類賴氨酰氧化酶2與腫瘤關(guān)系研究進展

李才營 吳鳴宇

類賴氨酰氧化酶2(lysyl oxidase－like 2，LOXL2)于1997年被發(fā)現(xiàn)，是賴氨酰氧化酶(LOX)家族成員之一。近年來，國內(nèi)外有文獻報道在多種惡性腫瘤細胞株中LOXL2表達升高，基因水平上調(diào)，被認為在腫瘤的發(fā)生及發(fā)展過程中扮演了重要的角色。是否可以用LOXL2作為腫瘤預(yù)測及判斷預(yù)后的一個新的標志物仍需更多實驗驗證支持。本文將從LOXL2與賴氨酰氧化酶家族、腫瘤關(guān)系及前景等方面做一綜述。

一、LOXL2與賴氨酰氧化酶家族

賴氨酰氧化酶是一類銅依賴性胺氧化酶，具有催化細胞外基質(zhì)交聯(lián)的作用。賴氨酰氧化酶家族有5個成員，包括:LOX、LOXL1、LOXL2、LOXL3、LOXL4。每個成員在其高度保守的羧基端均含有一個銅離子結(jié)合位點和細胞因子樣受體區(qū)域，對胺氧化酶的活性有明顯影響［1］。但N－端卻不保守，特別是LOXL2、LOXL3、LOXL4基因，它們的N－端包括4個富含半胱氨酸的清道夫受體領(lǐng)域(SRCR)，有研究表明SRCR參與了某些外分泌及受體蛋白的蛋白－蛋白相互作用，但具體作用目前尚未明了［2］。Kim 等［3］通過敲除不同數(shù)目的LOXL2基因N－端的SRCR區(qū)域，得到一系列重組的LOXL2基因，并測得重組細胞表達的胺氧化酶的熒光強度沒有明顯差異，同樣與LOXL2結(jié)構(gòu)類似的LOXL4基因敲除SRCR區(qū)域亦不影響胺氧化酶活性，表明LOX家族胺氧化酶活性與其SRCR區(qū)域無明顯關(guān)系。實驗同時發(fā)現(xiàn)LOXL2胺氧化酶活性不能被BAPN抑制，BAPN是賴氨酰氧化酶不可逆轉(zhuǎn)的酶活性抑制劑，擁有和膠原蛋白及彈性蛋白相似的CH2－CH2－NH2的結(jié)構(gòu)，易與LOX的賴氨酰殘基結(jié)合從而發(fā)揮抑制效果，提示LOXL2的結(jié)構(gòu)及作用方式與LOX不同，對基因結(jié)構(gòu)更深入的研究有助于進一步闡明兩者的不同。

LOX基因家族的成員有不一樣的功能及細胞定位。已經(jīng)證實LOX和LOXL1作為細胞外酶參與了細胞外基質(zhì)穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，使用特異性抗體對培養(yǎng)的細胞和組織進行免疫熒光分析提示LOXL2是定位在細胞質(zhì)和核周的內(nèi)源性酶，其過度表達可誘導(dǎo)上皮細胞向間葉細胞轉(zhuǎn)化(EMT)的完整過程。而同樣的實驗分析LOXL3過度表達只能誘導(dǎo)部分的EMT，LOXL4過表達甚至不能檢測到EMT相關(guān)的標志物。

二、類賴氨酰氧化酶2與腫瘤的關(guān)系

LOXL2因在衰老的纖維母細胞中過表達而首次被發(fā)現(xiàn)，基因定位于 8p21．2 ～ p21．3［4］。高侵襲性腫瘤中LOXL2的表達明顯高于非侵襲性腫瘤，表明LOXL2在腫瘤的侵襲過程中發(fā)揮一定的作用。Kirschmann等［5］首先報道了在乳腺腫瘤演進過程中有LOXL2的參與，此后LOXL2在多種腫瘤組織和細胞中被檢測到表達異常，目前研究比較清楚的是LOXL2在乳腺癌、鱗狀細胞癌等腫瘤發(fā)生發(fā)展過程的促進作用。

1．LOXL2與乳腺癌:LOXL2通過引起EMT過程來促進腫瘤細胞的遷徙。Akiri等［6］將經(jīng)過處理后穩(wěn)定表達LOXL2及未處理不表達LOXL2的低侵襲/無轉(zhuǎn)移能力的MCF－7乳腺癌細胞分別注射到正常裸鼠中，觀察發(fā)現(xiàn)兩組皆誘發(fā)產(chǎn)生雌激素依賴性腫瘤，但僅處理組腫瘤細胞能夠突破腫瘤的假包膜進入到周圍血管、神經(jīng)及肌肉組織中，認為LOXL2可促進乳腺癌細胞的遷徙過程。

Brekhman等［7］檢測到經(jīng)處理后在 MCF－7及MDA－MB－231細胞中過表達的LOXL2促使受體活性修飾蛋白－3(RAMP－3)的表達升高，在LOXL2表達受抑制而RAMP－3表達正常的MDA－MB－231細胞仍具有波紋蛋白的表達，同時能促進腫瘤的侵襲及發(fā)展;LOXL2表達正常而RAMP－3表達受抑制的MDA－MB－231細胞卻喪失了促進腫瘤侵襲及發(fā)展的作用。由此他們認為RAMP－3是LOXL2的下游調(diào)控產(chǎn)物，LOXL2促腫瘤發(fā)生發(fā)展可能部分由于RAMP－3的作用，提示RAMP－3可能作為一個抗腫瘤發(fā)生的作用位點。

Wang等［8］發(fā)現(xiàn) CD73基因在 LOXL2基因轉(zhuǎn)染的乳腺癌細胞中表達水平下降，而在胰腺癌及其他實體腫瘤中表達升高。乳腺癌中CD73的表達水平與腫瘤新生血管的形成、侵襲性、轉(zhuǎn)移性及病人的更短期生存率相關(guān)，可能是通過它的底物－腺苷發(fā)揮作用的。腺苷同樣可以促進腫瘤細胞的遷徙、促進新生血管的形成、增加腫瘤的血供并且拮抗化療作用。另外一個表達水平降低的是PAI－1基因。PAI－1基因在正常血管平滑肌細胞和腫瘤細胞的表達產(chǎn)物可抑制細胞凋亡，同時能促進腫瘤新生血管的形成及腫瘤細胞的增殖，被認為參與了EMT的過程，助推了腫瘤的遷徙［9］。因此CD73及PAI－1基因被認為可以調(diào)節(jié)LOXL2的促侵襲能力。

2．LOXL2與頭頸部癌:研究表明LOXL2在乳腺癌、結(jié)腸癌、食道癌、胰腺癌、前列腺癌及頭頸部癌細胞株中表達升高。頭頸部癌，特別是鱗狀細胞癌的患者LOXL2的高表達往往預(yù)示著預(yù)后差，生存率低［10］。LOXL2與轉(zhuǎn)錄因子 SNAI1相互作用并在EMT的過程中起部分作用。沉默LOXL2或者SNAI1基因會阻斷腫瘤的形成并且降低分化，但是兩者在腫瘤侵襲過程的單獨作用及在人類腫瘤中的表達仍處于未知狀態(tài)［11，12］。

為了進一步研究LOXL2和SNAIL在腫瘤形成過程中的作用，Peinado等［10］用免疫組化方式檢測在人喉鱗狀細胞腫瘤及小鼠皮膚癌中的表達情況。結(jié)果表明，LOXL2及SNAIL參與了2期模型小鼠皮膚癌變作用的惡性過程，而在256例人喉鱗狀細胞癌中這兩種蛋白的表達都與局部復(fù)發(fā)相關(guān)，同時分析LOXL2及SNAIL的高表達與生存率及無瘤生存率的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LOXL2的高表達導(dǎo)致生存率及無瘤生存率下降，而SNAIL則沒有明顯的作用。由此他們認為LOXL2可以作為人類喉鱗狀細胞癌預(yù)后不良的一個標志物，但是沒有得出LOXL2必須與SNAIL分開單獨促進腫瘤的惡性進程。在肺鱗狀細胞癌中亦有數(shù)據(jù)分析LOXL2 mRNA的高表達與不良臨床結(jié)果緊密相關(guān)。

Chung等［13］發(fā)現(xiàn)LOXL2的表達升高與高度惡性的頭頸部鱗狀細胞癌有顯著的相關(guān)性，對于高危人群可作為一個預(yù)防的生物標志物。以上研究表明LOXL2具有促進惡性腫瘤轉(zhuǎn)移的潛能，但需要更進一步的研究來揭示這種機制。

3．LOXL2與胰腺癌:LOXL2基因是胰腺癌中特異性表達升高的基因之一。Felix等［14］選取Panc1和MiaPaCa－2兩株胰腺癌細胞，Panc1細胞表達E－cadherin和高水平的SNAI1，MiaPaCa－2細胞不表達E－cadherin但SNAI1表達水平高，且顯示出高侵襲性生長。對這兩株細胞進行LOXL2基因敲除后沒有出現(xiàn)細胞表型的變化，但發(fā)現(xiàn)在Panc1細胞株中敲除LOXL2基因后出現(xiàn)SLC7A11基因的升高，后者已被證實在胰腺癌藥物抵抗中發(fā)揮重要的重用［15］。另一個升高的基因是PEG10基因，在肝細胞癌中升高的抗細胞凋亡的基因。兩者的升高可能是LOXL2敲除后的一種補償機制。此外還發(fā)現(xiàn)LOXL2參與了胰腺癌抵抗吉西他濱(一種抗腫瘤藥物)的過程，因此LOXL2可能成為胰腺癌藥物抵抗研究的新方向。

4．LOXL2與其他腫瘤:既往研究認為LOXL2通過激活Snail/E－cadherin和Src/FAK通路來促進腫瘤的形成及侵襲過程。Liang等［16］通過對胃癌組織相關(guān)表達結(jié)果分析證實了LOXL2促進腫瘤侵襲是通過Src/FAK通路而不是Snail/E－cadherin通路，同時發(fā)現(xiàn)LOXL2特異性抗體作用后胃腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移明顯受到抑制。因此，LOXL2可能作為腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)防及治療的新目標。

缺氧被證明促進腫瘤的形成及導(dǎo)致藥物抵抗，最近研究顯示缺氧環(huán)境下E－鈣黏蛋白(E－cadherin)的表達受抑制，從而促進腫瘤的侵襲。這種抑制E－鈣黏蛋白表達的分子機制目前尚未明了，但有研究表明多種賴氨酰氧化酶參與到了其中。缺氧強烈誘導(dǎo)LOX及LOXL2基因的表達，Ruth等［17］發(fā)現(xiàn)同 LOX一樣，LOXL2也是HIF－1(缺氧誘導(dǎo)因子－1)的直接作用位點，表明在缺氧環(huán)境下，多種賴氨酰氧化酶的激活對于抑制E－鈣黏蛋白的表達是必須及充分的。實驗充分驗證了一個從缺氧到細胞形態(tài)轉(zhuǎn)變的分子通路的假設(shè)，包括HIF、LOX及LOXL2的表達升高。因此LOXL2及其家族可能成為上皮起源的腫瘤的一個具有吸引力的分子靶點。

Youngho等研究結(jié)果顯示LOXL2及家族其他成員基因的表達水平升高與結(jié)直腸惡性腺瘤的位置、分期、分化狀態(tài)、生長類型沒有明顯的相關(guān)性，但是與淋巴血管侵犯(LVI)的缺失有很強的聯(lián)系，表明結(jié)直腸腫瘤周圍的氧分壓決定了這些基因的表達情況。

三、前 景

Hamilton等［18］描述了LOXL2在腫瘤及纖維化疾病的形成及發(fā)展的病理微環(huán)境中的作用。免疫組化及組織學(xué)方面的分析證實LOXL2特異性單克隆抗體AB0023有效的降低了腫瘤及纖維化疾病的發(fā)病率。AB0023抑制生長因子和交叉聯(lián)合膠原基質(zhì)及TGF－β信號通路的形成，這種抑制疾病相關(guān)生長因子及有效逆轉(zhuǎn)纖維化建立的作用，使得AB0023治療方案不同于其他的治療方案。相比于AB0023有效的治療效果，其他針對VEGF通路、胎盤生長因子、趨化因子12(CXCL12)的治療方案還沒有報告顯示對基質(zhì)纖維化疾病有很好的效果。利用單克隆抗體抑制LOXL2的治療方案顯示出比較明顯的優(yōu)勢:①LOXL2在不同病變組織中的高表達相比較于正常組織中的低表達，使得LOXL2得以成為一個不同疾病的共同的病理基質(zhì)間隔的靶點，一個遺傳學(xué)上更加穩(wěn)定的細胞類型的治療靶點并減少了藥物抵抗的機會［20］;②LOXL2表達有效的LOX特異性M64，提供了一個功能治療的窗口;③AB0023單克隆抗體抑制疾病相關(guān)生長因子，疾病生長因子的減少提供了更好的疾病修飾潛能。這種相比于低分子抑制劑更加針對及有效的抑制模式，可能成為腫瘤治療的一種新方法。

四、總 結(jié)

目前研究顯示LOXL2在腫瘤演進中扮演了關(guān)鍵的角色，對轉(zhuǎn)染及敲除LOXL2的實驗中發(fā)現(xiàn)了一些與LOXL2促進腫瘤發(fā)生及發(fā)展相關(guān)的基因，探討這些基因?qū)OXL2的促腫瘤侵襲是否起協(xié)同作用有助于更深刻的理解腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的發(fā)生及發(fā)展機制。能否將LOXL2的表達作為一個新的、獨立的腫瘤預(yù)測及預(yù)后的判斷指標仍需一進步研究。此外，LOXL2特異性抗體治療腫瘤及纖維化疾病成效初現(xiàn)，可能為腫瘤的治療提供一種新思路。

1 Jung ST，Kim MS，Seo JY，et al．Purification of enzymatically active human lysyl oxidase(LOX)and lysyl oxidase－like protein(LOXL)from Escherichia coli inclusion bodies［J］．Protein Expr Purif，2003，31(2):240－246

2 Hohenester E，Sasaki T，Timpl R．Crystal structureof a scavenger receptor cysteine－rich domain sheds light on an ancient superfamily［J］．Nat Struct Biol，1999，6(3):228 －232

3 Kim YM，Kim EC，Kim Y．The human lysyl oxidase－like 2 protein functions as an amine oxidasetoward collagen and elastin［J］．Mol Biol Rep，2011，38(1):145 －149

4 Saito H，Papaconstantinou J，Sato H，et al．Regulation of a novel gene encodinga lysyl oxidase－related protein in cellular adhesion and senescence［J］．JBiol Chem，1997，272(13):8157 －8160

5 Kirschmann DA，Seflor EA，F(xiàn)ong SF，et al．A molecular role for lysyl oxidase in breast cancer invasion［J］．Cancer Res，2002，62(15):4478－4483

6 Akiri G，Sabo E，Dafni H，et al．Lysyl oxidase－ related protein －1 promotes tumor fibrosis and tumor progression in vivo［J］．Cancer Res，2003，63(7):1657 －1666

7 Brekhman V，Lugassie J，Zaffryar－ Eilot S，et al．Receptor activity modifying protein－3 mediates the protumorigenic activity of lysyl oxidase － like protein －2［J］．The FASEB J，2011，25(1):55 －65

8 Wang L，Zhou X，Zhou T，et al．Ecto－5'－nucleotidase promotes invasion，migration and adhesion of human breast cancer cells［J］．J Cancer Res Clin Oncol，2008，134(3):365 －372

9 Malo M，Charriere－Bertrand C，Chettaoui C，et al．The PAI－1 swing:microenvironment and cancer cell migration［J］．C R Biol，2006，329(12):919 －927

10 Peinado H，Moreno－Bueno G，Hardisson D，et al．Lysyl oxidaselike 2 as a new poor prognosis marker of squamous cell carcinomas［J］．Cancer Res，2008，68(12):4541 － 4550

11 Olmeda D，Jorda M，Peinado H，et al．Snail silencing effectively suppresses tumour growth and invasiveness［J］．Oncogene，2007，26(13):1862－1874

12 Olmeda D，Moreno－Bueno G，F(xiàn)lores JM，et al．Snail is required for tumor growth and lymph node metastasis ofhuman breast carcinoma MDA － MB － 231 cells［J］．Cancer Res，2007，67(24):11721 －11731

13 Chung CH，Parker JS，Ely K，et al．Gene expression profiles identify epithelial－to－mesenchymal transition and activation of nuclear factor－kB signaling as characteristics of a high－risk head and neck squamous cell carcinoma［J］．Cancer Res，2006，66(16):8210 － 8218

14 Felix R，Peer J，Hans－ Detlev S，et al．Functional analysis of LOXL2 in pancreatic carcinoma［J］．Int J Colorectal Dis，2010，25(3):303 －311

15 Lo M，Ling V，Wang YZ，et al．The xc－cystine/glutamate antiporter:a mediator of pancreatic cancer growth with a role in drug resistance［J］．Br J Cancer，2008，99(3):464 －472

16 Liang P，Yu LR，H Hai，et al．Secreted LOXL2 is a novel therapeutic target that promotes gastric cancer metastasis via the Src/FAK pathway［J］．Carcinogenesis，2009，30(10):1660 －1669

17 Ruth S，Christina W，Ingrid W，et al．The Lysyl Oxidases LOX and LOXL2 Are Necessary and Sufficient to Repress E－cadherin in Hypoxia［J］．J Biol Chem，2010，285(9):6658 － 6669

18 Youngho K，Seonae R，Jung YP，et al．Differential expression of the LOX family genes in human colorectal adenocarcinomas［J］．Oncol Rep，2009，22(4):799 －804

19 Hamilton VB，Rhyannon S，Derek M，et al．Allosteric inhibition of lysyl oxidase－like－2 impedes the development of a pathologic microenvironment［J］．Nat Med，2010，16(9):1009 － 1016

20 Qiu W，Hu M，Sridhar A，et al．No evidence of clonal somatic genetic alterations in cancer－associated fibroblasts from human breast and ovarian carcinomas［J］．Nat Genet，2008，40(5):650 － 655