賴氨酰氧化酶家族成員在肝癌中的研究進展▲

沈仕俊 葉秋文 向春明 李 恒 穆 云

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

【提要】 賴氨酰氧化酶(LOX)家族成員是銅依賴性胺氧化酶,特征是其催化活性有助于細胞外基質的交聯重塑,而細胞外基質的交聯重塑在腫瘤組織周圍的血管生成中起著關鍵作用,并參與形成腫瘤微環境。越來越多的研究表明LOX家族成員在肝癌的發病機制和腫瘤微環境形成中發揮關鍵作用,具有作為治療靶點的潛力。本文就LOX家族成員與肝癌的發生、發展關系及潛在靶向治療作用進行綜述。

肝癌是全球第六大常見腫瘤,也是全球癌癥相關死亡的第三大因素[1]。但是目前治療晚期肝癌的方法有限,世界衛生組織預計未來10年肝癌患者死亡例數將達100多萬例[2]。賴氨酰氧化酶(lysyl oxidase,LOX)家族成員通過促進膠原交聯、細胞外基質的交聯重塑、上皮細胞-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),改變腫瘤微環境及促進腫瘤轉移前微環境形成,以及激活局部黏著斑激酶/磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/缺氧誘導因子1ɑ(hypoxia inducible factor 1α,HIF-1ɑ)信號通路、果糖-1,6-二磷酸酶1軸等方式,促進肝癌的發生、發展,LOX家族成員的異常表達與肝癌患者預后密切相關[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的潛力逐漸顯現。

1 LOX家族成員與肝癌的發生、發展

LOX家族共有5個成員,分別是LOX及LOX樣蛋白(LOX like protein,LOXL)1～4[4]。LOX家族成員是銅依賴性胺氧化酶,在結構上由高度保守的C端結構域和可變N端結構域組成。其中,C端結構域由含銅結合域的氨基酸殘基、賴氨酸酪氨酰醌殘基和細胞因子受體樣結構域組成[5]。LOX和LOXL1的N端結構域中具有1個LOX前肽,而LOXL2～4的N端結構域存在4個富含半胱氨酸結構域的清道夫受體(scavenger receptor cysteine-rich domain,SRCR)[6]。結構的差異導致成熟形式的LOX和LOXL1仍需要在細胞外進一步處理才能發揮功能,LOXL2～4則不需要。LOX家族成員是哺乳動物體內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氨酸ε-氨基發生氧化脫氨,導致共價交聯結構的形成,從而穩定膠原蛋白和彈性蛋白纖維,保持細胞外基質的結構穩定性,這也是重塑肝臟中細胞外基質交聯的基礎[7-8]。研究表明,LOX家族成員表達升高與許多實體瘤惡性程度及預后不良相關[9-10]。在肝臟中,LOX和LOXL1～4 5個成員分別通過不同的通路及方式參與肝炎、肝纖維化、肝癌的發生、發展全過程,其與肝細胞的惡性轉化,肝癌細胞的遷移、黏附、侵襲,以及腫瘤轉移前微環境形成密切相關,在肝癌發生、發展中具有重要的作用[9,11]。

1.1 LOX在肝癌發生、發展中的作用機制 LOX主要通過兩條路徑參與調控肝癌的發生和發展過程:(1)LOX通過參與血管生成的調節進而調控肝癌的發生、發展。LOX可催化膠原蛋白和彈性蛋白單體中賴氨酸ε-氨基發生氧化脫氨,導致共價交聯結構的形成,從而促進細胞外基質重構。而細胞外基質是腫瘤微環境中不可或缺的一部分,其參與腫瘤及腫瘤周圍的血管生成,促進腫瘤的生長及轉移[12]。研究表明,LOX過表達可促進腫瘤細胞分泌血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)來刺激血管生成,并增強內皮細胞的成管能力[13]。敲除肝癌細胞中的LOX可通過p38絲裂原活化蛋白激酶信號通路下調VEGF的表達,進而抑制肝癌細胞的增殖、遷移和侵襲[14]。但是LOX調控血管生成的確切機制及其臨床應用尚需進一步研究。(2)LOX通過調控缺氧進而誘導腫瘤細胞的轉移[15]。HIF-1α可與LOX基因啟動子中的缺氧反應元件結合,上調LOX的表達[16-17]。上調的LOX蛋白進一步促進EMT及血管生成擬態(vasculogenic mimicry,VM)[18]。其中,EMT可通過腫瘤的細胞外基質重塑來促進腫瘤代謝等,從而誘導腫瘤細胞的轉移[18]。VM則是一種全新腫瘤微循環模式,VM 管道內沒有血管內皮細胞襯覆,而是由腫瘤細胞模仿機體血管形成的管狀結構覆蓋,該管道與宿主的血管相通,使腫瘤細胞獲得血液供應,滿足腫瘤生長、侵襲和轉移的需要[18]。

1.2 LOXL2在肝癌轉移中的作用機制 LOXL2主要通過調控腫瘤微環境的形成來促進肝癌的局部和遠處轉移,其參與調控的途徑主要如下:(1)HBV感染與肝癌密切相關,而HBV X蛋白的反式激活及HBV X蛋白與HIF-1α的相互作用可驅動LOXL2 的分泌,從而重塑膠原纖維的交聯以促進肝癌細胞的侵襲[19]。(2)LOXL2 通過激活果糖-1,6-二磷酸酶1軸來上調肝癌細胞中HIF-1α和VEGF的表達,促進內皮細胞的管狀網絡形成及血管生成,從而導致腫瘤的發生和轉移[20]。(3)腫瘤發生轉移前會在靶器官建立轉移前生態位,為轉移的腫瘤細胞提供適合和支持其定植的微環境[21]。LOXL2 可通過促進骨髓來源細胞(bone marrow-derived cells,BMDCs)募集來促進轉移前生態位的形成。LOXL2不僅可以在肝組織中通過與細胞外基質成分交聯來促進細胞骨架重塑及肝癌細胞局部侵襲,也可以在肺組織中通過與細胞外基質成分交聯來促進BMDCs募集,從而促使肝癌細胞遠處侵襲及克隆性增殖[22]。(4)LOXL2能直接下調上皮型鈣黏蛋白的表達以促進EMT,而EMT可通過調節腫瘤代謝、細胞外基質等途徑誘導腫瘤轉移[23]。進一步研究LOXL2的靶向干預(敲除或降低其表達),也許能為肝癌的治療提供新思路。

1.3 LOXL4在肝癌發生、發展中的作用機制 近年來,LOXL4通過作用于腫瘤微環境進而調控腫瘤發生、發展的作用逐漸被闡明。然而,不同機制下LOXL4在肝癌中的作用存在差異。Li等[24]發現,LOXL4在肝癌組織中的表達上調,其表達升高與腫瘤分化程度低、血管浸潤和TNM分期高有關。免疫抑制微環境是腫瘤形成的重要因素。Tan等[25]也發現,LOXL4在肝癌組織中表達上調,且是肝癌免疫抑制微環境中免疫抑制表型巨噬細胞形成的重要調控因子,其對巨噬細胞的免疫抑制作用主要是通過干擾素介導的信號轉導及轉錄激活因子依賴性程序性死亡配體1激活而實現的。但是,Shao等[26]發現5-氮雜胞苷誘導肝癌細胞中LOXL4的表達上調后,LOXL4可通過其低等電點區域結合p53的基本結構域,LOXL4和p53之間的相互作用可誘導受損的p53再激活,導致腫瘤細胞死亡,從而阻止肝癌的進展。上述研究表明,LOXL4在不同的條件下可能激活不同的信號通路,進而產生促癌或抑癌作用,其在肝癌中的雙重作用值得進一步研究。

1.4 LOXL1和LOXL3在肝癌發生、發展中的作用機制 近年來,不斷有研究報告LOXL1具有調節肝臟病理生理的功能。Zhao等[7]發現在嚙齒類動物肝纖維化模型中,LOXL1水平增加了約30倍,并且發現LOXL1與肝硬化具有潛在聯系。Yang等[27]發現,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,并改善其脂質代謝異常。此外,有研究顯示,LOXL1可通過激活局部黏著斑激酶/磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/HIF-1α信號通路,進而導致肝纖維化和肝炎的進展,而敲除LOXL1基因可預防肝纖維化和炎癥[28]。而炎癥、纖維化均與肝癌的發生、發展密切相關,由此推測LOXL1可能通過上述途徑參與肝癌的發生、發展。但是,目前鮮有研究報告LOXL1在肝癌中的具體作用機制。研究表明,沉默LOXL3基因表達可以通過轉錄因子Snail1及泛素特異性蛋白酶4介導的EMT和Wnt/β-連環蛋白信號通路來抑制肝癌細胞侵襲[29]。目前,有關LOXL3在肝癌中的作用的研究也較少,其確切的作用機制仍有待進一步研究。

2 LOX家族成員在肝癌中的應用價值

2.1 在肝癌患者預后評估中的應用 研究表明,LOX的高表達與EMT標志物相關,并可用于預測肝癌患者的早期復發及預后不良[30]。此外,Zhu等[14]的研究表明,LOX在肝癌細胞和肝癌組織中表達上調,而下調LOX的表達可降低肝癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力,且肝癌組織中LOX表達上調與患者不良預后相關。這些研究結果均表明檢測LOX的表達水平有助于評估肝癌患者的預后。Choi等[31]報告,與非腫瘤組織相比,LOXL2在肝癌組織中的表達水平升高。Shao等[32]發現,上調肝癌細胞中LOXL2的表達可顯著促進肝癌細胞的遷移、侵襲和血管形成,肝癌組織中LOXL2過表達提示肝癌患者預后不良。Wong等[22]也發現,相對于非肝細胞癌患者(健康受試者和HBV攜帶者),肝癌患者的血清LOXL2表達水平升高,且受試者工作特征曲線分析提示LOXL2具有成為肝癌診斷標志物的潛力。上述研究提示,LOXL2可作為肝癌的生物標志物,用于患者的預后評估。

目前,關于LOXL1、LOXL3和LOXL4在肝癌中的應用研究相對較少。Liu等[33]研究發現,敲減編碼LOXL1相反鏈的基因組序列—LOXL1-AS1的表達可以抑制肝癌細胞的增殖、遷移和侵襲。Wang等[34]從TCGA數據庫中提取肝癌相關的RNA測序數據及臨床數據進行分析,發現LOXL3高表達提示肝癌患者預后較差,這提示檢測LOXL3的表達情況也有助于肝癌患者的預后評估。此外,Tian等[35]發現LOXL4在肝癌組織中的mRNA和蛋白表達水平均低于癌旁組織,LOXL4的低表達與患者較差的總生存期和高累積復發率相關。但是,也有研究表明,LOXL4高表達可促進肝細胞癌的轉移[24]。LOXL4與肝癌患者預后的關系,有待更多的研究進一步明確。

2.2 在抗腫瘤治療中的應用 LOX家族成員的表達及其與細胞之間的交互作用在腫瘤微環境中的形成和肝癌的進展中發揮了關鍵作用。因此,能抑制LOX家族成員表達的物質可能是治療肝癌的潛在物質。研究表明,LOX抑制劑氨基丙腈對人臍靜脈內皮細胞的血管生成功能具有抑制作用,且已被證實可增強抗腫瘤藥物索拉非尼的抗血管生成作用[36]。此外,氨基丙腈可通過抑制LOXL2的表達進而降低肝癌細胞的遷移和侵襲能力[37]。氨基丙腈與索拉非尼聯合用于治療肝癌可能具有潛在優勢[13]。Huang等[38]發現,紫檀二苯乙烯可通過抑制LOX的表達,來減弱肝癌的遷移和侵襲能力,其可能是治療乙醇誘導性肝細胞癌的新策略。LOXL2通過抑制1,6-二磷酸果糖的表達,以Snail依賴性的方式增強肝癌細胞Huh7 和 Hep3B的糖酵解,在肝細胞癌的進展中發揮重要作用;而LOXL2的選擇性抑制劑LOXL2-IN-1在肝細胞癌細胞中可上調1,6-二磷酸果糖的表達,并抑制Snail、HIF-1ɑ、內皮生長因子的表達,其或許有助于抑制肝細胞癌的進展[20]。還有學者發現,過表達miR-26a、miR-29a可以抑制LOXL2的轉錄,從而削弱LOXL2對肝癌細胞肝內轉移的促進作用[22]。

3 總結與展望

LOX家族成員參與細胞外基質交聯的重構,在增強肝癌細胞增殖、侵襲能力和促進腫瘤微環境形成方面具有重要作用,尤其是LOX和LOXL2。然而,LOXL1、LOXL3和 LOXL4在肝癌發病機制中的作用尚不清楚,仍需要進一步研究。此外,越來越多的研究表明,LOX家族成員在肝癌預后評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生與發展,LOX家族成員有望成為肝癌治療的新靶點,深入研究LOX家族成員在肝癌中的作用機制,可為肝癌的臨床治療提供新思路。