溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶1在肿瘤中作用的研究进展

陈 雪，罗 添，魏超君*

1.甘肃中医药大学 公共卫生学院，甘肃 兰州 730000；甘肃省人民医院 2.国家卫生健康委胃肠肿瘤诊治重点实验室；3.临床研究与转化医学研究所，甘肃 兰州 730000

生物膜系统包括细胞质膜、细胞器膜和核膜,以磷脂双分子层为基本骨架构成物质转运、信号转导和许多生化反应的结构基础,在协调细胞结构和生物功能方面至关重要。磷脂酰胆碱(phosphatidyl choline,PC)是磷脂的主要组成成分,在维持细胞膜的稳定和细胞正常生理功能中发挥重要作用[1]。磷脂胆碱代谢紊乱可通过改变膜结构、曲率、电荷、流动性等来干预细胞内信号传导, 进而参与肿瘤的发 生发展[2-4]。溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶1(lysophosphatidylcholine acyltransferase 1, LPCAT1)是磷脂酰胆碱代谢途径中的一种关键代谢酶,通过脱酰基-再酰化来介导PC的合成,在细胞信号转导和细胞膜重塑中发挥重要作用。LPCAT1的高表达能够加快肿瘤细胞中磷脂构成成分、饱和度等的改变从而促进肿瘤的发生。但目前关于LPCAT1与疾病的相关性以及调控肿瘤细胞恶性表型的分子机制尚未完全明确。

1 LPCAT1概述

LPCAT1定位于5号染色体短臂5p15.33,由534个氨基酸组成,是一种具有酰基转移酶和乙酰基转移酶活性的磷脂合成酶,广泛表达于人类细胞的胞质和胞膜中,少数表达于细胞核中。 LPCAT1的主要功能是介导细胞膜重塑过程中Lands循环的溶血磷脂酰胆碱发生再酰化,合成饱和PC。PC最初是由胆碱经Kennedy途径从头合成途径生成,但从头合成的PC不具备磷脂中脂肪酰链的多样性和不对称分布的特点,因此需要Lands循环途径来改变这一情况。在Lands循环途径中,磷脂酶A2(phospholipaseA2,PLA2)水解sn-2位点形成溶血磷脂酰胆碱(lysophosphatidylcholine,LPC),LPCAT1催化再酰化发生,将另一种脂肪酸与sn-2结合,形成了饱和PC,使磷脂组成成分发生改变,参与细胞膜的重塑。因此LPCAT1在细胞膜的重塑过程中发挥着重要的作用。

2 LPCAT1参与肿瘤进展

基于基因表达水平值的交互式分析平台(gene expression profiling interactive analysis,GEPIA)(http://gepia.cancer-pku.cn/index.html)数据库显示LPCAT1在多种肿瘤中均呈高表达,如胃癌[5]、乳腺癌和结直肠癌等。研究发现LPCAT1能通过影响肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭来促进肿瘤的发生发展。

2.1 LPCAT1在肿瘤细胞增殖中的作用

增殖是由细胞分裂引起的细胞数量增加现象,是细胞生命周期中维持正常发育和生存所必需的,肿瘤细胞因不受正常增殖调控系统的控制,能够持续分裂而发生异常的增殖。LPCAT1可通过调控多种信号通路来促进肿瘤细胞的增殖,因此,通过抑制LPCAT1的表达,有效阻滞肿瘤细胞的增殖,可为肿瘤的治疗提供了新的治疗思路与方法。LPCAT1可靶向激活胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)中EGFR相关的信号通路(如AKT通路)[6],通过控制细胞膜上EGFRvIII的表达来调节EGFRvIII相关通路信号传导,从而增强肿瘤细胞的增殖能力。LPCAT1还能够通过调控细胞周期相关因子细胞周期蛋白D1(cyclinD1)、细胞周期蛋白E(cyclinE)和周期蛋白依赖性激酶4(cyclin-dependent kinases 4,CDK4)的表达,靶向抑制信号传导和转录激活因子1(signal transducer and activator of transcription,STAT),进而促进肝细胞癌(hepatocellular carcino-ma,HCC)细胞的增殖[7]。此外,LPCAT1也参与去势抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer,CRPC)细胞的异常增殖。在CRPC细胞中,LPCAT1可与瘤胃球菌以及DNA修复通路共同组成“瘤胃球菌-LPCAT1-DNA修复”途径调控下游关键信号因子DNA依赖性蛋白激酶和RAD51,使CRPC细胞膜中的饱和PC发生异常堆积,导致细胞发生异常增殖[8]。LPCAT1除了参与增殖相关通路的调控,还可以与一些肿瘤调控因子组成融合蛋白来增强肿瘤细胞的增殖能力,在上皮滋养层细胞肿瘤(epithelioid trophoblastic tumor,ETT)中,LPCAT1与端粒酶反转录酶(telomerase reverse transcriptase,TERT)是存在于ETT基因组区的共线转录本,两者融合后生成LPCAT1-TERT融合转录本,主要定位在细胞核。LPCAT1-TERT融合转录本和拷贝数的增加使得下游TERT基因被激活,从而促进ETT细胞增殖,加快肿瘤的进程[9]。

综上所述,LPCAT1在多种肿瘤中上调,且能够促进细胞的增殖,因而靶向LPCAT1可为肿瘤的治疗提供新的思路。然而,目前关于LPCAT的分子机制以及其参与的信号通路尚缺乏深入了解,仍需进一步研究。

2.2 LPCAT1在肿瘤细胞迁移与侵袭中的作用

迁移与侵袭是复杂的生物过程,主要包括基底膜的局部浸润、细胞迁移、血管系统和/或淋巴系统的浸润以及在转移部位定植几个方面。肿瘤细胞可通过多种效应因子如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和金属蛋白酶(metalloproteinases,MMPs)等,来促进迁移或侵袭的发生。LPCAT1可通过调控胆固醇代谢、上皮间充质转化(epithelial mesenchymal transition,EMT)以及细胞外基质(extracellular matrix,ECM)等通路相关效应因子来影响肿瘤细胞的迁移与侵袭。

在食管鳞状细胞癌中(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)中[10],LPCAT1能够通过活化表皮生长因子受体/胰岛素诱导基因-1/胆固醇调节元件结合蛋白-1(EGFR/INSIG-1/SREBP-1)和磷脂酰肌醇-3-激酶/特异性蛋白1/胆固醇调节元件结合蛋白-2(PI3K/SP1/SREBF2)信号通路,调控胆固醇代谢重编程并增加肿瘤细胞膜胆固醇的水平,使脂质双分子层的形状及其流动性发生改变,从而促进ESCC细胞的迁移与侵袭。在HCC中,LPCAT1可通过调控细胞外基质通路中的核心蛋白β-catenin和下游效应因子基质金属蛋白酶7(MMP-7)的表达,促进ECM的降解,导致肿瘤细胞发生转移和再定植,从而协调跨血管侵袭和迁移[11]。此外细胞核呼吸因子1(nuclear respiratory factor 1,NRF1)可以诱导LPCAT1转录激活ERKE1/2-CREB通路来促进HCC的细胞周期以及EMT进程,同时LPCAT1还可以诱导NRF1的转录来激活ERKE1/2-CREB通路从而形成一个调控环,起到持续刺激HCC进展的作用[12]。在肺腺癌尤其是肺腺癌发生脑转移的患者中,LPCAT1能够通过调控PI3K/AKT通路中相关效应因子p-AKT的表达,靶向促进下游调节因子MYC表达,增加肺腺癌患者发生脑转移的概率[13]。此外,LPCAT1还可以通过激活转化生长因子β(TGF-β)/Smad2/3信号通路靶向调控EMT相关效应因子,如E-钙黏蛋白(E-cadherin)、N-钙黏蛋白(N-cadherin)等通路相关因子的表达,促进子宫内膜癌(endometrial carcinoma,EC)细胞发生EMT,进而促进EC细胞发生迁移与侵袭[14]。

综上所述,LPCAT1在不同癌中均上调,但哪些因素控制了LPCAT1的上调,与LPCAT1上调相关的途径以及分子机制尚不明确。需要进一步研究以阐明LPCAT1在不同癌中的确切作用机制,为开发有效的药物提供策略。

2.3 LPCAT1与在肿瘤细胞的耐药中的作用

肿瘤患者在药物治疗过程产生的耐药性已成为肿瘤治疗的关键问题。研究发现LPCAT1可通过增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性和细胞中药物的累积,从而改善肿瘤耐药性,因此,LPCAT1有望成为肿瘤药物治疗过程中改善耐药的新靶点。

在非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)中,LPCAT1与EGFR信号激活之间存在正反馈机制,称为LPCAT1-EGFR反馈回路。吉非替尼作为一线EGFR抑制剂,是携带EGFR基因突变晚期NSCLC患者最常用的药物,长时间使用吉非替尼产生的获得性耐药是治疗过程中的一大挑战。研究发现靶向抑制NSCLC细胞中LPCAT1的表达,会使得NSCLC肿瘤体积缩小并恢复对吉非替尼的敏感性。因此,靶向抑制LPCAT1,可降低NSCLC细胞对吉非替尼的耐药性[15]。

随着纳米医学的进步,纳米颗粒药物递送系统在肿瘤治疗中发挥越来越重要的作用。研究者设计了一种新型脂质纳米载体(egg yolk lipid-derived nanovector)-EYLN-Dox/siLPCAT1,用于食管癌的靶向联合基因治疗与化疗,其同时携带化疗药物阿霉素(doxorubicin,Dox)和用于对抗脂质代谢合成关键因子LPCAT1的小干扰RNA。在后续实验中,研究者将白细胞膜覆盖于EYLN-Dox/siLPCAT1上,进一步形成mEYLNs-Dox/siLPCAT1,通过验证发现mEYLNs-Dox/siLPCAT1更容易被食管癌细胞内化,并且更有效地递送药物,使食管癌细胞对阿霉素的耐药性显著降低[16]。

在乳腺癌中[17],LPCAT1受其上游因子叉头框蛋白A1(forkhead box A1,FOXA1)的转录调控,通过荧光素酶报告基因实验发现,相较于LPCAT1-WT+oe-NC组,LPCAT1-WT+oe-FOXA1组的活性显著升高,也进一步发现FOXA1可以改变LPCAT1在乳腺癌中的作用。通过对LPCAT1-FOXA1的验证,也发现了LPCAT1与紫杉醇(paclitaxel,PTX)的相关性,提示LPCAT1有望成为乳腺癌中减轻化疗耐药性的潜在靶点。

LPCAT1是多功能蛋白质,基于它们在不同癌中与不同效应因子相互作用而发挥耐药的作用,因此靶向LPCAT1开发抗癌药物是一个很好的策略。

3 问题与展望

靶向LPCAT1提供了一种新策略,通过干扰细胞信号传导和细胞膜重塑的方式来抑制恶性肿瘤的生长和扩散。尽管已经明确可通过调控LPCAT1表达水平,抑制肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭,改善细胞的耐药性,但其参与调控的机制研究甚少,并且在不同肿瘤中LPCAT1参与肿瘤恶性表型的调控大不相同,因此,还需进一步的研究来更好的了解LPCAT1相关的分子网络,使LPCAT1成为一个有效的治疗靶点,在肿瘤的治疗中发挥重要作用。