鳥氨酸脫羧酶與結直腸癌關系的研究進展

吳新新 郭永軍

(鄭州大學附屬腫瘤醫院 分子病理科 河南 鄭州 450003)

多胺是調節細胞生長、發育和促進組織創傷愈合的細胞信號分子，鳥氨酸脫羧酶(ornithine decarboxylase，ODC)是多胺代謝過程中的第一限速酶，催化鳥氨酸脫羧生成腐胺，研究顯示ODC 活性和多胺合成在多種上皮癌中增加，其中包括皮膚癌、前列腺癌和結直腸癌。結直腸癌中K －ras 基因突變和腺瘤性息肉病基因的突變誘導ODC 基因表達，抑制多胺的代謝，ODC活性的增加與結直腸癌的發生與發展關系密切。在人類ODC基因的調控區存在一個單核苷酸多態性位點ODC G316A，研究認為該多態性位點可能是結直腸發生過程中的一個危險因素，成為目前的研究熱點，本文簡要綜述這一領域的研究進展。

1 多胺

1．1 多胺與腫瘤 多胺(polyamines)是類廣泛分布于組織細胞內的天然脂肪族胺類物質，包括精瞇(spermidine，Sd)，精胺(spermine，Sm)及腐胺(putrescine，Pu)。多胺是細胞生長和分化過程中不可缺少的物質，在快速增殖的組織細胞內多伴有多胺含量的增加，研究顯示在腫瘤患者血液和尿液中存在多胺含量增加，因此有人認為測量血液和尿液中的多胺可以作為一種有效的非侵入性的腫瘤標志物［1］，然而經過大量的研究表明在其他非腫瘤性疾病中的血液和尿液中也存在多胺含量的增加，多胺缺乏作為腫瘤標志物的特異性［2］。但是又有人認為多胺可以作為腫瘤治療有效的標志物，研究顯示在接受不同腫瘤治療方案(放療、化療、手術)后，治療早期患者尿液中多胺排泄增多，緩解期排泄逐漸減少至接近正常水平。如果疾病一直處于緩解期，尿液中多胺含量也相應地停留在較低水平，尿液中多胺重新增加預示著腫瘤復發，多胺可以增強腫瘤侵襲和遠處轉移的能力，抑制免疫系統對腫瘤免疫監視功能［3］，腫瘤患者體內多胺含量增加與不良預后有關。

1．2 多胺與結直腸癌 多胺對于正常細胞生長是必不可缺少的，在腫瘤組織內多胺含量增加可以促進腫瘤快速增長，與其他腫瘤一樣在結直腸癌組織也存在多胺含量的增加［4］。研究顯示結直腸癌組織內多胺含量高于癌旁組織，癌旁組織高于非癌癥患者結直腸組織，通過這個梯度對比多胺含量的差異，多胺可能是發現早期結直腸癌的標志物［5］。在多胺與結直腸癌預后關系的研究中發現多胺與結直腸癌的預后和復發呈正相關，多胺可能是影響結直腸癌預后的一個危險因素，研究證明減少膳食中多胺的攝取，干擾多胺代謝途徑有助于結直腸癌的預防［6］。

腫瘤發生過程中多伴有多胺代謝異常，因此干擾多胺代謝途徑，加快多胺代謝成為抗腫瘤治療的新途徑。精瞇/精胺N1 － 乙 酰 轉移 酶(spermidine/spermine N1 － acetyltransferase，SSAT)是多胺分解代謝過程中的關鍵酶，SSAT 主要催化精瞇與精胺乙酰化反應，乙酰化的多胺分子因減少了氨基末端電荷，改變了其與大分子的結合能力，生理活性降低，進而被細胞膜上的多胺轉運體運出細胞外。SSAT 在維持體內多胺代謝平衡方面發揮著重要作用，SSAT 表達水平改變與腫瘤發生密切相關［7］。在體外研究中發現構建高表達SSAT 的腺病毒(AD －SSAT)，用AD－SSAT 感染結直腸癌細胞，在SSAT 高表達的條件下通過抑制周期蛋白A 和核因子E2F－1 的表達抑制結直腸癌細胞生長，誘導細胞周期停滯在S 期［8］。流行病學和臨床研究已經證明非甾體抗炎藥(non － steroidal anti － inflammatory drugs，NSAIDs)能夠預防結腸直腸癌和息肉的發生，其中一個重要機制是抑制環氧合酶的活性誘導腫瘤細胞凋亡，另一個原因是誘導SSAT 的表達加快多胺的代謝。Turchanowa 等［9］在細胞實驗中，將吲哚美辛作用于結直腸癌細胞，結果顯示SSAT 活性顯著增加，加快多胺乙酰化排除細胞外，并且這種多胺的代謝不能通過增加多胺的攝取來逆轉。有研究將非甾體抗炎藥與靶向多胺代謝劑聯合應用于結直腸腺瘤的預防，結果顯示這個組合方案能夠有效地降低腺瘤的復發率［10］。

2 ODC 在結直腸癌中的表達意義

2．1 ODC 與結直腸癌 ODC 是多胺合成過程中的第一限速酶，催化鳥氨酸脫羧生成腐胺［11］。ODC 參與腸細胞的分化與增殖，正常腸黏膜組織內ODC 呈低表達，當腸黏膜組織受損時，ODC 的活性增加促進多胺合成，修復受損黏膜組織，因此ODC 的表達量可以預示腸黏膜組織增生狀態［12］。ODC 與細胞的生長、增殖、轉化和血管生成有關，ODC 過度表達下調腫瘤抑素表達，促進病理性血管生成和腫瘤生長，在多種腫瘤組織中存在ODC 過度表達［13］，早期研究中人們發現結直腸癌組織中多胺含量的增加與ODC 活性增加有關，比較結直腸癌組織與癌旁組織內ODC 蛋白含量與ODC mRNA 表達量，癌組織均明顯高于癌旁組織［14］。

2．2 ODC 受WNT 信號通路的調節 ODC 基因表達受多種因素的調節，在結直腸癌發展過程中ODC 受WNT 信號通路調節，激活后的WNT 信號通路上調c －MYC 基因的表達［15］，c －MYC 基因編碼產生MYC 蛋白，MYC 蛋白是ODC 基因的轉錄激活因子［16］。MYC 與MAX、MAD1 同屬堿性螺旋－環－螺旋(basicHelix－Loop－Helix，bHLH)轉錄因子家族，主要參與基因的轉錄調控［17］。MYC 與MAX 形成異源二聚體結合ODC 基因啟動子上游結構為CACGTG 的E－box 區時，可激活ODC 基因的表達。MAD1 是MYC 的拮抗蛋白，MAD1 與MAX 形成異源二聚體結合E－box 區對ODC 基因的表達起抑制作用［18］。抑癌基因APC 是組成WNT 信號通路中的一部分，APC 基因突變導致WNT 信號通路異常。APC 基因突變是家族性結腸腺瘤息肉病(familial adenomatous polyposis，FAP)發病的主要原因，超過80%的散發結直腸癌患者攜帶有突變的APC 基因。正常情況下APC 蛋白與糖原合成酶激酶GSK3β(glycogen synthase kinase－3β，GSK3β)相互作用，使β －連環蛋白(β －catenin)被GSK－3β 磷酸化，從而被蛋白酶體降解。在癌組織內，突變的APC 基因編碼產生APC 蛋白使GSK －3β 失去了磷酸化β －catenin 的功能，導致β－catenin 在細胞質內堆積進入細胞核與T 細胞因子/淋巴增強因子(T －cell factor/lymphoid －enhancing factor，TCF/LEF)形成復合物結合基因的啟動子區，調控相應基因表達［19］。c－MYC 基因是受WNT 信號通路調控的癌基因之一，激活的WNT 信號通路改變了c －MYC 基因的表達狀態。在神經母細胞瘤、乳腺癌、前列腺癌中都存在c －MYC 的過度表達，但只有在結直腸癌c－MYC 的失調是由于上游APC 基因的突變。在野生型APC 基因存在的情況下，c－MYC 表達受抑制，MAD1 表達上調。如果APC 基因發生突變，則MAD1 表達受抑制，c －MYC 表達上調。因此APC 基因突變誘導c －MYC基因表達是結直腸癌組織內ODC 表達增加的一個重要因素。

2．3 ODC 受K－ras 基因的調節 K －ras 基因突變是結直腸癌發生過程中的一個重要危險因素，RAS 蛋白家族為膜結合型的GTP/GDP 結合型蛋白，通過GTP 和GDP 間相互轉化作用有規律地調節K－ras 蛋白對信號通路的開啟和關閉，傳遞細胞生長和分化信號。當RAS 基因突變時，RAS 蛋白一直處于活化形式，使信號傳導通路持續處于開放狀態，刺激細胞不斷增殖與分化，最終導致腫瘤發生［20］。在結直腸癌中K －ras 基因突變率為27% ～43%，K －ras 突變誘導ODC 表達，抑制SSAT 轉錄，因此突變的K－ras 基因通過增加ODC 活性，減少多胺的乙酰化代謝增加癌組織內多胺的含量［21］。

3 ODC 基因多態性在結直腸癌中的研究進展

ODC 廣泛存在于哺乳動物的細胞核與細胞質中，是一種可被多種因素誘導的氨基酸脫羧酶，編碼產生ODC 基因位于人類第二染色體上，在ODC 基因的調控區兩個E －box 之間存在一個功能性的單核苷酸多態性位點ODC G316A［22］。該多態性位點影響結直腸腺瘤復發率，國外的臨床實驗顯示ODC AA 型具有較低的復發率，并且服用阿司匹林后ODC AA/AG 型腺瘤復發率降低，尤其是ODC AA 型在服用阿司匹林后腺瘤復發率降低50%，阿司匹林對ODC GG 型腺瘤復發率并沒有顯著影響［23］。這是由于轉錄抑制因子MAD1 對ODC A 等位基因具有選擇性抑制作用，在APC 野生型的結直腸組織內c－MYC 基因表達被抑制從而抑制ODC AA/AG 型的轉錄活性，減少組織內多胺合成。阿司匹林并不影響ODC 基因表達調控，而是通過誘導SSAT 表達增加多胺代謝［24］。ODC A 等位基因可以作為阿司匹林預防結直腸腺瘤復發有效的一個標志，使患者能夠更好地從治療中受益。

ODC G316A 與結直腸癌的生存率顯著相關，Zell 等［25］選取了400 例Ⅰ～Ⅲ期結直腸癌患者，研究ODC G316A 與結直腸癌生存率之間的關系，發現ODC AA/AG 型患者比ODC GG型生存風險要高，這與結直腸腺瘤中的研究結果相反。該研究中細胞實驗顯示轉錄因子MAD1 與MYC 更易作用于ODC A 等位基因，上皮發生惡性轉變促使c－MYC 表達上調，ODC AA 型的轉錄活性顯著高于ODC GG 型，由此可見癌變更有可能發生于ODC A 等位基因的攜帶者。在前列腺癌與ODC G316A 的關系研究中也得出了相似結論，煙草中的尼古丁能夠提高ODC活性，吸煙與ODC G316A 相互作用影響患前列腺癌的風險，在病例對照研究中顯示基因型并沒有顯著直接影響這種風險，但是吸煙增加ODC A 等位基因的攜帶者患前列腺癌的風險［26］。雖然ODC G316A 與腺瘤復發率和結直腸癌生存率有關，但有研究顯示該多態性位點并不影響患結直腸癌的風險［27］，該實驗人群僅限于捷克共和國，而且考慮的影響因素單一，ODC G316A 并不是患結腸癌的獨立危險因素，而是與其他因素共同作用參與結直腸癌的癌變過程。

在正常人群中，由于MAD1 呈高表達狀態，c－MYC 表達受抑制，ODC A 等位基因是一個保護性基因。當受APC 與K－ras基因突變、吸煙或者炎癥等多種因素作用時，ODC A 等位基因有可能轉變成一個危險因子。ODC 基因型分布頻率在不同種族之間存在差異，目前關于ODC 基因多態性的研究主要人群是白種人，亞洲人群的研究較少。關于該多態性位點與亞洲人群結直腸癌之間的關系研究是否也會得出同樣的結論，需要進一步研究驗證。

4 ODC 與結直腸癌的治療與預防

作為多胺合成過程中的限速酶，ODC 在腫瘤組織內活性增加促進多胺合成，因此抑制ODC 活性成為腫瘤治療的靶點。二氟甲基鳥氨酸(Difluoromethylornithine，DFMO)是ODC 不可逆性抑制劑，與鳥氨酸競爭ODC 的活性位點，被脫羧后生成高活性中間體并與ODC 結合使之失活。但是單用DFMO 癌癥治療效果并不理想，因為機體為了維持體內多胺水平，ODC 代償性表達增加促進多胺合成［28］。有研究顯示Hsp90 抑制劑可以通過誘導ODC 抗酶(OAZ1)表達進而抑制ODC 在結直腸癌細胞中的表達和促進多胺代謝［29］。因此有人認為Hsp90 抑制劑可以聯合DFMO 用于結直腸癌的治療，抑制ODC 代償性過度表達，從而達到治療目的，但是目前并沒有臨床試驗證明這個假設。雖然DFMO 用于癌癥治療效果欠佳，但臨床試驗中OFMO 聯合舒林酸可以預防結直腸腺瘤復發。試驗采取隨機雙盲，設安慰劑對照組，入組標準是1 a 內做過結直腸腺瘤切除術，排除FAP、患有其他結直腸息肉綜合癥和結直腸癌的，以及其他癌癥的也不能入組。試驗組每天服用DFMO 500 mg 和舒林酸150 mg，對照組服用安慰劑，觀察3 a。結果顯示服用低劑量的DFMO 聯合舒林酸使散發結直腸腺瘤的復發率下降70%［30］。在1 項Ⅲ期臨床試驗中，有人將飲食多胺與DFMO和舒林酸聯合用于結直腸腺瘤的預防，試驗根據飲食多胺的攝入量分為4 個劑量組，結果顯示高劑量組并沒有從DFMO 和舒林酸的治療中受益，而另外較低劑量的3 組腺瘤復發率降低了81%［31］。結直腸癌大部分起源于腺瘤，結直腸腺瘤屬于癌前病變，DFMO 聯合舒林酸降可用于結直腸癌的預防，若這個組合方案中限制多胺的攝取，則會達到更佳的預防效果。

5 結語

多胺代謝與腫瘤發生和促進細胞惡性轉化有著密切關系，ODC 通過調節多胺含量在細胞增殖、分化和腫瘤發生中起著重要作用。ODC 在結直腸癌中存在過度表達，受多種癌基因調節與APC 與K－ras 基因突變共同作用于結直腸的癌變過程，因此可以ODC 為靶點研發新型的抗腫瘤藥物用于結直腸癌的化學治療。ODC G316A 不僅影響結直腸癌的生存風險而且影響結直腸腺瘤對NSAID 的有效率，ODC A 等位基因可能是結直腸癌發病過程中的遺傳危險因素，結直腸癌化學預防的有效標志物。隨著關于ODC G316A 與結直腸癌關系的進一步研究，將為探求結直腸癌發生、發展機制以及結直腸癌預防提供新思路。

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