乙醛脫氫酶2 型與腫瘤相關性的研究進展

付怡如，時倩倩綜述，付麗審校

（天津醫科大學腫瘤醫院乳腺病理科，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市“腫瘤防治”重點實驗室，天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心，乳腺癌防治教育部重點實驗室，天津 300060）

乙醛脫氫酶2 型（aldehyde dehydrogenase 2，ALDH2）屬醛脫氫酶家族，為NAD（P）+依賴性酶，定位于線粒體基質，其主要功能是將乙醛代謝成無毒的乙酸，是乙醇氧化代謝過程中的關鍵酶。其活性位點存在單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP），該位點的突變可致酶活性降低或失活，影響正常功能[1]。多項研究表明，ALDH2 在腫瘤發生、發展過程中起重要作用，ALDH2 突變型個體乙醇相關腫瘤易感性增強[2]。ALDH2 突變型個體的酶活性降低或失活導致乙醛在體內蓄積，損傷遺傳物質并干擾其修復，誘發細胞突變與增殖，從而參與腫瘤發生[3-4]。乙醛還可通過增加體內的活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）促進氧化應激，誘導Snail 磷酸化及核易位，進而促進腫瘤侵襲與轉移[5]。此外有證據表明ALDH2 可作為膀胱癌腫瘤干細胞的標志基因[6]，并通過多種通路參與腫瘤的侵襲與轉移，ALDH2 還可提高腫瘤對化療藥物的耐受性[7-8]。本文就ALDH2 與腫瘤相關性的研究進展綜述如下。

1 ALDH2 的結構與生理功能

1.1 ALDH2 的結構 1985 年，Hsu 等[9]利用cDNA探針和Southern 印跡技術鑒定出ALDH2 位于12號染色體。隨后Womack 等[10]通過比對人、鼠和牛的序列，證明ALDH2 定位于12 號染色體長臂的遠端。人ALDH2 基因至少包含13 個外顯子和12 個內含子，長度約44 kb。ALDH2 基因編碼517 個氨基酸，其中包括含有17 個氨基酸殘基的信號肽。信號肽與其他線粒體信號肽具有相似的結構特征，富含羥基和帶正電荷的氨基酸（約占組成的41%），不含酸性氨基酸，且存在堿基和疏水殘基的交替排列。ALDH2 轉錄翻譯得到分子量為5.6 kD 的線粒體蛋白，4 個ALDH2 蛋白分子通過氫鍵和范德華力形成同源四聚體[11]。氨基酸序列測定結果顯示，ALDH2 亞基的前7 個氨基酸殘基上存在-NH2 末端的異質性，其中巰基基團位于酶的催化中心，參與還原反應與二硫鍵的連接[12]。

1.2 ALDH2 的生理功能 ALDH2 是乙醇代謝過程中的關鍵酶，其野生型的Km值是同工酶ALDH1的十分之一，主要功能是將乙醛氧化成無毒的乙酸，避免乙醛在體內蓄積，從而保護機體的遺傳物質及減弱氧化應激。ALDH2 還可氧化4-羥基壬烯醛（4-hydroxynonenal，4-HNE）和丙二醛（Malondialdehyde，MDA）等脂質過氧化過程中產生的毒醛，在NAD（P）+參與下將毒醛氧化成對應的羧酸，降低對機體的損害。ALDH2 尤其對肝臟細胞中4-HNE 的清除起關鍵作用，也保護心臟免受氧化應激的損傷[13]。

此外研究顯示，ALDH2 參與硝酸甘油（nitroglycerin，GTN）的轉化，將三硝酸甘油酯轉變為1，2-二硝酸甘油酯，進而在缺血性心臟病中發揮保護作用[14]。Chen 等[15]通過蛋白組學研究，證明激活ALDH2 可減少動物模型中的缺血性心肌損傷，并篩選出ALDH2激動劑Alda-1。在缺血事件發生前給予大鼠適量Alda-1 可使梗死面積減少60%，其作用機制可能為抑制體內毒性醛的形成。在冠狀動脈搭橋術中給予Alda-1，可保護患者的心肌組織。Nagano 等[16]證明線粒體ALDH2 與體內GTN 緊密相關。抑制ALDH2 可介導機體硝酸鹽耐受性，線粒體ROS 可參與這種抑制，因此臨床常見的GTN 耐受被視為一種以線粒體功能障礙為特征的代謝綜合征[17]。

2 ALDH2 參與腫瘤的發生、發展

2.1 ALDH2 基因多態性與腫瘤易感性 ALDH2 具有兩種等位基因形式，分別為ALDH2*1（野生型）和ALDH2*2（突變型）。ALDH2 突變最常見于rs671 位點的SNP，該位點的鳥嘌呤（G）突變為腺嘌呤（A），致使谷氨酸（Glu）突變為賴氨酸（Lys）[1，18]。純合突變型ALDH2*2/*2（Lys/Lys）的酶活性幾乎完全喪失，雜合突變型ALDH2*1/*2（Glu/Lys）的酶活性下降約30%～50%，Km值增大，無法發揮正常作用[19]。

ALDH2 的基因多態性影響乙醛代謝速度，并調節機體對乙醛致癌作用的敏感性。ALDH2 基因突變引起的酶活性降低或失活導致乙醛積聚，而乙醛被國際腫瘤研究機構列為一類致癌物[20]。多項流行病學研究表明，ALDH2 突變增加乙醇相關腫瘤的易感性，證明在癌變的過程中存在遺傳因素與環境因素的相互作用[2]。一項Meta 分析結果顯示，與野生型個體相比，ALDH2 rs671 突變的個體患癌的風險提高20%[21]。此外，ALDH2 基因多態性具有人種差異，ALDH2 Lys 等位基因是東亞人群特有的，攜帶者乙醛代謝能力顯著降低[20]，因此東亞人患乙醇相關胃癌的風險可能高于歐美人[22]。

2.2 ALDH2 失活引起的DNA 損傷介導腫瘤發生 ALDH2 在乙醛代謝成乙酸的過程中起重要作用，ALDH2 突變導致酶失活或活性降低引起乙醛蓄積，損傷DNA 進而參與腫瘤的發生，食道癌、胃癌、結直腸癌等消化系統腫瘤最為常見。過量乙醛與DNA 形成加合物，引起移碼突變，影響遺傳物質的正常復制[3]。此外，大量的DNA 加合物可激活細胞凋亡途徑并驅動氧化應激誘導細胞凋亡[23]。同時，ALDH2的基因多態性也影響DNA 加合物水平，ALDH2 突變型雜合子形成的DNA 加合物較多[24]。乙醛與DNA形成的加合物還會導致DNA 點突變、DNA 單鏈斷裂、DNA-DNA 交聯微核、染色體畸變等遺傳物質的變異[25-27]，累積的變異進一步誘發細胞突變，導致腫瘤發生。

乙醛不僅損傷DNA，還干擾DNA 的修復。其機制可能是抑制DNA 甲基化并與維甲酸相互作用進而誘發癌變。除此之外，乙醛還可作用于甲基腺苷轉移酶1（methyladenosine transferase1，METT1），影響DNA 和組蛋白的甲基化和乙酰化，此通路與乙醇性肝病的誘發相關：即通過降低視黃醇濃度，促進細胞增殖，進而導致癌變[4]。

2.3 ALDH2 失活間接促進腫瘤的侵襲、轉移 ALDH2失活或活性降低使得乙醛在體內蓄積，過量的乙醛與谷胱甘肽結合抑制抗氧化防御系統，增加體內的ROS，促進氧化應激導致腫瘤的侵襲與轉移[28-29]。Snail 是上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程的關鍵轉錄因子，也是上皮細胞中一種有效的E-鈣黏蛋白阻遏物。其通過下調緊密連接蛋白和黏附連接蛋白的表達，破壞上皮的完整性，促進腫瘤的侵襲和轉移[30]。乙醛通過增加體內的ROS 誘導Snail 磷酸化及核易位，抑制上皮細胞中E-鈣黏蛋白的表達，促進EMT，進而導致腫瘤的侵襲與轉移[5]。此外，乙醛通過激活Snail改變腸道通透性，破壞腸屏障，導致胃腸道和肝臟疾病的發生，包括炎癥性腸病和肝硬化等[31]。

2.4 ALDH2 參與腫瘤發展的其他可能機制 ADLH2表達水平對不同類型的惡性腫瘤患者預后的影響并不一致。在肺癌組織中，ALDH2 的轉錄以及翻譯水平顯著低于癌旁正常組織，ALDH2 低表達患者的總生存率顯著低于ALDH2 高表達肺癌患者[32]。在肝癌中的研究結果亦顯示，ALDH2 在肝臟惡性腫瘤組織中的基因和蛋白水平均低于癌旁正常組織，且表達水平與侵襲能力呈負相關。Hou 等[33]通過敲低或過表達ALDH2，證明ALDH2 通過調節AMP 活化蛋白激酶（AMPK）信號通路抑制肝癌細胞的轉移，并且ALDH2 的表達水平是總生存率的獨立危險因素。但Chen 等[34]研究發現，轉錄因子FOXM1 通過調控ALDH2 的表達，抑制肝癌細胞的凋亡，促進肝癌干細胞（liver cancer stem cells，LCSCs）的自我更新和增殖。ALDH2 的過表達增強肝癌細胞的增殖和侵襲能力。Ramakrishnan 等[35]證實在浸潤性膀胱癌中ALDH2 高表達的亞群具有侵襲性表型，其病理學分期和組織學分級均高于低表達的亞群。

ALDH 家族可作為腫瘤干細胞生物標志物[36]。ALDH1A3 是乳腺癌和膽管癌不良預后的標志物[37-38]，而ALDH2 可以作為膀胱癌腫瘤干細胞的標志基因[6]。ALDH2 屬于線粒體蛋白，但其在腫瘤中的表達不依賴于ALDH2*2 SNP 和其他線粒體相關蛋白。線粒體活性的變化是腫瘤細胞和非腫瘤細胞之間代謝異質性的主要原因，線粒體相關基因表達異常可誘發癌變[32，39]。ALDH2 在維持癌細胞干性和介導微管抑制劑抗性中起關鍵作用，并且ALDH2 低表達的腫瘤細胞對化療更為敏感。在非小細胞肺癌與慢性髓系白血病細胞系中過表達ALDH2 可提高腫瘤細胞對環磷酰胺和阿霉素的耐受性[7]。在乳腺癌中應用ALDH2 的抑制劑雙硫侖（disulfiram，DSF）可增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感性[8]。

綜上所述，近年來ALDH2 的生物學、醫學和生化特性研究受到越來越多的關注。其中，ALDH2 在心血管疾病以及惡性腫瘤中起到了重要作用，對ALDH2 的上下游分子及其相關通路及在腫瘤發生、發展過程中的機制與意義等需要更多的關注和探索。尤其對于ALDH2 可否成為相關腫瘤的診斷、預后預測標志物和治療靶點尚需要更深入的證實。