酸性神經酰胺酶在肝纖維化及肝癌中的研究進展

陳彥君,黃照權

(桂林醫學院基礎醫學院病理教研室,廣西 桂林 541199)

肝癌高居全球癌癥發生率的前5位,其中最常見的肝癌是肝細胞肝癌(HCC),占70%~85%[1]。在肝癌發展進程中,先是肝炎逐漸演變成肝纖維化,再到肝硬化,最后導致肝癌。肝臟基礎疾病演變成肝癌成為威脅人類健康的主要因素之一。

神經鞘脂代謝在決定細胞命運中起著重要作用。鞘脂代謝是一個復雜、關聯的網絡通路,其合成場所是內質網,由脂肪酸和氨基酸縮合成神經酰胺(ceramide,Cer)[2]。酸性神經酰胺酶(acid ceramidase,AC)是神經酰胺代謝中至關重要的酶,在Cer-Sph-S1P代謝中,作為“神經鞘脂變阻器”調節Cer-Sph-S1P之間的平衡,在細胞的生長發育、腫瘤轉移、細胞分化、放/化療抗性、基因表達等方面起調控作用[3]。筆者就AC在肝纖維化及肝癌中的作用進行綜述。

1963年,首次在大鼠腦勻漿中發現AC,1995年得到了進一步的鑒定并從人類尿液中純化[4]。該酶是一種溶酶體半胱氨酸酰胺酶,含有兩個大小分別為13 kDa和40 kDa的亞基[5-6],分子量為53~55 kDa的多肽[7]。AC基因位于8號染色體短臂(p21.3-22),包含大約14個外顯子和13個內含子[8]。1996年,首次成功組裝了人類AC的cDNA,包含1 185 bp的開放閱讀框,編碼395個氨基酸[9-10]。生物合成的AC在pH 4.0~5.0時,酶活性最佳[2,8]。AC在人的組織中普遍表達,心臟和腎臟中呈現高表達[11]。研究表明,AC定位于細胞的溶酶體中,是一種水解酶[6,12],當處于偏酸的環境中時,可將Cer水解為Sph和游離的脂肪酸,隨后Sph在鞘氨醇激酶的作用下,水解為S1P[13]。在神經鞘脂代謝產物中,Cer是細胞內信號轉導的關鍵分子,可轉化為神經鞘磷脂、Sph、1-磷酸神經酰胺和葡萄糖基神經酰胺等脂類。神經酰胺在細胞中積累會誘導細胞凋亡,其代謝產物S1P促進癌癥的發展。S1P作為一種抗凋亡和促進血管生成的神經鞘脂分子,其功能與Cer介導的促凋亡作用相反[13]。因此,推測Cer與S1P的平衡調節著細胞的增殖、凋亡、分化和生長停滯等過程[14]。此外,AC在多種人類癌癥中過表達,并且在癌癥進展中起重要作用[3]。AC過表達,癌細胞將神經酰胺進一步代謝為神經鞘氨醇及S1P,具有抗凋亡和促進血管形成的作用。癌細胞正是利用AC的這種作用,為癌細胞的生長創造良好的環境。

肝纖維化時神經酰胺和S1P水平升高[2],Cer可刺激纖維的形成[15]。而S1P誘發Kupffer細胞浸潤,增加膠原和α-平滑肌肌動蛋白的表達[16-18]。此外神經酰胺可以誘導肝癌細胞凋亡[19]。近年來,AC已成為肝病治療研究的重點。

1 酸性神經酰胺酶在肝纖維化中的作用

在我國,慢性乙型肝炎逐漸發展為肝纖維化及肝硬化,最后惡化成肝癌[20]。AC缺乏,神經鞘脂及相關基因轉錄譜改變,肝功能受損[21]。肝纖維化中,肝星狀細胞(hepatic stellate cells,HSCs)改變形態,研究發現:三環抗郁藥通過抑制AC來調節神經酰胺,從而增加鞘脂類神經酰胺,最后促進HSC的失活[22]。首先,研究人員構建了AC敲低的肝纖維化小鼠,與對照組相比,AC敲低小鼠的肝組織平滑肌肌動蛋白減少,提示星狀細胞活力降低[22]。在非酒精性脂肪性肝炎(NASH)中,抑制AC可減少NASH誘導的纖維化,而不會加劇脂肪變性或炎癥[22]。AC抑制劑B13可以使人HSC失活[23]。B13作用于肝纖維化小鼠,平滑肌肌動蛋白染色程度降低,表明抑制AC,可阻礙HSC活化,進而使肝纖維化的發展減慢。CDAHFD(營養缺乏且高脂肪熱量飲食)喂養的小鼠,當小鼠出現肝纖維化后,切除小鼠肝臟,AC抑制劑B13處理肝組織48 h,小鼠肝纖維化程度較低。用酒精性肝硬化及原發性膽汁性肝硬化患者的肝組織重復以上實驗,結果與小鼠實驗的結果一致[23]。在晚期肝纖維化患者中,肝星狀細胞的AC表達增加,靶向AC治療可改善肝纖維化患者病情,在很大程度上降低其惡變成肝癌的概率,并且延緩病情的發展[22]。

2 酸性神經酰胺酶在肝癌中的作用

肝癌作為發病率較高的惡性腫瘤,確診時常常處于中、晚期,治愈率低,預后較差,病死率高。我國在全球新發肝癌病例中占50%,有持續上升的趨勢[24]。肝癌主要的危險因素包括黃曲霉毒素、病毒性肝炎感染、遺傳因素、吸煙、飲酒等[25]。據統計,我國大約有3億人患有病毒性肝炎,其中以乙型肝炎及丙型肝炎為主[26]。亞太地區人口占全球總人口的一半以上,2015年因肝臟疾病死亡的人數占全球死亡人數的62.6%[27],其中,肝硬化死亡人數占全球死亡人數的54.3%[27]。目前,已有許多靶向酸性神經酰胺酶藥物,N-油酰乙醇胺(NOE)是第一個被發現對AC具有強烈作用的抑制劑,NOE可以抑制酸性神經酰胺酶,使Cer/S1P的平衡向Cer移動,并且使肝癌細胞對柔紅霉素(DNR)的敏感性增強,NOE處理后,Cer有明顯的積累,并對細胞凋亡有明顯促進作用。在體外,NOE與DNR協同作用,肝癌細胞HepG2中的Cer/S1P比率升高,細胞對DNR的敏感度增強[28]。這從另一個角度說明AC可促進肝癌的發生、發展。針對AC的siRNA治療,不僅抑制HepG2細胞移植瘤的生長,而且增強了DNR的治療效果[28]。siRNA干擾AC的表達,可選擇性地降低腫瘤細胞中AC表達[28],這不僅有效緩解肝癌細胞的惡性增殖,提高DNR的療效,而且顯著降低了肝癌小鼠的AFP水平。在人肝癌細胞中的研究發現,siRNA或NOE抑制AC的表達能使Cer/S1P平衡向Cer方向傾斜,使肝癌細胞(HepG2、Hep-3B、SK-Hep和Hepa1c1c7)對DNR敏感性增加[28]。上述研究提示,拮抗AC可能為肝癌的治療打開新的途徑。

AC在其他疾病中也有廣泛的研究,將抗腫瘤藥與AC抑制劑聯用,可降低腫瘤細胞的增殖、遷移能力,并促進了細胞死亡[29]。AC抑制劑雖然具有很好的療效,但對正常組織細胞產生有害作用。因此,獲得靶向AC的新型藥物是今后的研究方向,值得進一步探索。