27-羥基膽固醇在乳腺癌、前列腺癌和子宮內膜癌發生發展中的作用

(1.南華大學藥物藥理研究所，湖南 衡陽 421000；2.新型抗體藥物及其智能運輸系統湖南省重點實驗室，湖南 懷化 418000)

2007年，Umetani等[1]發現了一種天然存在的選擇性雌激素受體調節劑(Selective Estrogen Receptor Modulator，SERM)，即27-羥基膽固醇(27-Hydroxycholesterol，27HC或27-OHC)。27HC是一種具有雌激素樣作用的膽固醇初級代謝物，能促進腫瘤的生長和侵襲。27HC在癌癥中的作用主要取決于其內源性SERMs和肝X受體(Liver X Receptor，LXR)調節劑的功能，可以通過調節ER和LXR的轉錄活性在腫瘤的發生發展中發揮重要的生物學作用。

細胞內膽固醇水平會調節癌癥中許多固有激活或失調的信號轉導途徑，反之亦然。流行病學研究證實了肥胖和血漿循環膽固醇水平升高是乳腺癌、前列腺癌和子宮內膜癌復發的危險因素并與患病風險呈正相關[2]；而長期使用他汀類降膽固醇藥物會導致乳腺癌患者的無復發生存時間顯著延長，還與乳腺癌、子宮內膜癌、結直腸癌和霍奇金淋巴瘤等數十種惡性腫瘤的患病風險呈負相關[3]。簡而言之，27HC在很多腫瘤的發病機制中起重要作用，特別是發病率高且存在性別特異性的惡性腫瘤。本文就27HC在乳腺癌、前列腺癌和子宮內膜癌等惡性腫瘤中的研究進展進行綜述，介紹了27HC在有關癌癥中的重要作用及未來研究的潛在方向。

1 27HC的生物合成和分解代謝

參與調控27HC含量的關鍵酶是細胞色素P450氧化酶系膽固醇27α羥化酶(CYP27A1)和25α7羥化酶(CYP7B1)，它們分別起催化合成和分解代謝作用，兩者具有顯著的同源性。CYP27A1主要在肝臟、乳腺癌細胞和腫瘤相關性巨噬細胞中高表達，CYP7B1則在體內廣泛分布[4]。將CYP27A1導入細胞可刺激膽固醇外流，催化膽固醇羥基化為27HC并調節膽固醇穩態。CYP7B1則催化肝外組織中膽固醇分解代謝途徑的第一步反應。已知細胞內膽固醇跨膜轉運及其進入線粒體的通量均受類固醇合成急性調節蛋白1(Steroidogenic acute regulatory protein，StAR 或STARD1)和StAR相關脂質轉移結構域蛋白3(StAR related lipid transfer domain containing 3，STARD3)的嚴格調節；而StAR可直接將膽固醇遞送至線粒體內膜中，經CYP27A1催化作用后在酸性途徑中合成27HC。因此，膽固醇進入線粒體的轉運過程以及CYP27A1的表達和活性是內源性合成27HC的兩個限速步驟，27HC會被駐留在內質網上的CYP7B1進一步羥基化，所得的7a-羥化代謝物也最終被代謝為膽汁酸[5]。27HC的生物合成和分解代謝過程見圖1。

圖1 27HC的生物合成和分解代謝

1.1 CYP27A1在腫瘤中的作用

CYP27A1是一種可以組織特異性地調節雌激素和LXR的多功能氧固醇，也是人體內唯一一種能將膽固醇催化為27HC的細胞色素P450氧化酶。有報道稱他汀類藥物可有效降低血清中的27HC水平，并使腫瘤中的CYP27A1表達失調。CYP27A1與乳腺癌生理病理學和預后之間的關系密切。CYP27A1的表達是影響乳腺癌患者總體生存率和無復發生存率等預后指標的獨立危險因素。CYP27A1在原發性乳腺癌中的表達存在異質性，CYP27A1高水平表達與高腫瘤分級，ER陰性和基底樣亞型顯著相關[6]。與正常人相比，分化良好的早期乳腺癌患者，其血漿CYP27A1水平偏低而CYP7B1水平偏高。當CYP27A1高表達時或CYP7B1表達缺失時，27HC的水平也隨之升高，并通過介導ER或LXR在乳腺癌中發揮重要作用。

在前列腺腫瘤中CYP27A1基因的表達明顯低于正常，而侵襲性癌癥患者該基因的表達更低。CYP27A1的表達活性是27HC在前列腺癌中發揮作用的重要影響因素之一。Alfaqih等[7]提出，CYP27A1的表達與前列腺癌的進展呈負相關；較低的CYP27A1轉錄水平與較短的無病生存期和較高的腫瘤分級有關。此外，低CYP27A1表達和高膽固醇合成會增加致死性前列腺癌的患病風險。研究表明，27HC可以上調人前列腺癌細胞(PC3)中CYP27A1表達，而過表達的CYP27A1會抑制前列腺癌細胞(LNCaP和22RV1)異種移植物的細胞增殖。CYP27A1是調控膽固醇的關鍵基因，CYP27A1/27HC信號軸失調在前列腺癌發病機制中發揮重要作用。

CYP27A1和CYP7B1在子宮內膜癌中均有表達且表達量與癌癥分化程度有關。子宮內膜癌組織中CYP27A1的表達明顯高于正常組織，CYP7B1則與之相反。雖然低分化子宮內膜癌中CYP7B1的表達顯著低于中分化癌癥，但CYP27A1在低分化子宮內膜癌中的表達水平則更高。因此CYP27A1可能是乳腺癌等惡性腫瘤的潛在治療靶點。

1.2 CYP7B1在腫瘤中的作用

CYP7B1在不同組織中通過作用于不同底物產生多種生理功能，可以催化類固醇和氧固醇羥基化、促進膽固醇生成膽汁酸和調節雌激素和雄激素的信號傳導，而27HC的異常增加與CYP7B1的缺失有關。

乳腺癌組織中CYP7B1的表達水平與正常乳腺組織相比減少了50%，血清總膽固醇升高的乳腺癌患者血漿中的CYP7B1表達明顯低于總膽固醇正常的患者[4]。CYP7B1的表達減少會降低乳腺癌患者的生存率。此外，與ER陰性乳腺癌相比，ER陽性乳腺癌中CYP7B1基因的表達出現特異性失調，并與患者的臨床分期密切相關。

CYP7B1參與了包括雄激素代謝在內的許多代謝過程。CYP7B1啟動子區域的局部甲基化能顯著促進其基因轉錄，其表達還會伴隨著前列腺癌的發展而增加。CYP7B1在高級別前列腺上皮內瘤(PIN)和前列腺癌組織中的表達均高于正常前列腺組織。在嚙齒動物中發現CYP7B1可對前列腺癌細胞激素水平起調節作用。雄激素可以通過調節CYP7B1介導的代謝來控制雌激素在前列腺內的水平，而CYP7B1介導的催化作用也可以減少一些雄激素反應。另外，雄激素和雌激素對LNCaP細胞中CYP7B1轉錄也有一定的影響。

2 27HC與腫瘤

27HC與惡性腫瘤的關系非常密切。27HC可以通過介導細胞內信號傳導途徑在腫瘤的病理生理過程中發揮重要作用，27HC可以激活ERK 1/2和Akt信號通路來促進腫瘤細胞存活。 在乳腺癌和前列腺癌中發現，27HC不僅在血管內皮中誘導PI3K/Akt活化，還能介導JAK/STAT信號傳導失調，進而發揮致癌作用。其次，27HC對LXR依賴性和LXR非依賴性調節能增加JAK/STAT信號傳導途徑的活化，且27HC誘導的腫瘤細胞增殖可以通過激活LXR來進行抑制。

27HC通過各種機制在不同的永生化細胞系中誘導細胞凋亡。27HC經外源性凋亡途徑，誘導相關死亡受體與腫瘤壞死因子α(Tumour necrosis factor-α，TNF-α)和Fas配體(Fas ligand，FasL)等促炎或促凋亡細胞因子結合，使死亡受體結構域寡聚化，形成死亡誘導信號復合物激活效應器半胱天冬酶(Caspase3/6/7)后啟動信號級聯促進細胞凋亡[8]。此外，27HC還可以引發線粒體功能障礙和氧化應激，降低線粒體膜電位，誘導胞內Ca2+失調，隨后激活Caspase級聯反應，通過內在凋亡途徑來誘導細胞凋亡。

在不同的疾病模型中發現了27HC可以誘導促炎性細胞因子、趨化因子等的表達，并引起全身性或組織范圍的局部炎癥。27HC通過直接激活TLR4/NF-κB、ERK1/2和JNK等信號通路[9]，上調TNF-α、白細胞介素8(Interleukin- 8，IL-8)、白細胞介素1β(Interleukin- 1β，IL-1β)、單核細胞趨化蛋白1(Monocyte Chemotactic Protein-1，MCP-1)和巨噬細胞炎性蛋白-1β(Macrophage inflammatory protein-1β，MIP-1β)等的表達，進而參與腫瘤發生、腫瘤基質的調節、血管生成、腫瘤細胞侵襲和遷移，以此來構成腫瘤轉移的機制基礎。

2.1 27HC在乳腺癌中的作用

乳腺癌是全球女性中發病率極高的惡性腫瘤。27HC作為膽固醇和乳腺癌發病機制的關鍵調節因子，可以直接參與乳腺癌的發生發展。ER陽性乳腺癌患者與無癌對照組相比，正常乳腺組織中的27HC含量增加，癌組織的27HC含量則進一步升高。其次，絕經后婦女27HC的循環濃度增加，并伴隨著乳腺癌患病風險的增加。另外，服用他汀類藥物的患者乳腺癌發病率和復發率均降低[3]，而經飲食改良降低總膽固醇、抗雌激素治療或直接停止補充27HC，不僅抑制了腫瘤的侵襲性還能減少肥胖和代謝綜合征對乳腺癌發病率的影響。

2.1.1 27HC與ER信號通路 27HC可以通過介導ER和LXR的轉錄活性來參與乳腺癌的發生發展。27HC可由MCF7細胞產生，并刺激細胞自主性、ER依賴性和GDNF-RET依賴性增殖。27HC對ER的調節作用主要取決于ER的轉錄活性[1]。Nelson等[4]通過敲除CYP7B1來增加血漿和腫瘤內27HC的水平，建立了MMTV-PyMT小鼠模型，首次揭示了27HC促進腫瘤生長和減少腫瘤發展潛伏期的作用取決于ER轉錄活性。

2.1.2 27HC與LXR信號通路 然而，27HC還是 LXR的配體激動劑，LXR作為膽固醇代謝的感受器和脂質代謝的關鍵調節因子，同樣影響著乳腺癌的發生發展。在ER陽性乳腺癌細胞(MCF7和T47D)中激活LXR會抑制腫瘤細胞增殖并促進其侵襲和遷移，但ER陰性乳腺癌細胞(MDA-MB231)和HER2陽性乳腺癌細胞(SK-BR3)的增殖能力則不受影響；另一方面，激活LXR還會下調ERα和多種參與細胞周期調控的關鍵蛋白的表達，如細胞S期激酶相關蛋白2(S-phase kinase-associated protein 2，SKP2)，細胞周期蛋白A2(Cyclin A2)，細胞周期蛋白D1(Cyclin D1)[10]。此外，LXR激活會抑制PI3K/Akt活化進而減少MCF7細胞的增殖。這種LXR誘導的PI3K/Akt信號傳導抑制作用和隨后的細胞增殖減弱均歸因于LXR-靶基因，即磷酸酶和張力蛋白同源基因(Gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN)以及PH結構域富含亮氨酸重復蛋白磷酸酶(PH domain and leucine rich repeat protein phosphatase-like，PHLPPL)表達的增加。

2.1.3 27HC與其他信號通路 27HC還能以不依賴ER和LXR的方式促進乳腺癌細胞增殖、侵襲和遷移。一方面，在MCF7細胞中，27HC可以通過調節p53和E3泛素連接酶小鼠雙微體2(Murine double minute2，MDM2)的活性來促進細胞增殖[11]。另一方面，27HC可以抑制Myc穩定性負調節因子：蛋白磷酸酶2A(Protein phosphatase 2A，PP2A)，小C-末端結構域磷酸酶1(Small C-terminal domain phosphatase 1，SCP-1)和泛素化蛋白酶(F-box/WD repeat-containing protein 7，FBW7)的表達，增加Myc在MCF7細胞中的穩定性和轉錄活性，進而促進Myc靶蛋白Ki67和SKP2的表達及細胞增殖[12]；還會上調SET蛋白和PP2A的癌性抑制因子(Cancerous inhibitor of PP2A，CIP2A)的表達水平[13]。此外，27HC和LXR合成激動劑GW3965均能誘導鋅指蛋白(Snail1)，波形蛋白(Vimentin)和成纖維細胞激活蛋白(Fibroblast activation protein，FAPα)的表達，使乳腺癌細胞(E0771和Met1)呈現EMT樣形態學變化。再者，27HC對乳腺癌細胞的血管生成、遷移和侵襲能力的促進作用與STAT3的磷酸化程度以及轉錄活性關系密切。27HC激活STAT3會誘導E盒鋅指蛋白1(Zinc finger E-box-binding homeobox 1，ZEB1)，基質金屬肽酶9(Matrix metallopeptidase 9，MMP9)和Vimentin表達增加并伴隨E-鈣粘蛋白(E-cadherin)表達的減少[14]。27HC在乳腺癌發病機制中的作用總結見圖2。

圖2 27HC在乳腺癌發病機制中的作用

2.2 27HC在前列腺癌中的作用

高血漿膽固醇水平是發展前列腺癌的重要危險因素，與高度特異性前列腺癌的發病率呈正相關，降膽固醇藥物可以降低患晚期前列腺癌的風險。研究證實，膳食膽固醇能直接影響高風險前列腺癌的發病機制，比如高膽固醇飲食可以促進TRAMP小鼠模型中前列腺癌血管生成和腫瘤轉移；而他汀類藥物并卻不能改善前列腺癌患者的預后[3]，這提示了膽固醇本身可能并不是前列腺癌的關鍵病因學因素。因此，人們開始將研究氧固醇(膽固醇氧化產物和代謝物)并進一步發現血漿中含量最豐富的氧固醇27HC的水平在前列腺癌組織中顯著升高，提示27HC才是關系前列腺癌發生發展的真正風險因素。27HC可以誘導前列腺癌細胞增殖，還可以減弱多西紫杉醇(Docetaxel)對非致瘤性前列腺上皮細胞(RWPE-1)的促凋亡作用。

2.2.1 27HC與ER信號通路 27HC可以調控ER和LXR介導的基因轉錄及其在前列腺癌中的作用和機制，且在去勢抵抗性前列腺癌(Castration-resistant prostate cancer，CRPC)中的作用尤為突出。正常的前列腺上皮細胞以及前列腺癌細胞能同時表達ERα和ERβ。盡管人們已經形成將ERα作為促增殖和致癌因子的共識，但ERβ在前列腺癌的發展和EMT等過程中卻有著異常復雜的作用，如ERβ的促凋亡和抗增殖作用等。然而，Raza等[15]發現27HC促進LNCaP和PC3細胞的增殖必須激活ERβ。27HC在LNCaP和PC3細胞中上調ERβ表達而ERα無明顯變化，ERβ特異性抑制劑可以減弱27HC誘導的細胞增殖作用。另外，27HC對LNCaP和PC3細胞侵襲的抑制作用同樣取決于ERβ的活性[15]。雖然ERβ是前列腺癌細胞侵襲和轉移的抑制因子，但不同的ERβ亞型對EMT和腫瘤轉移可能會存在不同的影響。

2.2.2 27HC與LXR信號通路 研究發現，27HC可以通過降低Akt的Thr308和Ser473殘基處的磷酸化水平，進一步抑制Akt的活化，發揮抑增殖作用。而Akt在信號通路中的下調、膽固醇從頭合成和促炎細胞因子表達的降低均與LXR的活化有關。LXR激動劑T0901317可以通過增加細胞周期蛋白激酶抑制因子(Cyclin-dependent kinase inhibitor 1B，CDKN1B)p27Kip-1表達，減少S期細胞數目，最終抑制LNCaP細胞增殖；相反，LXRα/β雙敲除會導致小鼠前列腺上皮內瘤的形成并促進腫瘤細胞的惡性增殖。此外，在LNCaP和PC3細胞中，增強雄激素受體(Androgen receptor,AR)的轉錄活性會下調LXR靶基因的表達；同時，激活LXR也會減弱前列腺癌細胞(DU145和LNCaP)中AR的轉錄活性及AR靶基因的表達。還有較多的證據表明在前列腺癌中LXR-AR與AR之間存在信號串擾，而這對于膽固醇和脂質代謝都至關重要[15]。LXR或可以作為有效的治療靶點來抑制前列腺癌的發生發展。

2.2.3 27HC與其他信號通路 除此之外，27HC還可以介導其它信號傳導途徑在前列腺癌中發揮作用。27HC可以在RWPE-1細胞中提高AR轉錄活性，上調AR-靶基因和前列腺特異性抗原的表達水平并增強AR與雄激素應答元件的結合，而敲低AR則可顯著減弱27HC誘導的增殖作用。27HC通過抑制膽固醇調節元件結合蛋白2(Sterol-regulatory element binding protein 2，SREBP2)的活化，下調低密度脂蛋白受體(Low-Density Lipoprotein Receptor，LDL-R)的表達，進而降低前列腺癌細胞中膽固醇的含量；還可以促進PC3細胞中兩種異染色質蛋白1(Heterochromatin protein 1，HP1)即HP1α和HP1β的表達來抑制了LNCaP和PC3細胞的侵襲和遷移[15]。 跨膜蛋白受體(Patched，Ptc)與腫瘤干細胞(Cancer stem cells，CSCs)增殖高度相關，是Sonic hedgehog(Shh)/Smoothened(Smo)信號通路的重要組分和調節因子。27HC不僅能上調Ptc的表達水平來發揮促增殖作用，還能上調鋅指蛋白2(GLI family zinc finger 2，GLI2)和鋅指蛋白3(GLI family zinc finger 3，GLI3)的表達，而GLI2和GLI3能直接與Shh/Smo信號通路偶聯，進一步介導前列腺癌的發展和轉移。27HC在前列腺癌發病機制中的作用總結見圖3。

圖3 27HC在前列腺癌發病機制中的作用

2.3 27HC在子宮內膜癌中的作用

子宮內膜癌是最常見的婦科惡性腫瘤之一，近年來發病率呈上升趨勢。研究證實，肥胖和代謝綜合征以及飲食中膽固醇的消耗與子宮內膜癌的患病風險成正相關，肥胖被認為是子宮內膜癌主要且可改變的獨立危險因素[16]。子宮內膜癌常見于圍絕經期和絕經后婦女[2]。如果體內雌激素水平過多會增加患Ⅰ型子宮內膜癌的風險。雌激素及其代謝物可以誘導乳腺和子宮內膜細胞過度增殖及DNA損傷進而促成了惡性腫瘤轉化。研究發現，相較于正常女性，子宮內膜癌患者體內27HC水平異常升高，而27HC水平的升高同樣會增加子宮內膜癌的患病風險。

ER和LXR不同亞型在子宮內膜癌中的表達水平與癌癥的分化等級有關。與正常絕經后女性相比，在高分化子宮內膜癌患者的上皮細胞和間質細胞中能檢測到ERα的表達，但其在低分化癌癥中的表達則顯著降低。相反，在高、中、低分化的Ⅰ期子宮內膜癌中都容易檢測到ERβ剪接變體(ERβ 1,2,5)的表達。體外研究表明，與低分化子宮內膜癌細胞(MFE 280)相比，中度分化子宮內膜癌細胞(RL95)LXRα mRNA水平顯著降低，LXRβ mRNA水平無明顯差異。所以，27HC對子宮內膜癌的作用可能與ER和LXR亞型在疾病不同階段的生物利用度有關。

Gibson等[2]發現在子宮內膜癌細胞(Ishikawa和RL95)中，27HC可以選擇性激活ER并促進細胞增殖，而其對MFE280細胞增殖無明顯作用；另外，用GW3965靶向激活LXR可以顯著減弱27HC對Ishikawa和RL95細胞的增殖作用。因此27HC可以通過促進子宮內膜癌上皮細胞的增殖來增加子宮內膜癌的惡性程度。總之，膽固醇代謝異常和27HC水平升高都可以激活ER依賴性途徑，促進上皮細胞增殖，進而影響子宮內膜癌的發展進程[2]，而其是否還具有除促細胞增殖以外的作用仍需進行更多更深入地研究。

2.4 27HC在其它惡性腫瘤中的作用

文獻報道，27HC在肺癌、胃癌、膀胱癌和結腸癌等惡性腫瘤的發生發展中產生重要作用。肺癌組織內含有豐富的27HC，其合成酶CYP27A1在肺癌細胞中的表達也高于正常肺細胞。27HC對ER的激動或拮抗作用具有細胞或組織類型特異性。研究表明27HC通過激活ERβ來促進ERβ陽性肺癌細胞增殖，但不影響ER陰性或ERα陽性肺癌細胞的增殖；27HC上調LXR的表達，減少ER陰性肺癌細胞(A549)膽固醇的攝入和從頭合成并抑制了細胞活力和增殖[17]。其它方面，27HC通過激活PI3K/Akt信號通路促進肺癌的發生發展；27HC可以通過抑制mir-139的表達和激活stat3/c-fos/nfatc1途徑促進肺腺癌微環境中破骨細胞的形成進一步加快腫瘤的骨轉移。此外，文獻報道了，27-HC可以抑制結腸癌細胞增殖、降低細胞的活力，且其對細胞增殖的抑制作用與細胞毒性或細胞凋亡無關。體外研究證實，經27-HC處理的結腸癌細胞(Caco2)中總AKT水平增加而p-AKT水平卻顯著降低[18]。27-HC可能通過下調p-AKT水平來抑制Caco2細胞增殖，而不是通過作用于LXR和ER。CYP27A1/ 27HC還可以通過LXR途徑上調ATP結合盒轉運蛋白G1(ATP-binding cassette sub-family G member 1，ABCG1)和ATP結合盒轉運蛋白A1(ATP-binding cassette sub-family A member 1，ABCA1)，下調LDLR的表達，進而降低膀胱癌細胞(T24和UM-UC-3)中的膽固醇水平并抑制細胞增殖[19]。Guo等[20]研究發現，與健康受試者的鄰近正常粘膜組織和胃液相比，人胃癌組織和癌胃液中27HC的水平顯著升高；27HC可能通過激活LXR來抑制胃癌細胞(HGC-27)的增殖和遷移。

3 總結與展望

膽固醇代謝物27HC是內源性SERM和LXR調節劑的發現為醫學研究開辟了新的前沿，特別是在惡性腫瘤領域。然而，27HC在惡性腫瘤中的生物學功能及其對相關信號通路的調控作用與腫瘤類型、臨床分期及分化程度密切相關。盡管不少研究已經證實了27HC在腫瘤細胞增殖、血管生成、EMT、侵襲和遷移等方面所產生的影響，但其與乳腺癌、前列腺癌和子宮內膜癌等疾病發生發展的關系及其具體作用機制還尚未完全明確。本綜述介紹了27HC對ER、LXR和其它信號通路及其合成代謝關鍵酶的調節作用在相關腫瘤發展進程中產生的重要影響，為研究人員提供了新的研究思路和方向，同時對腫瘤內分泌治療等方面的臨床用藥臨床用藥也具有一定的指導意義。調控膽固醇水平或是生活方式干預和藥理干預治療的潛在目標。CYP27A1和CYP7B1可作為乳腺癌、前列腺癌等疾病預后復發的預測及監測生物標志物，而CYP27A1和LXR或是治療這幾種癌癥的潛在關鍵靶點。合理使用降脂藥物或CYP27A1靶向抑制劑可有效抑制惡性腫瘤的發展進程。本綜述重點介紹了27HC在乳腺癌、前列腺癌和子宮內膜癌中的作用，但其在肺癌、胃癌、膀胱癌和結腸癌等其他癌癥中的作用還需要研究人員進行更深入更系統的研究。