李美材 王德林
1.重慶三峽中心醫(yī)院(重慶萬(wàn)州 404000);2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院泌尿外科(重慶 400016)
前列腺癌作為男性第一位常見惡性腫瘤之一,其病程經(jīng)歷了從激素依賴到非依賴的過程,治療難度也隨之加大[1]。在雄激素剝奪治療(androgen deprivation therapy,ADT)早期,體內(nèi)睪酮和雙氫睪酮水平低下,雄激素受體(androgen receptor,AR)轉(zhuǎn)錄活性不能被此水平激素激活,因而治療尚且有效,但隨著病程的延長(zhǎng),AR轉(zhuǎn)錄活性恢復(fù)甚至增強(qiáng),前列腺癌血清分子標(biāo)記物PSA(prostate specific antigen)再次升高,預(yù)示激素依賴前列腺癌(androgen-dependent prostate cancer,ADPC)將轉(zhuǎn)化為去勢(shì)抵抗前列腺癌(castrate-resistant prostate cancer,CRPC),在此轉(zhuǎn)化過程中多種分子機(jī)制導(dǎo)致AR信號(hào)通路活化,促進(jìn)CRPC進(jìn)展。
人雄激素受體基因位于X染色體q12上,包括超過8個(gè)外顯子,編碼919個(gè)氨基酸,分子量110kDa,AR蛋白屬于核受體超家族,包括DNA結(jié)合區(qū)(DBD)、配體結(jié)合區(qū)(LBD)、N端區(qū)(NTD)和鉸鏈區(qū)(H)。NTD含有轉(zhuǎn)錄激活功能為AF-1,包括2個(gè)轉(zhuǎn)錄激活單元(TAU):TAU-1和TAU-5,調(diào)節(jié)著AR活性;LBD含有類似于AF-1轉(zhuǎn)錄激活功能稱為AF-2;DBD含有2個(gè)鋅指結(jié)構(gòu),其中一個(gè)參與雄激素反應(yīng)元件結(jié)合,一個(gè)參與AR形成二聚體;DBD和H與雄激素受體的核定位有關(guān)[2,3]。
在經(jīng)典AR信號(hào)通路中,AR結(jié)合雄激素后,通過調(diào)節(jié)相關(guān)靶基因表達(dá),參與細(xì)胞的生命活動(dòng)。而在CRPC中AR信號(hào)通路可不通過雄激素而激活,信號(hào)通路中各環(huán)節(jié)受到諸多因子調(diào)節(jié),其AR自身也會(huì)發(fā)生異常變化,導(dǎo)致AR信號(hào)通路激活呈現(xiàn)多樣化,共同促進(jìn)CRPC進(jìn)展。
這些主要包括雄激素受體突變、雄激素受體基因擴(kuò)增或過表達(dá)、雄激素受體剪切異構(gòu)體形成。在前列腺癌中,至今已發(fā)現(xiàn)159種AR突變,包括單堿基置換、堿基缺失或插入、終子密碼提前4種類型突變,其中單堿基置換幾乎占據(jù)全部突變類型[4]。AR突變率在前列腺癌中約為 10%~40%,其中 T877A、H874Y、W741C、L701H和V715M等位點(diǎn)突變可導(dǎo)致AR自身活性升高或被抗雄激素藥物、皮質(zhì)醇激素激活,而G142V、M523V、G524D、M537V位點(diǎn)突變AR即使在無(wú)配體激活情況下仍存在活性[5-9]。
在CRPC中AR基因擴(kuò)增或過表達(dá)是最常見的AR信號(hào)通路再活化機(jī)制,AR基因擴(kuò)增可以看作是ADT后的特異性改變,AR基因擴(kuò)增可增加AR綁定到染色質(zhì)的量、增加其對(duì)雄激素的敏感性[10]。目前研究顯示,AR在CRPC患者中表達(dá)較ADPC患者中高,且在轉(zhuǎn)移性CRPC中AR則更高,近80%CRPC患者AR基因拷貝數(shù)增加[11-13]。另外CRPC中過表達(dá)AR與多種機(jī)制有關(guān),可能與調(diào)節(jié)AR表達(dá)相關(guān)miRNA、轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄共調(diào)節(jié)子、AR基因3端或5端非編碼區(qū)、AR核心啟動(dòng)子突變及AR轉(zhuǎn)錄后調(diào)控有關(guān)[14,15]。
在上述AR自身改變外,目前還在CRPC發(fā)現(xiàn)大量AR剪切異構(gòu)體 (androgen receptor splicing variants,AR-Vs),而在正常前列腺組織則沒發(fā)現(xiàn)此類剪切異構(gòu)體,這些剪切異構(gòu)體結(jié)構(gòu)中主要是編碼DBD序列上游插入了功能尚不清楚的外顯子或者缺失相應(yīng)外顯子編碼的LBD,造成AR開放閱讀框被破壞或缺失正常AR的LBD功能[16,17]。AR剪切異構(gòu)體在CRPC中較ADPC增高,與臨床或生化無(wú)進(jìn)展生存期相關(guān),被看作對(duì)ADT或者雄激素受體阻斷劑適應(yīng)性反應(yīng),因此AR剪切異構(gòu)體可作為腫瘤耐藥的指標(biāo),尤其是在缺乏LBD雄激素剪切異構(gòu)體中,目前發(fā)現(xiàn)AR剪切異構(gòu)體約14種,由于缺乏針對(duì)不同AR剪切異構(gòu)體的特異性抗體,對(duì)其研究有一定難度;AR剪切異構(gòu)體在不同細(xì)胞和組織的表達(dá)、功能不甚明確,其功能存在爭(zhēng)論,因此需要設(shè)計(jì)針對(duì)這些異構(gòu)體N端和C端特異抗體在體內(nèi)外研究其功能[6,18,19]。
在CRPC中腫瘤局部雄激素來源主要通過類固醇代謝轉(zhuǎn)化,眾所周知雄激素合成分為經(jīng)典通路(classic pathway)、從頭合成通路(de novo pathway)、后門通路(back door pathway)或替代通路(alternative pathway)。 在正常前列腺和早期前列腺癌中經(jīng)典通路作為雄激素主要合成途徑,CRPC中因去勢(shì)治療阻斷了經(jīng)典通路,其他途徑則成為了主要的雄激素合成途徑。在后門通路或替代通路中孕酮通過一系列步驟產(chǎn)生5α-雄烷二酮或二氫雄酮,使之不經(jīng)過T最終生成DHT。在CRPC中,雄激素合成信號(hào)通路之間也存在相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系,如17β-二醇和5α-雄烷 -3α可以通過 3β-羥基類固醇脫氫酶轉(zhuǎn)化為DHT,也可通過17β-羥基類固醇脫氫酶轉(zhuǎn)化為雄酮[20,21]。
目前研究顯示,CRPC較ADPC中雄激素合成酶類(CYP17A1、HSD3B1、HSD17B3、CYP19A1、UGT2B17、SRD5A1、SRD5A3 和 AKR1C3) 轉(zhuǎn)錄水平升高[22]。Holzbeierlein等[15]對(duì)人前列腺癌激素剝奪治療前后進(jìn)行全基因組表達(dá)分析,發(fā)現(xiàn)其耐藥與一系列基因改變尤其是與類固醇合成關(guān)鍵酶有關(guān)。而在一項(xiàng)對(duì)多種前列腺癌細(xì)胞系 LNCaP、22Rv1、 PC3、 DU145、ALVA41研究中,所有癌細(xì)胞能表達(dá)出CYP11A1、CYP17A1、HSDB3和 HSD17B3等雄激素合成酶,而在前列腺癌組織同時(shí)表達(dá)4種酶只有10%,故對(duì)CRPC利用雄激素從頭合成仍有爭(zhēng)議,需要進(jìn)行更多的體內(nèi)研究[23]。
在CRPC腫瘤內(nèi)雄激素代謝途徑發(fā)生變化,腫瘤本身促進(jìn)類固醇激素合成的酶類上調(diào)起了重要作用。由于雄激素合成酶增加,也有足夠激素刺激AR,即使進(jìn)行了去勢(shì)治療,腫瘤細(xì)胞也不會(huì)處在一個(gè)完全沒雄激素的環(huán)境里面,仍然會(huì)惡性增殖,因此針對(duì)雄激素合成酶類設(shè)計(jì)的藥物可以有效抑制腫瘤持續(xù)生長(zhǎng),阿比特龍(CYP17阻滯劑)即為有力佐證。
除上述類固醇代謝途徑維持局部瘤內(nèi)雄激素外,內(nèi)、外源性物質(zhì)攝取載體有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(organic anion transporting polypeptide,OATP)通過參與類固醇陰離子攝取,從而調(diào)節(jié)雄激素代謝。其中DHEA-S、E2-17βG和E1-S的攝取,由溶質(zhì)運(yùn)載有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體家族 (solute carrier organic anion transporter family,SCLO)基因編碼,SLCO表達(dá)異常與CRPC進(jìn)展相關(guān)[24,25]。Yang等[26]對(duì)538例經(jīng)ADT治療病人進(jìn)行基因多態(tài)性研究,發(fā)現(xiàn)SLCO2B1的3個(gè)基因多態(tài)性(rs12422149A>G、rs1789693A>T 和 rs1077858A>G)與去勢(shì)治療后疾病進(jìn)展時(shí)間 (time to progression,TTP)有關(guān),病人含其中一個(gè)多態(tài)性的平均中位進(jìn)展時(shí)間為10個(gè)月,并證實(shí)SLCO1B3多態(tài)性同樣能調(diào)節(jié)疾病進(jìn)展,兩者可能成前列腺癌的生物標(biāo)記。以上表明雄激素在細(xì)胞內(nèi)外轉(zhuǎn)運(yùn)效率也影響去勢(shì)治療效果及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移率。
AR作為一個(gè)核轉(zhuǎn)錄因子,其在核轉(zhuǎn)位過程中受多種共調(diào)節(jié)蛋白的影響,它們能與AR一個(gè)或者多個(gè)區(qū)域結(jié)合來激活或者抑制AR受體功能?,F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)超過200種AR共調(diào)蛋白,隨著共調(diào)解蛋白結(jié)構(gòu)研究的深入,對(duì)其功能了解更深入,共調(diào)解蛋白通過多種方式影響AR介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄,包括染色質(zhì)重塑、組蛋白翻譯后修飾,還可募集轉(zhuǎn)錄相關(guān)組件和調(diào)節(jié)RNA剪切和處理等[27]。
在共調(diào)節(jié)蛋白研究中,研究較多的AR共激活蛋白是CBP/p300、SRC/p160家族,共抑制蛋白是NCoR(nuclear receptor co-repressor)、SMRT(silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptors)。Agoulnik 等[28]人研究顯示SRC-2與前列腺癌分期分級(jí)相關(guān),且能增加前列腺癌生化復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn),在ADPC和CRPC細(xì)胞系中SRC-2能促進(jìn)細(xì)胞增殖;CBP/p300含有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性,與AR作用后,能促進(jìn)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑,連接AR與其他轉(zhuǎn)錄因子以促進(jìn)轉(zhuǎn)錄[29]。共抑制蛋白所起作用與共激活蛋白相反,SMRT和NCoR對(duì)AR功能通過影響N/C端相互作用、與SRC/p160家族競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合AR,募集組蛋白去乙?;付l(fā)揮作用[30,31]。
雄激素受體相關(guān)蛋白 (AR-associated proteins,ARA)是AR主要的共激活蛋白,根據(jù)其分子量命名,如ARA24、ARA54、ARA55、ARA70,它們與 AR 結(jié)合后改變配體結(jié)合的特異性、提高AR活性及轉(zhuǎn)錄作用。其中對(duì)ARA70研究較早,包括兩種亞型,ARA70-α具有抑癌作用,ARA70-β具有致癌作用,后者調(diào)節(jié)著腫瘤侵襲和增殖[32]。
其他,如FoxA1、Cyclin D1b等調(diào)節(jié)AR功能和轉(zhuǎn)移事件的共調(diào)節(jié)蛋白,組成了轉(zhuǎn)錄共調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)而影響前列腺癌進(jìn)展,AR還通過直接或間接與共調(diào)節(jié)蛋白作用,對(duì)基因組穩(wěn)定性、DNA修復(fù)、基因融合事件發(fā)生產(chǎn)生影響,最終導(dǎo)致CRPC形成[33]。因此選擇性阻斷有致癌作用的共調(diào)節(jié)蛋白,將是CRPC治療的新方法。
在對(duì)AR信號(hào)通路研究中,各通路間存在相互作用和影響,AR活化除了經(jīng)典信號(hào)通路外,還可以通過其他信號(hào)通路激活,被稱為旁路通路。在CRPC中,細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子、激酶等細(xì)胞外多肽及其下游級(jí)聯(lián)信號(hào)相關(guān)因子都與AR有著交聯(lián),導(dǎo)致AR激活,促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)[34]。AR信號(hào)通路介導(dǎo)CRPC形成,但在低水平激素環(huán)境下其他信號(hào)通路仍然發(fā)揮著重要作用,包括PI3K/Akt信號(hào)通路、MAPK信號(hào)通路、STAT3通路,其他信號(hào)通路,如 Wnt、c-Myc、NF-kB、IGF/EGF,同樣促使CRPC轉(zhuǎn)化,以上信號(hào)直接或間接激活A(yù)R,通過非傳統(tǒng)AR信號(hào)通路形式調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄[35]。
然而,在少部分信號(hào)通路中,AR可作為抑瘤因子發(fā)揮抑制腫瘤轉(zhuǎn)移侵襲作用,這補(bǔ)充了AR在CRPC發(fā)展中作用。如Wen等[36]人發(fā)現(xiàn)侵入性死亡(entosis)僅僅在CRPC組織中發(fā)現(xiàn),在未敲除AR前列腺癌細(xì)胞系中AR促進(jìn)細(xì)胞侵入性死亡,而敲除AR后抑制細(xì)胞侵入性死亡,并進(jìn)一步證實(shí)此種機(jī)制由Rho/ROCK信號(hào)通路介導(dǎo)。
雄激素信號(hào)通路與多種通路交聯(lián),使AR在CRPC中的作用顯得更為復(fù)雜,但同時(shí)也給CRPC治療帶來希望,通過抑制與其他通路交叉點(diǎn)關(guān)鍵蛋白或者聯(lián)合應(yīng)用抗代謝藥、抗雄激素藥物等,可達(dá)到最大程度抑制腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移。
AR翻譯后修飾影響本身的活性、穩(wěn)定性、胞內(nèi)定位和與蛋白間作用,主要包括磷酸化、SUMO化、乙?;⒓谆头核鼗?。
AR的N端區(qū)(NTD)可發(fā)生酪氨酸、蘇氨基、絲氨酸 的 磷 酸 化 , 主 要 位 點(diǎn) 包 括 S16、S81、S94、S213、Y223、S256、Y267、T282、S293、S308、Y363、S424、S515 和Y534;DNA結(jié)合區(qū)(DBD)主要發(fā)生S578位點(diǎn)磷酸化;鉸鏈區(qū) (H)可發(fā)生S650位點(diǎn)磷酸化;在配體結(jié)合區(qū)(LBD)S791、T850位點(diǎn)、Y915位點(diǎn)也可發(fā)生磷酸化[37]。磷酸化后AR將行使不同功能,如通過CDK1、CDK5、CDK9、PP2使S81位點(diǎn)磷酸化后,將促進(jìn)AR核定位、轉(zhuǎn)錄及細(xì)胞生長(zhǎng);而磷酸化S515位點(diǎn),則引起轉(zhuǎn)錄下調(diào)[38]。
含有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性物質(zhì),如p300可引起AR乙?;?,促進(jìn)細(xì)胞增殖,提高AR在細(xì)胞周期基因啟動(dòng)子區(qū)域活性;乙?;0l(fā)生在K630、K632和K633三個(gè)高度保守的酪氨酸位點(diǎn),當(dāng)鉸鏈區(qū)(H)發(fā)生突變后,其乙酰化作用將消失,說明鉸鏈區(qū)(H)是AR主要乙?;课籟37,39]。
AR的L端區(qū)(LBD)賴氨酸845(K845)和847(K847)位點(diǎn)可發(fā)生泛素化修飾,泛素化作為一種共價(jià)修飾調(diào)節(jié),其過程需要三種泛素化酶,包括E1泛素激活酶、E2泛素偶聯(lián)酶和E3泛素鏈接酶。已發(fā)現(xiàn)3種E3泛素鏈接酶影響AR轉(zhuǎn)錄活性,包括RNF6、MDM2以及由CHIP、RNF6介導(dǎo)的AR泛素化修飾提高AR基因轉(zhuǎn)錄活性,而MDM2和CHIP通過對(duì)AR泛素化修飾促進(jìn)AR蛋白降解[40]。
AR的賴氨酸可通過與含小分子泛素樣修飾蛋白(SUMO)作用而發(fā)生SUMO化,AR的SUMO化發(fā)生在賴氨酸386(K386)和520(K520)位點(diǎn),SUMO化可引起轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞周期、核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、DNA修復(fù)和凋亡的改變。SUMO包括 3個(gè)成員 SUMO1、SUMO2和 SUMO3,SUMO1可抑制AR活性,而SUMO2和SUMO3則提高AR活性;除了以上轉(zhuǎn)錄后修飾,AR鉸鏈區(qū)還可以發(fā)生甲基化,位點(diǎn)常為賴氨酸630(K630)和632(K632),主要與AR核定位相關(guān)[41]。
AR存在翻譯后修飾,各種修飾可同時(shí)存在,使得AR的功能顯得更復(fù)雜,與其作用的因子更多。目前對(duì)CRPC中翻譯后修飾的研究尚不透徹,需要在體內(nèi)進(jìn)一步研究,以確立其在臨床治療的意義和在CRPC進(jìn)展中的作用。
近幾年開始專注于非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)的功能研究,非編碼RNA長(zhǎng)度差異較大,較短約為20核苷酸,較長(zhǎng)超過200核苷酸,且數(shù)量龐大超過了編碼蛋白質(zhì)的基因,它們起著調(diào)控基因表達(dá)作用,并發(fā)現(xiàn)多種非編碼RNA與腫瘤密切相關(guān),對(duì)其研究主要集中于微小RNA(microRNA,miRNA)和長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA),兩者表達(dá)與前列腺癌的發(fā)生發(fā)展有關(guān),可調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的凋亡和轉(zhuǎn)移,可作為致瘤因子又具有抑瘤作用,其在腫瘤發(fā)生中所起作用尚存爭(zhēng)議。
?stling 等[42]在 LNCaP、LAPC-4、CWR-R1、22Rv1、MDA-PCa-2b細(xì)胞系中,系統(tǒng)性分析1129種具有功能的miRNA,發(fā)現(xiàn)71種miRNA可影響前列腺癌AR的表達(dá),其中52種miRNA可導(dǎo)致AR蛋白降低,19種miRNA可引起AR蛋白升高,表明miRNA在前列腺癌發(fā)生發(fā)展中占據(jù)重要地位。目前研究顯示,AR信號(hào)通路既可調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)下游靶基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,又可受到miRNA調(diào)節(jié)直接或間接影響AR靶基因表達(dá),其中miR-32、miR-125b、miR-21作為致瘤因子可受到雄激素的正性調(diào)節(jié),而 miR-130、miR-203、miR-205、miR-331-3p作為抑瘤因子負(fù)性調(diào)節(jié)AR信號(hào)通路[43-47]。
目前對(duì)lncRNA研究成為熱點(diǎn),lncRNA作為轉(zhuǎn)錄垃圾的觀點(diǎn)得到糾正,lncRNA與多種癌癥惡性生物學(xué)行為相關(guān),包括了前列腺癌進(jìn)展。現(xiàn)在研究比較多的lncRNA是PCA3,它們可調(diào)節(jié)AR及其靶基因,介導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞生存[48]。而PRNCR1和PCGEM1則成為爭(zhēng)論較大的兩種lncRNA,Yang等[49]人研究顯示PRNCR1和PCGEM1可先后綁定AR,增強(qiáng)配體依賴和非依賴AR靶基因轉(zhuǎn)錄活性,在CRPC細(xì)胞系LNCaP-cds2、CWR22Rv1其表達(dá)較ADPC細(xì)胞LNCaP增高,在進(jìn)展期前列腺癌組織中同樣高表達(dá),表明兩者可通過影響AR信號(hào)通路導(dǎo)致CRPC形成。Parolia等[50]報(bào)道指出,PCGEM1在CRPC組織中表達(dá)下降,ADPC組織表達(dá)上調(diào),與前者結(jié)論截然相反,并通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察到PCGEM1相關(guān)基因表達(dá)標(biāo)記在去勢(shì)治療后反而下調(diào)。部分lncRNA也可作為抑瘤因子阻止前列腺癌的惡性進(jìn)展,如PCAT29作為AR負(fù)性調(diào)節(jié)lncRNA,可抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移功能,與前列腺癌預(yù)后相關(guān)[51]。
非編碼RNA作為一類調(diào)節(jié)因子,通過對(duì)轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等方式參與細(xì)胞的生命活動(dòng),目前對(duì)非編碼RNA在腫瘤中功能的研究越來越受到重視,隨著對(duì)非編碼RNA研究的深入,將闡明部分非編碼RNA導(dǎo)致CRPC發(fā)生發(fā)展致病機(jī)制,可能作為前列腺癌潛在的診斷標(biāo)記物、分子治療靶點(diǎn)和預(yù)后標(biāo)志物。
AR在ADPC進(jìn)展為CRPC中的機(jī)制研究,為前列腺癌藥物治療提供了方向。AR在接受配體依賴的激活或者配體非依賴的激活到調(diào)控基因表達(dá)的過程中,受到多種因子的調(diào)控。目前針對(duì)AR介導(dǎo)CRPC的發(fā)生機(jī)制,已設(shè)計(jì)抑制其關(guān)鍵環(huán)節(jié)靶向藥物,如AR拮抗劑Enzalutamide、雄激素合成CYP17阻斷劑Abiraterone Acetate、PI3K信號(hào)通路阻斷劑BKM120、PARP抑制劑veliparib[52];還設(shè)計(jì)了針對(duì)多個(gè)靶點(diǎn)藥物,如Cabozant inib 封閉 c-Met、VEGFR2、KIT 等多個(gè)蛋白[53],Galeterone同時(shí)阻斷雄激素受體及對(duì)CYP17A1[54];也可設(shè)計(jì)針對(duì)AR突變及其異構(gòu)體的靶向藥物;根據(jù)CRPC患者體內(nèi)相關(guān)分子生物標(biāo)記實(shí)行個(gè)體化治療,可取得事半功倍效果。隨著研究AR信號(hào)通路在CRPC中作用機(jī)制的深入,我們會(huì)更加深入認(rèn)識(shí)CRPC的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制,必將對(duì)CRPC治療產(chǎn)生重大突破!