CYP1B1 基因表达调控的信号通路及在癌症发生发展中的作用

郑炜琳，姚卫民（广东医科大学附属第二医院，广东湛江 524000）

细胞色素P450（CYP450）酶在外源性（药物、化学品、天然产物）和内源性化合物（二十烷酸、脂溶性维生素、类固醇、胆汁酸）的生物转化中起着重要作用，尽管大多数CYPs 酶主要在肝脏中表达，但细胞色素P450 1B1（CYP1B1）作为CYP 超家族的一个重要成员，主要肝外组织中表达，负责外源性物质的代谢，包括多环芳烃等前致癌物的激活。CYP1B1 还在各种肿瘤组织中表达，包括乳腺癌、结肠癌、卵巢癌、前列腺癌、头颈癌等。CYP1B1 基因表达调控的信号通路主要是AhR 信号通路和HIF‐1 信号通路，其次是Wnt/β‐Catenin 信号通路。CYP1B1 表达在激素相关癌症的作用机制可能与以上通路有关。特异性CYP1B1 抑制剂可被视为治疗肿瘤疾病的潜在治疗策略。本文对CYP1B1 基因表达调控的信号通路及在癌症发生发展中的作用综述如下。

1 CYP1B1

CYP450 是一个含有亚铁血红素蛋白的超家族[1]，催化各种有机底物的氧化反应，人类基因组包含18 个CYP 家族，CYP1 家族是细胞色素P450 第1 组被归类为“超家族”的酶[2]。

人类细胞色素P450 CYP1 家族由CYP1A、CYP1B亚家族组成[3]。人类CYP450 中，CYP1B1 基因在mRNA大小和氨基酸数量方面是已知的最大基因，结构却是最简单的：人类CYP1A1 和CYP1A2 基因都位于15 号染色体，都由7 个外显子和6 个内含子组成，均从第1个外显子编码蛋白质[4]；CYP1B1 基因存在于染色体位点2p21‐22 上，长度约为8.5 千碱基（kb），由3 个外显子和两个内含子组成，其mRNA 的大小为5.1 kb，可读框（Open Reading Frame,ORF）从第2 个外显子的5'端开始，编码1 个由543 个氨基酸所组成的酶蛋白[5]。

在人类中，CYP1B1 主要是在肝外组织中表达，包括眼睛、肺、心脏、肾脏、前列腺、脑、肝脏、子宫、卵巢和胎盘[6‐8]，也在免疫系统细胞和雌激素靶组织如乳腺中表达[9‐10]。

CYP1B1 负责内源性物质和外源性底物的I 期代谢。CYP1B1 调节内源性物质包括胆汁酸、类固醇激素、脂肪酸、褪黑激素和维生素的代谢。CYP1B1 与许多核受体包括过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）、雌激素受体（ER）和视黄酸受体（RAR）相互作用，共同维持机体的物质代谢稳态[11]。

其次CYP1B1 参与外源性物质如芳烃、芳香胺、杂环芳香胺和杂环胺的生物转化。CYP1B1 能催化约66%前致癌物的代谢[12]，主要是激活前致癌物，并促进其生物转化，形成具有核碱基的加合物，将前致癌物激活为致癌物[13]。此外，CYP1B1 多态性已被证明是不同类型癌症和青光眼的危险因素[14]。因此，CYP1B1可作为治疗代谢疾病的治疗靶点，并预防肥胖、高血压、动脉粥样硬化和癌症等疾病。

2 CYP1B1 基因表达调控的信号通路

2.1 AhR 信号通路

香烟烟雾致癌物多环芳烃（PAH）如苯并芘（BaP）被认为是肺癌的重要因素。PAH 在与芳香烃受体（AhR）结合后上调CYP1B1 酶活性，直接诱导与癌症相关的生物学效应[15‐16]，AhR 过表达可上调肺腺癌早期CYP1B1的表达，从而增加细胞内氧化应激，促进细胞生长[17]。

AhR 是一种配体依赖性转录因子，其结构包括具有核转移因子（AhR 核易位子，ARNT）结构域的芳香烃受体，该结构类似于基本的bHLH‐PAS 结构[18]。ARNTβ 通常被称为缺氧诱导因子1β（HIF‐1β）。AhR的主要配体包括BaP 和2,3,7,8‐四氯代二苯‐并‐对二噁英（TCDD）[19]。另外，雌激素与雌激素受体α（ERα）结合形成雌激素‐雌激素受体α 复合物（E‐ERα），也能诱导AhR 基因。通常情况下，AhR 处于休眠状态，并在胞质内与热休克蛋白90（HSP90）、XAP2（X‐Associated Protein‐2，也被称为ARA9 和AIP）、HSP90 伴侣蛋白P23 结合形成AhR 复合物。当存在配体如TCDD 与AhR 结合后，其中HSP90 会从复合物中被释放出来，而AhR 受体则从细胞质易位到细胞核并结合ARNT。AhR 复合物解离形成异二聚体，即AhR‐配体/ARNT。AhR 诱导许多含有异生物质反应原件（Xenobiotic Responsive Element,XRE）的5'‐GCGTG‐3'序列的下游基因的表达，参与异生物质代谢的解毒[20]。

ARNT 也称为HIF‐1β，与HIF‐1α 形成二聚体形成HIF‐1/AhR/ARNT 复合物。HIF‐1α 在缺氧的条件下能够易位到与ARNT 结合的细胞核，诱导具有5'‐GCGTG‐3' 序列的基因的表达，该序列被命名为缺氧反应原件（Hypoxia Response Elements,HRE）[21]。氧稳态受损在许多实体瘤中很常见，缺氧影响肺癌的发生和耐药性[22]。早期体内和体外研究均发现缺氧是肺癌发生的细胞内微环境的重要条件之一，与化疗耐药性密切相关[23]。最近有学者研究在A549 细胞中BaP对ARNT/HIF‐1β 介导的AhR 和HIF‐1 信号通路的影响，以及AhR 与HIF‐1 信号通路之间的相互作用，并为评估阻断AhR 和HIF‐1 信号通路的药物预防和治疗肺癌提供实验依据[24]。

除了这种规范信号通路外，AhR 还经常与其他信号通路相互作用，例如核因子‐κB（NF‐κB）、核因子红系2 相关因子2（NRF2）和雌激素受体信号传导的产生[25]。活性氧可以影响DNA、脂质或蛋白质，并导致癌症的发生[26]。

2.2 Wnt/β‐Catenin 信号通路

Wnt/β‐Catenin 信号传导已被确定在与细胞发育相关的肿瘤发生和生物过程中起关键作用，其次是诱导细胞增殖和控制有丝分裂后细胞分化[27‐28]。经典的Wnt/β‐Catenin 由Wnt 配体与其跨膜受体结合启动，这导致细胞质基质中的多个信号转导以诱导β‐ 连环蛋白的核易位并最终调节靶基因表达[29]。当细胞没有接受Wnt 信号刺激时，细胞质内大部分的β‐Catenin 与细胞膜上Cadherin 蛋白结合使之附着于细胞骨架蛋白肌动蛋白上，参与细胞的黏附作用。而少部分的β‐Catenin被磷酸化后，与GSK3β 等形成降解复合物，最终通过泛素化而降解。Wnt 信号的激活就是指分泌型的配体蛋白Wnt 与膜表面受体蛋白FZD 结合后，激活胞内蛋白DVL。DVL 通过抑制GSK3β 等蛋白形成的β‐Catenin降解复合物的降解活性，稳定细胞质中游离状态的β‐Catenin 蛋白。胞浆中稳定积累的β‐Catenin 进入细胞核后结合LEF/TCF 转录因子家族，启动下游靶基因（如c‐myc、Cyclin D1 等）的转录[30]。

最近研究发现，Wnt/β‐Catenin 信号可能与上皮间充质转化（EMT）有关，为了解CYP1B1 的分子机制，多项研究测量了CYP1B1 调节后的关键致癌蛋白，包括β‐连环蛋白、c‐Myc 和ZEB‐2 和基质金属蛋白酶[31]。CYP1B1 通过CTNNB1、ZEB2、SNAI1 和TWIST1 的上调诱导EMT 和激活的Wnt/β‐Catenin 信号传导[32]。在通过Wnt 配体‐受体结合激活后，β‐连环蛋白逃脱蛋白体降解并转移到细胞核中，与其靶基因结合激活致癌过程中涉及的各种信号通路[33]。Sp1 是一种参与细胞生长和转移的转录因子，受到CYP1B1 的正调控，并且通过siRNA 或DNA 结合活性抑制Sp1 表达或使用mithramycin A 阻断CYP1B1 的致癌转化[34]。因此，CYP1B1 通过Sp1 诱导EMT 和Wnt/β‐ 连环蛋白信号传导来促进肿瘤细胞增殖和转移。

3 CYP1B1 与癌症中的作用

3.1 CYP1B1 与肺癌

已知香烟烟雾中的BaP 是一种具有代表性的多环芳烃（PAH）化合物，与肺癌的发生发展有关[35]。香烟烟雾通过AhR 途径诱导CYP1B1 代谢参与吸烟者气道的慢性的炎性反应和细胞外基质（ECM）增生等变化可能与肺癌有关[36]。CYP1B1 可以将PAH 转化为能够产生DNA 加合物的致癌代谢物。这些加合物在DNA 复制过程中出现DNA 错配以及启动子甲基化，导致基因突变，并促进肺癌的发生[37]。致癌物‐DNA 加合物水平与癌症发生率之间存在正相关关系，Zhou等[38]发现抗氧化剂显着降低了PAH 形成的DNA 加合物和CYP1B1 基因转录翻译的mRNA、蛋白质表达水平。此外，PAH 代谢物还可以增加活性氧（ROS）的产生，ROS 会影响DNA、脂质或蛋白质并起致癌作用[39]。CYP1B1 激活前致癌物并导致显著的DNA 损伤反应及染色体重组，并且等位基因的变异是肺癌、乳腺癌和前列腺癌的危险因素[40]。香烟烟雾中的BaP 还可以通过ROS/ 缺氧诱导因子1α（HIF‐1α）/ 血红素加氧酶1（HO‐1）信号转导影响A549 和MCF‐7 癌细胞中代谢基因CYP1B1 的上调[35]。此外，CYP1B1 通过代谢多环芳烃导致肺癌还与长非编码RNA 有关[41]。

最近的研究将雌激素代谢和吸烟与其对肺部的致癌影响联系起来，并且越来越多的证据表明肺癌中的雌激素水平升高[42]。CYP1B1 的过表达是可能影响雌激素诱导的肺癌发生，雌激素活性和烟草烟雾对雌激素依赖性肺癌发生发展中起到协同作用[43]。Słowikowski 等[43]观察到在CYP1B1 代谢雌二醇和烟草致癌物的肺组织中可以形成DNA 加合物和ROS 从而导致DNA 损伤。

另外，免疫组化证实了CYP1B1 在顺铂耐药的非小细胞肺癌（NSCLC）患者组织中上调。NSCLC 中CXCR4 的过表达通过CXCR4 介导的CYP1B1 上调促进顺铂耐药性。因此，CXCR4 和CYP1B1 可以用作NSCLC 化学耐药患者的潜在治疗靶点，并用作为顺铂反应的临床预测因子[44]。CYP1B1 过表达还与对多西紫杉醇的耐药有关，而CYP1B1 的单核苷酸多态性（SNP）在多西他赛治疗非小细胞肺癌患者的临床结局密切相关[45]。CYP1B1 Leu432Val 的基因多态性与非吸烟者肺癌风险增加有关[46]。多项荟萃分析证实了CYP1B1 Leu432Val 多态性是肺癌发生的危险因素[47]。

3.2 CYP1B1 与雌激素相关癌症

激素反应性组织（例如乳腺、卵巢、子宫内膜、前列腺）中的癌症在世界范围内发病率很高[48]。CYP1B1 在这些癌症组织具有高度选择性表达，因此CYP1B1 上调是雌激素相关癌症的前兆[49]。CYP1B1 过表达见于多种恶性肿瘤，包括乳腺癌、结肠癌、卵巢癌和前列腺癌等[50]。CYP1B1 是一种催化雌二醇转化为4‐羟基‐17β‐雌二醇（4‐OHE2）的关键酶[51]。雌二醇的代谢物4‐羟基雌二醇（4‐OHE2）在激素相关癌症的发生和进展中起着关键作用[48]。4‐OHE2导致多种雌激素相关癌症的机制，在子宫内膜癌中，4‐OHE2诱导子宫内膜癌细胞中PTEN密码子130/131 的DNA 损伤[52]。在乳腺癌中，4‐OHE2经氧化还原循环产生ROS 以及化学反应性雌激素半醌和醌中间体促进雌激素相关乳腺癌的发生[53‐54]。

CYP1B1 基因在雌激素受体阳性（ER+），黄体酮受体阳性（PR+），人表皮生长因子受体2 阳性（HER2+）乳腺癌的治疗中起着至关重要的作用[55]。CYP1B1 的表达通过AhR 受体通过配体诱导，并且主要在依赖于激素的组织如乳腺，卵巢和子宫中观察到[48]。CYP1B1在激素介导的恶性肿瘤中的表达被认为对调节乳腺肿瘤的进展、代谢、治疗和耐药性很重要[56]。在炎症性乳腺癌（IBC）中也观察到CYP1B1 和AhR 的过表达，其与肿瘤分级、淋巴血管浸润、转移性淋巴结和Ki67 的表达（提示细胞增殖）显著相关，使用CRISPR‐Cas9 抑制AhR 的表达导致IBC 细胞系SUM149 中CYP1B1、Wnt5a/b 和β‐连环蛋白的表达降低[57]。

乳腺癌病因与雌激素诱导的增殖和DNA 损伤有关。乳腺癌危险因素（BCRF）对人乳腺组织增殖和DNA 损伤的影响，包括细胞内雌激素水平、氧化应激和雌激素生物转化的作用。通过测量CYP1B1 酶的活性将确定病变乳腺内雌激素水平将在多大程度上有助于形成具有DNA 的雌激素加合物[58]。目前人们通过对乳腺癌分子病因学的研究，发现乳腺组织内E2 和E1的生物转化为儿茶酚，随后氧化为遗传毒性醌，通过形成雌激素‐DNA 加合物或通过形成ROS 导致氧化应激和DNA 损伤[59]。乳腺内组织内的E2 或E1 组织水平可以通过CYP19A1 介导形成雄激素前体，并通过CYPs催化的羟基化和偶联降低[60]。Sun 等[61]揭示乳腺癌细胞（MCF7）增殖和进展中新的LNC942/METTL14/CYP1B1 信号轴。Alhoshani 等[62]研究发现二甲双胍抑制AhR 激活物对非癌性乳腺上皮细胞（MCF10A）的致癌作用，同时降低CYP1B1 的表达水平。

其他雌激素相关性癌症如卵巢癌、宫颈癌、前列腺癌中也发现CYP1B1 过表达。免疫组化实验证实CYP1B1 在大多数卵巢癌中过表达。约92%原发性卵巢癌患者检测到CYP1B1 存在于肿瘤细胞的细胞质中，在约94%转移性卵巢癌患者中也检测到它[63]。Zhang等[64]的荟萃分析显示CYP1B1 基因的rs1056836 多态性显着增加卵巢癌的风险。在最新研究的有关CYP1B1基因表达通路的机制中，非编码小RNA piRNA（PIWI‐interacting RNA）在宫颈癌细胞中增加METTL14 mRNA的稳定性，从而提高了宫颈癌细胞中METTL14 蛋白的表达并抑制了G1 期的细胞周期停滞，这可能通过METTL14‐CYP1B1 信号轴促进宫颈癌细胞的增殖、迁移和侵袭[65]。

在前列腺癌中，由于4‐OHE2比17‐β 雌二醇（E2）更具有致癌性，4‐OHE2可以诱导前列腺上皮细胞的增殖和恶性转化等[66]。CYP1B1 在前列腺癌干细胞（PCSC）组织和雄激素非依赖性前列腺癌（PCa）细胞系中的表达显着增加。CYP1B1 促进前列腺癌的潜在机制主要是4‐OHE2通过雌激素受体α（ERα）促进了雄激素依赖性PCa 细胞中的IL6 表达。CYP1B1 催化内源性4‐OHE2浓度增加，4‐OHE2上调IL6 的表达并进一步增强了IL6‐STAT3 通路的激活，并促进去势抵抗性前列腺癌（CRPC）进展[67]。雌激素及其受体下游信号通路与去势抵抗性前列腺癌的发展有关[68‐70]。ERα表达较高的PCa 患者在去势治疗后表现出较短的无转移生存期[71]。雌二醇通过与Notch1、缺氧和β‐连环蛋白信号通路串扰来增强PCSC 表型[72‐74]。相反，雌激素受体拮抗剂他莫昔芬可以诱导PC3 细胞凋亡并抑制PCa异种移植模型中的肿瘤生长[72‐74]。

3.3 CYP1B1 与其他癌症

在结直肠肿瘤的细胞模型中，Wnt/β‐ 连环蛋白途径的抑制剂显著增加了结直肠腺瘤BaP 诱导的DNA 加合物的形成[75]。siRNA 介导对β‐连环蛋白信号转导的抑制增加了AhR 配体诱导的结肠癌HCT‐116 细胞中的CYP1B1 mRNA 水平。这表明Wnt/β‐连环蛋白信号转导的激活可能降低CYP1B1 基因启动子的转录活性[76]。

AML 致病基因lncRNA UCA1 通过与METTL14蛋白结合以增加mRNA 的m6A 甲基化水平并上调CXCR4 和CYP1B1 的表达来促进AML 的进展[77]。

4 CYP1B1 的抑制剂

CYP1B1 主要在肿瘤组织细胞中过表达并参与致癌作用，McFadyen 等[78‐79]通过检测CYP1B1 对化疗药物的催化活性，发现CYP1B1 能抑制多种化疗药物（包括顺铂、紫杉醇、多西他赛、呋他胺、米托蒽醌、他莫昔芬、阿霉素和道诺霉素）的细胞毒性。临床研究也表明，CYP1B1 可抑制这些化疗药物对肿瘤的细胞毒性[80]。CYP1B1 抑制是目前治疗CYP1B1 介导的恶性肿瘤的疗法之一。例如，CYP1B1 在头颈部癌中异常高表达，故可作为头颈部癌症治疗干预的靶标[81]。再如，CYP1B1 水平升高可增强卵巢癌细胞和前列腺癌细胞对紫杉醇的耐药性[82]。此外，CYP1B1 表达上调的肿瘤对化疗的细胞毒性具有耐药性。这一现象已被确定为耐药性机制之一。

为了提高化疗药物的有效性，多项研究鉴定出CYP1B1 抑制剂可以减弱CYP1B1 诱导的耐药性，并建立了抗癌药物与CYP1B1 抑制剂的治疗组合。据报道，天然化合物，包括香豆素、二苯乙烯和蒽醌，以及一些合成的芳香化合物，如α‐ 萘氟酮，可以抑制CYP1B1 的催化活性[83]。一些CYP1B1 抑制剂，如白藜芦醇、异鼠李素和山奈酚，抑制AhR 的表达，从而抑制CYP1B1 的表达[37]。此外，竞争性抑制CYP1B1 的抗癌药物也可以被认为是CYP1B1 抑制剂，新的CYP1B1抑制剂，如合成的吡啶基查尔酮7k（DMU2105）和6j（DMU2139），与顺铂联合用来治疗癌症，因其增加了癌细胞对顺铂的敏感性[84]。此外，最近研究的各种新型CYP1B1 抑制剂，如卡维地洛和喹唑啉衍生物也可用于治疗癌症[85‐86]。因此，化疗药物和CYP1B1 抑制剂的联合治疗方案可能增强抗癌疗效。

5 总结和展望

CYP1B1 表达上调作为肿瘤化疗药物的耐药性机制之一，同时CYP1B1 的代谢和激活或灭活抗肿瘤药物。因此，CYP1B1 在各种肿瘤组织中高度表达，可以作为癌症预防、治疗和逆转耐药性的有吸引力和潜在的靶标。CYP1B1 抑制剂是目前治疗CYP1B1 介导的恶性肿瘤的主要治疗方式，临床上应用化疗药物和CYP1B1 抑制剂的联合治疗可能增强抗癌疗效。科学界正进一步研究CYP1B1 基因表达调控的信号通路以及在疾病中的作用，并将建立基于CYP1B1 的新颖有效的治疗策略，这将为部分癌症患者带来福音。