乙醛脱氢酶2 型与肿瘤相关性的研究进展

付怡如，时倩倩综述，付丽审校

（天津医科大学肿瘤医院乳腺病理科，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市“肿瘤防治”重点实验室，天津市恶性肿瘤临床医学研究中心，乳腺癌防治教育部重点实验室，天津 300060）

乙醛脱氢酶2 型（aldehyde dehydrogenase 2，ALDH2）属醛脱氢酶家族，为NAD（P）+依赖性酶，定位于线粒体基质，其主要功能是将乙醛代谢成无毒的乙酸，是乙醇氧化代谢过程中的关键酶。其活性位点存在单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP），该位点的突变可致酶活性降低或失活，影响正常功能[1]。多项研究表明，ALDH2 在肿瘤发生、发展过程中起重要作用，ALDH2 突变型个体乙醇相关肿瘤易感性增强[2]。ALDH2 突变型个体的酶活性降低或失活导致乙醛在体内蓄积，损伤遗传物质并干扰其修复，诱发细胞突变与增殖，从而参与肿瘤发生[3-4]。乙醛还可通过增加体内的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）促进氧化应激，诱导Snail 磷酸化及核易位，进而促进肿瘤侵袭与转移[5]。此外有证据表明ALDH2 可作为膀胱癌肿瘤干细胞的标志基因[6]，并通过多种通路参与肿瘤的侵袭与转移，ALDH2 还可提高肿瘤对化疗药物的耐受性[7-8]。本文就ALDH2 与肿瘤相关性的研究进展综述如下。

1 ALDH2 的结构与生理功能

1.1 ALDH2 的结构 1985 年，Hsu 等[9]利用cDNA探针和Southern 印迹技术鉴定出ALDH2 位于12号染色体。随后Womack 等[10]通过比对人、鼠和牛的序列，证明ALDH2 定位于12 号染色体长臂的远端。人ALDH2 基因至少包含13 个外显子和12 个内含子，长度约44 kb。ALDH2 基因编码517 个氨基酸，其中包括含有17 个氨基酸残基的信号肽。信号肽与其他线粒体信号肽具有相似的结构特征，富含羟基和带正电荷的氨基酸（约占组成的41%），不含酸性氨基酸，且存在碱基和疏水残基的交替排列。ALDH2 转录翻译得到分子量为5.6 kD 的线粒体蛋白，4 个ALDH2 蛋白分子通过氢键和范德华力形成同源四聚体[11]。氨基酸序列测定结果显示，ALDH2 亚基的前7 个氨基酸残基上存在-NH2 末端的异质性，其中巯基基团位于酶的催化中心，参与还原反应与二硫键的连接[12]。

1.2 ALDH2 的生理功能 ALDH2 是乙醇代谢过程中的关键酶，其野生型的Km值是同工酶ALDH1的十分之一，主要功能是将乙醛氧化成无毒的乙酸，避免乙醛在体内蓄积，从而保护机体的遗传物质及减弱氧化应激。ALDH2 还可氧化4-羟基壬烯醛（4-hydroxynonenal，4-HNE）和丙二醛（Malondialdehyde，MDA）等脂质过氧化过程中产生的毒醛，在NAD（P）+参与下将毒醛氧化成对应的羧酸，降低对机体的损害。ALDH2 尤其对肝脏细胞中4-HNE 的清除起关键作用，也保护心脏免受氧化应激的损伤[13]。

此外研究显示，ALDH2 参与硝酸甘油（nitroglycerin，GTN）的转化，将三硝酸甘油酯转变为1，2-二硝酸甘油酯，进而在缺血性心脏病中发挥保护作用[14]。Chen 等[15]通过蛋白组学研究，证明激活ALDH2 可减少动物模型中的缺血性心肌损伤，并筛选出ALDH2激动剂Alda-1。在缺血事件发生前给予大鼠适量Alda-1 可使梗死面积减少60%，其作用机制可能为抑制体内毒性醛的形成。在冠状动脉搭桥术中给予Alda-1，可保护患者的心肌组织。Nagano 等[16]证明线粒体ALDH2 与体内GTN 紧密相关。抑制ALDH2 可介导机体硝酸盐耐受性，线粒体ROS 可参与这种抑制，因此临床常见的GTN 耐受被视为一种以线粒体功能障碍为特征的代谢综合征[17]。

2 ALDH2 参与肿瘤的发生、发展

2.1 ALDH2 基因多态性与肿瘤易感性 ALDH2 具有两种等位基因形式，分别为ALDH2*1（野生型）和ALDH2*2（突变型）。ALDH2 突变最常见于rs671 位点的SNP，该位点的鸟嘌呤（G）突变为腺嘌呤（A），致使谷氨酸（Glu）突变为赖氨酸（Lys）[1，18]。纯合突变型ALDH2*2/*2（Lys/Lys）的酶活性几乎完全丧失，杂合突变型ALDH2*1/*2（Glu/Lys）的酶活性下降约30%～50%，Km值增大，无法发挥正常作用[19]。

ALDH2 的基因多态性影响乙醛代谢速度，并调节机体对乙醛致癌作用的敏感性。ALDH2 基因突变引起的酶活性降低或失活导致乙醛积聚，而乙醛被国际肿瘤研究机构列为一类致癌物[20]。多项流行病学研究表明，ALDH2 突变增加乙醇相关肿瘤的易感性，证明在癌变的过程中存在遗传因素与环境因素的相互作用[2]。一项Meta 分析结果显示，与野生型个体相比，ALDH2 rs671 突变的个体患癌的风险提高20%[21]。此外，ALDH2 基因多态性具有人种差异，ALDH2 Lys 等位基因是东亚人群特有的，携带者乙醛代谢能力显著降低[20]，因此东亚人患乙醇相关胃癌的风险可能高于欧美人[22]。

2.2 ALDH2 失活引起的DNA 损伤介导肿瘤发生 ALDH2 在乙醛代谢成乙酸的过程中起重要作用，ALDH2 突变导致酶失活或活性降低引起乙醛蓄积，损伤DNA 进而参与肿瘤的发生，食道癌、胃癌、结直肠癌等消化系统肿瘤最为常见。过量乙醛与DNA 形成加合物，引起移码突变，影响遗传物质的正常复制[3]。此外，大量的DNA 加合物可激活细胞凋亡途径并驱动氧化应激诱导细胞凋亡[23]。同时，ALDH2的基因多态性也影响DNA 加合物水平，ALDH2 突变型杂合子形成的DNA 加合物较多[24]。乙醛与DNA形成的加合物还会导致DNA 点突变、DNA 单链断裂、DNA-DNA 交联微核、染色体畸变等遗传物质的变异[25-27]，累积的变异进一步诱发细胞突变，导致肿瘤发生。

乙醛不仅损伤DNA，还干扰DNA 的修复。其机制可能是抑制DNA 甲基化并与维甲酸相互作用进而诱发癌变。除此之外，乙醛还可作用于甲基腺苷转移酶1（methyladenosine transferase1，METT1），影响DNA 和组蛋白的甲基化和乙酰化，此通路与乙醇性肝病的诱发相关：即通过降低视黄醇浓度，促进细胞增殖，进而导致癌变[4]。

2.3 ALDH2 失活间接促进肿瘤的侵袭、转移 ALDH2失活或活性降低使得乙醛在体内蓄积，过量的乙醛与谷胱甘肽结合抑制抗氧化防御系统，增加体内的ROS，促进氧化应激导致肿瘤的侵袭与转移[28-29]。Snail 是上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）过程的关键转录因子，也是上皮细胞中一种有效的E-钙黏蛋白阻遏物。其通过下调紧密连接蛋白和黏附连接蛋白的表达，破坏上皮的完整性，促进肿瘤的侵袭和转移[30]。乙醛通过增加体内的ROS 诱导Snail 磷酸化及核易位，抑制上皮细胞中E-钙黏蛋白的表达，促进EMT，进而导致肿瘤的侵袭与转移[5]。此外，乙醛通过激活Snail改变肠道通透性，破坏肠屏障，导致胃肠道和肝脏疾病的发生，包括炎症性肠病和肝硬化等[31]。

2.4 ALDH2 参与肿瘤发展的其他可能机制 ADLH2表达水平对不同类型的恶性肿瘤患者预后的影响并不一致。在肺癌组织中，ALDH2 的转录以及翻译水平显著低于癌旁正常组织，ALDH2 低表达患者的总生存率显著低于ALDH2 高表达肺癌患者[32]。在肝癌中的研究结果亦显示，ALDH2 在肝脏恶性肿瘤组织中的基因和蛋白水平均低于癌旁正常组织，且表达水平与侵袭能力呈负相关。Hou 等[33]通过敲低或过表达ALDH2，证明ALDH2 通过调节AMP 活化蛋白激酶（AMPK）信号通路抑制肝癌细胞的转移，并且ALDH2 的表达水平是总生存率的独立危险因素。但Chen 等[34]研究发现，转录因子FOXM1 通过调控ALDH2 的表达，抑制肝癌细胞的凋亡，促进肝癌干细胞（liver cancer stem cells，LCSCs）的自我更新和增殖。ALDH2 的过表达增强肝癌细胞的增殖和侵袭能力。Ramakrishnan 等[35]证实在浸润性膀胱癌中ALDH2 高表达的亚群具有侵袭性表型，其病理学分期和组织学分级均高于低表达的亚群。

ALDH 家族可作为肿瘤干细胞生物标志物[36]。ALDH1A3 是乳腺癌和胆管癌不良预后的标志物[37-38]，而ALDH2 可以作为膀胱癌肿瘤干细胞的标志基因[6]。ALDH2 属于线粒体蛋白，但其在肿瘤中的表达不依赖于ALDH2*2 SNP 和其他线粒体相关蛋白。线粒体活性的变化是肿瘤细胞和非肿瘤细胞之间代谢异质性的主要原因，线粒体相关基因表达异常可诱发癌变[32，39]。ALDH2 在维持癌细胞干性和介导微管抑制剂抗性中起关键作用，并且ALDH2 低表达的肿瘤细胞对化疗更为敏感。在非小细胞肺癌与慢性髓系白血病细胞系中过表达ALDH2 可提高肿瘤细胞对环磷酰胺和阿霉素的耐受性[7]。在乳腺癌中应用ALDH2 的抑制剂双硫仑（disulfiram，DSF）可增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性[8]。

综上所述，近年来ALDH2 的生物学、医学和生化特性研究受到越来越多的关注。其中，ALDH2 在心血管疾病以及恶性肿瘤中起到了重要作用，对ALDH2 的上下游分子及其相关通路及在肿瘤发生、发展过程中的机制与意义等需要更多的关注和探索。尤其对于ALDH2 可否成为相关肿瘤的诊断、预后预测标志物和治疗靶点尚需要更深入的证实。