赖氨酸羟化酶2在肿瘤转移中的研究进展

唐晓男综述，康小红审校

0 引 言

肿瘤转移是癌症治疗失败的重要原因，超过90%的患者死于肿瘤转移［1］。转移是一个复杂的多步骤过程，涉及多方面因素。有研究表明，肿瘤微环境尤其是细胞外基质（extracellular matrix，ECM）在肿瘤转移中起着至关重要的作用［2］。胶原纤维是ECM 的重要组成成分，其可在一系列酶的作用下发生胶原纤维的重构和沉积，形成肿瘤转移的“高速公路”，促进肿瘤的转移［3］。赖氨酸羟化酶2（procollagen-lysine，2-oxoglutarate5-dioxygenase 2，PLOD2）是介导胶原纤维重构和沉积的关键酶。研究证实，PLOD2 在多种肿瘤中高表达，且与肿瘤转移密切相关，可能是预测肿瘤预后及是防治肿瘤转移的潜在分子靶点。本文就PLOD2 在肿瘤转移中的研究进展作一综述。

1 PLOD2概述

PLOD2 是一种胶原修饰酶，主要定位于细胞质的粗面内质网上，广泛存在于人体各组织内，其活性依赖于Fe2+、O2、α-酮戊二酸、维生素C 等的参与［4］，其主要功能是催化胶原端肽区的赖氨酸残基的羟基化［5-7］。胶原蛋白在分泌出细胞外形成胶原纤维之前，需要经细胞内质网进行一系列复杂的翻译后修饰，其中包括了多肽链的羟基化和糖基化修饰等。其中端肽区赖氨酸残基是一个修饰的重要位点，可经赖氨酸羟化酶的催化而发生羟基化，该位点羟基化与否决定了肿瘤胶原蛋白的交联类型［8］。PLOD2是目前唯一确认可改变胶原纤维交联模式的赖氨酸羟化酶，能够羟化胶原端肽区的赖氨酸残基，使得胶原纤维分泌出细胞后形成赖氨酸吡啶交联胶原纤维，这种交联形态结构稳定，不易被基质降解酶降解。故PLOD2 的异常表达可导致ECM 中胶原纤维降解和沉积的失衡，即发生胶原重构。

2 PLOD2与肿瘤转移

肿瘤转移是一个复杂的多步骤过程，涉及多方面因素，不但包括肿瘤细胞本身特性的变化，还包括宿主环境的变化。过去对于肿瘤转移的研究主要集中在癌细胞本身的变化，但随着肿瘤研究的进一步深入，发现肿瘤微环境对于肿瘤的转移同样起着至关重要的作用［9］。肿瘤微环境是一个动态网络，包括肿瘤细胞、ECM 和间质组织等，其中，ECM中的胶原纤维是支撑肿瘤细胞的支架。正常组织中，胶原纤维的合成与降解呈现动态平衡，而肿瘤中则呈现胶原纤维降解沉积的失衡的状态，表现为胶原纤维的沉积和交联［10］。而这种交联的胶原纤维与肿瘤转移密切相关，被称为肿瘤转移的“高速公路”［3］。研究发现，随着肿瘤进展，PLOD2 基因表达升高，在PLOD2 的催化下，胶原交联的模式发生改变，一方面，胶原纤维由包绕肿瘤细胞的卷曲状态变为线形状态，而肿瘤细胞可通过这种线形的胶原纤维快速转移［11］；另一方面，过度沉积的胶原纤维与肿瘤细胞结合，将其传递至脉管系统［12］，而导致肿瘤的远处转移。

多项研究表明，PLOD2 在多种肿瘤中高表达，且与肿瘤转移及不良预后密切相关。如在乳腺癌中，研究发现PLOD2 是乳腺癌脑转移的基因［13］；PLOD2 在乳腺癌中高表达且与特异性存活率显著相关，抑制PLOD2 的表达可阻止乳腺癌组织中胶原纤维的形成，并减少肺和淋巴结的转移［14］。在原发性肉瘤中，Eisinger-Mathason 等［15］研究发现，在纤维肉瘤中PLOD2 表达上调，促进胶原纤维沉积，沉积的胶原纤维与肿瘤细胞结合并将其递送至脉管系统，从而促进肿瘤的远处转移，PLOD2 抑制剂米诺地尔可显著减少肿瘤的肺转移数量。在宫颈癌研究中，PLOD2表达上调，可通过影响细胞黏附、迁移和侵袭等多种方式促进宫颈癌的转移，沉默PLOD2可显著抑制宫颈癌细胞在体内的转移［16］。在肺癌研究中，Du等［17］发现，PLOD2在肺癌中高表达，并与肺癌尤其是肺腺癌的不良预后显著相关，胶原染色显示人肺腺癌组织中胶原沉积增加，纤维结构增强，进一步的研究证实在肺癌中PLOD2 直接或通过胶原重构促进肺癌的侵袭与转移。在食管癌中，研究发现食管癌细胞PLOD2 表达与抑癌基因ECRG4成负相关，但该研究并未进一步阐明PLOD2 与食管癌的关系。近期，Di 等［19］通过对食管癌组织进行免疫组化发现与癌旁组织相比，食管癌组织中PLOD2表达明显高于癌旁组织，且与淋巴结转移及肿瘤浸润深度显著相关；PLOD2 高表达的食管鳞癌组织中胶原纤维沉积显著高于PLOD2 低表达的组织；PLOD2 可显著提高食管癌细胞侵袭与迁移的能力。此外，PLOD2 在肝癌［20］、膀胱癌［21］、肾癌［22］、胃癌［23］、结肠癌［24］、胶质瘤［25］等肿瘤组织中亦高表达，且与肿瘤转移密切相关。由此可见，PLOD2 在肿瘤的侵袭与转移中扮演重要角色，是潜在的转移预测分子及预防治疗的靶点。

3 PLOD2促进肿瘤侵袭转移的可能机制

3.1 PLOD2上游调控机制

3.1.1 乏氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）乏氧是肿瘤微环境的重要特征之一，2011年在肝癌的研究中首次发现肿瘤中PLOD2可能受缺氧的调控［26］；此后，多项研究表明，在缺氧条件下，PLOD2 的表达升高，胶原蛋白赖氨酸羟基化交联增多，提示，乏氧是引起PLOD2 表达上调的原因［27］。乏氧诱导因子（hypoxia inducible factors，HIFs）是低氧条件下诱导的转录因子，HIF-1α 是HIFs 转录因子家族的第一个成员，只有在低氧条件下稳定表达，发挥抗肿瘤作用，其α亚基为氧调节亚基［28］，在常氧条件下被脯氨酸羟化酶羟基化，随后被肿瘤抑制蛋白介导的泛素-蛋白酶体途径降解，维持在一个较低的水平，而低氧条件下，脯氨酰羟化酶和泛素-蛋白酶体活性受到抑制，导致HIF-1α 表达上调［29］。研究表明，HIF-1α 在多种肿瘤中高表达，通过调控促进上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）、侵袭、转移、血管生成等多种方式参与肿瘤的发生发展［30］。近年来研究发现，在乳腺癌、肉瘤、胶质瘤、宫颈癌、胃癌、胆管癌等多种肿瘤中HIF-1α 调控PLOD2 的表达，通过激活胶原赖氨酸残基的羟基化作用，促进胶原交联的起始步骤，改变胶原沉积，从而介导肿瘤的转移［14］。此外，HIF-1α 还可能通过激活PI3K/AKT 信号通路调控PLOD2，而HIF-1α 抑制剂或PLOD2 抑制剂均可通过减少胶原纤维交联和沉积抑制肿瘤的转移［25］。

3.1.2 转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）TGF-β 是一种促纤维化细胞因子，可刺激PLOD2 的表达和胶原交联的增加［31］。研究发现，在纤维细胞中，TGF-β 可通过募集转录因子sp1 和smad3，使其定位于PLOD2 启动子区，从而促进PLOD2 的转录［32］；在宫颈癌细胞中，TGF-β 可上调PLOD2 的表达，促进EMT 和细胞黏着斑的形成，从而增强宫颈癌细胞的迁移和侵袭能力，最终促进肿瘤转移［16］。但是，在 其 他肿瘤中TGF-β 调控PLOD2 的机制是否与宫颈癌中一致尚待进一步研究。

3.1.3 表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)EGFR 属于酪氨酸激酶型受体，在许多实体肿瘤中存在EGFR 的异常表达，其与肿瘤细胞的增殖、血管生成、肿瘤侵袭、转移及凋亡抵抗有关，是治疗肿瘤的重要靶点［33］。研究中发现，在非小细胞肺癌中，磷酸化的EGFR与PLOD2表达正相关，EGFR 沉默或EGFR 抑制剂可显著降低PLOD2 的表达水平及肿瘤组织中胶原纤维沉积，提示EGFR 是PLOD2 的上游调节因子，EGFR 调控PLOD2 表达的机制可能是通过激活PI3K/AKT 信号通路，导致转录因子FOXA1 与PLOD2 基因的启动子区结合，从而促进了PLOD2 的转录，最终调控胶原重构，引起肺癌的转移［17］。

3.1.4 白细胞介素-6（Interleukin，IL-6）和瘦素脂肪细胞来源的IL-6 和瘦素是由脂肪细胞分泌的脂肪因子，与纤维化的发生有关［34］。研究发现，在乳腺癌中，脂肪组织中的IL-6 和瘦素可通过与其受体GP130（IL-6 受体）及OBR（瘦素受体）结合，激活JAK/STAT3 和PI3K/AKT 信 号 通 路，上 调PLOD2 的表达，促进乳腺癌转移，而阻断该信号通路，可降低PLOD2的表达，抑制肿瘤的转移［35］。

3.1.5 miRNA-26a/bmiRNA 是一类小的非编码RNA（长度为20-22 个核苷酸），通过与靶mRNA 的3′端非翻译区（UTR）结合抑制蛋白质编码基因的转录，其在多种肿瘤中异常表达，与肿瘤的转移密切相关［36］。Tan 等［37］通过生物信息分析发现miRNA-26a/b 可通过其3′UTR 直接调控PLOD2，在肿瘤中，过表达miRNA-26a/b 后PLOD2 的表达明显下降，而抑制miRNA-26a/b 后肿瘤细胞的PLOD2 表达升高，肿瘤的迁移和侵袭能力升高［21］。目前，miRNA-26a/b 调控PLOD2 的机制已在肾癌［22］、膀胱癌［21］、乳腺癌［37］中得到证实。

3.1.6 肿瘤相关成纤维细胞（cancer associatedfibroblasts,CAFs）CAFs 是肿瘤微环境中最主要的基质细胞，可通过分泌多种趋化因子细胞因子及生长因子促进ECM 重构等促进肿瘤的转移［38］。研究发现，将CAFs 与肺癌A549 细胞共培养后发现可增加A549 细胞PLOD2 表达，提高肿瘤细胞的迁移和侵袭能力［5］，提示CAFs 可调控PLOD2 的表达，但两者之间相关调控机制尚不清楚，有待进一步研究。

3.2 PLOD2 下游调控机制黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）是一种非受体酪氨酸蛋白激酶，可被ECM 中的胶原纤维激活，在整合素密集的细胞黏附区发生磷酸化，促进黏着斑的形成，进而参与肿瘤的转移［39-40］。Xu 等［41］在胶质瘤的研究中发现，在常氧和缺氧条件下，敲除PLOD2 导致黏着斑的形成减少，磷酸化的FAK 表达水平降低，肿瘤细胞侵袭能力显著下降。Di 等［19］发现，过表达PLOD2 可上调FAK/AKT 信号通路相关蛋白p-FAK、p-AKT、波形蛋白等表达，促进食管癌细胞侵袭和转移。由此可见，FAK 可能是PLOD2 的下游的调控靶点，但PLOD2 如何激活FAK 信号通路，目前缺乏相关研究。

4 结 语

PLOD2 在肿瘤转移中发挥重要作用，且与肿瘤的不良预后密切相关，有望成为预测肿瘤预后的分子标志物及防治肿瘤转移的治疗靶点，上文中阐述了目前关于PLOD2的相关调控机制，但PLOD2调控肿瘤转移的确切分子机制还有待进一步研究。①在肿瘤转移过程中，PLOD2 上游调控机制：低氧微环境下HIF-1α 可上调PLOD2 表达水平，但机制不明，在此过程中是否有非编码RNA（miRNA、lncRNA或circRNA）等参与还需深入研究；②PLOD2 促进肿瘤转移的下游分子机制：既往研究表明FAK 可能是PLOD2的下游靶点，那么PLOD2是直接与FAK相互作用引起其活化，还是通过促进胶原纤维重构引起整合素受体改变间接激活FAK，尚需进一步探讨。此外，虽然体内及体外实验均表明PLOD2 抑制剂米诺地尔可抑制肿瘤的迁移与侵袭，但其是否具有防治肿瘤转移的临床价值，还有待于进一步临床试验验证。