LSD1在消化道肿瘤中的研究进展



·综述·

LSD1在消化道肿瘤中的研究进展

葛蓓蕾1徐霞2

(1.郑州大学 实验动物中心河南 郑州450001； 2.郑州大学 药学院河南 郑州450001)

【关键词】LSD1；去甲基化；食管癌；胃癌；肠癌

传统观点认为，肿瘤是由基因突变引起的。但近年来的研究证实，表观遗传机制在肿瘤的病理变化中起着非常重要的作用。表观遗传机制表现异常会影响基因的转录。基因具有组织特异性，并广泛参与细胞的生长、分化、凋亡、转化以及肿瘤进程，对肿瘤的预防、临床诊断和治疗均具有重要意义[1]。食管癌、胃癌和肠癌是目前比较常见的消化道恶性肿瘤，其发病率和死亡率均居世界前列，严重影响了我国居民的健康。消化道肿瘤目前最主要的治疗手段是手术、放疗和化疗，但预后较差。因此，积极寻找特定的生物标志物，建立科学有效的预防措施和诊断方法成为目前抗肿瘤领域的研究热点。

一直以来，大家认为组蛋白赖氨酸甲基化只是一个稳定的组蛋白标记，不具有可逆性。直到2004年，第1个组蛋白赖氨酸去甲基化酶(lysine specific demethylase 1，LSD1)被发现[2]，这个观点才被改变。此后，日渐增多的研究证据表明LSD1表达失调在人类肿瘤形成过程中具有十分重要的作用，同时LSD1与肿瘤细胞的增殖关系密切。前期大量研究发现，LSD1过表达能促进前列腺癌、乳腺癌等肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移，而LSD1表达对消化道肿瘤的作用报道较为少见。本文就LSD1的结构与功能以及LSD1在食管癌、胃癌和肠癌中的最新研究进展作一综述。

1LSD1的结构和功能

1.1LSD1的结构LSD1又称为KDM1A、AOF2或BHC110，属于FAD依赖型胺氧化酶家族成员，主要由3部分组成：N末端的SWIRM结构域，中间的Tower结构域和C末端的胺氧化酶结构域(amine oxidase like domain，AOL)。见图1。其中，SWIRM结构域高度保守，是由85个氨基酸残基组成的小α螺旋结构域。Tower结构域位于AOL两叶之间，呈茎状，由两个很长的平行螺旋构成，这对于维持AOL结构域的空间构型非常重要[3]。研究人员证实，Tower结构域的缺失突变能使LSD1丧失活性[4]。AOL是LSD1的活性区域，被Tower结构域分成FAD结合结构域和催化活性中心两个部分，而在三级结构中，这两部分结构域仍然紧密结合在一起，形成完整的具有催化活性的结构域[5]。

图1　LSD1的结构图

1.2LSD1的功能LSD1是一种核内黄素依赖的单胺氧化酶，其功能主要是对组蛋白和非组蛋白的去甲基化作用。肿瘤细胞中LSD1定位于细胞核内，调控基因转录的激活和抑制，被誉为细胞深处的基因“开关”，在胚胎发育和肿瘤发生过程中起着重要的作用[6]。LSD1能够特异性脱去H3K4和H3K9位点上的单甲基和二甲基基团，调节基因的转录活性。研究发现，包含JmjC结构域的组蛋白去甲基化酶(JmjC domain-containing histone demethylase，JHDM)家族可以催化组蛋白三甲基(Me3)的去甲基化修饰[7]。在LSD1与底物反应时，FAD从甲基化的组蛋白赖氨酸得到质子，生成FADH2，甲基化的赖氨酸失去质子生成亚胺中间物，FADH2再由分子氧化生成FAD和H2O2[8]。LSD1催化氧化反应时需要FAD参与，且中间产物形成时需要1个质子，因此LSD1只能催化单甲基化和二甲基化的赖氨酸底物，使其去甲基化。

2LSD1与消化道肿瘤

2.1LSD1与食管癌食管癌是我国常见的恶性肿瘤，多为鳞状细胞癌[9]，其发病机制尚不清楚，DNA甲基化是目前研究最多的表观遗传学修饰方式。于妍妍等[10]采用免疫组化法研究发现，LSD1 在食管鳞癌组织中的表达显著高于正常组织和食管癌癌前病变组织，且鳞癌组织中LSD1的表达阳性率与另两种组织中LSD1的表达阳性率差异显著。研究还发现，食管鳞癌组织中LSD1的表达程度与淋巴结转移呈正相关，提示LSD1可能参与了食管鳞癌的淋巴结转移。LSD1的表达与食管鳞癌的分化程度和浸润深度无显著相关，与食管鳞癌的增殖能力有关，进而影响患者的预后。LSD1高表达的食管鳞癌患者预后不良。林邵峰等[11]通过免疫组化法研究发现，与对应的正常食管黏膜相比，LSD1在食管鳞癌组织中高表达，且LSD1的高表达与食管鳞癌的不良预后相关，与淋巴结转移、分期和分化等临床因素无显著相关。这与前面于妍妍等[10]的研究结果不一致，还需要做进一步的深入研究。沈琼等[12]通过免疫组化法研究发现，LSD1在肿瘤细胞内定位在细胞核部位；LSD1在食管癌组织中高表达，在癌旁组织中低表达。LSD1高表达的比率与肿瘤大小、淋巴结是否转移、肿瘤分期及预后明显相关。LSD1高表达患者生存率明显低于低表达患者。以上研究结果表明，LSD1 的高表达与食管鳞癌的恶性行为具有一定的相关性，提示LSD1可能参与了食管癌的增殖和转移，并且可能与患者的预后有关。

2.2LSD1与胃癌胃癌是目前常见的胃肠道恶性肿瘤之一，尽管目前对化疗药物尤其是靶向药物的研发进展很大，使得胃癌的化疗效果得到提高，但是胃癌患者的预后还是不容乐观。所以，进一步探索胃癌发生发展及转移过程的分子生物学机制相当重要。卢太亮[13]利用免疫组化技术检测80例胃癌组织及相应的癌旁组织中LSD1的表达，分析其与胃癌临床病理特征及预后的关系。结果发现，LSD1在80例胃癌组织及癌旁组织中的阳性表达差异有统计学意义，LSD1在不同年龄、性别、肿瘤大小的胃癌组织中表达差异均无统计学意义，在不同组织病理学分级、TNM分期和淋巴结转移的胃癌组织中表达差异有统计学意义。LSD1在低分化胃癌组织、较晚TNM分期及有淋巴结转移的胃癌组织中表达明显增高。LSD1在发生远处转移的胃癌中阳性表达率高达90%，但与无远处转移的胃癌组织比较，差异无统计学意义。陶厚权等[14]分别采用PCR和免疫组化技术检测125例胃癌组织及正常胃黏膜中LSD1 mRNA的表达，以及其与胃癌临床病理及预后的关系。结果发现与正常胃黏膜组织相比，胃癌组织中LSD1 mRNA显著增高；LSD1蛋白在胃癌中高表达，在非肿瘤胃黏膜组织中仅为弱阳性表达；LSD1蛋白表达的高低与组织的分化程度、有无浆膜浸润及淋巴结有无转移有明显的相关性。郑一超[15]则首次报道了可抑制肿瘤细胞增殖和转移的LSD1抑制剂，并揭示了胃癌细胞MGC-803及正常胃黏膜上皮细胞GES-1中TGF-β1对LSD1的调控机制。

2.3LSD1与结肠癌与食管癌和胃癌相同，结肠癌也是死亡率较高的恶性肿瘤之一。且超过30%的结肠癌患者术后会发生转移。因此，研究结肠癌转移的机制就显得尤为重要。多个研究发现在结肠癌组织中LSD1高表达。Jie等[16-17]采用免疫组化法分析LSD1、E-钙黏蛋白和N-钙黏蛋白在108例结肠癌样本中的表达，同时采用RT-PCR和Western blot方法检测LSD1在5种结肠癌细胞株中的表达，并分析其对结肠癌细胞侵袭转移的影响。病理切片结果显示，LSD1在结肠癌细胞中的表达明显高于正常细胞，LSD1与E-钙黏蛋白在结肠癌中的表达呈负相关，与N-钙黏蛋白的表达则不具有显著相关性。体外细胞试验表明，LSD1的表达与结肠癌细胞的侵袭性呈正相关。张元元等[18]通过免疫组化法检测52例结肠癌组织中LSD1的表达水平，发现LSD1的表达率在结肠癌组织中明显高于癌旁组织。且LSD1的表达与分化程度、淋巴结转移及分期具有相关性，差异有统计学意义。另外，还发现下调LSD1的表达能够显著抑制结肠癌细胞的迁移，进一步表明LSD1表达与结肠癌细胞的转移紧密相关。Huang等[19]联合使用LSD1 抑制剂与DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DNMT)抑制剂对结肠癌细胞HCT116进行试验，发现单独使用LSD1剂抑制后抑癌基因SFRP会重新表达，二者联合使用则能够明显诱导沉默的抑癌基因SFRP2重新表达，体外动物实验也显示联合使用二者的抑制剂能够明显抑制肿瘤的生长。

3结语

作为第1个被确认的组蛋白去甲基化酶，LSD1在多种肿瘤中的发生和发展中起着重要的作用，LSD1在不同肿瘤中以不同的角色出现，在各种复杂的肿瘤相关分子通路上发挥组蛋白脱甲基化作用来调节肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移能力。大量研究证实，通过下调LSD1的表达可以显著抑制肿瘤细胞的发展和转移。LSD1作为抗肿瘤药物作用的靶点已成为广大科研工作者的研究热点，而LSD1作为药物靶点的适用性已经在相关药物在多种肿瘤治疗中的应用中得到了证实。这对于新药研发具有重要的指导意义。希望通过对LSD1广泛深入的研究为其在恶性肿瘤早期诊断、临床治疗及预后评估等方面提供更多的理论依据。

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(收稿日期：2015-10-13)

【中图分类号】R 735

doi:10.3969/j.issn.1004-437X.2016.03.035

基金项目：河南省教育厅科学技术研究重点项目(13A350598)；河南省自然科学基金研究项目(152300410160)。