二肽基肽酶家族與惡性腫瘤的研究進展

郅 慧 武 婷 武洲英 俞 蘭

二肽基肽酶(dipeptidyl peptidase, DPP)是一類通過作用于肽鏈兩端的肽鍵，切割肽段的N末端，影響蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的氨基肽酶。DPP家族成員眾多，包括DPP1、DPP2、DPP3、DPP4、DPP5、DPP6、DPP7、DPP8、DPP9、DPP10、DPP11，功能各異，廣泛分布于全身各系統(tǒng)、組織、器官，參與調(diào)節(jié)細胞代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。DPP被發(fā)現(xiàn)以來，研究大多集中于慢性炎性病變及代謝異常；其中以心血管疾病、糖尿病和自身免疫病為熱點方向。近年來研究發(fā)現(xiàn)，在惡性腫瘤獨特的生長代謝過程中，DPP身影頻現(xiàn)，于是DPP開始成為腫瘤研究的關(guān)注點之一。本文就近年來DPP家族各成員在惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展方面的研究進行綜述，以期為后續(xù)的相關(guān)研究梳理思路。

一、DPP1

DPP1又被稱作組織蛋白酶，位于染色體11q14.1～q14.3，是一種四聚體形式的半胱氨酸DPP，表達廣泛。DPP1在癌細胞中常見高表達，具有促癌作用，通過多種信號通路調(diào)節(jié)腫瘤的進展。

據(jù)報道，原發(fā)性乳腺癌中未檢測到DPP1或處于低水平表達，并驗證了DPP1對原發(fā)腫瘤的生長無影響；但在乳腺癌肺轉(zhuǎn)移瘤上卻檢測出DPP1高表達，DPP1通過酶促中性粒細胞結(jié)合蛋白促進IL-1β的加工和NF-κB的激活，促進中性粒細胞的募集，其炎性微環(huán)境有助于腫瘤細胞在肺部定植；另一方面，IL-1β激活MAPK途徑，促進中性粒細胞外陷阱形成，雙重作用下促成了乳腺癌細胞的肺轉(zhuǎn)移，在沉默DPP1后可以抑制腫瘤的肺部轉(zhuǎn)移，為腫瘤的干預(yù)提供了又一思路和可能有效的作用靶點[1]。

在結(jié)直腸癌細胞中靶向抑制DPP1后，加強自噬小體的形成過程，減緩降解并阻止與溶酶體的融合，誘導(dǎo)依賴caspase的細胞凋亡途徑，顯著降低結(jié)直腸癌細胞的增殖，促進癌細胞死亡。同時使用姜黃素后體內(nèi)實驗觀察到腫瘤體積縮小[2]。因此沉默DPP1可能增強了姜黃素誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細胞的凋亡，即提高了藥物的敏感度。

DPP1也能調(diào)控細胞周期而促進癌細胞生長，DPP1在胃癌中表達顯著上調(diào)，其缺失顯著降低胃癌細胞的增殖，并誘導(dǎo)細胞阻滯于G0/G1期，幽門螺桿菌感染與胃癌發(fā)生率和病死率呈正相關(guān)，但在幽門螺桿菌感染患者胃黏膜中DPP1卻是低表達，目前該機制還有待于深入探討[3]。另外DPP1激活TNF-α/p38 MAPK通路和Akt/miR-129-5p通路，分別參與了肝癌和腎細胞癌的發(fā)生、發(fā)展，敲除DPP1后均可見腫瘤細胞生長抑制[4, 5]。

二、DPP2

DPP2位于9q34.3，與DPP7有78%的同源性，二者作用的底物完全相同，具有非常相似的動力學(xué)，被認為是相同的蛋白酶。筆者在這里把兩者合并敘述，關(guān)于兩者在腫瘤方面的研究并不充分。

DPP2最常見的作用是參與細胞凋亡，阻止靜止期細胞進入細胞周期，慢性淋巴細胞白血病(chronic lymphocytic leukemia, CLL)中，滯留在G0期的B淋巴細胞堆積，用DPP2特異性低分子抑制劑干擾DPP2蛋白酶活性后，誘導(dǎo)CLL細胞周期發(fā)生紊亂，細胞周期抑制因子損失，使B淋巴細胞活化進入細胞周期[6]。用HBV感染肝癌細胞后發(fā)現(xiàn)DPP7的表達水平降低，并觀察到細胞出現(xiàn)凋亡；隨后將野生型肝癌細胞的DPP7敲除，發(fā)現(xiàn)凋亡相關(guān)蛋白Bax上調(diào)，故DPP7的下降可能是細胞凋亡增加的原因之一。

三、DPP3

DPP3首次發(fā)現(xiàn)于牛垂體中，位于染色體11q13.2。DPP3包含上、下兩個結(jié)構(gòu)域，鋅離子和催化位點處于中間的裂隙中，通過其鋅結(jié)合基序(HELLGH)與單個鋅離子結(jié)合，達到最大活性，其中的鋅離子可水解含3～10個氨基酸殘基的多肽；因此，DPP3被看作是一種鋅依賴的金屬蛋白酶。DPP3參與多種生理、病理過程，例如炎癥、痛覺感受、血壓調(diào)節(jié)等活動，近年來有研究報道，DPP3能保護足細胞足突免受損傷、降低心肌纖維化和炎性細胞浸潤的程度，對因糖尿病繼發(fā)的心臟及腎臟功能損害起緩解、保護作用[7]。因此認為在糖尿病的治療中有潛在作用。

但有關(guān)DPP3在癌癥中的作用討論并不多，最初在子宮內(nèi)膜癌中發(fā)現(xiàn)DPP3表達增高，在卵巢癌中其表達水平與惡性程度呈正相關(guān)，但并未做深入機制探討。近年來研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌中DPP3的轉(zhuǎn)錄和蛋白水平均高于對照，且與不良預(yù)后呈顯著正相關(guān)[8]。隨著基因編輯等技術(shù)的飛速發(fā)展，DPP3在腫瘤發(fā)生和發(fā)展進程中的作用逐漸浮出水面。DPP3參與NRF2-KEAP1通路的調(diào)節(jié)，人們普遍認為氧化應(yīng)激在腫瘤的發(fā)生中有重要的作用。在雌激素受體陽性的乳腺癌、肺鱗癌、肝細胞癌、多發(fā)性骨髓瘤中見有過表達的DPP3[9, 10]。有研究者認為，在機制上可能與核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2, NRF2)有關(guān)，正常情況下Kelch 樣 ECH 相關(guān)蛋白 1(kelch-like ECH-associated protein 1, KEAP1)與胞質(zhì)中的NRF2結(jié)合，促進NRF2泛素化，保護細胞免受氧化應(yīng)激損傷，DPP3能通過位于柔性環(huán)上的ETGE基序與KEAP1的Kelch結(jié)構(gòu)域競爭性結(jié)合，減少NRF2與KEAP1的結(jié)合，降低NRF2泛素化，促進NRF2的積累，而新生的NRF2移位入細胞核，與抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element, ARE)結(jié)合，調(diào)控相應(yīng)靶基因的表達。雖然正常情況下，NRF2的積累激活了細胞防御系統(tǒng)以抵御各種疾病，但在某些癌細胞中，過表達DPP3誘導(dǎo)的NRF2積累可以創(chuàng)造一個氧化環(huán)境，導(dǎo)致ROS穩(wěn)態(tài)失衡，促進腫瘤的生長和增加耐藥性，異常的KEAP1-NRF2已成為癌癥中的關(guān)鍵調(diào)控途徑，靶向DPP3的催化功能來控制KEAP1-NRF2是非常有可能的(圖1)。

圖1 DPP3與NRF2的關(guān)系

結(jié)直腸癌中DPP3的表達較正常組織明顯增高，和不良預(yù)后呈正相關(guān)，敲除DPP3后，細胞阻滯于G2期，發(fā)生凋亡、侵襲和遷移能力明顯受到抑制[11]。目前DPP3對其他惡性腫瘤的作用還未見報道。血管緊張素(angiotensin, Ang)(1-7)激活G蛋白偶聯(lián)受體發(fā)揮其抗腫瘤細胞增殖和抗血管生成的有益生物學(xué)效應(yīng)，是一種治療癌癥前景廣闊的著力點之一；但DPP3使其生物利用度降低，抗腫瘤生長的作用被大大削弱，因此DPP3在腫瘤中的高表達可能是抗癌治療中的阻礙。

四、DPP4

DPP4也被稱為CD26，位于染色體2q24.3，是具有絲氨酸蛋白酶活性的Ⅱ型跨膜蛋白，以二聚體形式存在，廣泛表達于內(nèi)皮細胞、免疫細胞、肝臟等。DPP4能降解多種肽類物質(zhì)、趨化因子等，使其失活。在體液中存在可溶性DPP4(soluble DPP4, sDPP4)，它缺乏跨膜區(qū)，在特定環(huán)境中從細胞表面脫落進入循環(huán)。DPP4在惡性腫瘤中的作用不盡相同，具有促癌和抑癌雙重作用，主要取決于腫瘤部位、類型和腫瘤環(huán)境。

干擾素γ誘導(dǎo)的趨化因子CXCL10，在癌癥發(fā)展過程中起重要作用，它能激活CXCR3和非典型趨化因子受體(atypical chemokine receptors, ACKR)兩種受體[12]。DPP4降解CXCL10，使CXCR3+T細胞和NK細胞向腫瘤微環(huán)境的募集和遷移減少。對肝細胞癌和HIV感染者的研究證明，使用DPP4抑制劑可保護CXCL10的全長生物活性，增強排斥腫瘤反應(yīng)，抑制腫瘤生長。ACKR2是新發(fā)現(xiàn)的CXCL10受體，可清除炎性趨化因子。CXCL10激活A(yù)CKR2，原定位于核周腔的ACKR2迅速被動員到細胞膜上，與配體CXCL10結(jié)合使其被攝入細胞內(nèi)，在胞外的利用度相應(yīng)下降。DPP4切割CXCL10后，募集至細胞膜的ACKR2減少，對胞外CXCL10的攝取也明顯減少，提示未來可利用DPP4的切割作用研發(fā)腫瘤免疫治療的方法。

在惡性腫瘤的研究上發(fā)現(xiàn)甲狀腺乳頭狀癌(papillary thyroid cancer, PTC)中DPP4的表達明顯增高，并與甲狀腺外侵犯、BRAF突變和腫瘤分期呈正相關(guān)，當敲除DPP4后腫瘤細胞遷移和侵襲減緩70%～75%[13]。而循環(huán)中sDPP4水平和腫瘤晚期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分期也呈正相關(guān)，可作為PTC診斷和預(yù)后的一項標志物[14]。在人惡性間皮瘤(malignant mesothelioma, MM)中，DPP4上調(diào)使MM細胞分泌一種促進腫瘤擴散和轉(zhuǎn)移的細胞外基質(zhì)蛋白，用抗DPP4單克隆抗體治療后，使細胞周期阻滯于S/G1期，誘導(dǎo)MM細胞裂解，并抑制增殖[15]。DPP4在乳腺癌中同樣高表達，尤其是轉(zhuǎn)移性乳腺癌，乳腺癌細胞中過表達DPP4后克隆形成數(shù)量顯著增加，而敲除后上述作用減弱甚至消失[16]。但近年來也有研究報道，DPP4在乳腺癌中相較于正常組織下調(diào)，與不良預(yù)后有關(guān)[8]?？紤]到腫瘤的異質(zhì)性以及微環(huán)境的差異，還需大樣本量的臨床分析驗證。

長期抑制DPP4可能是有害的，尤其是使用一些特異性、高選擇性的抑制劑，有關(guān)研究指出DPP4抑制劑導(dǎo)致罹患乳腺癌的風(fēng)險增高和細胞耐藥，敲除后小鼠乳腺癌模型的原發(fā)腫瘤進展加快并出現(xiàn)肺轉(zhuǎn)移[17]。因此雖DPP4在惡性腫瘤中作用逐漸明朗，但目前還沒有任何DPP4抑制劑用于抗癌，綜合比對其有效性和風(fēng)險后，是否有合適的治療方式值得進一步研究和探討。

DPP4在腫瘤中的不同作用因腫瘤實體和微環(huán)境的不同而各有差異，腦膠質(zhì)瘤中DPP4的抑癌作用可能與降解能誘導(dǎo)細胞生長、增加侵襲的CXCL12有關(guān)[18]。而且，近年來研究發(fā)現(xiàn)，侵襲性和轉(zhuǎn)移性前列腺癌的DPP4表達降低，使CXCL12的降解減少，增加了前列腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移能力，該研究提示了DPP4的潛在抗腫瘤效應(yīng)[19]。鑒于DPP4在惡性腫瘤中相互矛盾的表達，接下來還需從腫瘤微環(huán)境、免疫多層面和更多的臨床樣本來進行更深入的探索和驗證。

五、DPP8/9

DPP8/9和DPP4歸為一類家族成員，與DPP4有很高的同源性，但只在細胞內(nèi)表達。正常狀態(tài)下，DPP8/9直接與caspase激活和募集結(jié)構(gòu)域蛋白8(caspase activation and recruitment domain-containing protein 8, CARD8)和NLR家族Pyrin域蛋白1(NLR family pyrin domain containing 1, NLRP1)的FIIND結(jié)合，抑制炎性小體的自發(fā)激活。使用DPP8/9的低分子抑制劑后，破壞復(fù)合物之間介導(dǎo)自身抑制的ZU5亞域，誘導(dǎo)炎性小體活化，這為DPP8/9的低分子抑制劑的抗腫瘤作用提供了理論依據(jù)。在人類急性髓系白血病中，DPP8/9低分子抑制劑誘導(dǎo)CARD8 的N端含160個氨基酸殘基的無序區(qū)降解，誘導(dǎo)焦亡，發(fā)揮抗腫瘤能力[20]。此外，DPP8/9抑制劑也能誘導(dǎo)多發(fā)性骨髓瘤產(chǎn)生細胞凋亡，為多發(fā)性骨髓瘤的治療提供了又一靶療的思路[21]。

DPP9在不同腫瘤中扮演的角色也并不相同。DPP9蛋白參與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，具有腫瘤抑制功能，如誘導(dǎo)凋亡、抑制增殖和阻止癌基因Akt的激活，在部分高分化的漿液性卵巢癌中，DPP9表達下調(diào)。Marianne等[22]研究發(fā)現(xiàn)，存在DPP9的重排，導(dǎo)致其抑制腫瘤功能喪失。而在一項非小細胞肺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織中的DPP9表達增高，在敲除DPP9后抑制癌細胞增殖、遷移和侵襲，與之前不同的是，有研究發(fā)現(xiàn)，DPP9功能喪失的患者?；加蟹伟珯C制尚未闡明。同樣，肝癌和結(jié)直腸癌中的DPP9高表達代表了不良預(yù)后和生存期的縮短，DPP9在睪丸癌中的表達也顯著增加，但是，在口腔鱗狀細胞癌的患者中，DPP9的低表達與低存活率相關(guān)，DPP9的敲低在體內(nèi)和體外都加速了癌細胞的生長[23, 24]。由此可見，DPP9在不同腫瘤中的表達各異，由于目前缺乏分別針對DPP8和DPP9的高度特異性抑制劑，用于臨床還需進行更深入的研究和觀察。

六、DPP家族其他成員

目前對于DPP5和DPP11在腫瘤方面的作用鮮有研究，兩者目前研究主要在牙齦卟啉單胞菌引起的牙周疾病上，在其他疾病上還未見報道[25]。

DPP6是一種Ⅱ型跨膜蛋白，作為電壓門控A型Kv4.2鉀通道復(fù)合體的調(diào)節(jié)亞單位，促進細胞表面鉀通道KCND2的表達。肺腺癌中位于DPP6上的甲基化標記可將肺腺癌從正常細胞中區(qū)分出來。雖然有報道稱DPP6可能參與胰腺癌的惡性進展，但機制也尚不清楚[26,27]。

DPP10結(jié)構(gòu)與DPP4相似，但由于絲氨酸被甘氨酸殘基取代，其活性位點發(fā)生點突變而缺乏DPP4酶活性。部分結(jié)直腸癌的病例中DPP10缺失，然而在非甾體類抗炎藥使用的人群中，DPP10表達越高，患大腸癌的風(fēng)險越低[28]。雖然DPP10和腫瘤之間研究不多，但DPP10調(diào)節(jié)鈉、鉀通道的功能很可能對腫瘤細胞的增殖、周期或凋亡等產(chǎn)生影響。

七、展 望

綜上所述，DPP家族各成員活躍在各系統(tǒng)的腫瘤，但不同DPP在腫瘤中的作用不同，即使同一個DPP，在同一腫瘤的不同階段也觀察到相反的結(jié)果，可能與不同的通路、腫瘤的異質(zhì)性、伴隨其它基因的異常調(diào)控譜不同、腫瘤微環(huán)境均有關(guān)。DPP家族成員在糖尿病等疾病中機制和藥物治療趨于成熟，但在不同類型和分期的腫瘤中還需進行更深入細化的機制研究，在明確機制的基礎(chǔ)上找到有效且不良反應(yīng)小的治療靶點可顯著提高患病后的生存率，對未來防治、篩查、早診、精準治療等方面均潛力巨大，闡明更精準的腫瘤特異性調(diào)控機制將為未來腫瘤防治提供思路和實用性方法。