醛縮酶家族在惡性腫瘤中作用的研究進(jìn)展

田丹綜述；陽志軍審閱（廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 婦科，區(qū)域性高發(fā)腫瘤早期防治研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530021）

醛縮酶家族成員是糖酵解過程中的主要代謝酶，參與糖酵解、果糖酵解及糖異生過程。近年來研究[1-2]發(fā)現(xiàn)，醛縮酶家族成員在多種惡性腫瘤中差異表達(dá)，通過促進(jìn)腫瘤糖酵解、與其他蛋白相互作用的方式參與Wnt/β-catenin、HIF-1α等信號通路調(diào)節(jié)，在促進(jìn)腫瘤生長、侵襲轉(zhuǎn)移及耐藥方面扮演重要角色。本文將圍繞醛縮酶家族成員的構(gòu)成、在人類惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用、可能的機(jī)制及在腫瘤治療中的應(yīng)用展開綜述，為惡性腫瘤治療及相關(guān)藥物研究提供新的思路。

1 醛縮酶家族的生理和病理功能

目前發(fā)現(xiàn)醛縮酶家族有3個(gè)成員：aldolase A（ALDOA）、aldolase B（ALDOB）和 aldolase C（ALDOC），是醛縮酶的3種不同亞型，其基因染色體定位分別為17q11.2、9q31.1和17q11.2。醛縮酶家族成員在人體組織中的表達(dá)具有特異性。研究[3-4]發(fā)現(xiàn)，發(fā)育中的胚胎組織及成年人肌肉組織中主要表達(dá)ALDOA；成年人肝臟、腎臟組織中多表達(dá)ALDOB[5-6]；在大腦及其他神經(jīng)組織中，ALDOC的表達(dá)則更為豐富[7-9]。

醛縮酶家族主要在糖酵解過程中發(fā)揮重要作用，在以葡萄糖為底物的糖酵解過程中，醛縮酶家族參與催化1.6-二磷酸果糖（fructose-1,6-diphosphate，F(xiàn)BP）生成磷酸二羥丙酮（dihydroxyacetone phosphate，DHAP）和 3’-磷 酸 甘 油 醛（3-phosphoglyceraldehyde，G3P）。在此過程中ALDOA發(fā)揮著主要作用。此外，ALDOB和ALDOC還參與了以果糖為底物的糖酵解過程，催化果糖1-磷酸（fructose-1-phosphate）生成 DHAP和 D-甘油醛[8,10]。醛縮酶家族蛋白表達(dá)異常被發(fā)現(xiàn)與癌癥、遺傳性乳糖不耐受、阿爾茲海默癥和精神分裂癥等多種疾病相關(guān)[11-14]。許多學(xué)者對醛縮酶家族蛋白與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系開展了較深入的研究。

2 醛縮酶家族在惡性腫瘤中的表達(dá)及臨床意義

醛縮酶家族成員在惡性腫瘤中的異常表達(dá)已被證實(shí)與腫瘤患者預(yù)后密切相關(guān)。研究[15-22]發(fā)現(xiàn)，ALDOA在胃癌、NSCLC、前列腺癌、乳腺癌、口腔鱗狀上皮細(xì)胞癌和甲狀腺癌等多種腫瘤組織中均呈現(xiàn)高表達(dá)，并可作為一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后因素，提示患者的不良預(yù)后結(jié)局[17,23-24]。ALDOA還可以作為胃癌的潛在癌癥干細(xì)胞（CSC）標(biāo)志物，用于診斷及預(yù)后預(yù)測[25]。此外，ALDOA在肺癌伴胸水患者中高表達(dá)，可用于鑒別惡性胸水和結(jié)核性胸膜炎導(dǎo)致的胸水[26]。相比于ALDOA在胃癌組織中高表達(dá)，ALDOB在胃癌組織中的表達(dá)則顯著低于癌旁組織，并與惡性腫瘤浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和TNM分期呈負(fù)相關(guān)[27]。另外，NOUHAUD等[28]在50名腎透明細(xì)胞癌患者中發(fā)現(xiàn)存在ALDOB基因拷貝數(shù)變異（CNV），ALDOB的拷貝數(shù)丟失與腎癌Fuhrman分級及Heng預(yù)后評分相關(guān)，提示不良預(yù)后結(jié)局。ALDOC在腦膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中表達(dá)水平低于正常腦組織，并與腦膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的分子亞型、腫瘤分級和復(fù)發(fā)狀態(tài)相關(guān)，ALDOC表達(dá)越低，預(yù)后越差[29]。因此進(jìn)一步探討醛縮酶家族蛋白是否可作為腫瘤診斷及預(yù)后的標(biāo)志物具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。

3 醛縮酶家族在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及調(diào)控機(jī)制

3.1 醛縮酶家族蛋白通過影響細(xì)胞代謝促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖

在胃癌[17]、子宮頸腺癌[22]、肺癌[30]、乳腺癌[31]等惡性腫瘤中，ALDOA促進(jìn)腫瘤增殖并與HIF-1α密切相關(guān)。惡性腫瘤由于生長迅速容易導(dǎo)致局部組織缺氧，在缺氧的狀態(tài)下，HIF-1α被激活并促進(jìn)ALDOA表達(dá)[17]；同時(shí)由于腫瘤細(xì)胞的“瓦博格效應(yīng)（Warburg effect）”，與正常組織相比，腫瘤細(xì)胞更傾向于通過糖酵解途徑供能，ALDOA的過表達(dá)可加速糖酵解并產(chǎn)生大量乳酸，乳酸將進(jìn)一步阻斷脯氨酸羥化酶結(jié)構(gòu)域（PHD）活性，并以此抑制HIF-1α蛋白發(fā)生泛素化分解[30]，這在ALDOA與HIF-1α之間形成一個(gè)正反饋調(diào)節(jié)環(huán)從而促進(jìn)惡性腫瘤細(xì)胞不斷生長。敲低ALDOA可顯著降低HIF-1α活性并抑制惡性腫瘤的生長[32]。腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）作為能量代謝的關(guān)鍵分子在代謝重排中起著重要的調(diào)節(jié)作用，ALDOA的過表達(dá)可提高AMP/ATP比率，通過能量感應(yīng)機(jī)制激活A(yù)MPK；除此之外，ALDOA還可與溶酶體上的V-ATP酶（vacuolar-ATPases）相互作用直接激活A(yù)XIN與LKB1形成復(fù)合物，磷酸化Thr172從而激活A(yù)MPK通路[33]。ALDOC也可通過激活A(yù)MPK信號通路促進(jìn)膽囊癌及乳腺癌細(xì)胞增殖，這可能是由于MUC16c與ALDOC結(jié)合破壞了ALDOC感知葡萄糖的能力以及降低ALDOC與FBP的結(jié)合，通過溶酶體途徑激活A(yù)MPK通路并促進(jìn)膽囊癌細(xì)胞的增殖[34]。此外，ALDOA還可激活EGFR/MAPK信號通路，促進(jìn)NSCLC及前列腺癌的增殖和G/S轉(zhuǎn)化[35-36]。JARRAR等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在間歇性缺氧處理后，乳腺癌細(xì)胞MCF7中ALDOB和ALDOC表達(dá)上升，并促進(jìn)了MCF7細(xì)胞的增殖及侵襲轉(zhuǎn)移能力，這可能也與ALDOB和ALDOC引起HIF-1α的激活相關(guān)。以上研究表明，醛縮酶家族在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮重要作用。

3.2 醛縮酶家族蛋白通過非酶功能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移

醛縮酶家族蛋白均可通過調(diào)控Wnt信號通路促進(jìn)胃癌、大腸腺癌及子宮頸癌等多種腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移[17-18,22,37-40]。CASPI等[41]研究發(fā)現(xiàn)，醛縮酶可與Axin競爭性結(jié)合 GSK-3β，導(dǎo)致由Axin和GSK-3β等組成的破壞復(fù)合物解體，β-catenin磷酸化降解減少并在胞質(zhì)內(nèi)積累，激活Wnt信號通路促進(jìn)EMT。在腎細(xì)胞癌的研究[42]中發(fā)現(xiàn)，敲低ALDOA的表達(dá)會(huì)降低β-catenin表達(dá)，抑制Wnt/β-catenin信號通路，逆轉(zhuǎn)腎細(xì)胞癌的侵襲轉(zhuǎn)移。以上研究證明，醛縮酶蛋白是Wnt/β-catenin信號通路的關(guān)鍵調(diào)控因子，可能成為抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要靶點(diǎn)。ALDOA還可通過阻斷PHD活性，激活HIF-1α/MMP9信號軸，促進(jìn)NSCLC的侵襲轉(zhuǎn)移[30]。結(jié)直腸癌細(xì)胞可通過上調(diào)ALDOB促進(jìn)果糖代謝、糖酵解、糖異生及磷酸戊糖途徑分解代謝,從而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。CHANG等[27]通過免疫沉淀和蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),γ-肌動(dòng)蛋白可與醛縮酶蛋白家族中的ALDOA特異性結(jié)合，通過調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白聚合來促進(jìn)肺癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移；使用4-脫氫葡萄糖和2、3-丁二醇抑制ALDOA酶的活性，或者改變腫瘤微環(huán)境中的葡萄糖濃度后，依然無法逆轉(zhuǎn)ALDOA促進(jìn)肺癌侵襲轉(zhuǎn)移的作用，說明醛縮酶蛋白可通過非酶功能在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用。

3.3 醛縮酶家族通過多種機(jī)制介導(dǎo)腫瘤耐藥

ALDOA過表達(dá)與肺癌、結(jié)直腸癌、乳腺癌、骨肉瘤患者的化療耐藥相關(guān)[20,43-45]。ALDOA導(dǎo)致的化療耐藥可能與其參與腫瘤細(xì)胞代謝重編有關(guān)[46]。ALDOA高表達(dá)可促進(jìn)糖酵解及磷酸戊糖途徑的分解代謝，降低NADP/NADPH比值及細(xì)胞內(nèi)的活性氧水平，以適應(yīng)細(xì)胞氧化應(yīng)激并減少細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致結(jié)腸癌細(xì)胞發(fā)生化療耐藥。ALDOA除可通過加速DHAP向G3P轉(zhuǎn)化過程促進(jìn)磷脂酸產(chǎn)生外，還可直接與磷脂酶D2結(jié)合抑制其酶的活性，導(dǎo)致磷脂酶D1酶活性補(bǔ)償性升高導(dǎo)致總的磷脂酶D酶活性增高，促進(jìn)磷脂酸產(chǎn)生及脂肪酸合成，加強(qiáng)DNA修復(fù)并發(fā)揮抗凋亡及促自噬作用[47]。CHANG等[43]通過構(gòu)建ALDOA突變體抑制其酶活性后，發(fā)現(xiàn)ALDOA依然可通過抑制miR-145表達(dá)來促進(jìn)Oct4轉(zhuǎn)錄從而誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞干性導(dǎo)致化療耐藥。這再一次說明ALDOA除了發(fā)揮酶活性影響腫瘤代謝外，還可以通過非酶功能發(fā)揮作用。因此，ALDOA有望成為一個(gè)重要的腫瘤耐藥治療的靶點(diǎn)。ALDOB高表達(dá)可提高結(jié)腸癌及透明細(xì)胞腎癌（ccRCC）患者的化療敏感性[6,38]，ALDOB除引起DNA錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)功能的喪失直接誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡外[39]，還可通過降低腫瘤組織中FBP水平，破壞氧化還原穩(wěn)態(tài)從而間接引起腫瘤細(xì)胞凋亡。

4 醛縮酶家族及相關(guān)分子可成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)

醛縮酶家族除可通過代謝重排促進(jìn)糖酵解、磷酸戊糖途徑分解代謝外，還可通過與其他蛋白直接結(jié)合發(fā)揮非酶功能，促進(jìn)腫瘤的一系列惡性行為發(fā)生。研究[48]發(fā)現(xiàn)，在原位腸癌小鼠模型和腸癌肝轉(zhuǎn)移小鼠模型中，利用無果糖飲食來減少腫瘤組織中的果糖代謝，可影響ALDOB過表達(dá)引起的代謝重排并抑制腫瘤生長及轉(zhuǎn)移。目前，已發(fā)現(xiàn)一種小分子變構(gòu)抑制劑TDZD-8可特異性靶向ALDOA的Cys289位點(diǎn)，抑制ALDOA的糖酵解功能并降低HIF-1α的穩(wěn)定性，從而發(fā)揮抗腫瘤作用，但是TDZD-8僅僅是一種化學(xué)探針，因此尋找TDZD-8的類似藥物十分重要[32]。除此以外，CHANG等[27]在研究中發(fā)現(xiàn)，拉替格韋可抑制ALDOA-γ-肌動(dòng)蛋白的相互作用來抑制肺癌轉(zhuǎn)移，并且對正常肺組織無顯著毒性。但這僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，且拉替格韋主要在抗病毒治療中發(fā)揮作用，因此拉替格韋在腫瘤中的治療作用還有待進(jìn)一步探索?？傊种迫┛s酶家族成員的酶活性及其與其他蛋白質(zhì)間的相互作用有望成為腫瘤治療的靶點(diǎn)。

5 結(jié)語

多項(xiàng)研究表明醛縮酶在許多腫瘤中存在差異表達(dá)，并且可作為一個(gè)獨(dú)立的臨床預(yù)后因素，因此有必要開發(fā)高效、無侵入的檢測手段將醛縮酶家族作為腫瘤診斷及監(jiān)測預(yù)后的標(biāo)志物。同時(shí)，醛縮酶家族可通過影響腫瘤代謝并參與HIF-1α、AMPK信號通路來調(diào)控腫瘤的增殖、侵襲轉(zhuǎn)移及耐藥，促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展。此外醛縮酶家族蛋白可通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物直接相互作用調(diào)控腫瘤發(fā)展，針對其結(jié)合位點(diǎn)開發(fā)有效的抑制劑阻止其相互作用有望成為新的治療靶點(diǎn)，因此在今后的研究中還需要探究這種結(jié)合是否受醛縮酶家族蛋白酶活性或者腫瘤環(huán)境中葡糖糖濃度的影響。目前已有的針對醛縮酶家族進(jìn)行腫瘤治療的研究還處在實(shí)驗(yàn)室階段，有待進(jìn)行更進(jìn)一步的臨床前期研究。醛縮酶家族在腫瘤中的研究以ALDOA居多，對于ALDOB及ALDOC在腫瘤發(fā)生發(fā)展中所涉及的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步探索。因此，隨著對醛縮酶家族在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及其調(diào)控機(jī)制的深入研究，將為其在腫瘤診斷、預(yù)后及治療等方面的臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。