神經酰胺酶在鞘脂代謝和腫瘤中的作用

黃鈴月 譚親友，2

（1.桂林醫學院藥學院，廣西 桂林541199；2.桂林醫學院附屬醫院藥學部，廣西 桂林541000）

大多數癌癥，每年的病例數和死亡數都在增加。目前，關于癌癥的流行病學數據令人擔憂，因為世界衛生組織預測一般人群中癌癥的發病率會顯著增加。這一在全球范圍內具有重大意義的問題需要尋找更有效的治療靶點和方法。鞘脂是細胞膜的結構分子，在維持屏障功能和流動性方面具有重要作用[1]。鞘脂代謝通過控制癌細胞信號傳導網絡中的信號功能來調節各種生物過程，如生長、增殖、遷移、侵襲和轉移。神經酰胺（Cer）和鞘氨醇（SPH）可以調節細胞死亡、衰老和細胞周期阻滯，鞘氨醇-1-磷酸（S1P）具有抗凋亡和促生存的作用[2]。催化神經酰胺轉化為鞘氨醇的5種 神 經 酰 胺 酶（ASAH1、ASAH2、ACER1、ACER2和ACER3）在調節鞘脂代謝中具有極其重要的作用[3]。這篇綜述討論了5種神經酰胺酶在鞘脂代謝和腫瘤中的作用，最后，介紹了當前和新興的針對參與鞘脂代謝和信號傳導的酶的治療策略。

1 神經酰胺酶

1.1 ASAH1

酸性神經酰胺酶（ASAH1）通過將Cer水解成SPH，在調節這兩種代謝物的細胞內濃度方面起著關鍵作用，ASAH1蛋白參與細胞凋亡、細胞周期、分化和細胞侵襲[4]。Lucki等[5]發現genistein可以通過GPR30依賴性激活c-Src和ERK1/2的途徑誘導ASAH1轉錄，促進組蛋白乙酰化和磷酸雌激素受體α和特異性蛋白-1向ASAH1啟動子的募集，最終導致神經酰胺酶活性增加。genistein以依賴于ASAH1的方式刺激細胞周期蛋白B2的表達和細胞增殖，促進鞘脂代謝并支持ASAH1在乳腺癌細胞生長中的作用。Justine等[6]發現ASAH1影響黑色素瘤細胞中的表型轉換，并且黑色素瘤細胞在ASAH1缺失后獲得運動特性，表明鞘脂代謝與黑色素瘤細胞可塑性之間存在聯系，并為黑色素瘤開辟了新的治療前景。

Marko等[7]發現人類結腸癌細胞和結腸直腸癌組織表達ASAH1，且其表達在腫瘤組織中高于正常結腸粘膜。ASAH1參與了HCT116細胞對奧沙利鉑（OXA）的反應，并且通過與ASAH1抑制劑卡莫氟（carmofur）聯合治療，可以顯著增加OXA的抗增殖、促凋亡、抗遷移和抗克隆作用。OXA敏感性的增加與結腸癌中對OXA獲得性耐藥相關的信號傳導下調有關，特別是轉谷氨酰胺酶2和整合素β1，這導致了核因子κB（NFκB）和蛋白激酶B（Akt）的抑制。因此，OXA與ASAH1抑制劑的組合可能是對抗化療耐藥性和改善晚期結腸癌治療結果的一種有前景的策略。

1.2 ASAH2

ASAH1抑制已被證明對結腸腺癌細胞產生抗擴散作用。與此類似，由ASAH2基因編碼的中性神經酰胺酶（nCDase）也被確定為幾個結腸癌細胞系細胞生存的重要調節器。nCDase的缺失通過自噬和清除受損線粒體保護細胞免受營養剝奪誘導的壞死性凋亡，nCDase是壞死性凋亡的介質，可能是防止缺血性損傷的新治療靶點[8]。Monica等[9]的研究結果有力地表明nCDase在調節結腸癌的啟動和發展方面起著關鍵作用，特別是指出nCDase是一個潛在的獨特化療目標。nCDase的分子和藥理抑制導致神經酰胺增加，同時導致存活率下降、凋亡增加和結腸癌細胞自噬。相比之下，nCDase抑制對非胃腸道細胞的影響最小。這些結果被推廣到癌癥異種移植模型，其中，用nCDase抑制劑治療動物會延緩腫瘤生長，增加Cer，減少腫瘤細胞增殖。

nCDase的分子和藥理學抑制會導致β-連環蛋白（β-catenin）水平降低。Nicolas等[10]證明糖原合成酶激酶3β（GSK3β）磷酸化的減少促進了這種減少。在探索導致β-catenin降解的途徑時，AKt的磷酸化也隨著nCDase的抑制而降低。重要的是，AKt去磷酸化對于降低β-catenin水平和在nCDase抑制的情況下減少GSK3β磷酸化是必要的。此外，AKt的磷模擬突變體能夠部分逆轉nCDase抑制對細胞生長、半胱天冬酶裂解和異種移植物生長的影響。

1.3 ACER1

ACER1是神經酰胺代謝的關鍵酶，皮膚的屏障功能是通過角質形成細胞的多階段分化和生物活性鞘脂（如神經酰胺）的存在而建立的，神經酰胺合成酶和神經酰胺酶活性的平衡嚴格調節神經鞘脂的水平。Kafayathullah等[11]揭示了ACER1在皮膚中的重要作用。ACER1缺陷型(ACER1-/-)小鼠的皮膚中神經酰胺水平升高、毛干角質層形成異常和周期性脫發。ACER1在分化的毛囊間表皮、漏斗和皮脂腺中特異性表達，因此ACER1-/-小鼠的漏斗和皮脂腺結構發生顯著改變。ACER1-/-皮膚也顯示毛囊干細胞區室受到干擾。這些改變導致ACER1-/-小鼠的經皮水分流失增加和代謝亢進表型，隨著年齡的增長脂肪含量減少。這證明ACER1對于哺乳動物皮膚穩態和全身能量穩態是必不可少的。

1.4 ACER2

人類堿性神經酰胺酶2（ACER2）是一種調節細胞神經酰胺水解的關鍵酶，會影響癌細胞的存活。Liu等[12]的結果表明ACER2在HCC組織和細胞系中過表達且ACER2蛋白的高表達與腫瘤生長有關。Zhang等[13]從機制上發現，編碼堿性神經酰胺酶2的基因ACER2被鑒定為HIF-2α的新靶基因，可觸發神經酰胺分解代謝。ACER2的脂肪過表達挽救了脂肪細胞HIF-2α缺陷誘導的動脈粥樣硬化惡化。HIF脯氨酰羥化酶抑制劑FG-4592激活脂肪HIF-2α對動脈粥樣硬化具有保護作用，伴隨著脂肪和血漿神經酰胺和血漿膽固醇水平的降低。此外，晝夜節律調節劑（TIM）在乳腺癌中的表達升高并且TIM在癌組織中的高表達與預后不良有關，尤其是在ER陽性乳腺癌患者中。TIM與Sp1相互作用，有助于上調ACER2的表達。ACER2負責TIM介導的細胞生長和線粒體呼吸的促進作用[14]。

1.5 ACER3

ACER3定位于高爾基復合體和內質網，與其他兩種堿性神經酰胺酶相比，它在各種組織中高度表達。Hu等[15]證明ACER3在各種細胞類型中高度表達，并且具有與其他神經酰胺酶不同的底物特異性。ACER3還具有控制細胞中SPH和S1P生成的能力。這種能力的喪失可以通過ACER2的上調來補償，這表明堿性神經酰胺酶在調節細胞中SPH和S1P的生成方面具有互補作用。

Yang等[16]的研究表明KCNQ1OT1可以通過調節體內的miR-146a-5p/ACER3軸來減少HCC的增長。KCNQ1OT1改進了ACER3表達，通過海綿狀miR-146a-5p調節HCC的放射性敏感性和腫瘤發生。研究表明，抑制ACER3可能是治療人類HCC的新策略。

2 展望

有限的研究表明，神經酰胺酶能夠通過控制細胞神經酰胺的水解來調節神經酰胺、SPH和S1P。由于底物特異性、細胞定位、組織分布和表達水平的差異，這些神經酰胺酶在細胞反應中似乎具有不同的作用[17]。目前的研究表明，ASAH1和ASAH2的激活或上調主要通過減弱神經酰胺信號同時增強S1P信號來促進細胞增殖和存活，而抑制或下調這些酶通過放大神經酰胺信號同時減少S1P信號來誘導細胞生長停滯和細胞凋亡[18]。ACER1似乎通過控制SPH和S1P的產生在特定細胞類型中具有抗增殖和促分化作用。ACER2具有雙重角色。它的激活或上調通過產生S1P促進細胞增殖和存活，而SPH不會因其作用而異常升高。另一方面，ACER2作用可通過產生高水平的SPH誘導細胞生長停滯和凋亡，其抗增殖和促凋亡作用可能超過S1P的促有絲分裂和抗凋亡作用[19]。因此，這種神經酰胺酶在細胞反應中的作用可能是細胞類型特異性和刺激依賴性的。與其他四種不催化或輕微催化二氫神經酰胺和植物神經酰胺水解的神經酰胺酶不同，ACER3催化不飽和長鏈二氫神經酰胺和植物神經酰胺水解的效率與不飽和長鏈神經酰胺水解相似，表明它具有除SPH及其磷酸鹽外，還具有調節DHS和PHS及其磷酸鹽生成的作用。這使我們能夠對內源性DHS和PHS的產生進行基因操縱，并確定這兩種鞘氨醇堿基及其磷酸鹽在細胞反應中的作用，而這在先前的研究中已被很大程度上忽略[20]。