覃小賓,李祖隆,曾勝瀾,譚利婷,樂瀅玉,毛德文
1 廣西中醫(yī)藥大學(xué) 研究生院,南寧 530021; 2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 肝病科,南寧 530023
肝細(xì)胞癌(HCC)是最常見的肝臟惡性腫瘤,2018年全球HCC新發(fā)70余萬例,位居惡性腫瘤發(fā)病譜第6位,是全球第二常見的與癌癥相關(guān)的死亡原因[1]。由于HCC發(fā)現(xiàn)時通常已為晚期,加之目前治療手段有限,復(fù)發(fā)率極高,給我國造成了極大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此,HCC的早期監(jiān)測識別及復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的防治仍是我國醫(yī)學(xué)攻堅的重點。
腫瘤的發(fā)生和發(fā)展取決于腫瘤微環(huán)境,細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)作為腫瘤微環(huán)境的主要部分,與腫瘤細(xì)胞共同調(diào)控腫瘤微環(huán)境的異常表達(dá),以及分泌多種生長因子、細(xì)胞因子和趨化因子,最終促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[2]。賴氨酰氧化酶(lysyl oxidase,LOX)是維持ECM穩(wěn)態(tài)中的關(guān)鍵角色,通過催化膠原蛋白和彈性蛋白的共價交聯(lián)以維持ECM的硬度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[3],在腫瘤中參與細(xì)胞信號和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、腫瘤抑制和轉(zhuǎn)移促進(jìn)、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)和免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)過程,在HCC中表達(dá)增加并與預(yù)后不良相關(guān)[4]。本文對LOX家族成員在HCC中的作用進(jìn)行綜述,闡述其作為治療靶點的可能機制及中藥干預(yù)作用,以期為HCC的靶向藥物研發(fā)提供參考。
在哺乳動物中,LOX家族是由LOX和LOX樣蛋白(LOXL1、LOXL2、LOXL3和LOXL4)組成的銅依賴性胺氧化酶,其成員均具有保守的銅結(jié)合位點、細(xì)胞因子受體樣結(jié)構(gòu)域和賴氨酸酪醌輔因子組成的高度保守的羧基末端(C端)結(jié)構(gòu)域,因此顯示出相似的胺氧化酶活性[5]。然而,LOX家族成員氨基末端(N端)結(jié)構(gòu)域是可變的,幾乎無序列同源性。LOX和LOXL1在N端均含有1個前肽序列,LOXL2~4則在該區(qū)域存在4個清道夫受體半胱氨酸富集區(qū)(圖1)[5]。LOX及LOXL1的N端信號肽裂解產(chǎn)生的前原蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中發(fā)生N-連接的糖基化反應(yīng),然后通過分泌小泡的形式分泌至細(xì)胞外,被骨形態(tài)發(fā)生蛋白1或前膠原C金屬蛋白酶水解后產(chǎn)生活性酶和前肽(LOX-PP),再重新進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)以發(fā)揮其生物學(xué)活性[6]。盡管LOX-PP在催化LOX、LOXL1酶活性過程中具有重要作用,導(dǎo)致多種功能形式,但其對LOXL2~4的功能卻毫無影響,這可能是LOX家族成員功能具有相關(guān)性但不完全相同的原因[7]。
LOX作為預(yù)后不良的一種預(yù)測因子在HCC中過表達(dá),其促進(jìn)HCC進(jìn)展可能是通過促血管生成、重塑腫瘤微環(huán)境和誘導(dǎo)EMT等完成的[13]。
2.1 促進(jìn)血管生成
缺氧是實體瘤的特征,異常血管生成不僅改善了腫瘤的缺氧,并且促進(jìn)了癌癥的進(jìn)展。研究[14]表明血管生成因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)及其相關(guān)受體是腫瘤血管生成的主要正向調(diào)節(jié)劑,與不良預(yù)后密切相關(guān)。
2.1.1 LOX與血管生成 LOX通過p38MAPK信號影響TGFβ介導(dǎo)的VEGF在HCC細(xì)胞中表達(dá)上調(diào),LOX基因敲除則抑制了HCC細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲,并降低了VEGF表達(dá)[13]。LOX的表達(dá)水平在HCC中與肝臟基質(zhì)硬度呈正相關(guān),過表達(dá)的LOX上調(diào)了整合素β1的表達(dá),并激活PI3K/Akt的磷酸化,增加了VEGF表達(dá);同時激活整合素αV/β5/Akt-核Sp1通路,上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞中血管生成因子受體2(vascular endothelial growth factor receptor 2,VEGFR2)的表達(dá),使VEGF與VEGFR2結(jié)合增加誘導(dǎo)血管生成,促進(jìn)HCC的進(jìn)展[15-16]。
2.1.2 LOXL1與血管生成 LOXL1在肝內(nèi)膽管癌內(nèi)表達(dá)升高,其通過與精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸域依賴性機制中的αvβ3整聯(lián)蛋白結(jié)合,與調(diào)節(jié)血管生成的纖維蛋白5相互作用,增強黏著斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)MAPK信號通路,促進(jìn)細(xì)胞增殖、集落形成和轉(zhuǎn)移,并誘導(dǎo)血管生成,LOXL1的敲除則顯示相反的效果[17]。
2.1.3 LOXL2與血管生成 LOXL2在HCC中過表達(dá),誘導(dǎo)Snail信號-果糖-1,6-二磷酸酶通路上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)的亞基HIF-1α活性增加,導(dǎo)致HIF-1α的靶基因VEGF表達(dá)增強,促進(jìn)血管生成導(dǎo)致HCC轉(zhuǎn)移[18]。此外,LOXL2還可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞沉積Ⅳ型膠原,并通過N端的重組清道夫受體富半胱氨酸結(jié)構(gòu)域,使Ⅳ型膠原和纖連蛋白的相互作用獨立于酶的交聯(lián)活性,協(xié)調(diào)血管基底膜的支架,促進(jìn)血管生成[19]。
2.1.4 LOXL4與血管生成 研究[20]表明,LOXL4在HCC中亦過表達(dá),作為獨立危險因素與預(yù)后不良顯著相關(guān),其在細(xì)胞外通過HCC來源的外泌體介導(dǎo)轉(zhuǎn)移到親代HCC細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞上,從而增強HCC細(xì)胞的侵襲,促進(jìn)血管生成,最終促進(jìn)HCC轉(zhuǎn)移。
靶向LOX家族成員在抗HCC血管生成方面取得了重要進(jìn)展,然而LOXL3對血管生成的影響尚不清楚,且目前的研究大多集中于單獨抑制VEGF途徑上,存在一定的局限性。新一代多靶點抗血管生成劑有待進(jìn)一步的深入研究,最大限度發(fā)揮抗血管生成療法的潛力。
2.2 促進(jìn)EMT
EMT導(dǎo)致上皮細(xì)胞失去其典型的極化狀態(tài),細(xì)胞黏附和遷移能力增加,細(xì)胞凋亡受到抑制[21]。因此,調(diào)控EMT被認(rèn)為是治療癌癥的新策略。
2.2.1 LOX與EMT 缺氧誘導(dǎo)HIF穩(wěn)定和下游信號傳導(dǎo),是EMT的重要驅(qū)動力[22]。HIF-1α誘導(dǎo)LOX在HCC內(nèi)高表達(dá),導(dǎo)致較高的復(fù)發(fā)率及較差的預(yù)后,其原因可能為LOX在HIF-1α介導(dǎo)下通過降低E-鈣黏蛋白,增加波形蛋白、Slug蛋白以及TWIST蛋白的表達(dá)誘導(dǎo)EMT,導(dǎo)致早期肝內(nèi)轉(zhuǎn)移[23]。
2.2.2 LOXL2與EMT 與LOX作用相似,LOXL2也可通過降低E-鈣黏蛋白表達(dá)來促進(jìn)EMT,不同的是,LOXL2以Snail蛋白依賴的方式誘導(dǎo)EMT[24]。此外,部分LOXL2可以移入細(xì)胞核與E-鈣黏蛋白啟動子的E-pal元件特異性結(jié)合,同時激活FAK/Src信號,獨立于其酶促活性而驅(qū)動EMT[25]。Wang等[24]研究報道了LOXL2表達(dá)較高的HCC患者總生存期較短,而Fan等[18]研究則認(rèn)為LOXL2與HCC兩年內(nèi)的早期復(fù)發(fā)顯著相關(guān),但與HCC總生存期無關(guān)。二者存在爭議,仍需進(jìn)一步研究明確。
LOXL1、LOXL3及LOXL4被發(fā)現(xiàn)在腫瘤中過表達(dá),且LOXL1、LOXL3均能通過與Snail蛋白相互作用抑制E-鈣黏蛋白基因表達(dá),誘導(dǎo)EMT以促進(jìn)腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移[26-27]。目前尚未有報道稱LOXL1、LOXL3在HCC中具有誘導(dǎo)EMT的作用,而LOXL4在腫瘤中是否能夠誘導(dǎo)EMT仍需進(jìn)一步探究。
2.3 重塑腫瘤微環(huán)境
腫瘤微環(huán)境的改變不僅表現(xiàn)為基質(zhì)硬度上的改變,更是導(dǎo)致了免疫狀態(tài)的改變,為腫瘤進(jìn)展創(chuàng)造了有利條件。腫瘤微環(huán)境的調(diào)控不僅是目前的治療方式,也是未來的探索領(lǐng)域。
2.3.1 LOX與腫瘤微環(huán)境 ECM重塑在腫瘤微環(huán)境中是調(diào)控腫瘤瘤體硬度的關(guān)鍵機制,而Ⅳ型膠原蛋白的交聯(lián)則是ECM重塑中的重要過程。完整的Ⅳ型膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)增強了ECM的硬度,為組織提供抗張強度,促進(jìn)腫瘤生長并保護(hù)癌細(xì)胞免受化學(xué)療法誘導(dǎo)的凋亡[28]。Fang等[29]通過免疫組化及基于量子點的多重成像研究HCC患者肝組織,發(fā)現(xiàn)LOX的表達(dá)升高并誘導(dǎo)了腫瘤基質(zhì)和癌巢周圍邊界中Ⅳ型膠原的線性重新排列,使ECM重塑并導(dǎo)致機械應(yīng)力增加以驅(qū)動癌癥侵襲。
2.3.2 LOXL2與腫瘤微環(huán)境 LOXL2通過整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的FAK使腫瘤微環(huán)境中的基質(zhì)成纖維細(xì)胞活化,增加膠原收縮及平滑肌肌動蛋白的表達(dá),導(dǎo)致組織硬度增加,活化Rho激酶并增強平滑肌肌動蛋白α收縮,調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架重組,促進(jìn)肝內(nèi)轉(zhuǎn)移,同時增強募集骨髓來源的細(xì)胞歸巢到轉(zhuǎn)移部位以促進(jìn)肝外轉(zhuǎn)移[30-31]。重要的是,隨著成纖維細(xì)胞活化增加,LOXL2表達(dá)亦增強,反之LOXL2表達(dá)的增強又促進(jìn)成纖維細(xì)胞活化增加,由此形成一種正向循環(huán)進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。此外,組織硬度的增加顯著增強了腫瘤微環(huán)境中M2巨噬細(xì)胞的極化,導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境的免疫抑制[32]。因此,靶向腫瘤衍生的LOXL2可能是防止癌癥進(jìn)展的新手段。
2.3.3 LOXL4與腫瘤微環(huán)境 LOXL4在肝內(nèi)招募浸潤的巨噬細(xì)胞,通過依賴于IFN介導(dǎo)的STATS激活程序性死亡配體(PD-L1)的表達(dá),從而轉(zhuǎn)化為免疫抑制表型,削弱細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫監(jiān)視,導(dǎo)致免疫抑制微環(huán)境,促進(jìn)HCC的發(fā)生發(fā)展[33]。除了在HCC細(xì)胞之間轉(zhuǎn)移,LOXL4還可在細(xì)胞內(nèi)受TGFβ的誘導(dǎo)上調(diào)自身的表達(dá),激活FAK/Src通路,促進(jìn)HCC細(xì)胞與ECM中膠原蛋白的黏附,增強ECM硬度,導(dǎo)致HCC的遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移[20]。Busnadiego等[34]研究則認(rèn)為LOXL4可能在內(nèi)皮下基底膜的膠原蛋白Ⅳ組裝中發(fā)揮作用從而促進(jìn)細(xì)胞-基質(zhì)黏附,其機制可能是通過Smad依賴和JunB/Fra2途徑表達(dá)增加并參與血管基質(zhì)重塑。
盡管LOX與LOXL1~4之間在功能上存在一定的相似性,但目前關(guān)于LOXL1、LOXL3在HCC微環(huán)境中的具體調(diào)節(jié)機制未見論述?;贚OX家族在HCC發(fā)生發(fā)展中的重要作用,引發(fā)了研究者對研發(fā)靶向LOX家族成員治療HCC的新藥的極大興趣,但由于LOX家族在HCC中的作用較復(fù)雜,仍需進(jìn)行大量的、更深入的研究以明確LOX家族在HCC中的具體效應(yīng)機制,以指導(dǎo)臨床藥物研發(fā)。LOX家族成員在HCC中的促進(jìn)作用總結(jié)詳見表1。
表1 LOX家族成員在HCC中的促進(jìn)作用
在以往的報道[35]中,LOX被認(rèn)為是Ras癌基因的表型抑制因子,而后研究者[36-38]也在結(jié)腸癌、胃癌和前列腺癌細(xì)胞系中觀察到LOX表達(dá)降低,發(fā)現(xiàn)其啟動子甲基化和雜合性喪失而失活可能與腫瘤發(fā)病機制相關(guān),提示LOX是一種腫瘤抑制基因。但LOX、LOXL1~3在HCC中是否具有抑癌作用尚未可知,仍需進(jìn)一步的研究明確其在HCC中的效應(yīng)機制。
3.1 LOX-PP在HCC中的抑制作用 LOX-PP已被證明在多種癌癥中具有抑制腫瘤發(fā)生的作用,其在HCC中低表達(dá),是不良預(yù)后和晚期腫瘤的預(yù)測指標(biāo)。LOX-PP過表達(dá)可下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)9和MMP-2表達(dá),阻斷MAPK/ERK通路抑制癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[39]。Nareshkumar等[40]首次報道了LOX-PP在VEGF刺激下和未轉(zhuǎn)化的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中的過表達(dá)均使細(xì)胞增殖阻滯在DNA合成期,降低F-肌動蛋白水平,減少FAK的磷酸化,抑制下游NF-κB信號的激活,抑制細(xì)胞增殖、遷移、黏附和管狀形成,阻礙血管生成過程。因此,利用LOX-PP抗血管生成的作用可能為HCC治療提供新的思路。
3.2 LOXL4抑制HCC LOXL4在包括HCC在內(nèi)的多種癌癥中過表達(dá)并促進(jìn)腫瘤增殖和侵襲,但在膀胱癌和乳腺癌中可能起到腫瘤抑制因子的作用[41-42],因此,LOXL4在腫瘤中的作用仍有待進(jìn)一步探究。在具有野生型p53的HCC中,p53的轉(zhuǎn)錄活性受到抑制,其轉(zhuǎn)錄活性的重新激活是治療癌癥的潛在策略[43]。研究[44]發(fā)現(xiàn),LOXL4在5-氮雜胞苷處理的HCC細(xì)胞系中表達(dá)上調(diào),通過其低等電點區(qū)域與p53的堿性結(jié)構(gòu)域結(jié)合,誘導(dǎo)受損的p53重新激活,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡,且LOXL4的表達(dá)與HCC患者總生存期呈正相關(guān)。因此,LOXL4被認(rèn)為在癌癥發(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程中具有促進(jìn)或抑制的雙重作用。在腫瘤發(fā)生過程中,LOXL4通過LOXL4-p53軸抑制腫瘤的生長,而在腫瘤進(jìn)展過程中,p53可能會失去其功能,LOXL4的上調(diào)則會促進(jìn)ECM重塑以促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。
近年來,中醫(yī)藥在防治腫瘤方面取得了重大進(jìn)展,中藥通過抑制細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移、抗血管生成、調(diào)節(jié)免疫、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和自噬等發(fā)揮抗腫瘤作用,具有多通路、多靶點、低毒副作用、費用低的優(yōu)勢,有效地減輕患者臨床癥狀和延長生存期?,F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明,部分中藥提取物對LOX家族具有調(diào)節(jié)作用,從而起到抗HCC的作用。因此,對具有調(diào)節(jié)LOX作用的中藥進(jìn)一步探索有望為治療HCC提供新的思路。
4.1 黃芩素 黃芩素是來自黃芩根的類黃酮化合物,具有抗氧化、抗細(xì)菌、抗病毒、抗炎和抗癌多種作用,廣泛運用于各種肝炎及HCC、乳腺癌、胃癌及大腸癌等癌癥治療中[45]。研究[46]表明,黃芩素通過下調(diào)在腫瘤中高度表達(dá)的血管生成誘導(dǎo)劑61及糖原合成激酶3β,介導(dǎo)Snail和Slug蛋白的泛素化,使依賴于Snail發(fā)揮作用的LOXL2表達(dá)受到抑制,增加E-鈣黏蛋白表達(dá),導(dǎo)致EMT受到抑制,最終發(fā)揮抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的作用(圖2),但具體機制仍有待進(jìn)一步的深入研究。
圖2 黃芩素干預(yù)HCC的作用示意圖
4.2 白藜蘆醇 白藜蘆醇是從虎杖、紅葡萄等植物中提取的多酚化合物,具有抗氧化、抑制腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移、抑制血管生成、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等作用,可通過調(diào)節(jié)AMPK/SIRT1促進(jìn)蛋白酶體的降解,抑制HIF-1α累積,下調(diào)LOX表達(dá),有效抑制HIF-1α誘導(dǎo)的肝纖維化和炎癥[47]。此外,白藜蘆醇還可抑制CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠中LOXL2的表達(dá),減少ECM膠原沉積,與β-氨基丙腈聯(lián)用可增強白藜蘆醇的抗肝纖維化作用(圖3)[48]。白藜蘆醇在HCC中可能是通過對膠原沉積的調(diào)控來重塑ECM,改善腫瘤微環(huán)境從而起到抗HCC轉(zhuǎn)移的作用,是潛在的治療靶點。
圖3 白藜蘆醇干預(yù)HCC的作用示意圖
4.3 紅景天苷 紅景天苷是從中藥紅景天中分離出來的一種苯丙苷類化合物,具有抗氧化和抗缺氧特性,在多種惡性腫瘤中表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤活性。紅景天苷在HCC中可呈劑量依賴性顯著下調(diào)Notch1、Snail、COX-2、MMP-2、MMP-9基因表達(dá),上調(diào)E-鈣黏蛋白表達(dá),從而抑制HCC細(xì)胞的侵襲和遷移(圖4)[49]。體內(nèi)外實驗[50]顯示,紅景天苷與奧沙利鉑共同給藥顯著抑制了HIF-1α信號通路,進(jìn)而增加HCC細(xì)胞對鉑類藥物的敏感性,抑制缺氧誘導(dǎo)的EMT,提高了HCC患者的化療療效。鑒于此,筆者推測紅景天苷對HCC的調(diào)控作用可能通過HIF-1α/LOXL2途徑所實現(xiàn),但仍需要進(jìn)行更深入的研究。
圖4 紅景天苷干預(yù)HCC的作用示意圖
4.4 肉蓯蓉苯乙醇苷 中藥肉蓯蓉不僅具有補腎陽、益精血功效,從現(xiàn)代藥理學(xué)角度而言,其還具有抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫等多種特性,被廣泛應(yīng)用于免疫調(diào)節(jié)。肉蓯蓉苯乙醇苷是肉蓯蓉主要活性成分之一,有報道[51]稱肉蓯蓉苯乙醇苷可降低荷瘤小鼠血清中AFP水平,具有良好的抑瘤作用。近年來,肉蓯蓉成為研發(fā)抗HCC藥物的新思路。Wen等[52]研究發(fā)現(xiàn),肉蓯蓉苯乙醇苷聯(lián)合奧沙利鉑干預(yù)HepG2 HCC細(xì)胞模型可顯著下調(diào)HIF-1α、LOXL2和TWIST蛋白表達(dá)水平,上調(diào)E-鈣黏蛋白,改善HCC細(xì)胞的缺氧腫瘤微環(huán)境,同時提高HCC對化療的敏感性(圖5),與紅景天苷的作用相類似。
圖5 肉蓯蓉苯乙醇苷干預(yù)HCC的作用示意圖
LOX家族成員氧化酶觸發(fā)的血管增生反應(yīng)和積極的ECM重塑,通過介導(dǎo)髓樣細(xì)胞募集和建立轉(zhuǎn)移前利基,重塑腫瘤微環(huán)境進(jìn)一步加快腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移,表明了其作為治療干預(yù)靶點的潛力,特別是在預(yù)防轉(zhuǎn)移方面,靶向該家族以防止腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移是一種有前景的治療策略。中藥在防治HCC中具有一定的優(yōu)勢,部分中藥提取物能夠調(diào)節(jié)LOX家族,從而抑制腫瘤進(jìn)展,成為HCC治療的潛力藥物。但目前關(guān)于中藥調(diào)控LOX家族的具體作用機制尚不明確,大部分研究僅針對某一關(guān)鍵蛋白表達(dá)水平即作出結(jié)論,較少對系統(tǒng)的多通路多靶點多蛋白進(jìn)行研究。
此外,LOX家族不同成員對不同類型的膠原蛋白具有不同的底物特異性,且與其他蛋白質(zhì)形成相互作用網(wǎng)絡(luò),通過多個域協(xié)調(diào)不同的生物功能在癌癥中被重新連接,影響多種信號通路和細(xì)胞功能。因此,目前更重要的是建立網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)研究來識別靶向LOX家族成員有效的生物標(biāo)志物,深入了解LOX家族成員底物結(jié)合以及細(xì)胞反應(yīng)所涉及的分子機制,確定何種干預(yù)以及何時進(jìn)行干預(yù)能獲得更好的療效。
利益沖突聲明:所有作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻(xiàn)聲明:毛德文、樂瀅玉負(fù)責(zé)研究選題;曾勝瀾、譚利婷參與收集數(shù)據(jù),設(shè)計論文框架;覃小賓、李祖隆負(fù)責(zé)修訂論文;毛德文、覃小賓負(fù)責(zé)擬定寫作思路,指導(dǎo)撰寫文章并最后定稿。