包燕霞，權(quán)金星，董昌宏，姜盼盼，崔亞強(qiáng)

（1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州 730099；2.甘肅省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，甘肅蘭州 730000；3.寧夏醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，寧夏銀川 750000）

人乙醛脫氫酶家族1A3（ALDH1A3）是醛脫氫酶（ALDHs）家族中的重要成員，ALDH1A3 的異常表達(dá)與各腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、治療抵抗及預(yù)后密切相關(guān)[1]。有研究表明，ALDH1A3 除了與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)之外，還促進(jìn)血管平滑?。⊿MC）的增殖和遷移，從而參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生過程中[2]。

1 ALDH1A3的生物學(xué)特性

ALDHs 是一個(gè)酶家族，通過代謝內(nèi)源性和外源性反應(yīng)性化合物維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境平衡，調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，包括增殖、分化和存活，以及細(xì)胞對(duì)氧化低密度脂蛋白o(hù)x-LDL 脅迫的反應(yīng)[3]。目前研究幾乎在所有生物中都發(fā)現(xiàn)了ALDH，且存在多種亞型，具有多個(gè)亞細(xì)胞定位。迄今為止，已經(jīng)從包括細(xì)菌、酵母、真菌、植物和動(dòng)物在內(nèi)的各種來源分離并測(cè)序了160 多種ALDH cDNA 或基因[4]。人類基因組包含19 個(gè)特定功能的醛脫氫酶（ALDH）基因，該基因編碼是通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）（P）+依賴性氧化對(duì)內(nèi)源性和外源性醛底物進(jìn)行解毒的關(guān)鍵酶[5]。

ALDH 是一類對(duì)多種內(nèi)源性和外源性醛類進(jìn)行解毒的酶，是維甲酸等細(xì)胞功能分子調(diào)節(jié)物質(zhì)生物合成所必需的酶。在過去10年中，高ALDH 活性已越來越多地被用于富含干細(xì)胞和祖細(xì)胞的正常細(xì)胞群的選擇標(biāo)志物，以及從富含腫瘤起始干細(xì)胞樣細(xì)胞的癌組織細(xì)胞群中選擇的標(biāo)志物。有綜述報(bào)道稱，ALDH 不僅可以作為干細(xì)胞的標(biāo)志物，而且可以很好地調(diào)節(jié)與自我更新、擴(kuò)張、分化以及對(duì)藥物和輻射的抵抗有關(guān)的細(xì)胞功能[6]。ALDH 通過維甲酸的生物合成發(fā)揮其功能作用，因?yàn)槿词骄S甲酸在體外可逆轉(zhuǎn)許多細(xì)胞對(duì)ALDH 活性的藥理或基因抑制[7]。有證據(jù)表明，ALDH 作為腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物，歸結(jié)于其在特定組織中表達(dá)的特定異構(gòu)體。與其他干細(xì)胞標(biāo)志物相比，ALDH 可能是一種優(yōu)良的干細(xì)胞標(biāo)志物，可用于臍帶血移植，以及多種惡性腫瘤中的有用標(biāo)志物[8]，且肢體缺血和心肌梗死模型證明，ALDH 有促血管活性及促進(jìn)組織修復(fù)的作用[9-10]。

醛脫氫酶1（ALDH1）是ALDHs 家族中的其中一個(gè)亞家族，由3 個(gè)成員組成，包括ALDH1A1、ALDH1A2 和ALDH1A3，是正常組織干細(xì)胞和癌癥干細(xì)胞的標(biāo)志物，參與自我更新、分化和自我保護(hù)[5]。

人類ALDH1A3 位于15 號(hào)染色體上（15q26.3），包含16 個(gè)外顯子并產(chǎn)生2 個(gè)轉(zhuǎn)錄本，編碼蛋白含有512 個(gè)氨基酸殘基，被認(rèn)為是一種四聚體酶，定位于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核和線粒體[11]。 有研究發(fā)現(xiàn)，ALDH1A3 與其他類型的醛脫氫酶具有高度的結(jié)構(gòu)同源性[12]。四聚體ALDH1A3 可折疊成沿ALDHs 家族高度保守的基于3 個(gè)結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)。然而，其每個(gè)單體單元都可以獨(dú)立地用NAD 作為輔因子氧化腎上腺素合成維甲酸。每個(gè)單體單元折疊成13個(gè)α-螺旋、19 個(gè)β-片和連接環(huán)，排列成3 個(gè)功能域。

有研究證實(shí)，ALDH1A3 錯(cuò)義突變與常染色體隱性遺傳會(huì)導(dǎo)致無(wú)眼癥或小眼癥（A/M）[13-14]。ALDH1A3 廣泛分布于人體正常組織和器官，包括泌尿生殖道上皮、分化的睪丸固有層、骨髓、血液、白細(xì)胞血細(xì)胞、脊髓和小腦等，同時(shí)也在各種癌癥中異常表達(dá)，并且參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)特性，如腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和耐藥[15]。已然成為一種新型的腫瘤標(biāo)志物和潛在的治療靶點(diǎn)。

2 ALDH1A3 在惡性腫瘤調(diào)控中的作用及機(jī)制

2.1 ALDH1A3與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的關(guān)系

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見的原發(fā)性惡性腫瘤。近些年來業(yè)界對(duì)膠質(zhì)瘤的研究頗多，且探索ALDH1A3 與膠質(zhì)瘤之間的關(guān)系的研究亦不少。LI 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，ALDH1A3 與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤間質(zhì)分化有關(guān)，是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織轉(zhuǎn)化的激活劑，其衍生的分子標(biāo)記可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的年生存率。WU 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，ALDH1A3 在惡性膠質(zhì)瘤的替莫唑胺耐藥表型中起關(guān)鍵作用，并且ALDH1A3 的缺失使細(xì)胞對(duì)替莫唑胺治療重新敏感。近期研究發(fā)現(xiàn)ALDH1A3基因是膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的標(biāo)志物，NI等[18]實(shí)驗(yàn)表明，ALDH1A3 的表達(dá)對(duì)細(xì)胞凋亡、增殖、細(xì)胞周期、線粒體膜電位、葡萄糖消耗、乳酸等有顯著影響。ZHANG 等[19]研究指出，ALDH1A3 過表達(dá)與膠質(zhì)瘤的高分級(jí)和高病死率顯著相關(guān)，且ALDH1A3在間葉性膠質(zhì)瘤中高表達(dá)，并且在體外敲除ALDH1A3后腫瘤侵襲能力受到抑制，證實(shí)了ALDH1A3 與腫瘤侵襲能力的關(guān)系，是與細(xì)胞侵襲相關(guān)的膠質(zhì)瘤間質(zhì)表型標(biāo)志物。并且已有研究探索發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子E2F1 的表達(dá)，激活A(yù)LDH1A3 的啟動(dòng)子活性并調(diào)控其表達(dá)和功能，促進(jìn)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的增殖[20]。

2.2 ALDH1A3 與黑色素瘤及皮膚鱗狀細(xì)胞癌的關(guān)系

ALDH 活性不僅是具有干細(xì)胞樣特征的癌細(xì)胞的重要標(biāo)志物，而且在包括黑色素瘤在內(nèi)的多種腫瘤的耐藥和疾病進(jìn)展中起著重要作用。SAMSON等[21]在腫瘤基因組圖譜皮膚黑色素瘤研究報(bào)告中分析了244 例轉(zhuǎn)移性黑色素瘤中19 種ALDH 酶的表達(dá)水平，確定ALDH1A1 和ALDH1A3 是所有黑色素瘤患者中高表達(dá)的同工酶，并且ALDH1A3 的表達(dá)與轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者更高的總體生存率相關(guān)。

陳雷等[22]采用免疫組織化學(xué)法對(duì)手術(shù)切除的34 例皮膚鱗狀細(xì)胞癌組織蠟塊標(biāo)本及11 例整形手術(shù)中切除的正常組織中ALDH1A3 和跨膜糖蛋白CD133 水平進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)ALDH1A3 和CD133 在皮膚鱗狀細(xì)胞癌組織和正常皮膚組織中均高表達(dá)，但在瘤體組織中的表達(dá)更高，且鱗狀細(xì)胞癌分級(jí)越高，ALDH1A3 和CD133 的表達(dá)水平也隨之升高，強(qiáng)烈提示ALDH1A3 可能在皮膚鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)生、發(fā)展、分期中起到重要作用，并將有可能作為皮膚鱗狀細(xì)胞癌腫瘤干細(xì)胞新的標(biāo)志物?；蛟S將來作為皮膚鱗狀細(xì)胞癌的診斷、分級(jí)和預(yù)后中的重要指標(biāo)，但具體作用機(jī)制還尚未闡明。

2.3 ALDH1A3與乳腺癌的關(guān)系

ALDH1A3 在乳腺癌組織中異常表達(dá)，是乳腺癌起始細(xì)胞的標(biāo)志物，同樣在三陰性乳腺癌（TNBC）患者中亦高表達(dá)，是潛在的TNBC 轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)指標(biāo)[23]，但有研究證實(shí)檸檬醛是一種有效的ALDH1A3 抑制劑，其可能通過阻斷其集落形成和基因表達(dá)調(diào)節(jié)活性，從而阻斷ALDH1A3 介導(dǎo)的乳腺腫瘤生長(zhǎng)[24]。此外，PAN 等[25]研究發(fā)現(xiàn)miR-7 通過抑制ALDH1A3 活性并降低乳腺癌干細(xì)胞亞群來抑制乳腺癌的生長(zhǎng)。維甲酸是維生素A 的衍生物，是調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、增殖和凋亡的重要生理分子。乳腺癌模型對(duì)維甲酸信號(hào)的處理有不同的反應(yīng)。近期有研究探討了MDAMB-231 和MDA-MB-468 乳腺癌細(xì)胞對(duì)ALDH1A3 和全反式維甲酸的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，研究結(jié)果表明ALDH1A3在乳腺癌進(jìn)展中的作用超出了其作為視黃醛脫氫酶的作用[26]。

2.4 ALDH1A3與消化道腫瘤的關(guān)系

KAWAKAMI 等[27]分析表明經(jīng)5-氟尿嘧啶或DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶I 抑制劑SN38 處理后，ALDH1A3 在ALDH 同工酶中選擇性過度表達(dá)；在小鼠異種移植模型中，RNA 干擾抑制ALDH1A3 表達(dá)，顯著抑制細(xì)胞增殖，并干擾腫瘤生長(zhǎng)；以上均證明ALDH1A3 高表達(dá)與胃癌患者預(yù)后差相關(guān)。在機(jī)制上，既往已有研究證實(shí)，雷帕霉素及其衍生物通過阻斷mTOR 通路的信號(hào)傳遞，抑制胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)腫瘤壞死，并與其他化療藥物產(chǎn)生協(xié)同作用[28]。 預(yù)示ALDH1A3-mTOR 軸可能是一種新的胃癌耐藥細(xì)胞治療靶點(diǎn)。同樣地，大腸癌化療的有效性隨著患者抵抗力的發(fā)展而降低。有學(xué)者研究表明結(jié)直腸癌化療耐藥的增加與ALDH 活性相關(guān)，并且可以通過敲除ALDH1A3基因恢復(fù)[29]。此外還有研究證實(shí)ALDH1A3 通過依賴于趨化因子受體4 狀態(tài)來影響結(jié)腸癌的增殖和侵襲[30]。

ALDH1A3 在胰腺癌組織中的表達(dá)高于正常胰腺組織，在胰腺癌細(xì)胞系中的表達(dá)高于其他ALDH亞型[31]。KONG 等[32]通過復(fù)制轉(zhuǎn)基因小鼠模型，從小鼠胰腺導(dǎo)管癌（PDAC）中分離出原代癌細(xì)胞，在體內(nèi)外是否有單個(gè)或多個(gè)靶向分子抑制的情況下，對(duì)致癌信號(hào)進(jìn)行評(píng)估。下游靶點(diǎn)分析表明MEK/Erk/TSC/mTOR 軸的致癌活性依賴于ALDH1A3 功能。

同樣的，ALDH1A3 亦可作為膽囊癌腫瘤干細(xì)胞的分子標(biāo)志物，有研究者發(fā)現(xiàn)，其在膽囊腺癌中陽(yáng)性表達(dá)率明顯高于癌旁組織、膽囊腺瘤、腺瘤性息肉和慢性膽囊炎[33]。ALDH 活性增強(qiáng)被認(rèn)為與耐藥性和轉(zhuǎn)移有關(guān)。CHEN 等[34]使用RT-PCR 和Western blotting 來鑒定有助于人膽管癌細(xì)胞系A(chǔ)ldefluor 活性的主要ALDH 亞型，以及使用免疫組織化學(xué)染色評(píng)估了ALDH1A3 在接受吉西他濱治療的77 例肝切除的膽管癌患者和另外31 例晚期膽管癌患者中的臨床意義。結(jié)果表明ALDH1A3 是Aldefluor 活性的主要貢獻(xiàn)者，敲除膽管癌細(xì)胞中的ALDH1A3基因可顯著降低其對(duì)吉西他濱的耐藥性，故該酶可被確定為肝內(nèi)膽管癌患者的獨(dú)立不良預(yù)后因素。

2.5 ALDH1A3與前列腺癌的關(guān)系

WANG 等[35]研究發(fā)現(xiàn)ALDH1A3 定位于前列腺上皮管腔層，在前列腺癌中高表達(dá)。其在維持細(xì)胞增殖、侵襲和細(xì)胞周期中起重要作用，也可能成為未來指導(dǎo)原發(fā)性前列腺癌治療的潛在生物標(biāo)志物。雄激素剝奪療法是晚期前列腺癌或局部治療后進(jìn)展的標(biāo)準(zhǔn)治療。然而，大多數(shù)患者最終進(jìn)展為去勢(shì)抵抗前列腺癌，其特點(diǎn)是對(duì)雄激素阻斷治療缺乏反應(yīng)。近期的一項(xiàng)研究回顧性分析了晚期前列腺切除術(shù)后激素輔助治療的進(jìn)展，顯示ALDH1A3 的下調(diào)導(dǎo)致前列腺癌細(xì)胞對(duì)雄激素阻斷治療的抵抗[36]。通過PI3K-Akt-mTOR 信號(hào)通路敲除ALDH1A3基因促進(jìn)去勢(shì)抵抗。

2.6 ALDH1A3與肺癌的關(guān)系

ALDH1A3 已被公認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物和腫瘤干細(xì)胞特性的調(diào)控因子，有研究證實(shí)過氧化物酶體增殖物激活受體γ 介導(dǎo)的ALDH1A3 抑制劑誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化對(duì)肺癌的增殖作用[37]。有研究探討組蛋白H2B 去泛素酶泛素特異性肽酶22（USP22）對(duì)原發(fā)性肺腺癌起始細(xì)胞的干細(xì)胞樣特征和順鉑耐藥性的影響[38]。ALDH1A3 是一種主要的ALDH 同工酶，與肺腺癌中順鉑耐藥性的增強(qiáng)有關(guān)，在腫瘤細(xì)胞中敲除USP22后，其表達(dá)顯著下調(diào)，近期有研究者證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)[39]。

3 ALDH1A3在血管平滑肌中的作用

ALDH1A3 在血管平滑肌中的研究相對(duì)較少。血管平滑肌細(xì)胞的增殖與遷移是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生機(jī)制的重要環(huán)節(jié)。有研究表明ALDH1A3 可以通過調(diào)節(jié)基質(zhì)細(xì)胞蛋白（TNC1 和ESM1）促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖[2]。在體外試驗(yàn)中敲除ALDH1A3或使其沉默可降低TNC1 和ESM1 的mRNA 和蛋白表達(dá)，抑制血管平滑肌的增殖；并且在大鼠頸動(dòng)脈球囊成形術(shù)模型中，用臨床認(rèn)可的PAN-ALDH 抑制劑雙硫侖預(yù)處理可減少血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移。血小板源性生長(zhǎng)因子刺激血管平滑肌細(xì)胞總ALDH 活性和增殖，而ALDH1A3 沉默則消除了這種作用。另外有研究[40]還發(fā)現(xiàn)，加快導(dǎo)致血管新內(nèi)膜形成的SMC 增殖是肺動(dòng)脈高壓和全身性血管疾病的特征之一，而使用ALDH1A3 協(xié)調(diào)分裂細(xì)胞的能量需求與SMC 增殖所需基因的遺傳和轉(zhuǎn)錄調(diào)控，同樣闡明了ALDH1A3 對(duì)血管平滑肌的作用。

4 ALDH1A3在葡萄糖代謝中的作用

與正常細(xì)胞不同的是，癌細(xì)胞主要依賴有氧糖酵解來進(jìn)行葡萄糖代謝，NIE 等[41]應(yīng)用免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)ALDH1A3 在人胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）組織中的表達(dá)，并測(cè)定葡萄糖攝取、胞外乳酸和腺苷三磷酸生成，發(fā)現(xiàn)ALDH1A3 通過影響糖代謝促進(jìn)人胰腺導(dǎo)管腺癌的轉(zhuǎn)移。已有研究證實(shí)ALDHs 生物活性和體內(nèi)代謝途徑的改變與炎癥、帕金森氏病和糖尿病等疾病的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)[42-43]。MARCHITTI等[44]發(fā)現(xiàn)ALDH1A1 的過度表達(dá)與肥胖和胰島素抵抗有關(guān)。目前ALDH1A3 與葡萄糖代謝的研究甚少，兩者之間的相關(guān)性尚未明確，需要進(jìn)一步去挖掘證實(shí)。

5 展望

ALDH1A3 在腫瘤調(diào)控、血管、代謝等方面都發(fā)揮重要作用，因此研究清楚ALDH1A3 的作用機(jī)制并開發(fā)出其抑制劑類藥物對(duì)于腫瘤和糖尿病大血管并發(fā)癥意義重大，為腫瘤的靶向藥物治療、粥樣硬化及糖尿病等提供了新思路和治療靶點(diǎn)。