醛酮還原酶1B10與腫瘤發(fā)展的研究進(jìn)展

楊慧婷， 葉旭， 師穎瑞

(1.南華大學(xué)衡陽(yáng)醫(yī)學(xué)院 湖南省腫瘤醫(yī)院協(xié)助培養(yǎng)基地，湖南省衡陽(yáng)市 421001；2.湖南省腫瘤醫(yī)院，湖南省長(zhǎng)沙市 410013)

肝癌細(xì)胞中分離并鑒定的醛酮還原酶1B10(aldo-keto reductase 1B10，AKR1B10)是醛酮還原酶1B(aldo-keto reductase 1B，AKR1B)亞家族的重要成員之一。AKR1B10一般表達(dá)于胃、小腸、結(jié)腸等正常消化道上皮組織，在其余正常組織中不表達(dá)或低表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，在肝癌、肺癌、乳腺癌等腫瘤組織中，AKR1B10可出現(xiàn)過(guò)表達(dá)，相反，當(dāng)胃腸道發(fā)生癌變時(shí)，AKR1B10表達(dá)下調(diào)[1]。AKR1B10參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制與羧基代謝、細(xì)胞解毒、調(diào)節(jié)視黃酸和脂肪酸、基因調(diào)控等相關(guān)，并且AKR1B10通過(guò)溶酶體介導(dǎo)的途徑分泌到體內(nèi)，有望成為潛在的血清腫瘤標(biāo)志物。AKR1B10與細(xì)胞耐藥也密切相關(guān)，特異性AKR1B10抑制劑可能是一種理想的腫瘤治療方式。

1 AKR1B10的結(jié)構(gòu)與功能

1.1 AKR1B10的結(jié)構(gòu)

AKR1B10屬于醛酮還原酶(aldo-keto reductase，AKR)超家族成員，由316個(gè)氨基酸組成，其基因位于染色體7q33上[2]。AKR1B10蛋白折疊成(α/β)8桶狀結(jié)構(gòu)，(α/β)8桶狀結(jié)構(gòu)是AKR的典型結(jié)構(gòu)，包括輔酶結(jié)合位點(diǎn)、催化位點(diǎn)及C端游離的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中位點(diǎn)邊緣可變殘基的變化能改變酶的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致作用底物的不同，除此之外，環(huán)狀結(jié)構(gòu)的變化也決定成員的底物特異性。

1.2 AKR1B10與羧基代謝

AKR1B10通過(guò)催化還原醛酮類羧基化合物，減少親電子羧基化合物對(duì)蛋白質(zhì)及DNA的損傷，從而保護(hù)細(xì)胞[3]。許多抗癌藥物及其代謝產(chǎn)物中含有羧基，因此AKR1B10可以降低這類藥物的毒性作用；另一方面，柔紅霉素等蒽環(huán)類藥物，其羧基被還原后生成的二級(jí)醇具有心臟毒性，導(dǎo)致臨床治療受阻，并降低柔紅霉素的抗癌效果。

1.3 AKR1B10與視黃醛

AKR1B10有較強(qiáng)的視黃醛還原酶活性，特別是對(duì)于全反式視黃醛，其動(dòng)力學(xué)參數(shù)與AKR1B1相比，K-cat高出近50～100倍，這種酶活性的差異可能與底物結(jié)合位點(diǎn)殘基Cys125相關(guān)。視黃醛氧化生成視黃酸[4]，視黃酸是抑制細(xì)胞異常增生及促進(jìn)細(xì)胞分化的重要因子，因此AKR1B10通過(guò)代謝視黃醛間接調(diào)控細(xì)胞分化。

1.4 AKR1B10與乙酰輔酶A羧化酶α

AKR1B10與乙酰輔酶A羧化酶α(acetyl-CoA carboxylase alpha，ACCα)結(jié)合，上調(diào)ACCα含量。ACCα是長(zhǎng)鏈脂肪酸合成的關(guān)鍵酶，長(zhǎng)鏈脂肪酸是參與構(gòu)成細(xì)胞膜合成的成分之一，同時(shí)也是脂質(zhì)第二信使的前體，在細(xì)胞增殖分化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[5]。AKR1B10通過(guò)調(diào)節(jié)ACCα，促進(jìn)細(xì)胞增殖。

2 AKR1B10促進(jìn)不同腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制

2.1 胃癌

人體內(nèi)親電羧基化合物主要是在胃腸道攝入和(或)代謝形成，其來(lái)源有外源性的水、食物及內(nèi)源性的人體自身糖脂代謝物。AKR1B10是保護(hù)胃腸道上皮細(xì)胞免受蛋白質(zhì)及DNA損傷的關(guān)鍵。當(dāng)AKR1B10表達(dá)下調(diào)，胃腸道上皮細(xì)胞不能快速進(jìn)行羧基代謝與解毒，從而誘發(fā)胃腸道腫瘤的發(fā)生、促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。

2.2 結(jié)直腸癌

AKR1B10在結(jié)腸癌中下調(diào)能抑制腫瘤生長(zhǎng)，其原因可能與羧基增加、細(xì)胞氧化應(yīng)激及線粒體損傷有關(guān)，同時(shí)AKR1B10下調(diào)能增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)醛醇類化合物的易感性，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞腫脹死亡[6]。Zinovieva等[7]認(rèn)為其原因可能與野生型p53促進(jìn)AKR1B10轉(zhuǎn)錄，而p53突變可導(dǎo)致AKR1B10轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)，從而表達(dá)下調(diào)。Li等[8]學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌中，AKR1B10低表達(dá)能上調(diào)自噬從而促進(jìn)腫瘤發(fā)展。

2.3 肝癌

AKR1B10在肝癌中異常表達(dá)。早、中期肝癌細(xì)胞中，AKR1B10表達(dá)顯著增加，而晚期表達(dá)無(wú)明顯增加。AKR1B10的表達(dá)與肝癌細(xì)胞的分化程度相關(guān)，分化良好及分化中等的肝癌細(xì)胞與低分化肝癌細(xì)胞相比，AKR1B10表達(dá)含量明顯增高，這可能與低分化腫瘤細(xì)胞的壓力因素影響轉(zhuǎn)錄后AKR1B10蛋白的表達(dá)相關(guān)[9]。

研究發(fā)現(xiàn)，AKR1B10基因敲擊導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯、細(xì)胞增殖受阻，表明AKR1B10可能通過(guò)促進(jìn)肝癌細(xì)胞生長(zhǎng)達(dá)到致瘤效應(yīng)[10]。AKR1B10與肝癌細(xì)胞中白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶1(IL-1 receptor associated kinase1，IRAK1)的表達(dá)密切相關(guān)，IRAK1參與索拉非尼的耐藥、腫瘤啟動(dòng)細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)等多種活動(dòng)，IRAK1基因敲除可致轉(zhuǎn)錄激活蛋白AP-1(activator protein-1，AP-1)活性劑量下調(diào)，因此在肝癌細(xì)胞中IRAK可能通過(guò)AP-1間接促進(jìn)AKR1B10表達(dá)上調(diào)[11]。

2.4 肺癌

Fukumoto等[12]在肺癌組織、癌前病變組織和吸煙者支氣管上皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)AKR1B10蛋白過(guò)表達(dá)，并且AKR1B10的表達(dá)水平與腫瘤細(xì)胞分化程度呈負(fù)相關(guān)。相關(guān)研究認(rèn)為AKR1B10可能誘導(dǎo)肺癌發(fā)生[13]。在癌前病變組織中，AKR1B10通過(guò)下調(diào)維甲酸，進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞癌變。長(zhǎng)期吸煙者戒煙后，部分AKR基因表達(dá)下調(diào)甚至可降至正常水平，這些表明煙草中的相關(guān)化合物如多環(huán)芳香烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH)可誘導(dǎo)組織細(xì)胞異常表達(dá)AKR1B10，當(dāng)煙草煙霧等因素消除后，AKR1B10可不被誘導(dǎo)產(chǎn)生[13]。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肺癌細(xì)胞系中AKR1B10表達(dá)沉默，抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)減少，促凋亡蛋白Bax表達(dá)輕度增加，Bax/Bcl-2比值增高，從而促進(jìn)細(xì)胞色素C釋放，激活線粒體凋亡通路，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[14]。最近研究進(jìn)一步闡明了AKR1B10沉默在細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖、細(xì)胞黏附和遷移的抑制作用，實(shí)驗(yàn)表明在肺癌細(xì)胞系中，AKR1B10基因沉默通過(guò)抑制細(xì)胞周期相關(guān)蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞周期在G0/G1期阻滯，同時(shí)AKR1B10基因沉默使得細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)表達(dá)下調(diào)，抑制了EKR/MAPKs信號(hào)通路在腫瘤細(xì)胞增殖、分化、遷移及血管生成過(guò)程中的作用[15-16]。

2.5 乳腺癌

Ma等[17]發(fā)現(xiàn)AKR1B10在乳腺細(xì)胞癌中過(guò)表達(dá)，ACCα表達(dá)上調(diào)，脂肪酸合成增加。脂肪酸合成增加滿足了腫瘤細(xì)胞快速分裂的需求，同時(shí)脂肪酸過(guò)度積累會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞膜磷脂成分的改變，從而影響信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、基因表達(dá)、細(xì)胞遷移等一系列細(xì)胞活動(dòng)[17]。在乳腺癌細(xì)胞中，AKR1B10也能通過(guò)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，進(jìn)而激活RAF/MEK/ERK等信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖[18]。當(dāng)siRNA干擾介導(dǎo)AKR1B10，ACCα蛋白表達(dá)下調(diào)，脂肪酸合成受到抑制時(shí)，細(xì)胞周期阻滯，線粒體功能受損，反應(yīng)性氧化物質(zhì)和細(xì)胞脂質(zhì)過(guò)氧化物增加，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)。同時(shí)，脂質(zhì)過(guò)氧化物在氧化應(yīng)激下產(chǎn)生的親電性醛酮羧基化合物造成DNA損傷也是造成細(xì)胞凋亡的重要因素[19]。

2.6 其他腫瘤

AKR1B10在其他惡性腫瘤中也有過(guò)表達(dá)現(xiàn)象，如AKR1B10在甲狀腺乳頭狀癌組織中過(guò)表達(dá)，且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，有望作為評(píng)估轉(zhuǎn)移的腫瘤標(biāo)志物[20]。鼻咽癌組織中AKR1B10蛋白表達(dá)水平與EB病毒相關(guān)，AKR1B10在糜爛性食管炎、Barrett’s食管及食管癌的組織中表達(dá)水平升高，其機(jī)制可能與AKR1B10調(diào)節(jié)視黃酸相關(guān)。其他腫瘤如宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌、前列腺癌、腎癌、胰腺癌等均發(fā)現(xiàn)AKR1B10表達(dá)上調(diào)，其促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制需要更多的研究探索。

3 AKR1B10作為血清腫瘤標(biāo)記物的應(yīng)用

AKR1B10蛋白通過(guò)溶酶體介導(dǎo)的途徑分泌到胞外，酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)可以檢測(cè)人體血清中AKR1B10的表達(dá)水平。研究發(fā)現(xiàn)，將肝癌患者、肝硬化患者、慢性乙型肝炎患者、自身免疫性肝炎患者及藥物性肝損患者的血清甲胎蛋白(alpha-fetal protein，AFP)和AKR1B10進(jìn)行比較分析，肝癌患者組中，AFP和AKR1B10的水平均明顯高于其他對(duì)照組，對(duì)于肝癌及早期肝癌的患者，AKR1B10的準(zhǔn)確性和特異性也不差于AFP[21]。血清AKR1B10和AFP兩者聯(lián)合檢測(cè)，有助于提高肝癌的臨床診斷率，對(duì)于高危人群的篩查及早期診斷有重要的意義。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌患者血清中AKR1B10水平明顯升高，并且指出AKR1B10的表達(dá)可能與腫瘤轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)相關(guān)，推測(cè)AKR1B10可能是一種新的血清腫瘤學(xué)標(biāo)志物[22]。

4 AKR1B10與耐藥性及其抑制劑的應(yīng)用

4.1 AKR1B10與化學(xué)耐藥

研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染AKR1B10的癌細(xì)胞可對(duì)阿霉素、絲裂霉素、順鉑等化學(xué)藥物產(chǎn)生耐藥性，這可能與AKR1B10代謝某些含有羰基的抗腫瘤藥物，保護(hù)癌細(xì)胞免受藥物的損害，從而影響化療耐藥性有關(guān)，AKR1B10也有可能通過(guò)抑制藥物的氧化應(yīng)激反應(yīng)從而誘導(dǎo)細(xì)胞耐藥[23]。有實(shí)驗(yàn)表明，體外AKR1B10基因敲除后，細(xì)胞凋亡增加、集落形成減少、集落大小減小，細(xì)胞對(duì)阿霉素的反應(yīng)增強(qiáng)，因此推測(cè)抑制AKR1B10可能會(huì)增加化療藥的抗癌效果[24]。

4.2 AKR1B10抑制劑

AKR1B10抑制劑分為內(nèi)源性物質(zhì)、醛糖還原酶抑制劑(aldose reductase inhibitors，ARIs)、天然衍生物和化學(xué)合成物四大類[25]。類固醇激素、膽汁酸及其代謝物是內(nèi)源性AKR抑制劑，對(duì)AKR1B10還原酶的活性具有抑制作用，其中異石膽酸是具有高選擇性的AKR1B10抑制劑。目前已知的ARIs，如托瑞司他在臨床應(yīng)用中出現(xiàn)了許多不良反應(yīng)，這可能是醛糖還原酶抑制劑與其他酶交叉抑制有關(guān)。天然衍生物主要包括植物多酚、五環(huán)三萜類、雜蒽酮衍生物、咖啡酸苯乙酯衍生物等。AKR1B10的結(jié)構(gòu)決定了底物的特異性、類固醇激素以及膽汁酸的抑制作用，這些特點(diǎn)被應(yīng)用于合成AKR1B10抑制劑。在化學(xué)合成抑制劑中，類固醇類抑制劑具有明顯的抑制效果[26]。

5 展 望

AKR1B10在不同腫瘤中表達(dá)不同，如在胃腸道等消化道腫瘤中表達(dá)下調(diào)，而在肺癌、肝癌、乳腺癌等其他實(shí)體腫瘤中過(guò)表達(dá)，這可能與胃腸道是體內(nèi)醛酮類羧基化合物消化吸收的主要器官，以及與AKR1B10的羧基解毒功能相關(guān)。同時(shí)，腫瘤具有異質(zhì)性，因此不同腫瘤間AKR1B10的致病機(jī)制也不完全相同。AKR1B10在同一腫瘤，如肝癌在早中期過(guò)度表達(dá)，晚期表達(dá)下降，說(shuō)明AKR1B10在同一類型腫瘤的不同時(shí)期，表達(dá)也具有差異性。

AKR1B10對(duì)尼古丁衍生的致癌物具有解毒作用，可列入候選的煙草煙霧暴露和反應(yīng)基因，因此，通過(guò)檢測(cè)吸煙人群中AKR1B10的表達(dá)含量也許能預(yù)判腫瘤的發(fā)生。下調(diào)癌細(xì)胞中AKR1B10的表達(dá)，可以減少癌細(xì)胞對(duì)含醛基類藥物的耐藥性，因此AKR1B10受體可作為腫瘤治療靶點(diǎn)，研發(fā)高選擇性AKR1B10抑制劑在未來(lái)能給癌癥患者帶來(lái)巨大福音。