酸性神经酰胺酶在肝纤维化及肝癌中的研究进展

陈彦君,黄照权

(桂林医学院基础医学院病理教研室,广西 桂林 541199)

肝癌高居全球癌症发生率的前5位,其中最常见的肝癌是肝细胞肝癌(HCC),占70%~85%[1]。在肝癌发展进程中,先是肝炎逐渐演变成肝纤维化,再到肝硬化,最后导致肝癌。肝脏基础疾病演变成肝癌成为威胁人类健康的主要因素之一。

神经鞘脂代谢在决定细胞命运中起着重要作用。鞘脂代谢是一个复杂、关联的网络通路,其合成场所是内质网,由脂肪酸和氨基酸缩合成神经酰胺(ceramide,Cer)[2]。酸性神经酰胺酶(acid ceramidase,AC)是神经酰胺代谢中至关重要的酶,在Cer-Sph-S1P代谢中,作为“神经鞘脂变阻器”调节Cer-Sph-S1P之间的平衡,在细胞的生长发育、肿瘤转移、细胞分化、放/化疗抗性、基因表达等方面起调控作用[3]。笔者就AC在肝纤维化及肝癌中的作用进行综述。

1963年,首次在大鼠脑匀浆中发现AC,1995年得到了进一步的鉴定并从人类尿液中纯化[4]。该酶是一种溶酶体半胱氨酸酰胺酶,含有两个大小分别为13 kDa和40 kDa的亚基[5-6],分子量为53~55 kDa的多肽[7]。AC基因位于8号染色体短臂(p21.3-22),包含大约14个外显子和13个内含子[8]。1996年,首次成功组装了人类AC的cDNA,包含1 185 bp的开放阅读框,编码395个氨基酸[9-10]。生物合成的AC在pH 4.0~5.0时,酶活性最佳[2,8]。AC在人的组织中普遍表达,心脏和肾脏中呈现高表达[11]。研究表明,AC定位于细胞的溶酶体中,是一种水解酶[6,12],当处于偏酸的环境中时,可将Cer水解为Sph和游离的脂肪酸,随后Sph在鞘氨醇激酶的作用下,水解为S1P[13]。在神经鞘脂代谢产物中,Cer是细胞内信号转导的关键分子,可转化为神经鞘磷脂、Sph、1-磷酸神经酰胺和葡萄糖基神经酰胺等脂类。神经酰胺在细胞中积累会诱导细胞凋亡,其代谢产物S1P促进癌症的发展。S1P作为一种抗凋亡和促进血管生成的神经鞘脂分子,其功能与Cer介导的促凋亡作用相反[13]。因此,推测Cer与S1P的平衡调节着细胞的增殖、凋亡、分化和生长停滞等过程[14]。此外,AC在多种人类癌症中过表达,并且在癌症进展中起重要作用[3]。AC过表达,癌细胞将神经酰胺进一步代谢为神经鞘氨醇及S1P,具有抗凋亡和促进血管形成的作用。癌细胞正是利用AC的这种作用,为癌细胞的生长创造良好的环境。

肝纤维化时神经酰胺和S1P水平升高[2],Cer可刺激纤维的形成[15]。而S1P诱发Kupffer细胞浸润,增加胶原和α-平滑肌肌动蛋白的表达[16-18]。此外神经酰胺可以诱导肝癌细胞凋亡[19]。近年来,AC已成为肝病治疗研究的重点。

1 酸性神经酰胺酶在肝纤维化中的作用

在我国,慢性乙型肝炎逐渐发展为肝纤维化及肝硬化,最后恶化成肝癌[20]。AC缺乏,神经鞘脂及相关基因转录谱改变,肝功能受损[21]。肝纤维化中,肝星状细胞(hepatic stellate cells,HSCs)改变形态,研究发现:三环抗郁药通过抑制AC来调节神经酰胺,从而增加鞘脂类神经酰胺,最后促进HSC的失活[22]。首先,研究人员构建了AC敲低的肝纤维化小鼠,与对照组相比,AC敲低小鼠的肝组织平滑肌肌动蛋白减少,提示星状细胞活力降低[22]。在非酒精性脂肪性肝炎(NASH)中,抑制AC可减少NASH诱导的纤维化,而不会加剧脂肪变性或炎症[22]。AC抑制剂B13可以使人HSC失活[23]。B13作用于肝纤维化小鼠,平滑肌肌动蛋白染色程度降低,表明抑制AC,可阻碍HSC活化,进而使肝纤维化的发展减慢。CDAHFD(营养缺乏且高脂肪热量饮食)喂养的小鼠,当小鼠出现肝纤维化后,切除小鼠肝脏,AC抑制剂B13处理肝组织48 h,小鼠肝纤维化程度较低。用酒精性肝硬化及原发性胆汁性肝硬化患者的肝组织重复以上实验,结果与小鼠实验的结果一致[23]。在晚期肝纤维化患者中,肝星状细胞的AC表达增加,靶向AC治疗可改善肝纤维化患者病情,在很大程度上降低其恶变成肝癌的概率,并且延缓病情的发展[22]。

2 酸性神经酰胺酶在肝癌中的作用

肝癌作为发病率较高的恶性肿瘤,确诊时常常处于中、晚期,治愈率低,预后较差,病死率高。我国在全球新发肝癌病例中占50%,有持续上升的趋势[24]。肝癌主要的危险因素包括黄曲霉毒素、病毒性肝炎感染、遗传因素、吸烟、饮酒等[25]。据统计,我国大约有3亿人患有病毒性肝炎,其中以乙型肝炎及丙型肝炎为主[26]。亚太地区人口占全球总人口的一半以上,2015年因肝脏疾病死亡的人数占全球死亡人数的62.6%[27],其中,肝硬化死亡人数占全球死亡人数的54.3%[27]。目前,已有许多靶向酸性神经酰胺酶药物,N-油酰乙醇胺(NOE)是第一个被发现对AC具有强烈作用的抑制剂,NOE可以抑制酸性神经酰胺酶,使Cer/S1P的平衡向Cer移动,并且使肝癌细胞对柔红霉素(DNR)的敏感性增强,NOE处理后,Cer有明显的积累,并对细胞凋亡有明显促进作用。在体外,NOE与DNR协同作用,肝癌细胞HepG2中的Cer/S1P比率升高,细胞对DNR的敏感度增强[28]。这从另一个角度说明AC可促进肝癌的发生、发展。针对AC的siRNA治疗,不仅抑制HepG2细胞移植瘤的生长,而且增强了DNR的治疗效果[28]。siRNA干扰AC的表达,可选择性地降低肿瘤细胞中AC表达[28],这不仅有效缓解肝癌细胞的恶性增殖,提高DNR的疗效,而且显著降低了肝癌小鼠的AFP水平。在人肝癌细胞中的研究发现,siRNA或NOE抑制AC的表达能使Cer/S1P平衡向Cer方向倾斜,使肝癌细胞(HepG2、Hep-3B、SK-Hep和Hepa1c1c7)对DNR敏感性增加[28]。上述研究提示,拮抗AC可能为肝癌的治疗打开新的途径。

AC在其他疾病中也有广泛的研究,将抗肿瘤药与AC抑制剂联用,可降低肿瘤细胞的增殖、迁移能力,并促进了细胞死亡[29]。AC抑制剂虽然具有很好的疗效,但对正常组织细胞产生有害作用。因此,获得靶向AC的新型药物是今后的研究方向,值得进一步探索。