關(guān)鍵作用，ASAH1蛋白參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期、分化和細(xì)胞侵襲[4]。Lucki等[5]發(fā)現(xiàn)genistein可以通過GPR30依賴性激活c-Src和ERK1/2的途徑誘導(dǎo)ASAH1轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)組蛋白乙?；土姿岽萍に厥荏wα和特異性蛋白-1向ASAH1啟動子的募集，最終導(dǎo)致神經(jīng)酰胺酶活性增加。genistein以依賴于ASAH1的方式刺激細(xì)胞周期蛋白B2的表達(dá)和細(xì)胞增殖，促進(jìn)鞘脂代謝并支持ASAH1在乳腺癌細(xì)胞生長中的作用。Justine等[6]發(fā)現(xiàn)ASAH1影響黑色素瘤細(xì)胞中的表型轉(zhuǎn)換，并且黑色素瘤細(xì)胞在ASAH1缺失后獲得運(yùn)動特性，表明鞘脂代謝與黑色素瘤細(xì)胞可塑性之間存在聯(lián)系，并為黑色素瘤開辟了新的治療前景。

Marko等[7]發(fā)現(xiàn)人類結(jié)腸癌細(xì)胞和結(jié)腸直腸癌組織表達(dá)ASAH1，且其表達(dá)在腫瘤組織中高于正常結(jié)腸粘膜。ASAH1參與了HCT116細(xì)胞對奧沙利鉑（OXA）的反應(yīng)，并且通過與ASAH1抑制劑卡莫氟（carmofur）聯(lián)合治療，可以顯著增加OXA的抗增殖、促凋亡、抗遷移和抗克隆作用。OXA敏感性的增加與結(jié)腸癌中對OXA獲得性耐藥相關(guān)的信號傳導(dǎo)下調(diào)有關(guān)，特別是轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2和整合素β1，這導(dǎo)致了核因子κB（NFκB）和蛋白激酶B（Akt）的抑制。因此，OXA與ASAH1抑制劑的組合可能是對抗化療耐藥性和改善晚期結(jié)腸癌治療結(jié)果的一種有前景的策略。

1.2 ASAH2

ASAH1抑制已被證明對結(jié)腸腺癌細(xì)胞產(chǎn)生抗擴(kuò)散作用。與此類似，由ASAH2基因編碼的中性神經(jīng)酰胺酶（nCDase）也被確定為幾個結(jié)腸癌細(xì)胞系細(xì)胞生存的重要調(diào)節(jié)器。nCDase的缺失通過自噬和清除受損線粒體保護(hù)細(xì)胞免受營養(yǎng)剝奪誘導(dǎo)的壞死性凋亡，nCDase是壞死性凋亡的介質(zhì)，可能是防止缺血性損傷的新治療靶點(diǎn)[8]。Monica等[9]的研究結(jié)果有力地表明nCDase在調(diào)節(jié)結(jié)腸癌的啟動和發(fā)展方面起著關(guān)鍵作用，特別是指出nCDase是一個潛在的獨(dú)特化療目標(biāo)。nCDase的分子和藥理抑制導(dǎo)致神經(jīng)酰胺增加，同時導(dǎo)致存活率下降、凋亡增加和結(jié)腸癌細(xì)胞自噬。相比之下，nCDase抑制對非胃腸道細(xì)胞的影響最小。這些結(jié)果被推廣到癌癥異種移植模型，其中，用nCDase抑制劑治療動物會延緩腫瘤生長，增加Cer，減少腫瘤細(xì)胞增殖。

nCDase的分子和藥理學(xué)抑制會導(dǎo)致β-連環(huán)蛋白（β-catenin）水平降低。Nicolas等[10]證明糖原合成酶激酶3β（GSK3β）磷酸化的減少促進(jìn)了這種減少。在探索導(dǎo)致β-catenin降解的途徑時，AKt的磷酸化也隨著nCDase的抑制而降低。重要的是，AKt去磷酸化對于降低β-catenin水平和在nCDase抑制的情況下減少GSK3β磷酸化是必要的。此外，AKt的磷模擬突變體能夠部分逆轉(zhuǎn)nCDase抑制對細(xì)胞生長、半胱天冬酶裂解和異種移植物生長的影響。

1.3 ACER1

ACER1是神經(jīng)酰胺代謝的關(guān)鍵酶，皮膚的屏障功能是通過角質(zhì)形成細(xì)胞的多階段分化和生物活性鞘脂（如神經(jīng)酰胺）的存在而建立的，神經(jīng)酰胺合成酶和神經(jīng)酰胺酶活性的平衡嚴(yán)格調(diào)節(jié)神經(jīng)鞘脂的水平。Kafayathullah等[11]揭示了ACER1在皮膚中的重要作用。ACER1缺陷型(ACER1-/-)小鼠的皮膚中神經(jīng)酰胺水平升高、毛干角質(zhì)層形成異常和周期性脫發(fā)。ACER1在分化的毛囊間表皮、漏斗和皮脂腺中特異性表達(dá)，因此ACER1-/-小鼠的漏斗和皮脂腺結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變。ACER1-/-皮膚也顯示毛囊干細(xì)胞區(qū)室受到干擾。這些改變導(dǎo)致ACER1-/-小鼠的經(jīng)皮水分流失增加和代謝亢進(jìn)表型，隨著年齡的增長脂肪含量減少。這證明ACER1對于哺乳動物皮膚穩(wěn)態(tài)和全身能量穩(wěn)態(tài)是必不可少的。

1.4 ACER2

人類堿性神經(jīng)酰胺酶2（ACER2）是一種調(diào)節(jié)細(xì)胞神經(jīng)酰胺水解的關(guān)鍵酶，會影響癌細(xì)胞的存活。Liu等[12]的結(jié)果表明ACER2在HCC組織和細(xì)胞系中過表達(dá)且ACER2蛋白的高表達(dá)與腫瘤生長有關(guān)。Zhang等[13]從機(jī)制上發(fā)現(xiàn)，編碼堿性神經(jīng)酰胺酶2的基因ACER2被鑒定為HIF-2α的新靶基因，可觸發(fā)神經(jīng)酰胺分解代謝。ACER2的脂肪過表達(dá)挽救了脂肪細(xì)胞HIF-2α缺陷誘導(dǎo)的動脈粥樣硬化惡化。HIF脯氨酰羥化酶抑制劑FG-4592激活脂肪HIF-2α對動脈粥樣硬化具有保護(hù)作用，伴隨著脂肪和血漿神經(jīng)酰胺和血漿膽固醇水平的降低。此外，晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)劑（TIM）在乳腺癌中的表達(dá)升高并且TIM在癌組織中的高表達(dá)與預(yù)后不良有關(guān)，尤其是在ER陽性乳腺癌患者中。TIM與Sp1相互作用，有助于上調(diào)ACER2的表達(dá)。ACER2負(fù)責(zé)TIM介導(dǎo)的細(xì)胞生長和線粒體呼吸的促進(jìn)作用[14]。

1.5 ACER3

ACER3定位于高爾基復(fù)合體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，與其他兩種堿性神經(jīng)酰胺酶相比，它在各種組織中高度表達(dá)。Hu等[15]證明ACER3在各種細(xì)胞類型中高度表達(dá)，并且具有與其他神經(jīng)酰胺酶不同的底物特異性。ACER3還具有控制細(xì)胞中SPH和S1P生成的能力。這種能力的喪失可以通過ACER2的上調(diào)來補(bǔ)償，這表明堿性神經(jīng)酰胺酶在調(diào)節(jié)細(xì)胞中SPH和S1P的生成方面具有互補(bǔ)作用。

Yang等[16]的研究表明KCNQ1OT1可以通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的miR-146a-5p/ACER3軸來減少HCC的增長。KCNQ1OT1改進(jìn)了ACER3表達(dá)，通過海綿狀miR-146a-5p調(diào)節(jié)HCC的放射性敏感性和腫瘤發(fā)生。研究表明，抑制ACER3可能是治療人類HCC的新策略。

2 展望

有限的研究表明，神經(jīng)酰胺酶能夠通過控制細(xì)胞神經(jīng)酰胺的水解來調(diào)節(jié)神經(jīng)酰胺、SPH和S1P。由于底物特異性、細(xì)胞定位、組織分布和表達(dá)水平的差異，這些神經(jīng)酰胺酶在細(xì)胞反應(yīng)中似乎具有不同的作用[17]。目前的研究表明，ASAH1和ASAH2的激活或上調(diào)主要通過減弱神經(jīng)酰胺信號同時增強(qiáng)S1P信號來促進(jìn)細(xì)胞增殖和存活，而抑制或下調(diào)這些酶通過放大神經(jīng)酰胺信號同時減少S1P信號來誘導(dǎo)細(xì)胞生長停滯和細(xì)胞凋亡[18]。ACER1似乎通過控制SPH和S1P的產(chǎn)生在特定細(xì)胞類型中具有抗增殖和促分化作用。ACER2具有雙重角色。它的激活或上調(diào)通過產(chǎn)生S1P促進(jìn)細(xì)胞增殖和存活，而SPH不會因其作用而異常升高。另一方面，ACER2作用可通過產(chǎn)生高水平的SPH誘導(dǎo)細(xì)胞生長停滯和凋亡，其抗增殖和促凋亡作用可能超過S1P的促有絲分裂和抗凋亡作用[19]。因此，這種神經(jīng)酰胺酶在細(xì)胞反應(yīng)中的作用可能是細(xì)胞類型特異性和刺激依賴性的。與其他四種不催化或輕微催化二氫神經(jīng)酰胺和植物神經(jīng)酰胺水解的神經(jīng)酰胺酶不同，ACER3催化不飽和長鏈二氫神經(jīng)酰胺和植物神經(jīng)酰胺水解的效率與不飽和長鏈神經(jīng)酰胺水解相似，表明它具有除SPH及其磷酸鹽外，還具有調(diào)節(jié)DHS和PHS及其磷酸鹽生成的作用。這使我們能夠?qū)?nèi)源性DHS和PHS的產(chǎn)生進(jìn)行基因操縱，并確定這兩種鞘氨醇堿基及其磷酸鹽在細(xì)胞反應(yīng)中的作用，而這在先前的研究中已被很大程度上忽略[20]。