醛酮还原酶1B10与肿瘤发展的研究进展

杨慧婷， 叶旭， 师颖瑞

(1.南华大学衡阳医学院 湖南省肿瘤医院协助培养基地，湖南省衡阳市 421001；2.湖南省肿瘤医院，湖南省长沙市 410013)

肝癌细胞中分离并鉴定的醛酮还原酶1B10(aldo-keto reductase 1B10，AKR1B10)是醛酮还原酶1B(aldo-keto reductase 1B，AKR1B)亚家族的重要成员之一。AKR1B10一般表达于胃、小肠、结肠等正常消化道上皮组织，在其余正常组织中不表达或低表达。研究发现，在肝癌、肺癌、乳腺癌等肿瘤组织中，AKR1B10可出现过表达，相反，当胃肠道发生癌变时，AKR1B10表达下调[1]。AKR1B10参与肿瘤发生发展的机制与羧基代谢、细胞解毒、调节视黄酸和脂肪酸、基因调控等相关，并且AKR1B10通过溶酶体介导的途径分泌到体内，有望成为潜在的血清肿瘤标志物。AKR1B10与细胞耐药也密切相关，特异性AKR1B10抑制剂可能是一种理想的肿瘤治疗方式。

1 AKR1B10的结构与功能

1.1 AKR1B10的结构

AKR1B10属于醛酮还原酶(aldo-keto reductase，AKR)超家族成员，由316个氨基酸组成，其基因位于染色体7q33上[2]。AKR1B10蛋白折叠成(α/β)8桶状结构，(α/β)8桶状结构是AKR的典型结构，包括辅酶结合位点、催化位点及C端游离的环状结构，其中位点边缘可变残基的变化能改变酶的拓扑结构，进而导致作用底物的不同，除此之外，环状结构的变化也决定成员的底物特异性。

1.2 AKR1B10与羧基代谢

AKR1B10通过催化还原醛酮类羧基化合物，减少亲电子羧基化合物对蛋白质及DNA的损伤，从而保护细胞[3]。许多抗癌药物及其代谢产物中含有羧基，因此AKR1B10可以降低这类药物的毒性作用；另一方面，柔红霉素等蒽环类药物，其羧基被还原后生成的二级醇具有心脏毒性，导致临床治疗受阻，并降低柔红霉素的抗癌效果。

1.3 AKR1B10与视黄醛

AKR1B10有较强的视黄醛还原酶活性，特别是对于全反式视黄醛，其动力学参数与AKR1B1相比，K-cat高出近50～100倍，这种酶活性的差异可能与底物结合位点残基Cys125相关。视黄醛氧化生成视黄酸[4]，视黄酸是抑制细胞异常增生及促进细胞分化的重要因子，因此AKR1B10通过代谢视黄醛间接调控细胞分化。

1.4 AKR1B10与乙酰辅酶A羧化酶α

AKR1B10与乙酰辅酶A羧化酶α(acetyl-CoA carboxylase alpha，ACCα)结合，上调ACCα含量。ACCα是长链脂肪酸合成的关键酶，长链脂肪酸是参与构成细胞膜合成的成分之一，同时也是脂质第二信使的前体，在细胞增殖分化中发挥了关键作用[5]。AKR1B10通过调节ACCα，促进细胞增殖。

2 AKR1B10促进不同肿瘤发生发展的机制

2.1 胃癌

人体内亲电羧基化合物主要是在胃肠道摄入和(或)代谢形成，其来源有外源性的水、食物及内源性的人体自身糖脂代谢物。AKR1B10是保护胃肠道上皮细胞免受蛋白质及DNA损伤的关键。当AKR1B10表达下调，胃肠道上皮细胞不能快速进行羧基代谢与解毒，从而诱发胃肠道肿瘤的发生、促进肿瘤进展。

2.2 结直肠癌

AKR1B10在结肠癌中下调能抑制肿瘤生长，其原因可能与羧基增加、细胞氧化应激及线粒体损伤有关，同时AKR1B10下调能增强细胞对醛醇类化合物的易感性，导致肿瘤细胞肿胀死亡[6]。Zinovieva等[7]认为其原因可能与野生型p53促进AKR1B10转录，而p53突变可导致AKR1B10转录抑制相关，从而表达下调。Li等[8]学者发现，在结直肠癌中，AKR1B10低表达能上调自噬从而促进肿瘤发展。

2.3 肝癌

AKR1B10在肝癌中异常表达。早、中期肝癌细胞中，AKR1B10表达显著增加，而晚期表达无明显增加。AKR1B10的表达与肝癌细胞的分化程度相关，分化良好及分化中等的肝癌细胞与低分化肝癌细胞相比，AKR1B10表达含量明显增高，这可能与低分化肿瘤细胞的压力因素影响转录后AKR1B10蛋白的表达相关[9]。

研究发现，AKR1B10基因敲击导致细胞周期停滞、细胞增殖受阻，表明AKR1B10可能通过促进肝癌细胞生长达到致瘤效应[10]。AKR1B10与肝癌细胞中白细胞介素-1受体相关激酶1(IL-1 receptor associated kinase1，IRAK1)的表达密切相关，IRAK1参与索拉非尼的耐药、肿瘤启动细胞标志物的表达等多种活动，IRAK1基因敲除可致转录激活蛋白AP-1(activator protein-1，AP-1)活性剂量下调，因此在肝癌细胞中IRAK可能通过AP-1间接促进AKR1B10表达上调[11]。

2.4 肺癌

Fukumoto等[12]在肺癌组织、癌前病变组织和吸烟者支气管上皮细胞中发现AKR1B10蛋白过表达，并且AKR1B10的表达水平与肿瘤细胞分化程度呈负相关。相关研究认为AKR1B10可能诱导肺癌发生[13]。在癌前病变组织中，AKR1B10通过下调维甲酸，进一步促进细胞癌变。长期吸烟者戒烟后，部分AKR基因表达下调甚至可降至正常水平，这些表明烟草中的相关化合物如多环芳香烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH)可诱导组织细胞异常表达AKR1B10，当烟草烟雾等因素消除后，AKR1B10可不被诱导产生[13]。

研究发现，当肺癌细胞系中AKR1B10表达沉默，抗凋亡蛋白Bcl-2表达减少，促凋亡蛋白Bax表达轻度增加，Bax/Bcl-2比值增高，从而促进细胞色素C释放，激活线粒体凋亡通路，导致细胞凋亡[14]。最近研究进一步阐明了AKR1B10沉默在细胞周期、细胞增殖、细胞黏附和迁移的抑制作用，实验表明在肺癌细胞系中，AKR1B10基因沉默通过抑制细胞周期相关蛋白，导致细胞周期在G0/G1期阻滞，同时AKR1B10基因沉默使得细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)表达下调，抑制了EKR/MAPKs信号通路在肿瘤细胞增殖、分化、迁移及血管生成过程中的作用[15-16]。

2.5 乳腺癌

Ma等[17]发现AKR1B10在乳腺细胞癌中过表达，ACCα表达上调，脂肪酸合成增加。脂肪酸合成增加满足了肿瘤细胞快速分裂的需求，同时脂肪酸过度积累会导致肿瘤细胞膜磷脂成分的改变，从而影响信号转导通路、基因表达、细胞迁移等一系列细胞活动[17]。在乳腺癌细胞中，AKR1B10也能通过调节脂质代谢，进而激活RAF/MEK/ERK等信号通路，促进肿瘤细胞增殖[18]。当siRNA干扰介导AKR1B10，ACCα蛋白表达下调，脂肪酸合成受到抑制时，细胞周期阻滞，线粒体功能受损，反应性氧化物质和细胞脂质过氧化物增加，最终导致肿瘤细胞凋亡，从而抑制肿瘤生长。同时，脂质过氧化物在氧化应激下产生的亲电性醛酮羧基化合物造成DNA损伤也是造成细胞凋亡的重要因素[19]。

2.6 其他肿瘤

AKR1B10在其他恶性肿瘤中也有过表达现象，如AKR1B10在甲状腺乳头状癌组织中过表达，且与淋巴结转移有关，有望作为评估转移的肿瘤标志物[20]。鼻咽癌组织中AKR1B10蛋白表达水平与EB病毒相关，AKR1B10在糜烂性食管炎、Barrett’s食管及食管癌的组织中表达水平升高，其机制可能与AKR1B10调节视黄酸相关。其他肿瘤如宫颈癌、子宫内膜癌、前列腺癌、肾癌、胰腺癌等均发现AKR1B10表达上调，其促进肿瘤的发生发展机制需要更多的研究探索。

3 AKR1B10作为血清肿瘤标记物的应用

AKR1B10蛋白通过溶酶体介导的途径分泌到胞外，酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)可以检测人体血清中AKR1B10的表达水平。研究发现，将肝癌患者、肝硬化患者、慢性乙型肝炎患者、自身免疫性肝炎患者及药物性肝损患者的血清甲胎蛋白(alpha-fetal protein，AFP)和AKR1B10进行比较分析，肝癌患者组中，AFP和AKR1B10的水平均明显高于其他对照组，对于肝癌及早期肝癌的患者，AKR1B10的准确性和特异性也不差于AFP[21]。血清AKR1B10和AFP两者联合检测，有助于提高肝癌的临床诊断率，对于高危人群的筛查及早期诊断有重要的意义。同时，研究发现，乳腺癌患者血清中AKR1B10水平明显升高，并且指出AKR1B10的表达可能与肿瘤转移及复发相关，推测AKR1B10可能是一种新的血清肿瘤学标志物[22]。

4 AKR1B10与耐药性及其抑制剂的应用

4.1 AKR1B10与化学耐药

研究发现，转染AKR1B10的癌细胞可对阿霉素、丝裂霉素、顺铂等化学药物产生耐药性，这可能与AKR1B10代谢某些含有羰基的抗肿瘤药物，保护癌细胞免受药物的损害，从而影响化疗耐药性有关，AKR1B10也有可能通过抑制药物的氧化应激反应从而诱导细胞耐药[23]。有实验表明，体外AKR1B10基因敲除后，细胞凋亡增加、集落形成减少、集落大小减小，细胞对阿霉素的反应增强，因此推测抑制AKR1B10可能会增加化疗药的抗癌效果[24]。

4.2 AKR1B10抑制剂

AKR1B10抑制剂分为内源性物质、醛糖还原酶抑制剂(aldose reductase inhibitors，ARIs)、天然衍生物和化学合成物四大类[25]。类固醇激素、胆汁酸及其代谢物是内源性AKR抑制剂，对AKR1B10还原酶的活性具有抑制作用，其中异石胆酸是具有高选择性的AKR1B10抑制剂。目前已知的ARIs，如托瑞司他在临床应用中出现了许多不良反应，这可能是醛糖还原酶抑制剂与其他酶交叉抑制有关。天然衍生物主要包括植物多酚、五环三萜类、杂蒽酮衍生物、咖啡酸苯乙酯衍生物等。AKR1B10的结构决定了底物的特异性、类固醇激素以及胆汁酸的抑制作用，这些特点被应用于合成AKR1B10抑制剂。在化学合成抑制剂中，类固醇类抑制剂具有明显的抑制效果[26]。

5 展 望

AKR1B10在不同肿瘤中表达不同，如在胃肠道等消化道肿瘤中表达下调，而在肺癌、肝癌、乳腺癌等其他实体肿瘤中过表达，这可能与胃肠道是体内醛酮类羧基化合物消化吸收的主要器官，以及与AKR1B10的羧基解毒功能相关。同时，肿瘤具有异质性，因此不同肿瘤间AKR1B10的致病机制也不完全相同。AKR1B10在同一肿瘤，如肝癌在早中期过度表达，晚期表达下降，说明AKR1B10在同一类型肿瘤的不同时期，表达也具有差异性。

AKR1B10对尼古丁衍生的致癌物具有解毒作用，可列入候选的烟草烟雾暴露和反应基因，因此，通过检测吸烟人群中AKR1B10的表达含量也许能预判肿瘤的发生。下调癌细胞中AKR1B10的表达，可以减少癌细胞对含醛基类药物的耐药性，因此AKR1B10受体可作为肿瘤治疗靶点，研发高选择性AKR1B10抑制剂在未来能给癌症患者带来巨大福音。