ALDH1A3在腫瘤、血管平滑肌調控中的作用及研究進展*

包燕霞，權金星，董昌宏，姜盼盼，崔亞強

（1.甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，甘肅蘭州 730099；2.甘肅省人民醫(yī)院內分泌科，甘肅蘭州 730000；3.寧夏醫(yī)科大學臨床醫(yī)學院，寧夏銀川 750000）

人乙醛脫氫酶家族1A3（ALDH1A3）是醛脫氫酶（ALDHs）家族中的重要成員，ALDH1A3 的異常表達與各腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、治療抵抗及預后密切相關[1]。有研究表明，ALDH1A3 除了與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關之外，還促進血管平滑?。⊿MC）的增殖和遷移，從而參與動脈粥樣硬化的發(fā)生過程中[2]。

1 ALDH1A3的生物學特性

ALDHs 是一個酶家族，通過代謝內源性和外源性反應性化合物維持細胞內環(huán)境平衡，調節(jié)多種細胞功能，包括增殖、分化和存活，以及細胞對氧化低密度脂蛋白ox-LDL 脅迫的反應[3]。目前研究幾乎在所有生物中都發(fā)現(xiàn)了ALDH，且存在多種亞型，具有多個亞細胞定位。迄今為止，已經從包括細菌、酵母、真菌、植物和動物在內的各種來源分離并測序了160 多種ALDH cDNA 或基因[4]。人類基因組包含19 個特定功能的醛脫氫酶（ALDH）基因，該基因編碼是通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）（P）+依賴性氧化對內源性和外源性醛底物進行解毒的關鍵酶[5]。

ALDH 是一類對多種內源性和外源性醛類進行解毒的酶，是維甲酸等細胞功能分子調節(jié)物質生物合成所必需的酶。在過去10年中，高ALDH 活性已越來越多地被用于富含干細胞和祖細胞的正常細胞群的選擇標志物，以及從富含腫瘤起始干細胞樣細胞的癌組織細胞群中選擇的標志物。有綜述報道稱，ALDH 不僅可以作為干細胞的標志物，而且可以很好地調節(jié)與自我更新、擴張、分化以及對藥物和輻射的抵抗有關的細胞功能[6]。ALDH 通過維甲酸的生物合成發(fā)揮其功能作用，因為全反式維甲酸在體外可逆轉許多細胞對ALDH 活性的藥理或基因抑制[7]。有證據表明，ALDH 作為腫瘤干細胞標志物，歸結于其在特定組織中表達的特定異構體。與其他干細胞標志物相比，ALDH 可能是一種優(yōu)良的干細胞標志物，可用于臍帶血移植，以及多種惡性腫瘤中的有用標志物[8]，且肢體缺血和心肌梗死模型證明，ALDH 有促血管活性及促進組織修復的作用[9-10]。

醛脫氫酶1（ALDH1）是ALDHs 家族中的其中一個亞家族，由3 個成員組成，包括ALDH1A1、ALDH1A2 和ALDH1A3，是正常組織干細胞和癌癥干細胞的標志物，參與自我更新、分化和自我保護[5]。

人類ALDH1A3 位于15 號染色體上（15q26.3），包含16 個外顯子并產生2 個轉錄本，編碼蛋白含有512 個氨基酸殘基，被認為是一種四聚體酶，定位于細胞質、細胞核和線粒體[11]。 有研究發(fā)現(xiàn)，ALDH1A3 與其他類型的醛脫氫酶具有高度的結構同源性[12]。四聚體ALDH1A3 可折疊成沿ALDHs 家族高度保守的基于3 個結構域的結構。然而，其每個單體單元都可以獨立地用NAD 作為輔因子氧化腎上腺素合成維甲酸。每個單體單元折疊成13個α-螺旋、19 個β-片和連接環(huán)，排列成3 個功能域。

有研究證實，ALDH1A3 錯義突變與常染色體隱性遺傳會導致無眼癥或小眼癥（A/M）[13-14]。ALDH1A3 廣泛分布于人體正常組織和器官，包括泌尿生殖道上皮、分化的睪丸固有層、骨髓、血液、白細胞血細胞、脊髓和小腦等，同時也在各種癌癥中異常表達，并且參與調節(jié)腫瘤細胞的生物學特性，如腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉移和耐藥[15]。已然成為一種新型的腫瘤標志物和潛在的治療靶點。

2 ALDH1A3 在惡性腫瘤調控中的作用及機制

2.1 ALDH1A3與膠質母細胞瘤的關系

膠質瘤是中樞神經系統(tǒng)中最常見的原發(fā)性惡性腫瘤。近些年來業(yè)界對膠質瘤的研究頗多，且探索ALDH1A3 與膠質瘤之間的關系的研究亦不少。LI 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，ALDH1A3 與膠質母細胞瘤間質分化有關，是膠質母細胞瘤組織轉化的激活劑，其衍生的分子標記可準確預測膠質母細胞瘤的年生存率。WU 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，ALDH1A3 在惡性膠質瘤的替莫唑胺耐藥表型中起關鍵作用，并且ALDH1A3 的缺失使細胞對替莫唑胺治療重新敏感。近期研究發(fā)現(xiàn)ALDH1A3基因是膠質瘤干細胞的標志物，NI等[18]實驗表明，ALDH1A3 的表達對細胞凋亡、增殖、細胞周期、線粒體膜電位、葡萄糖消耗、乳酸等有顯著影響。ZHANG 等[19]研究指出，ALDH1A3 過表達與膠質瘤的高分級和高病死率顯著相關，且ALDH1A3在間葉性膠質瘤中高表達，并且在體外敲除ALDH1A3后腫瘤侵襲能力受到抑制，證實了ALDH1A3 與腫瘤侵襲能力的關系，是與細胞侵襲相關的膠質瘤間質表型標志物。并且已有研究探索發(fā)現(xiàn)細胞周期蛋白依賴性激酶2 通過調節(jié)轉錄因子E2F1 的表達，激活ALDH1A3 的啟動子活性并調控其表達和功能，促進膠質瘤干細胞的增殖[20]。

2.2 ALDH1A3 與黑色素瘤及皮膚鱗狀細胞癌的關系

ALDH 活性不僅是具有干細胞樣特征的癌細胞的重要標志物，而且在包括黑色素瘤在內的多種腫瘤的耐藥和疾病進展中起著重要作用。SAMSON等[21]在腫瘤基因組圖譜皮膚黑色素瘤研究報告中分析了244 例轉移性黑色素瘤中19 種ALDH 酶的表達水平，確定ALDH1A1 和ALDH1A3 是所有黑色素瘤患者中高表達的同工酶，并且ALDH1A3 的表達與轉移性黑色素瘤患者更高的總體生存率相關。

陳雷等[22]采用免疫組織化學法對手術切除的34 例皮膚鱗狀細胞癌組織蠟塊標本及11 例整形手術中切除的正常組織中ALDH1A3 和跨膜糖蛋白CD133 水平進行檢測，發(fā)現(xiàn)ALDH1A3 和CD133 在皮膚鱗狀細胞癌組織和正常皮膚組織中均高表達，但在瘤體組織中的表達更高，且鱗狀細胞癌分級越高，ALDH1A3 和CD133 的表達水平也隨之升高，強烈提示ALDH1A3 可能在皮膚鱗狀細胞癌的發(fā)生、發(fā)展、分期中起到重要作用，并將有可能作為皮膚鱗狀細胞癌腫瘤干細胞新的標志物?；蛟S將來作為皮膚鱗狀細胞癌的診斷、分級和預后中的重要指標，但具體作用機制還尚未闡明。

2.3 ALDH1A3與乳腺癌的關系

ALDH1A3 在乳腺癌組織中異常表達，是乳腺癌起始細胞的標志物，同樣在三陰性乳腺癌（TNBC）患者中亦高表達，是潛在的TNBC 轉移預測指標[23]，但有研究證實檸檬醛是一種有效的ALDH1A3 抑制劑，其可能通過阻斷其集落形成和基因表達調節(jié)活性，從而阻斷ALDH1A3 介導的乳腺腫瘤生長[24]。此外，PAN 等[25]研究發(fā)現(xiàn)miR-7 通過抑制ALDH1A3 活性并降低乳腺癌干細胞亞群來抑制乳腺癌的生長。維甲酸是維生素A 的衍生物，是調節(jié)細胞分化、增殖和凋亡的重要生理分子。乳腺癌模型對維甲酸信號的處理有不同的反應。近期有研究探討了MDAMB-231 和MDA-MB-468 乳腺癌細胞對ALDH1A3 和全反式維甲酸的轉錄反應，研究結果表明ALDH1A3在乳腺癌進展中的作用超出了其作為視黃醛脫氫酶的作用[26]。

2.4 ALDH1A3與消化道腫瘤的關系

KAWAKAMI 等[27]分析表明經5-氟尿嘧啶或DNA 拓撲異構酶I 抑制劑SN38 處理后，ALDH1A3 在ALDH 同工酶中選擇性過度表達；在小鼠異種移植模型中，RNA 干擾抑制ALDH1A3 表達，顯著抑制細胞增殖，并干擾腫瘤生長；以上均證明ALDH1A3 高表達與胃癌患者預后差相關。在機制上，既往已有研究證實，雷帕霉素及其衍生物通過阻斷mTOR 通路的信號傳遞，抑制胃癌細胞生長，促進腫瘤壞死，并與其他化療藥物產生協(xié)同作用[28]。 預示ALDH1A3-mTOR 軸可能是一種新的胃癌耐藥細胞治療靶點。同樣地，大腸癌化療的有效性隨著患者抵抗力的發(fā)展而降低。有學者研究表明結直腸癌化療耐藥的增加與ALDH 活性相關，并且可以通過敲除ALDH1A3基因恢復[29]。此外還有研究證實ALDH1A3 通過依賴于趨化因子受體4 狀態(tài)來影響結腸癌的增殖和侵襲[30]。

ALDH1A3 在胰腺癌組織中的表達高于正常胰腺組織，在胰腺癌細胞系中的表達高于其他ALDH亞型[31]。KONG 等[32]通過復制轉基因小鼠模型，從小鼠胰腺導管癌（PDAC）中分離出原代癌細胞，在體內外是否有單個或多個靶向分子抑制的情況下，對致癌信號進行評估。下游靶點分析表明MEK/Erk/TSC/mTOR 軸的致癌活性依賴于ALDH1A3 功能。

同樣的，ALDH1A3 亦可作為膽囊癌腫瘤干細胞的分子標志物，有研究者發(fā)現(xiàn)，其在膽囊腺癌中陽性表達率明顯高于癌旁組織、膽囊腺瘤、腺瘤性息肉和慢性膽囊炎[33]。ALDH 活性增強被認為與耐藥性和轉移有關。CHEN 等[34]使用RT-PCR 和Western blotting 來鑒定有助于人膽管癌細胞系Aldefluor 活性的主要ALDH 亞型，以及使用免疫組織化學染色評估了ALDH1A3 在接受吉西他濱治療的77 例肝切除的膽管癌患者和另外31 例晚期膽管癌患者中的臨床意義。結果表明ALDH1A3 是Aldefluor 活性的主要貢獻者，敲除膽管癌細胞中的ALDH1A3基因可顯著降低其對吉西他濱的耐藥性，故該酶可被確定為肝內膽管癌患者的獨立不良預后因素。

2.5 ALDH1A3與前列腺癌的關系

WANG 等[35]研究發(fā)現(xiàn)ALDH1A3 定位于前列腺上皮管腔層，在前列腺癌中高表達。其在維持細胞增殖、侵襲和細胞周期中起重要作用，也可能成為未來指導原發(fā)性前列腺癌治療的潛在生物標志物。雄激素剝奪療法是晚期前列腺癌或局部治療后進展的標準治療。然而，大多數患者最終進展為去勢抵抗前列腺癌，其特點是對雄激素阻斷治療缺乏反應。近期的一項研究回顧性分析了晚期前列腺切除術后激素輔助治療的進展，顯示ALDH1A3 的下調導致前列腺癌細胞對雄激素阻斷治療的抵抗[36]。通過PI3K-Akt-mTOR 信號通路敲除ALDH1A3基因促進去勢抵抗。

2.6 ALDH1A3與肺癌的關系

ALDH1A3 已被公認為腫瘤干細胞標志物和腫瘤干細胞特性的調控因子，有研究證實過氧化物酶體增殖物激活受體γ 介導的ALDH1A3 抑制劑誘導脂質過氧化對肺癌的增殖作用[37]。有研究探討組蛋白H2B 去泛素酶泛素特異性肽酶22（USP22）對原發(fā)性肺腺癌起始細胞的干細胞樣特征和順鉑耐藥性的影響[38]。ALDH1A3 是一種主要的ALDH 同工酶，與肺腺癌中順鉑耐藥性的增強有關，在腫瘤細胞中敲除USP22后，其表達顯著下調，近期有研究者證實了這一發(fā)現(xiàn)[39]。

3 ALDH1A3在血管平滑肌中的作用

ALDH1A3 在血管平滑肌中的研究相對較少。血管平滑肌細胞的增殖與遷移是動脈粥樣硬化發(fā)生機制的重要環(huán)節(jié)。有研究表明ALDH1A3 可以通過調節(jié)基質細胞蛋白（TNC1 和ESM1）促進血管平滑肌細胞增殖[2]。在體外試驗中敲除ALDH1A3或使其沉默可降低TNC1 和ESM1 的mRNA 和蛋白表達，抑制血管平滑肌的增殖；并且在大鼠頸動脈球囊成形術模型中，用臨床認可的PAN-ALDH 抑制劑雙硫侖預處理可減少血管平滑肌細胞的增殖和遷移。血小板源性生長因子刺激血管平滑肌細胞總ALDH 活性和增殖，而ALDH1A3 沉默則消除了這種作用。另外有研究[40]還發(fā)現(xiàn)，加快導致血管新內膜形成的SMC 增殖是肺動脈高壓和全身性血管疾病的特征之一，而使用ALDH1A3 協(xié)調分裂細胞的能量需求與SMC 增殖所需基因的遺傳和轉錄調控，同樣闡明了ALDH1A3 對血管平滑肌的作用。

4 ALDH1A3在葡萄糖代謝中的作用

與正常細胞不同的是，癌細胞主要依賴有氧糖酵解來進行葡萄糖代謝，NIE 等[41]應用免疫組織化學方法檢測ALDH1A3 在人胰腺導管腺癌（PDAC）組織中的表達，并測定葡萄糖攝取、胞外乳酸和腺苷三磷酸生成，發(fā)現(xiàn)ALDH1A3 通過影響糖代謝促進人胰腺導管腺癌的轉移。已有研究證實ALDHs 生物活性和體內代謝途徑的改變與炎癥、帕金森氏病和糖尿病等疾病的發(fā)生、發(fā)展有關[42-43]。MARCHITTI等[44]發(fā)現(xiàn)ALDH1A1 的過度表達與肥胖和胰島素抵抗有關。目前ALDH1A3 與葡萄糖代謝的研究甚少，兩者之間的相關性尚未明確，需要進一步去挖掘證實。

5 展望

ALDH1A3 在腫瘤調控、血管、代謝等方面都發(fā)揮重要作用，因此研究清楚ALDH1A3 的作用機制并開發(fā)出其抑制劑類藥物對于腫瘤和糖尿病大血管并發(fā)癥意義重大，為腫瘤的靶向藥物治療、粥樣硬化及糖尿病等提供了新思路和治療靶點。