乙醛脫氫酶2 型與腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展

付怡如，時(shí)倩倩綜述，付麗審校

（天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院乳腺病理科，國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，乳腺癌防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300060）

乙醛脫氫酶2 型（aldehyde dehydrogenase 2，ALDH2）屬醛脫氫酶家族，為NAD（P）+依賴(lài)性酶，定位于線粒體基質(zhì)，其主要功能是將乙醛代謝成無(wú)毒的乙酸，是乙醇氧化代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶。其活性位點(diǎn)存在單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP），該位點(diǎn)的突變可致酶活性降低或失活，影響正常功能[1]。多項(xiàng)研究表明，ALDH2 在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中起重要作用，ALDH2 突變型個(gè)體乙醇相關(guān)腫瘤易感性增強(qiáng)[2]。ALDH2 突變型個(gè)體的酶活性降低或失活導(dǎo)致乙醛在體內(nèi)蓄積，損傷遺傳物質(zhì)并干擾其修復(fù)，誘發(fā)細(xì)胞突變與增殖，從而參與腫瘤發(fā)生[3-4]。乙醛還可通過(guò)增加體內(nèi)的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）促進(jìn)氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)Snail 磷酸化及核易位，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移[5]。此外有證據(jù)表明ALDH2 可作為膀胱癌腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志基因[6]，并通過(guò)多種通路參與腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移，ALDH2 還可提高腫瘤對(duì)化療藥物的耐受性[7-8]。本文就ALDH2 與腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展綜述如下。

1 ALDH2 的結(jié)構(gòu)與生理功能

1.1 ALDH2 的結(jié)構(gòu) 1985 年，Hsu 等[9]利用cDNA探針和Southern 印跡技術(shù)鑒定出ALDH2 位于12號(hào)染色體。隨后Womack 等[10]通過(guò)比對(duì)人、鼠和牛的序列，證明ALDH2 定位于12 號(hào)染色體長(zhǎng)臂的遠(yuǎn)端。人ALDH2 基因至少包含13 個(gè)外顯子和12 個(gè)內(nèi)含子，長(zhǎng)度約44 kb。ALDH2 基因編碼517 個(gè)氨基酸，其中包括含有17 個(gè)氨基酸殘基的信號(hào)肽。信號(hào)肽與其他線粒體信號(hào)肽具有相似的結(jié)構(gòu)特征，富含羥基和帶正電荷的氨基酸（約占組成的41%），不含酸性氨基酸，且存在堿基和疏水殘基的交替排列。ALDH2 轉(zhuǎn)錄翻譯得到分子量為5.6 kD 的線粒體蛋白，4 個(gè)ALDH2 蛋白分子通過(guò)氫鍵和范德華力形成同源四聚體[11]。氨基酸序列測(cè)定結(jié)果顯示，ALDH2 亞基的前7 個(gè)氨基酸殘基上存在-NH2 末端的異質(zhì)性，其中巰基基團(tuán)位于酶的催化中心，參與還原反應(yīng)與二硫鍵的連接[12]。

1.2 ALDH2 的生理功能 ALDH2 是乙醇代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶，其野生型的Km值是同工酶ALDH1的十分之一，主要功能是將乙醛氧化成無(wú)毒的乙酸，避免乙醛在體內(nèi)蓄積，從而保護(hù)機(jī)體的遺傳物質(zhì)及減弱氧化應(yīng)激。ALDH2 還可氧化4-羥基壬烯醛（4-hydroxynonenal，4-HNE）和丙二醛（Malondialdehyde，MDA）等脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程中產(chǎn)生的毒醛，在NAD（P）+參與下將毒醛氧化成對(duì)應(yīng)的羧酸，降低對(duì)機(jī)體的損害。ALDH2 尤其對(duì)肝臟細(xì)胞中4-HNE 的清除起關(guān)鍵作用，也保護(hù)心臟免受氧化應(yīng)激的損傷[13]。

此外研究顯示，ALDH2 參與硝酸甘油（nitroglycerin，GTN）的轉(zhuǎn)化，將三硝酸甘油酯轉(zhuǎn)變?yōu)?，2-二硝酸甘油酯，進(jìn)而在缺血性心臟病中發(fā)揮保護(hù)作用[14]。Chen 等[15]通過(guò)蛋白組學(xué)研究，證明激活A(yù)LDH2 可減少動(dòng)物模型中的缺血性心肌損傷，并篩選出ALDH2激動(dòng)劑Alda-1。在缺血事件發(fā)生前給予大鼠適量Alda-1 可使梗死面積減少60%，其作用機(jī)制可能為抑制體內(nèi)毒性醛的形成。在冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)中給予Alda-1，可保護(hù)患者的心肌組織。Nagano 等[16]證明線粒體ALDH2 與體內(nèi)GTN 緊密相關(guān)。抑制ALDH2 可介導(dǎo)機(jī)體硝酸鹽耐受性，線粒體ROS 可參與這種抑制，因此臨床常見(jiàn)的GTN 耐受被視為一種以線粒體功能障礙為特征的代謝綜合征[17]。

2 ALDH2 參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展

2.1 ALDH2 基因多態(tài)性與腫瘤易感性 ALDH2 具有兩種等位基因形式，分別為ALDH2*1（野生型）和ALDH2*2（突變型）。ALDH2 突變最常見(jiàn)于rs671 位點(diǎn)的SNP，該位點(diǎn)的鳥(niǎo)嘌呤（G）突變?yōu)橄汆堰剩ˋ），致使谷氨酸（Glu）突變?yōu)橘?lài)氨酸（Lys）[1，18]。純合突變型ALDH2*2/*2（Lys/Lys）的酶活性幾乎完全喪失，雜合突變型ALDH2*1/*2（Glu/Lys）的酶活性下降約30%～50%，Km值增大，無(wú)法發(fā)揮正常作用[19]。

ALDH2 的基因多態(tài)性影響乙醛代謝速度，并調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)乙醛致癌作用的敏感性。ALDH2 基因突變引起的酶活性降低或失活導(dǎo)致乙醛積聚，而乙醛被國(guó)際腫瘤研究機(jī)構(gòu)列為一類(lèi)致癌物[20]。多項(xiàng)流行病學(xué)研究表明，ALDH2 突變?cè)黾右掖枷嚓P(guān)腫瘤的易感性，證明在癌變的過(guò)程中存在遺傳因素與環(huán)境因素的相互作用[2]。一項(xiàng)Meta 分析結(jié)果顯示，與野生型個(gè)體相比，ALDH2 rs671 突變的個(gè)體患癌的風(fēng)險(xiǎn)提高20%[21]。此外，ALDH2 基因多態(tài)性具有人種差異，ALDH2 Lys 等位基因是東亞人群特有的，攜帶者乙醛代謝能力顯著降低[20]，因此東亞人患乙醇相關(guān)胃癌的風(fēng)險(xiǎn)可能高于歐美人[22]。

2.2 ALDH2 失活引起的DNA 損傷介導(dǎo)腫瘤發(fā)生 ALDH2 在乙醛代謝成乙酸的過(guò)程中起重要作用，ALDH2 突變導(dǎo)致酶失活或活性降低引起乙醛蓄積，損傷DNA 進(jìn)而參與腫瘤的發(fā)生，食道癌、胃癌、結(jié)直腸癌等消化系統(tǒng)腫瘤最為常見(jiàn)。過(guò)量乙醛與DNA 形成加合物，引起移碼突變，影響遺傳物質(zhì)的正常復(fù)制[3]。此外，大量的DNA 加合物可激活細(xì)胞凋亡途徑并驅(qū)動(dòng)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[23]。同時(shí)，ALDH2的基因多態(tài)性也影響DNA 加合物水平，ALDH2 突變型雜合子形成的DNA 加合物較多[24]。乙醛與DNA形成的加合物還會(huì)導(dǎo)致DNA 點(diǎn)突變、DNA 單鏈斷裂、DNA-DNA 交聯(lián)微核、染色體畸變等遺傳物質(zhì)的變異[25-27]，累積的變異進(jìn)一步誘發(fā)細(xì)胞突變，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。

乙醛不僅損傷DNA，還干擾DNA 的修復(fù)。其機(jī)制可能是抑制DNA 甲基化并與維甲酸相互作用進(jìn)而誘發(fā)癌變。除此之外，乙醛還可作用于甲基腺苷轉(zhuǎn)移酶1（methyladenosine transferase1，METT1），影響DNA 和組蛋白的甲基化和乙?；?，此通路與乙醇性肝病的誘發(fā)相關(guān)：即通過(guò)降低視黃醇濃度，促進(jìn)細(xì)胞增殖，進(jìn)而導(dǎo)致癌變[4]。

2.3 ALDH2 失活間接促進(jìn)腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移 ALDH2失活或活性降低使得乙醛在體內(nèi)蓄積，過(guò)量的乙醛與谷胱甘肽結(jié)合抑制抗氧化防御系統(tǒng)，增加體內(nèi)的ROS，促進(jìn)氧化應(yīng)激導(dǎo)致腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移[28-29]。Snail 是上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過(guò)程的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，也是上皮細(xì)胞中一種有效的E-鈣黏蛋白阻遏物。其通過(guò)下調(diào)緊密連接蛋白和黏附連接蛋白的表達(dá)，破壞上皮的完整性，促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[30]。乙醛通過(guò)增加體內(nèi)的ROS 誘導(dǎo)Snail 磷酸化及核易位，抑制上皮細(xì)胞中E-鈣黏蛋白的表達(dá)，促進(jìn)EMT，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移[5]。此外，乙醛通過(guò)激活Snail改變腸道通透性，破壞腸屏障，導(dǎo)致胃腸道和肝臟疾病的發(fā)生，包括炎癥性腸病和肝硬化等[31]。

2.4 ALDH2 參與腫瘤發(fā)展的其他可能機(jī)制 ADLH2表達(dá)水平對(duì)不同類(lèi)型的惡性腫瘤患者預(yù)后的影響并不一致。在肺癌組織中，ALDH2 的轉(zhuǎn)錄以及翻譯水平顯著低于癌旁正常組織，ALDH2 低表達(dá)患者的總生存率顯著低于ALDH2 高表達(dá)肺癌患者[32]。在肝癌中的研究結(jié)果亦顯示，ALDH2 在肝臟惡性腫瘤組織中的基因和蛋白水平均低于癌旁正常組織，且表達(dá)水平與侵襲能力呈負(fù)相關(guān)。Hou 等[33]通過(guò)敲低或過(guò)表達(dá)ALDH2，證明ALDH2 通過(guò)調(diào)節(jié)AMP 活化蛋白激酶（AMPK）信號(hào)通路抑制肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，并且ALDH2 的表達(dá)水平是總生存率的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。但Chen 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子FOXM1 通過(guò)調(diào)控ALDH2 的表達(dá)，抑制肝癌細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)肝癌干細(xì)胞（liver cancer stem cells，LCSCs）的自我更新和增殖。ALDH2 的過(guò)表達(dá)增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的增殖和侵襲能力。Ramakrishnan 等[35]證實(shí)在浸潤(rùn)性膀胱癌中ALDH2 高表達(dá)的亞群具有侵襲性表型，其病理學(xué)分期和組織學(xué)分級(jí)均高于低表達(dá)的亞群。

ALDH 家族可作為腫瘤干細(xì)胞生物標(biāo)志物[36]。ALDH1A3 是乳腺癌和膽管癌不良預(yù)后的標(biāo)志物[37-38]，而ALDH2 可以作為膀胱癌腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志基因[6]。ALDH2 屬于線粒體蛋白，但其在腫瘤中的表達(dá)不依賴(lài)于ALDH2*2 SNP 和其他線粒體相關(guān)蛋白。線粒體活性的變化是腫瘤細(xì)胞和非腫瘤細(xì)胞之間代謝異質(zhì)性的主要原因，線粒體相關(guān)基因表達(dá)異?？烧T發(fā)癌變[32，39]。ALDH2 在維持癌細(xì)胞干性和介導(dǎo)微管抑制劑抗性中起關(guān)鍵作用，并且ALDH2 低表達(dá)的腫瘤細(xì)胞對(duì)化療更為敏感。在非小細(xì)胞肺癌與慢性髓系白血病細(xì)胞系中過(guò)表達(dá)ALDH2 可提高腫瘤細(xì)胞對(duì)環(huán)磷酰胺和阿霉素的耐受性[7]。在乳腺癌中應(yīng)用ALDH2 的抑制劑雙硫侖（disulfiram，DSF）可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性[8]。

綜上所述，近年來(lái)ALDH2 的生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和生化特性研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中，ALDH2 在心血管疾病以及惡性腫瘤中起到了重要作用，對(duì)ALDH2 的上下游分子及其相關(guān)通路及在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的機(jī)制與意義等需要更多的關(guān)注和探索。尤其對(duì)于ALDH2 可否成為相關(guān)腫瘤的診斷、預(yù)后預(yù)測(cè)標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)尚需要更深入的證實(shí)。