賴(lài)氨酰氧化酶家族成員在肝癌中的研究進(jìn)展▲

沈仕俊 葉秋文 向春明 李 恒 穆 云

(1 臨滄市人民醫(yī)院肝膽外科,云南省臨滄市 677000; 2 昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院肝膽外科,云南省昆明市 650118)

【提要】 賴(lài)氨酰氧化酶(LOX)家族成員是銅依賴(lài)性胺氧化酶,特征是其催化活性有助于細(xì)胞外基質(zhì)的交聯(lián)重塑,而細(xì)胞外基質(zhì)的交聯(lián)重塑在腫瘤組織周?chē)难苌芍衅鹬P(guān)鍵作用,并參與形成腫瘤微環(huán)境。越來(lái)越多的研究表明LOX家族成員在肝癌的發(fā)病機(jī)制和腫瘤微環(huán)境形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用,具有作為治療靶點(diǎn)的潛力。本文就LOX家族成員與肝癌的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系及潛在靶向治療作用進(jìn)行綜述。

肝癌是全球第六大常見(jiàn)腫瘤,也是全球癌癥相關(guān)死亡的第三大因素[1]。但是目前治療晚期肝癌的方法有限,世界衛(wèi)生組織預(yù)計(jì)未來(lái)10年肝癌患者死亡例數(shù)將達(dá)100多萬(wàn)例[2]。賴(lài)氨酰氧化酶(lysyl oxidase,LOX)家族成員通過(guò)促進(jìn)膠原交聯(lián)、細(xì)胞外基質(zhì)的交聯(lián)重塑、上皮細(xì)胞-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),改變腫瘤微環(huán)境及促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成,以及激活局部黏著斑激酶/磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/缺氧誘導(dǎo)因子1ɑ(hypoxia inducible factor 1α,HIF-1ɑ)信號(hào)通路、果糖-1,6-二磷酸酶1軸等方式,促進(jìn)肝癌的發(fā)生、發(fā)展,LOX家族成員的異常表達(dá)與肝癌患者預(yù)后密切相關(guān)[3]。隨著研究的深入,LOX家族成員抑制劑的作用在肝癌的臨床前模型研究中逐漸被闡明,LOX家族成員成為肝癌治療靶點(diǎn)的潛力逐漸顯現(xiàn)。

1 LOX家族成員與肝癌的發(fā)生、發(fā)展

LOX家族共有5個(gè)成員,分別是LOX及LOX樣蛋白(LOX like protein,LOXL)1～4[4]。LOX家族成員是銅依賴(lài)性胺氧化酶,在結(jié)構(gòu)上由高度保守的C端結(jié)構(gòu)域和可變N端結(jié)構(gòu)域組成。其中,C端結(jié)構(gòu)域由含銅結(jié)合域的氨基酸殘基、賴(lài)氨酸酪氨酰醌殘基和細(xì)胞因子受體樣結(jié)構(gòu)域組成[5]。LOX和LOXL1的N端結(jié)構(gòu)域中具有1個(gè)LOX前肽,而LOXL2～4的N端結(jié)構(gòu)域存在4個(gè)富含半胱氨酸結(jié)構(gòu)域的清道夫受體(scavenger receptor cysteine-rich domain,SRCR)[6]。結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致成熟形式的LOX和LOXL1仍需要在細(xì)胞外進(jìn)一步處理才能發(fā)揮功能,LOXL2～4則不需要。LOX家族成員是哺乳動(dòng)物體內(nèi)一種具有催化作用的氧化酶,其可催化膠原蛋白和彈性蛋白單體中的賴(lài)氨酸ε-氨基發(fā)生氧化脫氨,導(dǎo)致共價(jià)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成,從而穩(wěn)定膠原蛋白和彈性蛋白纖維,保持細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,這也是重塑肝臟中細(xì)胞外基質(zhì)交聯(lián)的基礎(chǔ)[7-8]。研究表明,LOX家族成員表達(dá)升高與許多實(shí)體瘤惡性程度及預(yù)后不良相關(guān)[9-10]。在肝臟中,LOX和LOXL1～4 5個(gè)成員分別通過(guò)不同的通路及方式參與肝炎、肝纖維化、肝癌的發(fā)生、發(fā)展全過(guò)程,其與肝細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化,肝癌細(xì)胞的遷移、黏附、侵襲,以及腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成密切相關(guān),在肝癌發(fā)生、發(fā)展中具有重要的作用[9,11]。

1.1 LOX在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制 LOX主要通過(guò)兩條路徑參與調(diào)控肝癌的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程:(1)LOX通過(guò)參與血管生成的調(diào)節(jié)進(jìn)而調(diào)控肝癌的發(fā)生、發(fā)展。LOX可催化膠原蛋白和彈性蛋白單體中賴(lài)氨酸ε-氨基發(fā)生氧化脫氨,導(dǎo)致共價(jià)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成,從而促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)。而細(xì)胞外基質(zhì)是腫瘤微環(huán)境中不可或缺的一部分,其參與腫瘤及腫瘤周?chē)难苌?促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移[12]。研究表明,LOX過(guò)表達(dá)可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)來(lái)刺激血管生成,并增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的成管能力[13]。敲除肝癌細(xì)胞中的LOX可通過(guò)p38絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路下調(diào)VEGF的表達(dá),進(jìn)而抑制肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[14]。但是LOX調(diào)控血管生成的確切機(jī)制及其臨床應(yīng)用尚需進(jìn)一步研究。(2)LOX通過(guò)調(diào)控缺氧進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[15]。HIF-1α可與LOX基因啟動(dòng)子中的缺氧反應(yīng)元件結(jié)合,上調(diào)LOX的表達(dá)[16-17]。上調(diào)的LOX蛋白進(jìn)一步促進(jìn)EMT及血管生成擬態(tài)(vasculogenic mimicry,VM)[18]。其中,EMT可通過(guò)腫瘤的細(xì)胞外基質(zhì)重塑來(lái)促進(jìn)腫瘤代謝等,從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[18]。VM則是一種全新腫瘤微循環(huán)模式,VM 管道內(nèi)沒(méi)有血管內(nèi)皮細(xì)胞襯覆,而是由腫瘤細(xì)胞模仿機(jī)體血管形成的管狀結(jié)構(gòu)覆蓋,該管道與宿主的血管相通,使腫瘤細(xì)胞獲得血液供應(yīng),滿足腫瘤生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移的需要[18]。

1.2 LOXL2在肝癌轉(zhuǎn)移中的作用機(jī)制 LOXL2主要通過(guò)調(diào)控腫瘤微環(huán)境的形成來(lái)促進(jìn)肝癌的局部和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,其參與調(diào)控的途徑主要如下:(1)HBV感染與肝癌密切相關(guān),而HBV X蛋白的反式激活及HBV X蛋白與HIF-1α的相互作用可驅(qū)動(dòng)LOXL2 的分泌,從而重塑膠原纖維的交聯(lián)以促進(jìn)肝癌細(xì)胞的侵襲[19]。(2)LOXL2 通過(guò)激活果糖-1,6-二磷酸酶1軸來(lái)上調(diào)肝癌細(xì)胞中HIF-1α和VEGF的表達(dá),促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的管狀網(wǎng)絡(luò)形成及血管生成,從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[20]。(3)腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移前會(huì)在靶器官建立轉(zhuǎn)移前生態(tài)位,為轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞提供適合和支持其定植的微環(huán)境[21]。LOXL2 可通過(guò)促進(jìn)骨髓來(lái)源細(xì)胞(bone marrow-derived cells,BMDCs)募集來(lái)促進(jìn)轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的形成。LOXL2不僅可以在肝組織中通過(guò)與細(xì)胞外基質(zhì)成分交聯(lián)來(lái)促進(jìn)細(xì)胞骨架重塑及肝癌細(xì)胞局部侵襲,也可以在肺組織中通過(guò)與細(xì)胞外基質(zhì)成分交聯(lián)來(lái)促進(jìn)BMDCs募集,從而促使肝癌細(xì)胞遠(yuǎn)處侵襲及克隆性增殖[22]。(4)LOXL2能直接下調(diào)上皮型鈣黏蛋白的表達(dá)以促進(jìn)EMT,而EMT可通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤代謝、細(xì)胞外基質(zhì)等途徑誘導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移[23]。進(jìn)一步研究LOXL2的靶向干預(yù)(敲除或降低其表達(dá)),也許能為肝癌的治療提供新思路。

1.3 LOXL4在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制 近年來(lái),LOXL4通過(guò)作用于腫瘤微環(huán)境進(jìn)而調(diào)控腫瘤發(fā)生、發(fā)展的作用逐漸被闡明。然而,不同機(jī)制下LOXL4在肝癌中的作用存在差異。Li等[24]發(fā)現(xiàn),LOXL4在肝癌組織中的表達(dá)上調(diào),其表達(dá)升高與腫瘤分化程度低、血管浸潤(rùn)和TNM分期高有關(guān)。免疫抑制微環(huán)境是腫瘤形成的重要因素。Tan等[25]也發(fā)現(xiàn),LOXL4在肝癌組織中表達(dá)上調(diào),且是肝癌免疫抑制微環(huán)境中免疫抑制表型巨噬細(xì)胞形成的重要調(diào)控因子,其對(duì)巨噬細(xì)胞的免疫抑制作用主要是通過(guò)干擾素介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子依賴(lài)性程序性死亡配體1激活而實(shí)現(xiàn)的。但是,Shao等[26]發(fā)現(xiàn)5-氮雜胞苷誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞中LOXL4的表達(dá)上調(diào)后,LOXL4可通過(guò)其低等電點(diǎn)區(qū)域結(jié)合p53的基本結(jié)構(gòu)域,LOXL4和p53之間的相互作用可誘導(dǎo)受損的p53再激活,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡,從而阻止肝癌的進(jìn)展。上述研究表明,LOXL4在不同的條件下可能激活不同的信號(hào)通路,進(jìn)而產(chǎn)生促癌或抑癌作用,其在肝癌中的雙重作用值得進(jìn)一步研究。

1.4 LOXL1和LOXL3在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制 近年來(lái),不斷有研究報(bào)告LOXL1具有調(diào)節(jié)肝臟病理生理的功能。Zhao等[7]發(fā)現(xiàn)在嚙齒類(lèi)動(dòng)物肝纖維化模型中,LOXL1水平增加了約30倍,并且發(fā)現(xiàn)LOXL1與肝硬化具有潛在聯(lián)系。Yang等[27]發(fā)現(xiàn),LOXL1可能有助于非肥胖非酒精性肝炎小鼠模型的肝纖維化進(jìn)展,特異性敲除LOXL1可減輕小鼠肝臟組織的脂肪變性、炎癥及纖維化,并改善其脂質(zhì)代謝異常。此外,有研究顯示,LOXL1可通過(guò)激活局部黏著斑激酶/磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/HIF-1α信號(hào)通路,進(jìn)而導(dǎo)致肝纖維化和肝炎的進(jìn)展,而敲除LOXL1基因可預(yù)防肝纖維化和炎癥[28]。而炎癥、纖維化均與肝癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),由此推測(cè)LOXL1可能通過(guò)上述途徑參與肝癌的發(fā)生、發(fā)展。但是,目前鮮有研究報(bào)告LOXL1在肝癌中的具體作用機(jī)制。研究表明,沉默LOXL3基因表達(dá)可以通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子Snail1及泛素特異性蛋白酶4介導(dǎo)的EMT和Wnt/β-連環(huán)蛋白信號(hào)通路來(lái)抑制肝癌細(xì)胞侵襲[29]。目前,有關(guān)LOXL3在肝癌中的作用的研究也較少,其確切的作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

2 LOX家族成員在肝癌中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 在肝癌患者預(yù)后評(píng)估中的應(yīng)用 研究表明,LOX的高表達(dá)與EMT標(biāo)志物相關(guān),并可用于預(yù)測(cè)肝癌患者的早期復(fù)發(fā)及預(yù)后不良[30]。此外,Zhu等[14]的研究表明,LOX在肝癌細(xì)胞和肝癌組織中表達(dá)上調(diào),而下調(diào)LOX的表達(dá)可降低肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力,且肝癌組織中LOX表達(dá)上調(diào)與患者不良預(yù)后相關(guān)。這些研究結(jié)果均表明檢測(cè)LOX的表達(dá)水平有助于評(píng)估肝癌患者的預(yù)后。Choi等[31]報(bào)告,與非腫瘤組織相比,LOXL2在肝癌組織中的表達(dá)水平升高。Shao等[32]發(fā)現(xiàn),上調(diào)肝癌細(xì)胞中LOXL2的表達(dá)可顯著促進(jìn)肝癌細(xì)胞的遷移、侵襲和血管形成,肝癌組織中LOXL2過(guò)表達(dá)提示肝癌患者預(yù)后不良。Wong等[22]也發(fā)現(xiàn),相對(duì)于非肝細(xì)胞癌患者(健康受試者和HBV攜帶者),肝癌患者的血清LOXL2表達(dá)水平升高,且受試者工作特征曲線分析提示LOXL2具有成為肝癌診斷標(biāo)志物的潛力。上述研究提示,LOXL2可作為肝癌的生物標(biāo)志物,用于患者的預(yù)后評(píng)估。

目前,關(guān)于LOXL1、LOXL3和LOXL4在肝癌中的應(yīng)用研究相對(duì)較少。Liu等[33]研究發(fā)現(xiàn),敲減編碼LOXL1相反鏈的基因組序列—LOXL1-AS1的表達(dá)可以抑制肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。Wang等[34]從TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)中提取肝癌相關(guān)的RNA測(cè)序數(shù)據(jù)及臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)LOXL3高表達(dá)提示肝癌患者預(yù)后較差,這提示檢測(cè)LOXL3的表達(dá)情況也有助于肝癌患者的預(yù)后評(píng)估。此外,Tian等[35]發(fā)現(xiàn)LOXL4在肝癌組織中的mRNA和蛋白表達(dá)水平均低于癌旁組織,LOXL4的低表達(dá)與患者較差的總生存期和高累積復(fù)發(fā)率相關(guān)。但是,也有研究表明,LOXL4高表達(dá)可促進(jìn)肝細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移[24]。LOXL4與肝癌患者預(yù)后的關(guān)系,有待更多的研究進(jìn)一步明確。

2.2 在抗腫瘤治療中的應(yīng)用 LOX家族成員的表達(dá)及其與細(xì)胞之間的交互作用在腫瘤微環(huán)境中的形成和肝癌的進(jìn)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。因此,能抑制LOX家族成員表達(dá)的物質(zhì)可能是治療肝癌的潛在物質(zhì)。研究表明,LOX抑制劑氨基丙腈對(duì)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成功能具有抑制作用,且已被證實(shí)可增強(qiáng)抗腫瘤藥物索拉非尼的抗血管生成作用[36]。此外,氨基丙腈可通過(guò)抑制LOXL2的表達(dá)進(jìn)而降低肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力[37]。氨基丙腈與索拉非尼聯(lián)合用于治療肝癌可能具有潛在優(yōu)勢(shì)[13]。Huang等[38]發(fā)現(xiàn),紫檀二苯乙烯可通過(guò)抑制LOX的表達(dá),來(lái)減弱肝癌的遷移和侵襲能力,其可能是治療乙醇誘導(dǎo)性肝細(xì)胞癌的新策略。LOXL2通過(guò)抑制1,6-二磷酸果糖的表達(dá),以Snail依賴(lài)性的方式增強(qiáng)肝癌細(xì)胞Huh7 和 Hep3B的糖酵解,在肝細(xì)胞癌的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用;而LOXL2的選擇性抑制劑LOXL2-IN-1在肝細(xì)胞癌細(xì)胞中可上調(diào)1,6-二磷酸果糖的表達(dá),并抑制Snail、HIF-1ɑ、內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá),其或許有助于抑制肝細(xì)胞癌的進(jìn)展[20]。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn),過(guò)表達(dá)miR-26a、miR-29a可以抑制LOXL2的轉(zhuǎn)錄,從而削弱LOXL2對(duì)肝癌細(xì)胞肝內(nèi)轉(zhuǎn)移的促進(jìn)作用[22]。

3 總結(jié)與展望

LOX家族成員參與細(xì)胞外基質(zhì)交聯(lián)的重構(gòu),在增強(qiáng)肝癌細(xì)胞增殖、侵襲能力和促進(jìn)腫瘤微環(huán)境形成方面具有重要作用,尤其是LOX和LOXL2。然而,LOXL1、LOXL3和 LOXL4在肝癌發(fā)病機(jī)制中的作用尚不清楚,仍需要進(jìn)一步研究。此外,越來(lái)越多的研究表明,LOX家族成員在肝癌預(yù)后評(píng)估方面具有重要意義。值得注意的是,已有臨床前模型研究表明,一些靶向LOX家族成員的藥物可有效抑制肝癌的發(fā)生與發(fā)展,LOX家族成員有望成為肝癌治療的新靶點(diǎn),深入研究LOX家族成員在肝癌中的作用機(jī)制,可為肝癌的臨床治療提供新思路。