醛酮還原酶家族1成員B10的功能及在腫瘤中的作用研究進展▲

朱容平 姚文敏 江克清 何松青 金俊飛

(桂林醫學院附屬醫院肝膽胰外科實驗室，桂林市 541001，E-mail：rongpingzhu@qq.com)

綜 述

醛酮還原酶家族1成員B10的功能及在腫瘤中的作用研究進展▲

朱容平 姚文敏 江克清 何松青 金俊飛

(桂林醫學院附屬醫院肝膽胰外科實驗室，桂林市 541001，E-mail：rongpingzhu@qq.com)

醛酮還原酶家族1成員B10(AKR1B10)是一種醛酮還原酶，主要功能是還原醛酮類羰基化合物、促進脂質合成和調節視黃酸代謝。AKR1B10主要在小腸和結腸中表達，在其他正常組織中低表達或不表達。近年來研究表明AKR1B10與腫瘤關系密切，在腫瘤的發生發展過程中發揮重要的作用，并且AKR1B10可能成為腫瘤診斷非常有價值的分子標記物以及靶向治療腫瘤的新靶點。本文就AKR1B10的分子結構、功能、與腫瘤的關系以及在臨床的應用等相關最新研究作一綜述。

醛酮還原酶家族1成員B10；醛酮還原酶家族；功能；腫瘤；作用機制；臨床應用；綜述

醛酮還原酶家族1成員B10(aldo-keto reductase family 1 member B10，AKR1B10)也稱醛糖還原酶相似蛋白，是醛酮還原酶(aldo-keto reductase，AKR)超家族的一個新成員。AKR家族主要是以單體可溶性蛋白的形式存在，分子量介于34～37 kDa，AKR超家族包括近200個成員，分成16大類，每一大類又分成不同的亞型[1]。AKR在生物體內可能參與了包括羰基解毒、激素和脂質代謝、滲透調節、腫瘤的形成以及腫瘤耐藥等生物學過程[2]。

AKR1B10主要在正常消化道上皮中表達，而在其他正常組織中表達極低或者不表達[3]。近期研究表明AKR1B10與腫瘤關系密切，在肝癌[4]、肺癌[5]、胰腺癌[6]、乳腺癌[7]、鼻咽癌[8]等非消化道實體腫瘤中高表達，而在結直腸癌中的表達出現下降[9]。AKR1B10是腫瘤細胞存活的關鍵，靶向抑制AKR1B10可促進細胞凋亡，AKR1B10有望成為腫瘤靶向治療的新靶點[4]。本文根據最新研究，就AKR1B10的分子結構、生理功能、與腫瘤發生發展的關系以及其在腫瘤臨床診斷和治療中的應用前景等方面進行綜述。

1 AKR1B10的分子結構

AKR1B10基因位于7號染色體長臂3區3帶，其cDNA序列全長約1.35 kb，編碼由316個氨基酸殘基構成、分子量大小為36 kDa的蛋白質[3]。AKR1B10蛋白質通過折疊形成AKR家族經典的含有8個(α/β)2的桶狀拓撲結構，桶狀結構后方的3個環狀結構決定著其底物特異性和抑制劑的特異性，輔酶和底物的結合位點在蛋白的不同區域[1]。作為一種具有高效催化活性的酶，AKR1B10的底物結合位點主要集中在酪氨酸(tyrosine，Tyr)49、組氨酸(histidine，His)111和色氨酸(tryptophan，Trp)112三個氨基酸殘基上，而這些重要的底物結合位點被證實能與一些抑制劑結合[10]。AKR1B10的一級結構含半胱氨酸(cysteine，Cys)殘基，Cys299是決定酶活性的重要氨基酸殘基[11]，它可作為AKR1B10酶活性抑制劑的連接位點，在調節AKR1B10酶活性的過程中起重要的作用[12]。

2 AKR1B10的功能

2.1 羰基解毒 AKR1B10以還原型輔酶Ⅱ為輔酶，能有效催化羰基化合物(如α，β-不飽和羰基化合物)轉化為毒性低的醇類物質，從而使細胞免受羰基的損傷[13]。羰基化合物可與氨基酸、蛋白質的自由基和疏水基團結合，形成非特異性共價修飾產物，介導蛋白質的解離和聚合，導致蛋白質功能失調，甚至使蛋白質轉化為自身抗原，引起自身免疫反應[14]。羰基化合物還能與DNA結合形成DNA加合物，阻斷DNA聚合酶催化的半保留復制，抑制基因轉錄，甚至引起DNA片段的突變和斷裂[15]。蛋白質的功能異常和DNA的突變、斷裂等都與腫瘤的發生密切相關[16]。日常飲食含有大量的羰基化合物，腸道微生物的代謝過程也產生大量的羰基化合物[17]。AKR1B10能通過清除食物中的羰基化合物進行解毒代謝，故腸道上皮AKR1B10的缺陷可能是結腸炎性病變和結腸腫瘤的重要致病因素[9，15]。沉默AKR1B10基因則可導致細胞增殖和克隆生長受到抑制，并使細胞對細胞毒性物質羰基化合物更加敏感[18]；相反，上調AKR1B10的表達可以使細胞免受羰基化合物的毒性作用[19]，表明AKR1B10在細胞內可以起到細胞解毒，保護宿主細胞的作用。

2.2 參與視黃酸代謝 有學者指出，視黃酸信號分子與多種腫瘤關系密切，它可通過抑制細胞周期調節腫瘤細胞的增殖和凋亡[20]。視黃酸受體屬于細胞核受體超家族的一個成員，主要功能是誘導細胞進行分化，影響細胞的增殖[21]。在腫瘤組織中，視黃酸代謝發生改變，視黃酸水平出現下降[21]。視黃酸信號分子在氣道上皮的分化過程中起關鍵的作用，視黃酸的缺乏可誘發氣道上皮的癌變，AKR1B10對視黃醛類物質表現出高效的催化活性[22]，能催化視黃醛轉化為維生素，從而減少了視黃酸的生成，而視黃酸是調節細胞增殖與凋亡的重要信號分子[23]。這提示AKR1B10可通過調節視黃酸代謝促進細胞的增殖，從而導致腫瘤的形成。

2.3 調節脂質合成 長鏈脂肪酸是生物膜的基本組成成分，也是脂質第二信使的前體物質，在細胞的生長和增殖以及細胞信號傳導過程中起關鍵作用。脂肪酸合成增加被認為是腫瘤形成非常重要的細胞事件，AKR1B10可與脂肪酸從頭合成途徑的關鍵酶-乙酰輔酶A羧化酶α(acetyl-CoA carboxylase α，ACCα)結合，抑制其泛素化途徑介導的蛋白降解，從而起到穩定ACCα的作用[24]。ACCα催化三磷酸腺苷依賴的乙酰輔酶A進行羧化形成丙二酰輔酶A，丙二酰輔酶A是脂肪酸合成的底物，所以AKR1B10可以通過穩定ACCα促進脂肪酸和脂質的從頭合成，從而維持細胞的生存和增殖。AKR1B10是癌細胞存活的關鍵，靶向抑制AKR1B10基因的表達可促進細胞凋亡，而凋亡細胞的脂質合成明顯降低[24]。因此，AKR1B10可通過促進脂類物質的合成來調節腫瘤的增殖。

2.4 調節蛋白質的異戊烯化和信號蛋白質的激活 AKR1B10能催化法呢醛和香葉基香葉醛發生還原反應，其還原產物法呢醇和香葉基香葉醇參與調節一些致瘤蛋白的異戊烯化和蛋白質的激活[25]。突變型Kras蛋白是胰腺癌的一種致瘤蛋白，需要通過蛋白質的異戊烯化使其激活發揮致瘤作用[26]。使用AKR1B10的抑制劑sulindac處理胰腺癌細胞，發現sulindac可抑制Kras蛋白的異戊烯化，并且還能抑制Kras蛋白的下游信號通路(如C-Raf、絲裂素活化蛋白激酶1/2、細胞外調節蛋白激酶1/2)，以抑制Kras蛋白的致癌作用[26]。下調AKR1B10基因導致胰腺癌細胞克隆、侵襲和細胞遷移能力下降，而且活化形式的Kras蛋白和其下游信號分子水平明顯下降，然而鈣黏蛋白E的表達卻出現上調[6]。鈣黏蛋白E是細胞黏附必不可少的蛋白，可抑制細胞的侵襲和遷移，維持上皮組織的正常功能[27]。因此，AKR1B10可以通過調節蛋白質的異戊烯化和信號蛋白質的激活來促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和遷移。

2.5 參與調節S1P信號通路 Wang等[24]研究發現，靶向抑制腫瘤細胞的AKR1B10基因可導致細胞凋亡，并且使這些凋亡細胞的脂質合成減少50%以上，特別是磷脂的減少更加明顯。磷脂是各種細胞器生物膜的基本組成部件，磷脂合成降低影響線粒體的結構和功能完整，進而誘導細胞發生氧化應激反應，并且能引起細胞色素C的釋放，從而激發天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶3(cysteinyl aspartate-specific proteinase 3，caspase-3)通路介導的細胞凋亡，而作為磷脂合成的起始物質棕櫚酸可以部分逆轉AKR1B10沉默誘導的細胞凋亡[24]。1-磷酸神經鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)是神經鞘脂信號通路中的重要分子，S1P參與細胞的轉化、生存、凋亡以及腫瘤微環境的調節和腫瘤血管的生成等生物學過程[28]。最新研究發現AKR1B10可以通過調節S1P影響腫瘤細胞的增殖，靶向抑制肝癌細胞HepG2(高表達AKR1B10)的AKR1B10能導致細胞發生凋亡，并且S1P的分泌也明顯降低[4]。由此可知，AKR1B10參與調控S1P信號通路，S1P很有可能是AKR1B10調控細胞增殖與凋亡的下游信號分子。

3 AKR1B10與腫瘤發生、發展的關系

3.1 AKR1B10與腫瘤的發生 AKR1B10主要在正常消化道上皮中表達[3]，它能有效地清除羰基類化合物并將其轉化為相應的更低毒性的醇類物質，使腸道黏膜細胞免受羰基化合物引起的蛋白質功能紊亂和DNA損傷引起的基因突變等傷害，減少腫瘤的發生[15]。近期Shen等[9]在結直腸癌的癌前病變-潰瘍性結腸炎的動物模型中發現，AKR1B8(為人AKR1B10同源體)基因敲除小鼠的腸道黏膜細胞增生受到明顯抑制，而腸道黏膜細胞的基因突變和異型增生均有增加。AKR1B10在腸道黏膜還可以通過促進脂肪酸和脂質的合成來促進腸道隱窩的自新作用，維持腸道的正常功能[9]。因此，我們可以推斷AKR1B10表達下調可能是結直腸癌非常重要的致病因素。

然而，AKR1B10在非腸道實體腫瘤中表達上調[4-8]，其作用機制主要是AKR1B10參與調節視黃醛酸代謝[21]、脂質合成[24]和調控S1P信號通路[27]等途徑促進細胞增殖和惡性轉化。因此，AKR1B10的這些作用可能與非腸道腫瘤的發生有關。但迄今為止，AKR1B10在不同腫瘤中的作用機制仍未完全明確，要完全闡明AKR1B10與腫瘤發生的關系還需要有更多更深入的研究。

3.2 AKR1B10與腫瘤的發展 AKR1B10與腫瘤的發展關系密切，靶向沉默AKR1B10可促進由線粒體損傷和氧化應激介導的細胞凋亡[24]。用敲除AKR1B10基因的肝癌細胞構建的小鼠模型表現出腫瘤生長受到明顯抑制[29]。靶向沉默AKR1B10基因可使腫瘤細胞的致癌基因c-myc、c-fos、N-ras和與增殖相關的基因Ki-67表達降低，而凋亡相關基因淋巴細胞瘤Bcl-2相關X蛋白和caspase-3表達卻出現上調[30]。由此可推斷，AKR1B10可能通過影響致癌基因的表達來調節細胞的增殖、凋亡和細胞的惡性轉化。也就是說抑制AKR1B10基因可以抑制腫瘤細胞增殖和腫瘤的發展，反之AKR1B10 基因的過表達則可加快腫瘤細胞的增殖。

3.3 AKR1B10與腫瘤耐藥性 最近研究發現，AKR家族的多個成員與抗腫瘤藥耐藥有關[31]。AKR1B10介導的腫瘤耐藥可能與以下3個因素有關：(1)代謝抗腫瘤藥物。AKR1B10可催化還原道諾霉素和伊達比星抗腫瘤藥物的C13酮基，將其還原成相應的醇類化合物，使這些藥物失去了原有的細胞毒性作用，引起腫瘤細胞耐藥[32]。(2)促進細胞的增殖。AKR1B10可通過羰基解毒和促進脂質合成等途徑使腫瘤細胞增殖。(3)抗氧化作用。化療藥物可使腫瘤細胞產生大量的活性氧物質，活性氧物質可與細胞內的生物大分子結合產生高反應性和毒性的羰基化合物，AKR1B10能把這些毒性高的化合物還原成低毒性醇類物質，從而起到抗氧化作用[33]。有研究顯示，抗腫瘤藥物聯合應用AKR1B10抑制劑可以有效地增加腫瘤細胞對抗腫瘤藥物的敏感性[32]，這可能是解決AKR1B10介導的腫瘤耐藥的突破口。

4 AKR1B10在各腫瘤中的表達

有研究表明，AKR1B10與多種腫瘤關系密切，其在非腸道實體惡性腫瘤中高表達[4-8]。AKR1B10最先是Cao等[3]從肝癌組織中克隆分離出來的，在54%的肝癌組織中呈高表達，而在肝癌旁組織卻檢測不到該基因的表達。我們對肝惡性腫瘤組織AKR1B10的mRNA水平與患者的臨床病理信息作相關性分析，發現AKR1B10的mRNA水平與患者的血清甲胎蛋白水平、淋巴結轉移以及腫瘤臨床分期密切相關，AKR1B10表達越高提示有更短的無瘤生存期和總生存期[4]。AKR1B10在84.4%的肺鱗癌和29.2%的肺腺癌中高表達[22]，其表達水平還與病人的吸煙史有關[34]。Ma等[35]通過酶聯免疫吸附測定的方法檢測乳腺癌病人血清的AKR1B10蛋白的含量，其在乳腺癌患者的濃度為15.18 ng/ml，而在正常人群濃度僅有3.14 ng/ml，AKR1B10可作為乳腺癌早期診斷的血清學腫瘤分子標志物。然而，與非消化道實體腫瘤不同，AKR1B10在結直腸癌組織中表達出現下降或者不表達[9]。由此可知，AKR1B10參與了多種腫瘤的發生、發展，其表達水平有各自不同的特征，具體作用機理也有差異，AKR1B10在這些腫瘤中的作用機制仍有待進一步的研究。

5 AKR1B10的臨床應用及其前景

由上述可知，AKR1B10在非腸道惡性腫瘤中高表達[4-8]，而在結直腸癌中低表達[9]。通過對患者的臨床病理信息進行研究分析，發現AKR1B10的表達水平與患者的術后生存時間、復發等因素密切相關，AKR1B10可作為判斷腫瘤治療預后的重要指標[4，35]。AKR1B0是一種分泌蛋白[36]，腫瘤患者血清中的AKR1B10蛋白濃度能間接反映其在腫瘤組織的表達水平[35]，故AKR1B10有望成為惡性腫瘤早期診斷的血清學分子標志物。聯合AKR1B10抑制劑處理腫瘤細胞可以增強化療藥物的細胞毒性作用[32]，提高化療藥物的療效，這可能為解決臨床腫瘤耐藥提供了新的思路；此外，AKR1B10被認為是腫瘤細胞生長和增殖的關鍵[5]，靶向抑制AKR1B10可誘導腫瘤細胞凋亡，AKR1B10有望成為腫瘤治療的新靶點。但是，我們對AKR1B10在腫瘤的作用機制仍然不是很透徹，仍然需要更多更深入的研究去進一步闡明。

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廣西桂林市科學研究與技術開發計劃(20140310-2-1)

朱容平(1988～)，男，在讀碩士研究生，研究方向：肝膽疾病。

金俊飛(1968～)，男，博士，教授，研究方向：神經鞘脂與相關疾病，E-mail：changliangzijin@163.com。

R 730.43

A

0253-4304(2016)11-1585-04

10.11675/j.issn.0253-4304.2016.11.29

2016-05-02

2016-06-30)