12-脂肪氧合酶通路在肿瘤发生发展中的作用

夏轶男 于丹 金春顺 王树越

(吉林大学 1第二医院耳鼻咽喉头颈外科，吉林 长春 130041； 2中日联谊医院新民门诊)

肿瘤是机体细胞异常增殖形成新生物的过程，它的形成是在各种致瘤因素作用下，细胞生长与增殖的调控发生严重紊乱〔1〕。其病理特征是高增殖、低分化和凋亡减弱，后期出现细胞的黏附和运动改变，导致转移的发生。细胞在生长过程中会受到多种调节因子的影响，特别是生长因子、生长因子受体、信号传导蛋白和转录因子等，而这些因子的变化也可能导致肿瘤的发生〔2〕。目前研究已证实12-脂肪氧合酶(LOX)通过促进肿瘤细胞活力和血管新生、影响细胞周期进程等方式促进癌症的发生和转移，如前列腺癌、结肠直肠癌、乳腺癌和卵巢癌等〔3〕。但是关于12-LOX及其体内的代谢产物12-羟基二十碳六烯酸(HETE)与癌症发生发展的确切机制仍不明确。现对12-LOX/12-HETE调控的信号通路在肿瘤发生发展中的作用机制进行综述。

1 12-LOX概述

1.112-LOX的分子结构及命名 LOX属于氧化还原酶，是一类含非血红素铁的蛋白质，能专一催化具有1-，4-顺-戊二烯结构的多元不饱和脂肪酸发生氧化。氧化的脂质随后发生生物反应，通过特定细胞表面受体激活细胞信号传导通路或者进一步代谢成有效的脂质介质而发挥生物学作用。研究显示LOX广泛存在于动物、植物、细菌及真菌中。在植物中，LOXs根据氧分子插入到亚麻酸或α-亚麻酸中的位置不同，分为9-，13-LOX，代谢产物为9-HETE，13-HETE。而在哺乳动物中，LOX的底物主要是花生四烯酸，根据氧分子在AA上的位点不同，将LOXs分为5-，12-，15-LOX，代谢产物分别为5-HETE，8-HETE，12-HETE，15-HETE〔4〕。这些代谢产物在不同程度上参与了人体的病理及生理过程，影响细胞增殖及凋亡或促进/抑制血管新生等。虽然LOXs的结构相似，但由于底物不同，每一个亚型的作用都不尽相同。

1.212-LOX的分型 12-LOX有血小板型、白细胞型和上皮型三种亚型。其中白细胞型主要存在于大鼠、小鼠、猪和牛，在哺乳动物中没有发现。血小板型12-LOX是目前研究的比较多的，12(S)-LOX的基因编码为ALOX12(人类)/Alox12(小鼠)，主要存在于血小板、角质细胞和某些肿瘤细胞中〔5〕。它高度的区域和立体特性，主要产生的12-HpETE，随后逐渐减少形成12(S)-HETE。12(S)-LOX的同源异构体12(R)-LOX的基因编码为ALOX12B(人类)/Alox12b(小鼠)，最初是在牛皮癣上发现的，现在研究发现主要表达在皮肤和上皮组织中〔5,6〕。由于人类的15-LOX-1和12-LOX具有很大的同源性，所以在一些文献中把它们归类为12/15-LOX，产生的代谢产物为12-HETE和15-HETE〔4〕。12-LOX基因的多形性与许多疾病的发生发展有关，包括肿瘤。大量文献证明12-LOX 参与了前列腺癌、乳腺癌、结肠癌等多种肿瘤的形成和发展过程〔7～9〕。LOX 在肿瘤的形成、增殖和转移中起关键作用。

2 12-LOX在各种肿瘤的作用

2.112-LOX在结肠癌中的作用 最初研究者认为只有细胞色素P450参与结肠癌的发病中，后来发现12(R)-LOX/12(R)-HETE参与人类的皮肤癌症中，于是考虑到12(R)-LOX/12(R)-HETE是否在肿瘤中也发挥作用，但是关于12(R)-HETE和肿瘤关系的研究比较少，反而提示12(S)-HETE和肿瘤之间存在某种联系。12-LOX与结肠癌患病风险有关，比如E261R基因突变，该基因突变能够引起12-LOX的活性增加，与食管鳞状细胞癌、结直肠癌发病有关〔6,10〕。体内和体外研究结果显示12-LOX在肝癌细胞的增殖和抗凋亡中发挥着重要的作用，并指明ALOX12的致癌功能需要内源性产生脂质调节剂，这些结果都说明12-LOX调控的通路与癌症的发病风险相关〔11〕。Klampfl等〔9〕用SW480、SW620和Caco20三种结肠癌细胞研究12(S)-HETE的作用，通过MTT和transwell实验发现3种细胞的细胞活力虽然表现不同，但是均具有较强的迁移能力，尤其是SW480细胞在12-LOX作用下生长和迁移能力明显高于其他两种细胞系，这一点通过12-LOX的应用抑制剂黄芩黄素和敲除12(S)-LOX再次得到了验证。众所周知，NADPH氧化酶复合物的催化亚基Nox1主要表达于肠上皮细胞和血管平滑肌细胞中，在天然免疫防御和细胞增殖中发挥作用。而在结肠腺癌细胞扩增过程中Nox1之所以被激活是依赖O2产生，Carvalho等〔12〕实验证明12(S)-LOX的抑制剂能够有效地抑制O2的生成，即12(S)-LOX通路作为Nox1活化的上游，控制细胞的扩散和增殖。12-LOX除了能对上皮细胞产生影响，还可以诱导结肠癌成纤维细胞的收缩，增强结肠癌的侵袭性，Stadler等〔13〕实验说明了12(S)-HETE通过MLC2，RHO/ROCK和Ca2+信号对成纤维细胞发挥作用，而临床药物卡马西平、桂利嗪、硝苯地平和盐酸倍普地尔等就是干扰细胞Ca2+的有效性，抑制成纤维细胞的收缩。这些结果表明12(S)-LOX在结肠直肠癌炎症区域的表达具有诱导结肠直肠癌细胞侵袭表型的能力，且这种能力可能与细胞系具有相关性。在后续的研究中，该作者发现细胞表面的E-钙黏蛋白(E-Cadherin)和整合素β1以12(S)-LOX依赖的方式下调从而细胞间的相互作用受到了破坏。Chang等〔14〕在动物实验研究中发现：在结肠癌MC38细胞中应用12(S)-HETE抑制剂PD146176后，肿瘤的生长受到了抑制。

2.212-LOX在前列腺癌中的作用 关于12-LOX/12-HETE与整合素表面表达在前列腺癌中的作用报道比较多，整合素是一种黏附受体家族，介导细胞与结构和基质固定化蛋白的结合，以促进细胞存活、增殖和迁移。过表达的12-LOX可以上调αvβ3和αvβ5整合蛋白的表达最终导致前列腺癌细胞系PC-3的生存能力提高〔15〕。而Dilly等〔16〕研究发现12-LOX和基质金属蛋白酶(MMP)9在前列腺癌血管生成方面也存在关联。在前列腺癌PC-3细胞中，过表达12-LOX可以使MMP9在mRNA和蛋白水平升高，且能够增加MMP9的分泌，这种作用在野生型的PC-3细胞中同样有效。其次，应用药物和基因抑制方法，发现12-LOX能够激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB)通路，促使核因子(NF)-κB驱动MMP9的表达，随后提升内皮细胞的趋化能力。而且在使用相应的抑制剂后发现内皮细胞的迁移能力受到了抑制。12-HETE参与了血管新生，尤其是在前列腺癌细胞中通过转染方法转入血小板型12-LOX片段，血管内皮生长因子的分泌明显增多，而且这种升高可被LOX的抑制剂如去二甲氢愈创木酸4，4'-(2,3-二甲基四亚甲基)二邻苯二酚(NDGA)、黄芩黄素所抑制。McCabe等〔17〕讲述了12-HETE可能通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径发挥对血管内皮生长因子的调控作用。12-LOX对血管内皮生长因子的调控机制，作者认为12-LOX使缺氧诱导因子-1α在mRNA水平和蛋白水平上高表达或者使其活性增强，进而使前列腺癌细胞在缺氧条件下血管内皮生长因子分泌增多或活性增强，但无论哪种机制都说明12-HETE参与癌症的血管新生〔18〕。

一篇关于评价12-LOX和血纤维蛋白溶酶原活性抑制因子(PAI)-1作为前列腺癌预后指标的研究，作者用良性前列腺增生患者为对照组，癌症为实验组，分别检测两组病人血浆和富含血小板的血浆中12-HETE的浓度，验证12-HETE是否能成为前列腺癌预后的一个观察指标。在实验的过程中，作者发现癌症患者中富含血小板的血浆中12-HETE的浓度低于良性前列腺增生的患者〔7〕，这个结果与之前的研究不同〔19〕，但是与Gohara等〔20〕的结果相似，Gohara等〔20〕研究显示12-LOX在正常肾脏组织中的表达明显高于低分化的肾癌患者，并且在恶性程度加重时，12-LOX的表达也不能达到在正常组织中的水平。但无论12-LOX在前列腺癌中的作用到底是什么，对其机制的研究仍需继续。

2.312-LOX在胰腺癌中的作用 关于12-LOX与胰腺癌的关系研究文章在Pubmed上查询到的较少，而且多数是早期发表的，其中最早的是Ding等〔21〕的研究，该作者在PANC-1,MiaPaca2,Capan2和ASPC-1四种胰腺癌细胞系中发现12-LOX的表达均高于正常组织，且12-LOX抑制剂以浓度和剂量依赖的方式抑制胰腺癌细胞的增殖。随后作者对12-HETE在胰腺癌的发病机制进行了研究，发现12-LOX的抑制剂黄芩苷在细胞内碳酸酐酶活性升高的同时，促使细胞形态发生显著变化，因此提示12-LOX抑制剂可诱导人胰腺癌细胞分化表型增多，从而发挥促癌作用〔22,23〕。而且该作者在3年内相继发表了数篇关于12-HETE在胰腺癌中作用的文章，并对其机制进行深入探讨，得出12-HETE通过刺激细胞间蛋白发生酪氨酸磷酸化，激活细胞外调节蛋白激酶(ERK)途径促进胰腺癌发展〔24〕。MAPK一直以来与多种细胞功能有关，包括丝裂原对细胞周期进程的影响，调节胚胎发育和神经元分化等。据报道在哺乳动物体内至少有3种不同的MAPK信号传导细胞，如ERK、c-jun氨基末端激酶(JNK)/应激激活蛋白激酶(SAPK)、P38MAPK。用12-HETE处理胰腺癌细胞后，可以发现ERK在10～30 min内即可发生磷酸化，而且能够持续24 h，在应用MEK抑制剂PD098059和U0126后，胰腺癌细胞的增殖受到了抑制，然而根据数据显示，ERK和细胞蛋白酪氨酸激酶激活均参与了12(S)-HETE诱导的胰腺癌细胞增殖，但P38和JNK/SAPK不参与这一有丝分裂过程。当然，也不排除实验结果受细胞类型的影响，也或许细胞间的信号传递有其他的因子参与〔24〕。在这些研究的基础上，Tong等〔25〕用含有黄芩黄素的培养液培养胰腺癌细胞，检测发现抗凋亡蛋白Bcl-2、Mcl-1表达明显降低，促凋亡蛋白Bax表达升高，显著诱导细胞色素C从线粒体释放到细胞质中。Caspase-9、caspase-7和caspase-3经处理后均被激活。在动物实验中给小鼠胸腺内异种移植模后，也证实了黄芩黄素对胰腺癌的生长抑制作用和诱导细胞凋亡。LOX抑制剂在体内和体外均可通过线粒体途径阻断胰腺癌细胞增殖并诱导细胞凋亡。由此可见，12-LOX促进胰腺癌细胞发展的结论基本确定，但是关于机制的研究报道却非常少。

2.412-LOX在卵巢癌中的作用 卵巢上皮癌是妇产科第二大常见癌症，是导致女性因癌症死亡的第五大原因。Guo等〔26〕通过Western印迹等方法证明了12-LOX对卵巢上皮癌具有促进发展的作用，并通过12-LOX的抑制剂——BMD-122、黄芩黄素和siRNA进行了证明，同时作者对其发生的机制也进行了研究，结果显示12-LOX调节两种卵巢癌细胞系OVCAR-3和SK-OV-3的生长是通过MAPK途径，而不是PI3K，也不是PKB和ERK。而且在检测BMD-122对癌细胞的作用时发现，BMD-122激活caspase-3和caspase-9后促进细胞发生凋亡。最近Liu等〔27〕发表了一篇关于12-HETE促进卵巢癌发展相关机制的文章，首先作者发现了12-LOX以剂量依赖的方式抑制卵巢癌细胞凋亡，并且这种作用受到了整合素相关激酶(ILK)通路的调控，并找到相关下游靶点为NF-κB，当阻断NF-κB通路后，12-HETE对细胞凋亡的抑制作用减弱，这些结果都说明了12-LOX对上皮卵巢癌的作用是正向的。

2.512-LOX在乳腺癌中的作用 乳腺癌是女性发病率最高的肿瘤，在世界范围内其发病率逐年升高，乳腺癌的发病因素尚不清楚，但是目前认为发病与激素，尤其是雌酮及雌二醇具有直接关系，而且在乳腺癌转移的过程中许多信号因子也发挥了重要作用〔28〕。最初研究的焦点主要集中在环氧酶-2和5-LOX与乳腺癌之间的关系，研究结果已经证实其对乳腺癌具有正性调节作用。在后来的研究中Tong等〔29〕发现12-LOX所具有的有丝分裂作用，能够促进人乳腺癌细胞MCF-7(雌激素阳性)和MDA-MB-231(雌激素阴性)两种细胞系的增殖，且12-LOX的抑制剂黄芩黄素能够诱导细胞色素C释放、caspase-9活化及下游caspase-3、caspase-7活化和PARP裂解，同时还降低了抗凋亡蛋白Bcl-2和Mcl-1的表达水平，增加了促凋亡蛋白Bax的表达。而且Carcia等〔30〕在研究中发现多元不饱和脂肪酸与褪黑素可以增加机体的免疫应答和肿瘤细胞的凋亡，两者协同可以减少12-HETE的产生，使乳腺癌细胞凋亡增加。乳腺周围有丰富的淋巴循环，这为乳腺癌发生淋巴转移提供了有利条件。近几年内，部分研究者利用现代科技手段，观察肿瘤细胞的运动情况〔31,32〕，他们将乳腺癌细胞球状体与单层淋巴内皮细胞(LEC)结合进行共培养。Nguyen等〔31〕和Vonach等〔32〕的研究结果从不同的角度证明了12(S)-HETE能够诱导乳腺癌细胞发生转移，主要的机制是肿瘤球状体分泌的12(S)-HETE能够使肿瘤外面的单层LEC发生收缩，使细胞间的链接出现空隙而引起肿瘤细胞发生迁移。在这个过程中Vonach等〔32〕认为12(S)-HETE诱导单层的淋巴内皮细胞产生循环化学反应诱导缺陷而发生作用，Nguyen等〔31〕认为AHR及其靶点细胞色素P450 1A1 相互作用诱导体外肿瘤细胞穿越LEC屏障通道发生迁移，其分子机制可能是在研究中作者发现芳香烃受体(AHR)能够诱导CYP1A1表达和12(S)-HETE在乳腺癌肿瘤球状体内分泌，导致细胞与细胞连接处出现较大的空隙，为肿瘤细胞迁移提供条件。这些结果都从不同的途径证明了12-HETE对乳腺癌的发生发展具有促进作用。而当前很多研究者除了继续探讨12-LOX在乳腺癌中的机制外，也将12-HETE与乳腺癌术后效果联系起来。Singh等〔8〕通过对86例乳腺癌患者的血液及组织样本进行研究，采用表面等离子体共振及酶联免疫吸附试验(ELISA)技术对研究组中的血清12-LOX进行定量分析，发现75%以上患者化疗后血清中12-LOX的浓度显著降低，这也是作者首次量化12-LOX和乳腺癌患者的临床病理参数之间的关系，将乳腺癌术后患者血清中的12-LOX作为判断预后的标记物。该作者在此后的几年中采用固相多肽合成法设计了十多种肽，用来判断对乳腺癌的作用，发现其中一种肽类——YWCS，能够通过抑制12-LOX的生物学作用或者降低人体对12-LOX的利用度，从而降低乳腺癌MCF-7细胞和MDA-MB-231细胞的生存能力，促发凋亡反应，同时体内实验也验证了多肽对小鼠异种移植的肿瘤生长有显著抑制作用，目前这种肽可以作为一种先导化合物和补体，用于正在进行的乳腺癌分化治疗研究〔33〕。

3 小 结

许多学者先后证实12-LOX对肿瘤的影响并发现其调控机制，例如12-LOX可以通过MAPK、NF-κB等通路对癌症进行调控。也正是由于对它的研究也日益广阔，12-LOX在人体中的作用也越来越被重视，如今通过对癌症术后患者体内12-LOX/12-HETE的含量来判断患者治疗的效果。然而由于人体内环境的不断变化，细胞间的交流也瞬息万变，12-LOX及其通路在调控癌症发展的过程中是否有其他通路参与进来、12-LOX/12-HETE对同一肿瘤不同细胞系的作用是否存在差异及体外实验的局限性等原因也困扰着许多科学家。但无论怎样，随着科学技术的不断发展，相信更多的学者能为12-LOX在人体中的作用及机制提供新思路。