角鯊烯環(huán)氧化酶與癌癥的研究進展

郭良琦，劉亞云,2*，盛德喬

0 引言

癌癥是人類死亡最主要的原因之一，隨著環(huán)境的變化、人口的老齡化增加、飲食結構及生活習慣的改變等，癌癥的發(fā)病人數(shù)在全世界范圍內還在不斷上升。2022年全球新增癌癥病例1 930萬，近1 000萬癌癥死亡病例，中國預計新增癌癥病例450萬例，癌癥死亡病例300萬例[1]。目前癌癥的治療方法主要是手術治療或手術結合放化療，但治療效果往往不盡人意，且會對人體產生嚴重的不良反應[2]。盡管癌癥的靶向治療近年來取得了一些進展，但發(fā)現(xiàn)新的靶標和開發(fā)有效的藥物遞送系統(tǒng)仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇作為一種新的信號分子，在癌癥中發(fā)揮重要作用[3-4]。高膽固醇水平可以促進包括前列腺癌、食管癌、乳腺癌、頭頸部鱗狀細胞在內的多種癌癥的發(fā)生或發(fā)展[5-8]。角鯊烯環(huán)氧化酶（squalene monooxygenase, SQLE）是調節(jié)膽固醇含量的關鍵酶之一，在調節(jié)膽固醇穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)SQLE在促進腫瘤細胞增殖、遷移，維持腫瘤細胞干性等方面都發(fā)揮重要作用[9-11]，因此，SQLE可能是腫瘤治療潛在的新靶點。一些SQLE抑制劑[12-13]，以及靶向沉默SQLE的siRNA已經表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性[9]，有望成為抗腫瘤藥物的重要靶點。本文擬就SQLE在癌癥中的作用及機制作一綜述。

1 SQLE與膽固醇合成

膽固醇是類固醇激素的前體，也是質膜的重要組成部分，維持細胞膜的完整性和流動性，并且在細胞內信號轉導中發(fā)揮關鍵作用[4]。細胞內的膽固醇水平受到精密調控，通過合成、攝取、轉運等調節(jié)維持穩(wěn)態(tài)。癌細胞往往表現(xiàn)出大量膽固醇積累，以增強膜受體信號轉導、改變線粒體膜活性、影響腫瘤免疫等。膽固醇代謝在癌癥中發(fā)揮重要功能，一些新的膽固醇代謝分子，如SOAT1、SQLE和NPC1，已成為癌癥治療潛在的靶點[4]。

SQLE是一種黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）依賴的環(huán)氧化酶，它催化非甾醇中間體角鯊烯轉化為2,3(S)-環(huán)氧鯊烯，這是膽固醇合成的關鍵酶之一。SQLE在轉錄水平、轉錄后、翻譯后以及表觀遺傳等多個層次受到調控。SQLE基因轉錄受甾醇調節(jié)元件結合蛋白2（cholesterol regulatory element binding protein 2, SREBP2）調控，低膽固醇水平可促進SREBP2的成熟和轉位，SREBP2入核與甾醇調節(jié)元件（sterol-regulatory element, SRE）結合從而上調SQLE的mRNA水平[14]。SQLE基因轉錄還受AMPK（adenosine 5'-monophosphate (AMP)-activated protein kinase）信號通路調節(jié)[15]。SQLE啟動子被CpG島包圍著，這使其容易受到DNA甲基化的轉錄抑制[16]。一些長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA,lncRNA）和microRNA（miRNA）可以在轉錄后水平調控SQLE的表達。miR-133b[17]和miR-205[12]可與SQLE的3'UTR結合下調其表達；高表達lnc030可與SQLE的3'UTR結合而增加其穩(wěn)定性[11]?；诜€(wěn)定的環(huán)狀RNA（circRNA）分子的研究發(fā)現(xiàn)，circRNA/miR-133b/SQLE和circRNAs/miR-221-5p/SQLE軸在調節(jié)膽固醇合成過程中發(fā)揮重要作用，可能成為調節(jié)體內膽固醇重要的靶點[18]。膽固醇和角鯊烯還可以通過膽固醇依賴的蛋白酶體降解途徑在翻譯后水平調節(jié)SQLE表達[19-20]。

SQLE在體內表達受到精密調控以維持膽固醇穩(wěn)態(tài)，其表達改變將導致膽固醇穩(wěn)態(tài)失衡從而導致癌癥發(fā)生。高表達的SQLE可以通過PI3K/AKT通路促進細胞內膽固醇合成，加速細胞增殖與遷移[21]。p53可通過轉錄抑制SQLE來抑制膽固醇的合成和腫瘤生長[9]。癌基因c-myc可促進多種人類癌癥的發(fā)生。最新研究發(fā)現(xiàn)，c-myc可通過上調SQLE轉錄，增加膽固醇生成并促進腫瘤細胞生長[22]。

2 SQLE與癌癥

SQLE在多種癌組織中高表達，高表達的SQLE不僅能促進癌細胞增殖、抑制癌細胞凋亡、維持癌細胞的干性，還與癌細胞的放化療耐受密切相關[9,11,23]。

2.1 高表達SQLE促進腫瘤發(fā)生

S Q L E 在多種類型腫瘤中高表達，且與預后不良密切相關，如非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease, NAFLD）相關肝細胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）、結直腸癌（colorectal cancer, CRC）、鼻咽癌等，但SQLE發(fā)揮作用的機制有所不同。在對NAFLD相關HCC的研究中發(fā)現(xiàn)，SQLE在NAFLD-HCC組織中過表達，且與患者不良預后相關。SQLE通過其代謝產物膽固醇酯和NADP+發(fā)揮致癌作用。SQLE表達增加促進了膽固醇酯的生物合成，從而誘導NAFLDHCC細胞生長。SQLE增加導致的NADPH大量消耗將引發(fā)一系列事件，包括氧化應激誘導的DNA甲基轉移酶3A（DNMT3A）表達、DNMT3A介導的PTEN表觀遺傳沉默，以及激活AKT-mTOR信號通路[21]。Li等研究證實SQLE在鼻咽癌組織中顯著高表達，高表達SQLE的患者預后較差。進一步研究發(fā)現(xiàn)，SQLE通過膽固醇酯的積累激活PI3K/AKT信號通路，促進鼻咽癌細胞的增殖[24]。SQLE在結直腸癌中高表達，同樣預示著患者的不良預后。SQLE在體外可促進CRC細胞增殖，并促進腫瘤生長，其機制與骨化三醇累積及CYP24A1介導的MAPK信號有關。SQLE的抑制劑特比萘芬可以抑制CRC細胞增殖和腫瘤生長，這表明SQLE可能是CRC治療的潛在靶點[25]。

Maria等在乳腺癌研究中發(fā)現(xiàn)了一種新的功能性微蛋白CASIMO1（cancer-associated small integral membrane open reading frame 1, CASIMO1）在激素受體陽性乳腺癌中過度表達，可與SQLE相互作用。CASIMO1的過度表達導致SQLE蛋白積累，促進ERK磷酸化，從而促進乳腺癌細胞增殖[26]。Ge等在肺鱗癌的研究中發(fā)現(xiàn)，SQLE在肺鱗癌組織中高表達，且與預后不良有關。SQLE的過度表達促進了肺鱗癌細胞的增殖、遷移和侵襲，其機制與ERK磷酸化有關[10]。SQLE還可以通過調控細胞內角鯊烯的水平影響癌細胞增殖，低表達的SQLE會導致角鯊烯積累，過量的角鯊烯對部分非小細胞肺癌的生長有抑制作用[27]。

2.2 高表達SQLE促進上皮間充質轉化

上皮細胞間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）被認為是促進癌細胞轉移的重要因素，原發(fā)性癌細胞通過間充質轉化而具有侵襲遷移能力[28]。SQLE是EMT誘導劑，在多種癌癥轉移中的發(fā)揮重要作用。在食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinoma, ESCC）的研究中，細胞和小鼠體內敲低SQLE的表達不僅能顯著抑制ESCC細胞的增殖，還能抑制其侵襲遷移能力，EMT相關標志分子的表達也發(fā)生相應的變化；移植瘤模型的結果也證實敲低SQLE的表達可通過影響ESCC的EMT來抑制其侵襲遷移能力[17]。一項研究鐵死亡調節(jié)因子對胰腺癌（pancreatic adenocarcinoma, PAAD）預后及進展影響的研究發(fā)現(xiàn)，兩個關鍵基因SQLE和PTGS2在PAAD中具有促癌作用。沉默SQLE和PTGS2可以抑制胰腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲。進一步研究發(fā)現(xiàn)，阻斷SQLE和PTGS2的表達可以抑制細胞周期蛋白D1和N-鈣黏蛋白的蛋白表達，但促進E-鈣黏蛋白表達，這表明它們參與了EMT[29]。這些結果表明，SQLE通過促進EMT在ESCC和PAAD轉移過程中發(fā)揮重要作用。在侵襲性結腸癌中，膽固醇的積累會導致SQLE水平下降，并且促進EMT[30]。這些研究表明，SQLE可通過促進EMT增強腫瘤細胞的侵襲遷移能力。

2.3 SQLE能夠引起腸道菌群失調

膽固醇在體內代謝的主要去路是合成膽汁酸。腸道菌群與膽汁酸代謝存在復雜的相互作用，且與幾種疾病狀態(tài)密切相關，包括炎癥性腸病、代謝綜合征和幾種癌癥[31]。Kenny等利用代謝組學技術從腸道菌群中鑒定了一種分解膽固醇的酶lsmA，這項研究將腸道菌群與膽固醇代謝和人體循環(huán)膽固醇水平聯(lián)系起來[32]。腸道菌群不僅通過調節(jié)腸道膽固醇吸收影響體內膽固醇穩(wěn)態(tài)，還通過膽汁酸代謝干擾膽固醇排泄[33]。這為膽固醇穩(wěn)態(tài)失衡與人類疾病發(fā)生的研究提供一個新的思路。脂代謝異常是CRC的特征之一，CRC患者往往高表達SQLE，膽固醇代謝上調，SQLE高表達與CRC患者預后不良相關。最新的一項研究發(fā)現(xiàn)，結腸特異表達SQLE的轉基因小鼠不僅促進結腸癌的發(fā)生，而且導致轉基因小鼠腸道菌群失調，致病細菌富集，以及緊密連接蛋白減少導致小鼠腸道屏障功能受損。SQLE抑制劑可提高化療藥物治療CRC的療效。這項研究表明，SQLE可作為CRC的治療靶點和預后標志物[34]。一種植物來源的天然活性成分姜黃素具有多種生物學活性，可影響能量代謝。最近研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可抑制SQLE，誘導腸道菌群發(fā)生改變，增強阿糖胞苷在治療急性髓性白血病的敏感性[35]。由此可見，靶向SQLE-腸道菌群軸可能是癌癥治療的潛在策略。

2.4 SQLE影響癌細胞干性

癌干細胞（cancer stem cells, CSCs）是具有自我更新、無限增殖以及多方向分化能力的癌細胞，是癌癥發(fā)生及復發(fā)的關鍵。Qin及其團隊在乳腺癌的研究中鑒定了一種長鏈非編碼RNA，命名為lnc030，其在體外和體內乳腺癌干細胞（breast cancer stem cells, BCSCs）中高表達，作為維持BCSC干性和促進腫瘤發(fā)生的關鍵調節(jié)因子。lnc030與多聚C結合蛋白2（poly(rC) binding protein 2, PCBP2）協(xié)同穩(wěn)定SQLE的mRNA，導致膽固醇合成增加。增加的膽固醇反過來激活PI3K/Akt信號通路，維持BCSC的干性[11]。而且lnc030-SQLE-膽固醇合成途徑促進了乳腺癌的發(fā)生和進展，研究表明，lnc030-SQLE-膽固醇合成途徑可作為清除BCSC和乳腺癌治療的有效靶點。韓國的一個團隊研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇積累引起的SQLE減少與侵襲性結直腸癌有關[30]。體外研究表明，SQLE的減少通過誘導產生癌干細胞所需的上皮-間充質轉化來幫助癌細胞克服限制；自發(fā)的結直腸癌轉移小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，SQLE的減少通過產生遷移性癌干細胞顯著增強了結直腸癌的侵襲性。SQLE可能是侵襲性CRC關鍵的調節(jié)因子和預后生物標志物[30]。

癌干細胞是腫瘤形成放化療耐受的關鍵[36]，放化療耐受往往會導致復發(fā)和轉移。高表達的SQLE不僅能夠通過增加膽固醇的合成，維持BCSC的干性[11]，還能通過抑制野生型P53誘導磷酸酶（Wildtype p53-induced phosphatase, WIP1）的活性，促進毛細血管共濟失調突變蛋白（Ataxia-telangiectasia mutated proteins, ATM）磷酸化，通過染色體同源重組修復因輻射導致的DNA雙鏈斷裂，從而增加乳腺癌細胞MCF-7的放射耐受性[23]。同樣有研究表明，SQLE抑制劑特比萘芬在與化療藥物奧沙利鉑和5-氟尿嘧啶聯(lián)用后能夠完全阻滯結腸癌生長，其效果明顯高于單一化療藥物治療[34]。

3 SQLE抑制劑

SQLE在多種人類腫瘤中異常表達，是一個重要的標志物和治療靶標。長期以來，SQLE的抑制劑特比萘芬（terbinafine）都被當作抗真菌藥物使用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤治療領域，特比萘芬具有顯著的腫瘤抑制作用。一項關于前列腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)，特比萘芬可以通過抑制SQLE表達，引起膽固醇代謝因子SOAT1表達降低，抑制膽固醇合成，從而調節(jié)雄激素信號轉導，抑制前列腺癌的發(fā)展[12]。最近，有研究小組開發(fā)了一種膽固醇調節(jié)納米平臺來恢復正常的免疫微環(huán)境，該納米顆粒通過釋放特比萘芬顯著抑制SQLE，從而降低腫瘤微環(huán)境中的膽固醇并抑制腫瘤細胞增殖。該技術使口腔鱗狀細胞癌（OSCC）細胞對免疫療法敏感，提高了抗腫瘤療效的潛力[37]。特比萘芬除了在口腔癌與前列腺癌中被證實可以通過抑制SQLE抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展外，同樣能夠抑制骨肉瘤[38]、P53缺陷的NAFLD-HCC[9]、頭頸部鱗狀細胞癌[39]、胰腺癌[40]的發(fā)展。并且，特比萘芬可以抑制SQLE的表達從而增加胰腺癌對化療藥物的敏感性[41]。特比萘芬已經被證實可以通過降解SQLE蛋白抑制腫瘤的發(fā)生[21]，但也有研究認為特比萘芬的抗腫瘤作用與SQLE無關[42]，需要更多的研究去明確特比萘芬抗腫瘤的作用機制。盡管如此，特比萘芬對SQLE的抑制作用讓科研工作者看到了SQLE作為抗腫瘤靶點的潛力。由于特比萘芬對真菌SQLE的親和力遠超于哺乳動物，科研人員開發(fā)了第一個靶向哺乳動物的SQLE抑制劑——NB-598[13]。但在隨后的動物實驗中發(fā)現(xiàn)，NB598有明顯的胃腸道和皮膚毒性[43]，這限制了NB-598在腫瘤治療中的應用?；蛟S能夠通過改變SQLE抑制劑的給藥方式以減輕其對皮膚及胃腸道的不良反應。使用類似綠茶中的天然SQLE抑制劑[44]，以及通過SQLE的晶體結構，篩選不同于特比萘芬、NB-598等針對SQLE第195位酪氨酸殘基（Y195）的抑制劑[45]，或許也能夠減輕其不良反應。

4 小結與展望

細胞膽固醇穩(wěn)態(tài)的調節(jié)與膽固醇生物合成、攝取、輸出和酯化密切相關[46]。腸道菌群不僅通過調節(jié)腸道膽固醇吸收影響體內膽固醇穩(wěn)態(tài)，還通過膽汁酸代謝干擾膽固醇排泄[33]。大量的流行病學研究發(fā)現(xiàn)，SQLE和膽固醇與多種不同類型癌癥關系密切[9,23-25]，SQLE抑制劑也表現(xiàn)出很好的抗腫瘤活性[9,12,37-41]，因此，SQLE是非常重要的標志物分子和治療靶標。SQLE是膽固醇合成關鍵酶之一，其表達受到多種機制調控[44]。很多研究都證實SQLE是一個癌基因，在多種腫瘤組織中高表達，且與預后不良有關。但也有研究發(fā)現(xiàn)膽固醇積聚導致SQLE的減少加速了結直腸癌的進展和轉移[30]；在多形性膠質母細胞瘤（glioblastoma multiforme,GBM）的研究中發(fā)現(xiàn)， SQLE在替莫唑胺耐藥GBM細胞系中的表達顯著降低，過表達SQLE能明顯抑制耐藥GBM細胞系的遷移和侵襲能力[47]。SQLE與不同腫瘤發(fā)生發(fā)展的關系及機制還需深入的研究，膽固醇代謝中間物角鯊烯的作用，以及膽固醇作為信號分子在不同腫瘤中的作用都有待于進一步明確。SQLE抑制劑表現(xiàn)出非常好的抗腫瘤活性，但其不良反應限制了臨床應用。SQLE晶體結構的解析為新型低毒副作用抑制劑篩選奠定了基礎。另外，靶向SQLE-腸道菌群軸能通過調節(jié)腸道膽固醇吸收以及調節(jié)膽汁酸代謝干擾膽固醇排泄，從而調節(jié)體內膽固醇穩(wěn)態(tài)，是一個非常有前途的領域。

利益沖突聲明：

所有作者均聲明不存在利益沖突。