维生素D-24-羟化酶与甲状腺癌的相关性研究进展

陈施静，傅菁岚，邓媛媛，张 颖，刘慧霞

中南大学湘雅医院 老年医学内分泌科，中国 长沙 410031

甲状腺癌(thyroid carcinoma，TC)是甲状腺实质细胞的恶性肿瘤，其中分化型TC(differentiated thyroid carcinoma，DTC)约占TC的95%，主要包括甲状腺乳头状癌(papillary thyroid carcinoma，PTC)和甲状腺滤泡状癌(follicular thyroid carcinoma，FTC)。近年来TC的检出率不断升高，在2020年已成为全球发病率第九的常见癌[1]。维生素D具有调节钙磷代谢、促进骨稳态，抗炎、抗增殖、促分化的作用。1，25-二羟基维生素D3(1,25-dihydroxyvitamin D3，1,25(OH)2D3)是维生素D的主要活性形式。维生素D-24-羟化酶(vitamin D-24-hydroxylase，CYP24A1)是活性维生素D的主要灭活酶，通过抑制维生素D抗增殖效应，增加TC发病风险。本文主要将CYP24A1在TC进展中的作用进行综述。

1 维生素D代谢途径中CYP24A1的作用

1.1 维生素D经典代谢途径中CYP24A1的作用

1,25(OH)2D3与维生素D受体 (vitamin D rece-ptor，VDR)结合后和维甲酸X受体形成异二聚体，随后转移到细胞核中， 与染色质上的维生素D反应元件(vitamin D reaction element，VDRE)结合，调节靶基因表达，发挥抗增殖作用[2]。CYP24A1将1,25(OH)2D3的C23或C24位进一步羟基化生成无活性的骨化三酸，使得1,25(OH)2D3丧失活性[3]。CYP24A1通过灭活维生素D，抑制维生素D抗增殖活性，促进肿瘤的发生发展。高血清浓度的1,25(OH)2D3与CYP24A1启动区域的VDRE结合，可反馈性刺激CYP24A1表达。

1.2 基因多态性对CYP24A1的影响

CYP24A1的表达及功能除受1,25(OH)2D3调节外，还受CYP24A1基因和VDR基因多态性的影响。CYP24A1和VDR基因多态性均可影响CYP24A1的表达或功能，进而影响1,25(OH)2D3的活性[4-5]。CYP24A1基因的单倍型rs927650C/rs2248137C/rs2296241G可赋予较高的DTC风险[6]。维生素D代谢途径中的基因多态性对CYP24A1的表达和功能产生影响，进而增加TC的发病风险。

2 CYP24A1在TC中的表达

2.1 良性与恶性甲状腺肿瘤的CYP24A1表达

大部分DTC的CYP24A1表达水平高于正常甲状腺组织，但DTC中少部分PTC的CYP24A1表达水平与正常甲状腺组织的差异无统计学意义[7-9]。良性甲状腺肿瘤与正常甲状腺组织的CYP24A1表达水平不一，甲状腺滤泡性腺瘤(follicular adenoma，FA)的CYP24A1水平高于正常甲状腺组织[8]，部分良性甲状腺肿瘤与正常甲状腺组织CYP24A1表达水平无明显差异[9]。此外，TC与良性甲状腺肿瘤的CYP24A1表达水平不尽相同，PTC的CYP24A1水平高于良性多结节甲状腺肿，但与其他良性甲状腺肿瘤的CYP24A1表达水平差异无统计学意义[9]，而DTC的CYP24A1水平低于FA[8]。

2.2 早期与晚期TC的CYP24A1表达

虽然部分淋巴结转移的PTC患者CYP24A1表达水平低于无淋巴结转移的PTC患者[8]，但CYP24A1表达升高与PTC的分期及大部分反映肿瘤恶性程度的指标(包括肿瘤大小、血管侵袭和淋巴结转移)呈正相关[7]。而高侵袭性或远处转移的未分化型TC的CYP24A1水平较低，且细胞周期抑制剂p21的表达与CYP24A1水平呈正相关[8]。

3 CYP24A1促进TC发生发展的相关机制

目前， TC的发病机制尚不十分明确，CYP24A1可能从多方面促进了TC的发生发展，主要是通过灭活维生素D，协同鼠类肉瘤滤过性毒菌致癌同源体B(murine sarcoma viral infection oncogenic homolog B，BRAF)突变，异常激活转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B，PI3K/Akt)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)、Notch和Wnt/β-catenin通路，促进上皮间质转化(epithelial inters-titial transformation，EMT)及CYP24A1固有致癌作用诱导TC细胞增殖及侵袭。

3.1 BRAF突变

BRAF突变及MAPK通路异常与TC密切相关。BRAFV600E突变是PTC中最常见的遗传改变，平均发生率为45%[10]。BRAFV600E突变持续激活丝氨酸/苏氨酸激酶，进一步激活MAPK通路，诱导赖氨酰氧化酶产生，使得TC更具侵袭性[11]。CYP24A1敲除后，BRAFV600E致癌性显著降低，MAPK通路表达下降。此外，BRAFV600E抑制剂PLX4720可以显著下调CYP24A1的表达，增强1,25(OH)2D3在TC细胞中的抗增殖作用[12]。CYP24A1过表达与BRAFV600E突变及MAPK通路异常共同促进TC的进展。

3.2 TGF-β、MAPK和PI3K/Akt通路异常

TGF-β、MAPK和PI3K/Akt通路对细胞的增殖和分化有重要的调节作用。TGF-β1通过Smad2和Smad3蛋白靶向Smad4形成Smad复合体，导致Smad2/3的磷酸化和核转位，与基因启动子区的特异性Smad结合元件结合，激活或抑制靶基因的表达[13]。除Smads外，TGF-β1还触发其他蛋白介导的信号通路，例如MAPK和PI3K/Akt通路，共同调节雷帕霉素机械靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路，通过影响4E-BP1和p70S6K等激酶磷酸化调节蛋白质合成[13-14]。同时，活化的Akt通过影响细胞周期蛋白D1表达和磷酸化叉头框O(forkhead box O，FOXO)转录因子，抑制细胞凋亡，诱导细胞增殖[15]。CYP24A1敲除小鼠的肿瘤细胞增殖减少，细胞中TGF-β、MAPK和Akt通路蛋白或基因表达下降，而转染CYP24A1基因后可观察到Akt和Smad水平升高[12]。CYP24A1可能通过激活TGF-β1、PI3K/Akt和MAPK通路，直接促进TC细胞增殖或拮抗1,25(OH)2D3的抗TC增殖效果。

3.3 Notch和Wnt/β-catenin通路异常

Notch和Wnt/β-catenin通路均是高度保守的转导途径，两者之间存在相互串扰，与TC细胞增殖和侵袭密切相关[16-18]。Notch通路参与细胞凋亡、增殖以及分化等多种细胞进程，在肿瘤侵袭过程中可促进EMT，Notch失活可以抑制PTC细胞增殖、迁移和侵袭[17]。Wnt/β-catenin信号通路是包含一系列配体作为细胞间相互作用分子的典型途径，Wnt1和Wnt3a与FZD1、LRP5和LRP6组成的膜复合物结合，诱导GSK-3β失活，促进β-catenin的核积累，调节下游分子的表达，从而促进TC的去分化、增殖和转移[18]。CYP24A1敲除影响Notch和Wnt/β-catenin通路相关基因表达[12]，联合1,25(OH)2D3治疗显著降低Wnt/β-catenin的活性，抑制了TC细胞增殖[19]。CYP24A1可能通过上调Notch和Wnt/β-catenin通路，促进TC细胞增殖。

3.4 EMT进程异常

EMT指上皮细胞向间质细胞表型的转化，细胞失去极性和连接，获得迁移与侵袭能力，与肿瘤的不良预后密切相关，被认为是TC转移的中枢机制[13]。BRAF突变、TGF-β、PI3K/Akt、MAPK、Notch和Wnt/β-catenin通路异常及E-钙黏蛋白表达下降均可诱导EMT，PTC细胞通过EMT可获得向外侵袭的能力[13,17-18,20]。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)与EMT关系密切，主要降解细胞外基质，破坏组织学屏障，促进TC细胞侵袭和转移[21]。金属蛋白酶抑制剂-1(the tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1)可抑制MMP表达，减少细胞外基质降解和肿瘤迁移。CYP24A1缺失小鼠的EMT促进基因显著下调，E-钙黏蛋白表达增加，N-钙黏蛋白和波形蛋白表达降低[12]。联合1,25(OH)2D3治疗后，MMP-2表达显著降低，TIMP-1表达显著升高[19]。而转染CYP24A1基因后可检测到N-钙黏蛋白异常升高[12]。CYP24A1可能通过激活上游信号通路直接或间接促进EMT进程诱导TC细胞增殖和转移。

3.5 CYP24A1固有致癌功能

CYP24A1除直接灭活维生素D以及激活上述信号通路外，可能还具有一些固有致癌功能。裸鼠中CYP24A1敲除细胞的肿瘤增殖显著减少，而血清1,25(OH)2D3水平没有增加。1,25(OH)2D3单独治疗对CYP24A1敲除细胞的增殖没有显著影响。将CYP24A1cDNA转染到CYP24A1敲除细胞中，裸鼠的肿瘤增殖得到部分恢复。此外，CYP24A1敲除后，维生素D应答基因的表达无显著变化，但许多非维生素D应答基因受到影响，包括转录因子、癌基因、抑癌基因以及参与免疫监测和代谢的基因[12]。CYP24A1除了拮抗维生素D的抗增殖作用，可能还具有直接致癌作用，其机制尚不明确，有待一步研究。

4 CYP24A1抑制剂抗癌作用

CYP24A1抑制剂治疗在多种癌中显示出较为明确的抗增殖效应。CYP24A1高选择性抑制剂Apt-7增强了1,25(OH)2D3对肺腺癌的抗增殖活性[22]。CYP24A1抑制剂染料木黄酮可抑制前列腺癌细胞的增殖，联合1,25(OH)2D3治疗增强对前列腺癌的抗肿瘤作用[23]。黄体酮可抑制CYP24A1表达水平，联合1,25(OH)2D3治疗可抑制妇科恶性肿瘤细胞增殖[24]。值得注意的是，CYP24A1靶点敲除或抑制会带来严重高钙血症而限制其应用[25]。现阶段尚缺乏CYP24A1抑制剂应用于TC的研究，后续可进行相关研究。

5 问题与展望

迄今为止，研究数据大多来自少量小样本横断面研究，CYP24A1的表达包含了实验室间差异、季节性波动以及疾病或治疗引起的混杂效应。CYP24A1在TC进展中的表达、作用及机制需要更大样本量的前瞻性研究进一步证实。CYP24A1基因敲除和抑制治疗显示出较为明确的抗癌作用，但是严重的高钙血症限制了其应用。目前，CYP24A1抑制剂应用于TC的研究较少，本领域的进一步研究或可为TC的有效治疗提供新的策略。