Alpha-烯醇化酶与疾病的相关性

樊莎莎 综述， 范列英 审校

(1. 同济大学附属东方医院检验科，上海 200120； 2. 湖北恩施州民族医院检验科，湖北 恩施 445000)



·综 述·

Alpha-烯醇化酶与疾病的相关性

樊莎莎1，2综述， 范列英1审校

(1. 同济大学附属东方医院检验科，上海 200120； 2. 湖北恩施州民族医院检验科，湖北 恩施 445000)

alpha-烯醇化酶(α-enolase, ENO1)是原核及真核细胞内糖酵解过程中的限速酶，参与纤溶酶原的激活和纤溶酶活化过程，促进肌生成和肌肉再生,调控细胞增殖与凋亡等过程，其在细胞内外表达量的变化与疾病的发生发展过程密切相关，如阿尔兹海默病、类风湿关节炎、肿瘤、心血管疾病等。

alpha-烯醇化酶; 肿瘤; 类风湿关节炎； 阿尔兹海默病; 心血管疾病

烯醇化酶(enolase)是1934年lohman和mayerhof在研究肌肉提取物磷酸甘油酸向丙酮酸转换的过程中发现的。从古细菌到哺乳动物，其序列高度保守，既可催化糖酵解过程中2-磷酸-D-甘油酸(PGA)向磷酸-烯醇式丙酮酸(PEP)的转化，又可在糖原合成过程中，催化逆向反应，即作为磷酸丙酮酸水合酶，由PEP向PGA转化[1]。在脊椎动物，该酶存在三种亚型： α-enolase (ENO1)几乎在所有组织表达，β-enolase (ENO3)主要在肌肉组织中表达，γ-enolase (ENO2)仅在神经元及神经内分泌组织表达。尽管ENO1在生物界普遍表达，但其表达量与细胞病理生理状况、代谢状态或分裂状态有关，因此它并不能作为看家基因。通常情况下，ENO1作为一种胞浆蛋白广泛存在，然而ENO1也可以表达于细胞表面或与DNA结合的形式出现[2]。这也提示ENO1除了作为糖酵解反应的限速酶外，还参与细胞其他生物学活动，最近的研究进一步证实ENO1的确是一个多功能的蛋白。它在多种细胞(T/B cells，神经细胞，内皮细胞)表面作为重要的纤维蛋白酶原受体，调节细胞外的纤溶活性；其次，它被视为神经营养因子，热休克蛋白，缺氧应激蛋白，是眼晶状体蛋白的重要组成成分，连接肌动蛋白与微管蛋白，与癌细胞的中心体也有关，还是自身免疫性疾病中自身抗原的重要组成部分，因此ENO1也似乎成为“兼职蛋白”家族的一员，所谓“兼职蛋白”即有相同的基因编码的同种蛋白具有不同的功能[3]。

1 ENO1与肿瘤

糖酵解酶在不同的细胞中所起的作用越来越受到重视，与正常细胞相比，肿瘤细胞最基本的改变是代谢的变化，这为使用糖代谢酶抑制剂选择性地杀灭肿瘤细胞提供新的治疗策略[4]。Warburg等[5]观察到癌细胞会偏向使用糖酵解作用取代一般正常细胞的有氧循环，所以癌细胞使用线粒体的方式与正常细胞就会有所不同，而癌细胞主要使用糖解作用取代有氧循环的现象，就称作瓦氏效应。多种肿瘤细胞内ENO1的表达增加，它能激活多种糖代谢转运蛋白和糖酵解酶，有助于肿瘤细胞发挥瓦尔堡效应[6]。低氧是实体肿瘤的共同特征，肿瘤细胞ENO1表达上调可促进肿瘤细胞低氧增殖和侵袭。研究表明，处于发展过程中的肿瘤细胞，在缺氧的微环境中，糖酵解酶抑制剂能更为有效地诱导肿瘤细胞死亡[4]。

神经胶质细胞瘤内ENO1的糖酵解活性与三磷酸腺苷(ATP)柠檬酸合酶的增加密切相关。因此，对于过表达ENO1的肿瘤细胞来说，它很可能作为糖代谢的促进者，有助于肿瘤细胞的生长。Song的研究证实了这一观点，他发现在神经胶质细胞瘤内ENO1在mRNA及蛋白水平均高于正常组织细胞，且与肿瘤发生发展相关；降低ENO1表达不仅明显抑制瘤细胞的增殖，并且大大地抑制其迁移和侵袭能力，同时能抑制裸鼠体内肿瘤的发生[7]；稳定干扰ENO1基因表达的胶质瘤细胞系，CyclinD1、CyclinE1、PRb和NF-κB的表达也随之下降，而E-cadherin表达却恢复了，且抑制间质细胞标记分子的表达，如Vimentin、Snail、 N-Cadherin和Slug；更重要的是，抑制ENO1表达后，他发现ENO1对细胞增殖及上皮间质转化的影响是通过灭活磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号路径实现的。

Jung等[8]的实验室首次合成了ENO1的抑制剂ENOblock，是首个ENO1的小分子探针，适用于生物学研究；可以抑制ENO1的活性，在缺氧的情况下ENO1抑制剂处理过的肿瘤细胞凋亡增加，且能抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭能力；体内试验证明ENO1抑制剂可以抑制磷酸烯醇式丙酮酸的表达。Shih等[9]的研究表明，人乳腺癌细胞内ENO1的表达量增加，尤其是雌激素受体阳性的患者，这些患者癌细胞内高表达ENO1，其预后差、肿瘤体积较大、淋巴结转移较远、无瘤间歇期较短；高表达ENO1雌激素受体阳性的乳腺癌患者，术后用4-羟基他莫昔芬化疗，其远处复发率较高；体外实验表明，用小干扰RNA抑制ENO1表达后，乳腺癌细胞对他莫昔芬的耐药性降低，毒性增加，且诱导细胞对葡萄糖的吸收、抑制脂肪生成和泡沫细胞的形成，降低心脑血管事件的发生。这足以表明，对4-羟基他莫昔芬耐药的患者来说，抑制ENO1的表达可以作为一个新的药理学路径。此外，他还用NF-κB的抑制剂二硫代氨基甲酸吡咯烷(PDTC)后，发现4-羟基他莫昔芬对肿瘤细胞的毒性也增加了。Gao等[10]通过体内外实验，对乳腺癌细胞的研究表明： 降低ENO1的表达后，肿瘤的生长受到明显的抑制，肿瘤细胞对缺氧的耐受也降低了，对放疗的敏感性却提高了。研究发现，肝癌细胞中ENO1表达量显著高于癌变前期的肝细胞，提示ENO1可作为早期肝癌细胞诊断的生物标记分子。Zhang等[11]研究发现，ENO1表达与疾病临床分期和肿瘤复发密切相关，晚期和复发的患者ENO1表达明显增高，胃动蛋白1(gastrokinel, GKN1)可抑制蛋白激酶C，促进细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)和c-jun氨基末端激酶1/2(JNK1/2)的生物活性，从而发挥抑制胃癌细胞生长的功能。Yan等[12]研究发现，GKN1可参与调节74个蛋白质的功能，其中ENO1是这些蛋白质交互作用的中心元件，干扰ENO1表达可抑制胃癌细胞生长，而ENO1过表达会阻断GKN1诱导的抑制细胞生长的作用，说明ENO1可促进胃癌细胞生长。另外，Takashima等[13]发现丙型肝炎性肝癌组织中ENO1表达明显高于正常肝组织，ENO1表达越高，肝癌的恶性程度越高，而且ENO1的表达与肿瘤的大小和血管侵袭呈正相关。在结肠癌细胞增殖过程中，ENO1可通过影响糖酵解、三羧酸循环以及随后的氧化磷酸化酶底物水平来影响三磷酸腺苷(ATP)的合成，这对肿瘤细胞生长十分重要。

综上，ENO1在肿瘤的发生发展过程中起着重要作用，能够促进肿瘤细胞增殖、侵袭、转移，抑制凋亡，同时增加肿瘤细胞对药物的抵抗，而抑制其表达后，能促进肿瘤细胞凋亡、抑制细胞增殖、增加肿瘤细胞对放化疗的敏感性。因此，广泛研究ENO1在不同肿瘤中的表达量变化，阐明ENO1促肿瘤细胞增殖，抑制其凋亡及耐药发生的相关机制，将为ENO1抑制剂或靶向干扰肿瘤细胞内ENO1的表达治疗肿瘤奠定理论基础。

2 ENO1与类风湿关节炎

多种自身免疫病均检出抗ENO1抗体，ENO1作为一种自身抗原，既是胞浆酶，又可表达于肾脏、血管等组织及一些细胞膜表面。抗ENO1自身抗体通过识别ENO1膜联形式和/或干扰它的功能而于局部诱发免疫炎性反应[14]。多种自身免疫性疾病出现ENO1的过量表达，包括类风湿关节炎[15]、多发性硬化和原发性肾病[16]等。类风湿性关节炎患者关节滑膜组织中可见大量ENO1表达，且发生瓜氨酸化修饰，刺激特异性自身抗体产生，引起关节内持续慢性炎症反应。发病初期甚至发病之前类风湿关节炎患者的血清中就能够检测到抗ENO1自身抗体，这一特异的自身抗体具有潜在的诊断和预测价值，且滑膜液中也检测到大量ENO1的自身抗体及抗瓜氨酸化ENO1的自身抗体[15]。瓜氨酸化的蛋白是类风湿关节炎主要自身抗原，通过肽酰精氨酸转移酶使蛋白发生瓜氨酸化修饰，改变了蛋白原来的结构、功能及抗原性。ENO1瓜氨酸化修饰后，结构发生变化，影响ENO1二聚体的形成，从而改变了其糖代谢活性及与血浆酶原的结合能力，进一步影响血浆酶原活化，这使得类风湿关节炎滑膜中纤维蛋白降解减少[17]。质谱分析的结果显示，类风湿关节炎滑膜成纤维细胞(FLS)内ENO1的表达量比正常组织增加了3倍[18]。FLS不受限制地大量增殖是类风湿关节炎滑膜增生的主要原因之一，ENO1是否像在肿瘤细胞中一样也能够促进FLS增殖，它是如何转运到细胞膜表面，并且发生瓜氨酸化修饰，对类风湿关节炎的发生发展到底起到什么样的作用还需进一步研究。

3 ENO1与心肌病

研究表明，ENO1在心血管疾病中表达量增加，包括心脏局部缺血、心肌肥厚[19]。研究人员通过构建ENO1的过表达载体，转染到鼠的心肌细胞，心肌细胞再经过缺血缺氧再灌注处理，心肌细胞的生存能力增加，表明ENO1在某种程度上可能对心肌细胞起到保护作用[20]。ENO1被认为是心脏ATP敏感性钾通道的调控者，通过维持心肌细胞钾离子的稳态来保护心肌细胞。这些研究说明，ENO1与心肌细胞的生存及凋亡相关，但相关机制仍需进一步研究。

ENO1在细胞内的定位已基本被确定，在真核生物中，ENO1可以结合到线粒体上。然而，人们却很少关注定位于线粒体上的ENO1潜在作用。线粒体是控制细胞程序性细胞细胞死亡的内在途径，在心肌细胞中，线粒体通透性转换孔(mPTP)持久开放和线粒体细胞色素c(Cytc)的释放是阿霉素诱导心肌细胞凋亡的早期标志[21]。研究显示ENO1可以稳定线粒体细胞膜，抑制阿霉素诱导的心肌细胞凋亡，在鼠的心肌细胞线粒体上ENO1与电压依赖性阴离子(VDAC1)通道相联，而阿霉素处理后的心肌细胞ENO1的表达量降低了，且从VDAC1上解离出来[21]，因此推测ENO1稳定细胞膜作用是通过与VDAC1的相互作用实现的，阿霉素诱导心肌细胞凋亡很可能是通过将线粒体上的ENO1置换出来实现的。因此，可以大胆假设，如果哪种药物可以使ENO1重新结合到线粒体上，或者抑制ENO1与线粒体的解离，那么这将保护阿霉素引起的心肌细胞凋亡。

观察发现，与年轻雄性和老年雌性相比，老年雄性猴左心室组织糖酵解酶(ENO1、糖原氧化酶、三羧酸循环酶)表达降低，提示ENO1可能参与老年心肌病的发生；而老年雌性猴左心室组织这些酶维持在较高水平，可能与雌性心肌病的延迟发生有关，在糖尿病心肌病及左室功能失调时也观察到此类现象[22]。这些研究说明，ENO1表达量不足很可能是心肌病发生的原因之一。

4 ENO1与阿尔兹海默病

虽然γ-烯醇化酶是特异性神经元烯醇化酶亚型，但ENO1也存在于神经组织，促进纤溶酶形成，有助于轴突的形成[23]。ENO1一直被认为是大脑中主要的纤溶酶原受体，是阿尔茨海默病上调表达蛋白之一，可能是该病治疗的潜在靶点,糖代谢减退和糖酵解酶表达增加是阿尔茨海默病的主要特征[24]，但是越来越多的证据表明ENO1有除糖酵解外的其他功能： 纤溶酶原与ENO1结合后刺激纤溶酶的活化，进而激活促生存因子，丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶(MAPK/ERK)途径，也可促进纤溶酶降解淀粉样斑块中淀粉样蛋白β。因此，ENO1可能有神经保护的作用。最近，在阿尔茨海默病患者的大脑中发现了不止一种ENO1转录后修饰，可能与该病有关。这些转录后修饰使ENO1的催化活性丧失，可能与阿尔兹海默病糖代谢不足有关[25]。ENO1的转录后修饰不仅改变了糖代谢功能，而且可能改变了作为纤溶酶原受体、调控神经元存活和和淀粉样蛋白β降解，但ENO1的转录后修饰所起的其他作用正处于研究之中。

5 结 语

通过meta分析发现ENO1是致鼠科疾病的首要蛋白，也是致人类疾病的主要蛋白之一[26]，提示ENO1可能是细胞应对不同刺激的通用感受器，因此ENO1可考虑作为多种疾病病理应激过程的标志物。ENO1作为纤溶酶原受体的重要性在多种病理状态下已得到证实，如肿瘤、骨骼肌的生成、阿尔茨海默病和类风湿关节炎等。在多种疾病过程中，ENO1可能发挥其功能之一，在细胞外主要作为纤溶酶原受体，促进细胞膜表面纤溶酶的激活和细胞外基质的降解或重建，在细胞内激活细胞内生存蛋白，调控细胞的生存与凋亡。

研究ENO1在不同疾病状态下表达量的变化，及亚细胞定位，尤其是它与其他蛋白的相互作用。另外ENO1作为细胞内信号通路的激活剂，研究它与其它细胞膜蛋白相互作用机制将有助于阐明这个功能复杂蛋白的多种作用。其他的糖酵解酶(己糖激酶-2，HK；乳酸脱氢酶A，LDH；甘油醛-3 -磷酸脱氢酶，GAPDH)已被证明在转录调控中有除糖酵解外的其他功能，刺激细胞运动(葡萄糖-6-磷酸异构酶)，调节细胞凋亡(葡萄糖激酶HK和GAPDH)，这表明这些糖代谢酶的功能是非常复杂的，而不仅仅限于糖代谢途径。

关于ENO1，目前还需进一步研究的是： (1) 运送到细胞表面的机制；(2) 细胞内的定位及功能；(3) 细胞内外信号通路激活的机制。在不同的人类疾病中去研究这些问题，将有助于我们揭开这最为古老蛋白的神秘“面纱”，ENO1有可能成为不同疾病治疗的有效靶点。

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Alpha-enolase and its association with diseases

FANSha-sha,FANLie-ying

(1. Dept. of Clinical Laboratory, East Hospital, Tongji University, Shanghai 200120, China；2. Dept. of Clinical Laboratory, The National Hospital of Enshi Autonomous Prefecture, Enshi 445000, Hubei Province, China)

Alpha-enolase (α-enolase, ENO1) is a key glycolytic enzyme in cytoplasm of prokaryotic and eukaryotic cells. It involves in plasminogen and plasmin activation, promotes muscle formation and regeneration, regulates cell proliferation and apoptosis. The differential expression of ENO1 inside and/or outside of cells is related to several pathological conditions, such as cancer, Alzheimer’s disease, rheumatoid arthritis and cardiovascular disease.

alpha-enolase; cancer; rheumatoid arthritis; Alzheimer’s disease; cardiovascular disease

10.16118/j.1008-0392.2015.04.027

2014-07-29

国家自然科学基金面上项目(81373203)；国家自然科学基金青年项目(81302563)

樊莎莎(1988—)，女，硕士研究生. E-mail: fanshasha15@163.com

范列英.E-mail: flieying@hotmail.com

R 593

A

1008-0392(2015)04-0128-05