醛酮还原酶家族1成员B10的功能及在肿瘤中的作用研究进展▲

朱容平 姚文敏 江克清 何松青 金俊飞

(桂林医学院附属医院肝胆胰外科实验室，桂林市 541001，E-mail：rongpingzhu@qq.com)

综 述

醛酮还原酶家族1成员B10的功能及在肿瘤中的作用研究进展▲

朱容平 姚文敏 江克清 何松青 金俊飞

(桂林医学院附属医院肝胆胰外科实验室，桂林市 541001，E-mail：rongpingzhu@qq.com)

醛酮还原酶家族1成员B10(AKR1B10)是一种醛酮还原酶，主要功能是还原醛酮类羰基化合物、促进脂质合成和调节视黄酸代谢。AKR1B10主要在小肠和结肠中表达，在其他正常组织中低表达或不表达。近年来研究表明AKR1B10与肿瘤关系密切，在肿瘤的发生发展过程中发挥重要的作用，并且AKR1B10可能成为肿瘤诊断非常有价值的分子标记物以及靶向治疗肿瘤的新靶点。本文就AKR1B10的分子结构、功能、与肿瘤的关系以及在临床的应用等相关最新研究作一综述。

醛酮还原酶家族1成员B10；醛酮还原酶家族；功能；肿瘤；作用机制；临床应用；综述

醛酮还原酶家族1成员B10(aldo-keto reductase family 1 member B10，AKR1B10)也称醛糖还原酶相似蛋白，是醛酮还原酶(aldo-keto reductase，AKR)超家族的一个新成员。AKR家族主要是以单体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个成员，分成16大类，每一大类又分成不同的亚型[1]。AKR在生物体内可能参与了包括羰基解毒、激素和脂质代谢、渗透调节、肿瘤的形成以及肿瘤耐药等生物学过程[2]。

AKR1B10主要在正常消化道上皮中表达，而在其他正常组织中表达极低或者不表达[3]。近期研究表明AKR1B10与肿瘤关系密切，在肝癌[4]、肺癌[5]、胰腺癌[6]、乳腺癌[7]、鼻咽癌[8]等非消化道实体肿瘤中高表达，而在结直肠癌中的表达出现下降[9]。AKR1B10是肿瘤细胞存活的关键，靶向抑制AKR1B10可促进细胞凋亡，AKR1B10有望成为肿瘤靶向治疗的新靶点[4]。本文根据最新研究，就AKR1B10的分子结构、生理功能、与肿瘤发生发展的关系以及其在肿瘤临床诊断和治疗中的应用前景等方面进行综述。

1 AKR1B10的分子结构

AKR1B10基因位于7号染色体长臂3区3带，其cDNA序列全长约1.35 kb，编码由316个氨基酸残基构成、分子量大小为36 kDa的蛋白质[3]。AKR1B10蛋白质通过折叠形成AKR家族经典的含有8个(α/β)2的桶状拓扑结构，桶状结构后方的3个环状结构决定着其底物特异性和抑制剂的特异性，辅酶和底物的结合位点在蛋白的不同区域[1]。作为一种具有高效催化活性的酶，AKR1B10的底物结合位点主要集中在酪氨酸(tyrosine，Tyr)49、组氨酸(histidine，His)111和色氨酸(tryptophan，Trp)112三个氨基酸残基上，而这些重要的底物结合位点被证实能与一些抑制剂结合[10]。AKR1B10的一级结构含半胱氨酸(cysteine，Cys)残基，Cys299是决定酶活性的重要氨基酸残基[11]，它可作为AKR1B10酶活性抑制剂的连接位点，在调节AKR1B10酶活性的过程中起重要的作用[12]。

2 AKR1B10的功能

2.1 羰基解毒 AKR1B10以还原型辅酶Ⅱ为辅酶，能有效催化羰基化合物(如α，β-不饱和羰基化合物)转化为毒性低的醇类物质，从而使细胞免受羰基的损伤[13]。羰基化合物可与氨基酸、蛋白质的自由基和疏水基团结合，形成非特异性共价修饰产物，介导蛋白质的解离和聚合，导致蛋白质功能失调，甚至使蛋白质转化为自身抗原，引起自身免疫反应[14]。羰基化合物还能与DNA结合形成DNA加合物，阻断DNA聚合酶催化的半保留复制，抑制基因转录，甚至引起DNA片段的突变和断裂[15]。蛋白质的功能异常和DNA的突变、断裂等都与肿瘤的发生密切相关[16]。日常饮食含有大量的羰基化合物，肠道微生物的代谢过程也产生大量的羰基化合物[17]。AKR1B10能通过清除食物中的羰基化合物进行解毒代谢，故肠道上皮AKR1B10的缺陷可能是结肠炎性病变和结肠肿瘤的重要致病因素[9，15]。沉默AKR1B10基因则可导致细胞增殖和克隆生长受到抑制，并使细胞对细胞毒性物质羰基化合物更加敏感[18]；相反，上调AKR1B10的表达可以使细胞免受羰基化合物的毒性作用[19]，表明AKR1B10在细胞内可以起到细胞解毒，保护宿主细胞的作用。

2.2 参与视黄酸代谢 有学者指出，视黄酸信号分子与多种肿瘤关系密切，它可通过抑制细胞周期调节肿瘤细胞的增殖和凋亡[20]。视黄酸受体属于细胞核受体超家族的一个成员，主要功能是诱导细胞进行分化，影响细胞的增殖[21]。在肿瘤组织中，视黄酸代谢发生改变，视黄酸水平出现下降[21]。视黄酸信号分子在气道上皮的分化过程中起关键的作用，视黄酸的缺乏可诱发气道上皮的癌变，AKR1B10对视黄醛类物质表现出高效的催化活性[22]，能催化视黄醛转化为维生素，从而减少了视黄酸的生成，而视黄酸是调节细胞增殖与凋亡的重要信号分子[23]。这提示AKR1B10可通过调节视黄酸代谢促进细胞的增殖，从而导致肿瘤的形成。

2.3 调节脂质合成 长链脂肪酸是生物膜的基本组成成分，也是脂质第二信使的前体物质，在细胞的生长和增殖以及细胞信号传导过程中起关键作用。脂肪酸合成增加被认为是肿瘤形成非常重要的细胞事件，AKR1B10可与脂肪酸从头合成途径的关键酶-乙酰辅酶A羧化酶α(acetyl-CoA carboxylase α，ACCα)结合，抑制其泛素化途径介导的蛋白降解，从而起到稳定ACCα的作用[24]。ACCα催化三磷酸腺苷依赖的乙酰辅酶A进行羧化形成丙二酰辅酶A，丙二酰辅酶A是脂肪酸合成的底物，所以AKR1B10可以通过稳定ACCα促进脂肪酸和脂质的从头合成，从而维持细胞的生存和增殖。AKR1B10是癌细胞存活的关键，靶向抑制AKR1B10基因的表达可促进细胞凋亡，而凋亡细胞的脂质合成明显降低[24]。因此，AKR1B10可通过促进脂类物质的合成来调节肿瘤的增殖。

2.4 调节蛋白质的异戊烯化和信号蛋白质的激活 AKR1B10能催化法呢醛和香叶基香叶醛发生还原反应，其还原产物法呢醇和香叶基香叶醇参与调节一些致瘤蛋白的异戊烯化和蛋白质的激活[25]。突变型Kras蛋白是胰腺癌的一种致瘤蛋白，需要通过蛋白质的异戊烯化使其激活发挥致瘤作用[26]。使用AKR1B10的抑制剂sulindac处理胰腺癌细胞，发现sulindac可抑制Kras蛋白的异戊烯化，并且还能抑制Kras蛋白的下游信号通路(如C-Raf、丝裂素活化蛋白激酶1/2、细胞外调节蛋白激酶1/2)，以抑制Kras蛋白的致癌作用[26]。下调AKR1B10基因导致胰腺癌细胞克隆、侵袭和细胞迁移能力下降，而且活化形式的Kras蛋白和其下游信号分子水平明显下降，然而钙黏蛋白E的表达却出现上调[6]。钙黏蛋白E是细胞黏附必不可少的蛋白，可抑制细胞的侵袭和迁移，维持上皮组织的正常功能[27]。因此，AKR1B10可以通过调节蛋白质的异戊烯化和信号蛋白质的激活来促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移。

2.5 参与调节S1P信号通路 Wang等[24]研究发现，靶向抑制肿瘤细胞的AKR1B10基因可导致细胞凋亡，并且使这些凋亡细胞的脂质合成减少50%以上，特别是磷脂的减少更加明显。磷脂是各种细胞器生物膜的基本组成部件，磷脂合成降低影响线粒体的结构和功能完整，进而诱导细胞发生氧化应激反应，并且能引起细胞色素C的释放，从而激发天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶3(cysteinyl aspartate-specific proteinase 3，caspase-3)通路介导的细胞凋亡，而作为磷脂合成的起始物质棕榈酸可以部分逆转AKR1B10沉默诱导的细胞凋亡[24]。1-磷酸神经鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)是神经鞘脂信号通路中的重要分子，S1P参与细胞的转化、生存、凋亡以及肿瘤微环境的调节和肿瘤血管的生成等生物学过程[28]。最新研究发现AKR1B10可以通过调节S1P影响肿瘤细胞的增殖，靶向抑制肝癌细胞HepG2(高表达AKR1B10)的AKR1B10能导致细胞发生凋亡，并且S1P的分泌也明显降低[4]。由此可知，AKR1B10参与调控S1P信号通路，S1P很有可能是AKR1B10调控细胞增殖与凋亡的下游信号分子。

3 AKR1B10与肿瘤发生、发展的关系

3.1 AKR1B10与肿瘤的发生 AKR1B10主要在正常消化道上皮中表达[3]，它能有效地清除羰基类化合物并将其转化为相应的更低毒性的醇类物质，使肠道黏膜细胞免受羰基化合物引起的蛋白质功能紊乱和DNA损伤引起的基因突变等伤害，减少肿瘤的发生[15]。近期Shen等[9]在结直肠癌的癌前病变-溃疡性结肠炎的动物模型中发现，AKR1B8(为人AKR1B10同源体)基因敲除小鼠的肠道黏膜细胞增生受到明显抑制，而肠道黏膜细胞的基因突变和异型增生均有增加。AKR1B10在肠道黏膜还可以通过促进脂肪酸和脂质的合成来促进肠道隐窝的自新作用，维持肠道的正常功能[9]。因此，我们可以推断AKR1B10表达下调可能是结直肠癌非常重要的致病因素。

然而，AKR1B10在非肠道实体肿瘤中表达上调[4-8]，其作用机制主要是AKR1B10参与调节视黄醛酸代谢[21]、脂质合成[24]和调控S1P信号通路[27]等途径促进细胞增殖和恶性转化。因此，AKR1B10的这些作用可能与非肠道肿瘤的发生有关。但迄今为止，AKR1B10在不同肿瘤中的作用机制仍未完全明确，要完全阐明AKR1B10与肿瘤发生的关系还需要有更多更深入的研究。

3.2 AKR1B10与肿瘤的发展 AKR1B10与肿瘤的发展关系密切，靶向沉默AKR1B10可促进由线粒体损伤和氧化应激介导的细胞凋亡[24]。用敲除AKR1B10基因的肝癌细胞构建的小鼠模型表现出肿瘤生长受到明显抑制[29]。靶向沉默AKR1B10基因可使肿瘤细胞的致癌基因c-myc、c-fos、N-ras和与增殖相关的基因Ki-67表达降低，而凋亡相关基因淋巴细胞瘤Bcl-2相关X蛋白和caspase-3表达却出现上调[30]。由此可推断，AKR1B10可能通过影响致癌基因的表达来调节细胞的增殖、凋亡和细胞的恶性转化。也就是说抑制AKR1B10基因可以抑制肿瘤细胞增殖和肿瘤的发展，反之AKR1B10 基因的过表达则可加快肿瘤细胞的增殖。

3.3 AKR1B10与肿瘤耐药性 最近研究发现，AKR家族的多个成员与抗肿瘤药耐药有关[31]。AKR1B10介导的肿瘤耐药可能与以下3个因素有关：(1)代谢抗肿瘤药物。AKR1B10可催化还原道诺霉素和伊达比星抗肿瘤药物的C13酮基，将其还原成相应的醇类化合物，使这些药物失去了原有的细胞毒性作用，引起肿瘤细胞耐药[32]。(2)促进细胞的增殖。AKR1B10可通过羰基解毒和促进脂质合成等途径使肿瘤细胞增殖。(3)抗氧化作用。化疗药物可使肿瘤细胞产生大量的活性氧物质，活性氧物质可与细胞内的生物大分子结合产生高反应性和毒性的羰基化合物，AKR1B10能把这些毒性高的化合物还原成低毒性醇类物质，从而起到抗氧化作用[33]。有研究显示，抗肿瘤药物联合应用AKR1B10抑制剂可以有效地增加肿瘤细胞对抗肿瘤药物的敏感性[32]，这可能是解决AKR1B10介导的肿瘤耐药的突破口。

4 AKR1B10在各肿瘤中的表达

有研究表明，AKR1B10与多种肿瘤关系密切，其在非肠道实体恶性肿瘤中高表达[4-8]。AKR1B10最先是Cao等[3]从肝癌组织中克隆分离出来的，在54%的肝癌组织中呈高表达，而在肝癌旁组织却检测不到该基因的表达。我们对肝恶性肿瘤组织AKR1B10的mRNA水平与患者的临床病理信息作相关性分析，发现AKR1B10的mRNA水平与患者的血清甲胎蛋白水平、淋巴结转移以及肿瘤临床分期密切相关，AKR1B10表达越高提示有更短的无瘤生存期和总生存期[4]。AKR1B10在84.4%的肺鳞癌和29.2%的肺腺癌中高表达[22]，其表达水平还与病人的吸烟史有关[34]。Ma等[35]通过酶联免疫吸附测定的方法检测乳腺癌病人血清的AKR1B10蛋白的含量，其在乳腺癌患者的浓度为15.18 ng/ml，而在正常人群浓度仅有3.14 ng/ml，AKR1B10可作为乳腺癌早期诊断的血清学肿瘤分子标志物。然而，与非消化道实体肿瘤不同，AKR1B10在结直肠癌组织中表达出现下降或者不表达[9]。由此可知，AKR1B10参与了多种肿瘤的发生、发展，其表达水平有各自不同的特征，具体作用机理也有差异，AKR1B10在这些肿瘤中的作用机制仍有待进一步的研究。

5 AKR1B10的临床应用及其前景

由上述可知，AKR1B10在非肠道恶性肿瘤中高表达[4-8]，而在结直肠癌中低表达[9]。通过对患者的临床病理信息进行研究分析，发现AKR1B10的表达水平与患者的术后生存时间、复发等因素密切相关，AKR1B10可作为判断肿瘤治疗预后的重要指标[4，35]。AKR1B0是一种分泌蛋白[36]，肿瘤患者血清中的AKR1B10蛋白浓度能间接反映其在肿瘤组织的表达水平[35]，故AKR1B10有望成为恶性肿瘤早期诊断的血清学分子标志物。联合AKR1B10抑制剂处理肿瘤细胞可以增强化疗药物的细胞毒性作用[32]，提高化疗药物的疗效，这可能为解决临床肿瘤耐药提供了新的思路；此外，AKR1B10被认为是肿瘤细胞生长和增殖的关键[5]，靶向抑制AKR1B10可诱导肿瘤细胞凋亡，AKR1B10有望成为肿瘤治疗的新靶点。但是，我们对AKR1B10在肿瘤的作用机制仍然不是很透彻，仍然需要更多更深入的研究去进一步阐明。

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广西桂林市科学研究与技术开发计划(20140310-2-1)

朱容平(1988～)，男，在读硕士研究生，研究方向：肝胆疾病。

金俊飞(1968～)，男，博士，教授，研究方向：神经鞘脂与相关疾病，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)