長鏈脂酰輔酶A合成酶在腫瘤中的研究進(jìn)展

謝楊益 李明芬

1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣西南寧 530000；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，廣西南寧 530000

長鏈脂酰輔酶A 合成酶（long-chain acyl-CoA synthetase，ACSL）主要催化12 ～20 個碳鏈長度的含量最豐富的的脂肪酸，研究表明ACSL 是機(jī)體負(fù)責(zé)脂肪酸代謝至關(guān)重要的酶[1]。ACSL 有5 種亞型，分別是ACSL1、ACSL3、ACSL4、ACSL5和ACSL6，盡管每種亞型催化類似的酶促反應(yīng)，但是他們在細(xì)胞內(nèi)的功能以及代謝結(jié)果卻不盡相同。ACSL 與多種生理病理過程有關(guān)，包括腫瘤疾病。ACSL 參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的惡性行為，如增殖、凋亡抗性、遷移、侵襲和耐藥性等，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。本文對近年來有關(guān)ACSL 與腫瘤研究的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析歸納總結(jié)，為進(jìn)一步研究提供參考。

1 ACSL的分布與生理功能

脂肪酸代謝在維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)上發(fā)揮十分重要的作用，同時也是機(jī)體內(nèi)非常重要的代謝途徑。脂肪酸在細(xì)胞中最重要的功能是作為儲能物質(zhì)，當(dāng)需要的時候能夠迅速被動員并進(jìn)行氧化分解，為機(jī)體提供腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）。外源及內(nèi)源性的脂肪酸化學(xué)性質(zhì)并不活潑，要進(jìn)入其代謝途徑必須首先進(jìn)行活化，即經(jīng)ACSL 催化合成脂酰輔酶A，這是哺乳動物利用脂肪酸的第一步反應(yīng)[2]。因此ACSL 在脂肪酸代謝中起著關(guān)鍵作用。ACSL 各亞型在組織中的表達(dá)不同，表明每種亞型可能在特定的組織中發(fā)揮不同作用。ACSL1 高表達(dá)于肝臟、脂肪和肌肉組織[3]，在能量代謝中發(fā)揮重要作用。ACSL3 和ACSL6 在大腦中高表達(dá)[4]，ACSL6 對于維持大腦中二十二碳六烯酸的水平至關(guān)重要。ACSL4 主要在腎上腺、肝臟和脂肪組織及其他類固醇生成器官中表達(dá)[5]，與類固醇激素和生長因子受體有關(guān)[6]。ACSL5 主要表達(dá)于小腸[7]。飲食中的長鏈脂肪酸主要在空腸被吸收，ACSL5 在長鏈脂肪酸的吸收過程中發(fā)揮著重要的作用。

每一種ACSL 亞型的N- 端氨基酸序列是不同的，進(jìn)而形成不同的亞細(xì)胞定位，參與特定的脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。ACSL1 在肝細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體相關(guān)膜以及脂肪細(xì)胞的質(zhì)膜和脂質(zhì)滴中表達(dá)[8]，可能與細(xì)胞內(nèi)脂肪酸的吸收作用相關(guān)。ACSL3 主要存在于細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)小滴中[9]。脂質(zhì)小滴是儲存中性脂質(zhì)的主要細(xì)胞器，對儲存能量和提供脂質(zhì)分子具有重要作用，ACSL3促進(jìn)脂質(zhì)小滴的形成，有利于維持脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)。ACSL4 主要表達(dá)于過氧化物酶體和線粒體相關(guān)膜，參與膽固醇從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)[10]。ACSL5 表達(dá)于線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在線粒體能量代謝中發(fā)揮著調(diào)控作用。ACSL6 在細(xì)胞中的定位尚不清楚。

2 ACSL與腫瘤

在各種致癌因素的作用下，腫瘤的發(fā)生率呈逐年上升趨勢。細(xì)胞異常增殖是腫瘤的重要特征，而腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜形成和異常信號分子的傳遞過程需要更多的脂肪酸代謝參與。近年來許多研究發(fā)現(xiàn)，ACSL 與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有著密切的關(guān)系。ACSL 在不同腫瘤疾病中的表達(dá)存在許多差異，在腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移和侵襲中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，同時ACSL 的表達(dá)對腫瘤組織的分化，腫瘤的預(yù)后和復(fù)發(fā)均有一定的影響。

2.1 ACSL與肝癌

ACSL1、ACSL3 和ACSL4 在肝癌中高表達(dá)。通過免疫組織化學(xué)染色評估了ACSL1 在臨床肝癌組織中的表達(dá)，77.3%（180/233）的肝癌組織對ACSL1 呈陽性，而瘤周肝組織為12.5%（2/16），ACSL1 在肝癌組織中的表達(dá)要強(qiáng)于其在癌旁組織中的表達(dá)，而三酰甘油和膽固醇在肝癌組織中也有更高水平的累積，過表達(dá)ACSL1 促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖，可能與ACSL1 介導(dǎo)的肝癌細(xì)胞中脂質(zhì)代謝的紊亂有關(guān)[11]。此外，在肝癌中過表達(dá)的長鏈非編碼RNA HULC 水平與ACSL1 水平呈正相關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，HULC 通過上調(diào)過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators activated receptor，PPAR）α 的表達(dá)促進(jìn)ACSL1 的啟動子激活，從而調(diào)節(jié)肝癌細(xì)胞中異常的脂質(zhì)代謝，促進(jìn)腫瘤生長。

多種腫瘤組織陣列的免疫組織化學(xué)分析結(jié)果表明，ACSL3 和ACSL4 聯(lián)合染色評分以80.1%的敏感性和100%的特異性將肝癌與肝轉(zhuǎn)移區(qū)別開來，這表明ACSL3 和ACSL4 聯(lián)合可作為診斷肝癌的組合標(biāo)志物[12]。對116 個配對的肝癌組織和鄰近正常組織樣本進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色檢查發(fā)現(xiàn)，ACSL4 在肝癌組織中的陽性表達(dá)率為70.7%（82/116），與ACSL4 蛋白低表達(dá)水平的患者相比，ACSL4 高表達(dá)水平的肝癌患者的總生存期（overall survival，OS）和無病生存期（disease free survival，DFS）明顯降低，ACSL4 的高表達(dá)與肝癌患者的不良預(yù)后有關(guān)[13]。敲低ACSL4 抑制肝癌細(xì)胞生長并誘導(dǎo)其凋亡，ACSL4 可以作為肝癌新型治療靶點(diǎn)[14]。PPARδ 也是肝細(xì)胞中ACSL4 的轉(zhuǎn)錄激活因子，激活PPARδ 導(dǎo)致ACSL4 啟動子活性增加，mRNA 和蛋白水平升高[15]。

2.2 ACSL與結(jié)直腸癌

ACSL1 和ACSL4 誘 導(dǎo) 上 皮- 間 質(zhì) 轉(zhuǎn) 化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），從而參與結(jié)直腸癌的進(jìn)展[16]。進(jìn)一步研究表明，ACSL1 刺激細(xì)胞侵襲，降低細(xì)胞耗氧率，而ACSL4 促進(jìn)細(xì)胞增殖和遷移，與更強(qiáng)的糖酵解表型有關(guān)。ACSL1、ACSL4 和硬脂酰輔酶A 去飽和酶（stearoyl-CoA desturase，SCD）的聯(lián)合過表達(dá)導(dǎo)致磷脂和尿素循環(huán)代謝產(chǎn)物增加，顯示結(jié)直腸癌患者較差的預(yù)后和更高的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提示代謝網(wǎng)絡(luò)在腫瘤中的重要作用[17]。研究發(fā)現(xiàn)，ACSL1、ACSL4 和SCD 都是微小RNA miR-19b-1 的靶基因，miR-19b-1 能夠抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞侵襲并調(diào)節(jié)細(xì)胞中的脂質(zhì)代謝，它的低表達(dá)與結(jié)直腸癌患者較低的生存率相關(guān)[18]。散發(fā)性結(jié)直腸腺癌中ACSL5 的低表達(dá)與腫瘤復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[19]。

2.3 ACSL與乳腺癌

ACSL1 和ACSL4 在乳腺癌中表達(dá)上調(diào)。腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞中粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子（granulocyte macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）的產(chǎn)生，促進(jìn)腫瘤生長和進(jìn)展，ACSL1 參與了這一過程，敲低細(xì)胞中的ACSL1 可顯著減少TNF-α 誘導(dǎo)的GM-CSF 產(chǎn)生以及細(xì)胞中p38，MAPK，ERK1/2 和NF-κB 蛋白的磷酸化，表明ACSL1 在MAPK 和NF-κB 信號通路的上游起作用[20]。

ACSL4 高表達(dá)與乳腺癌細(xì)胞的侵襲性表型相關(guān)，ACSL4 通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)脂氧合酶（lipooxygenase，LOX）代謝促進(jìn)環(huán)氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）的表達(dá)，從而調(diào)控癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移[21]。COX-2 可能介導(dǎo)趨化因子受體CXCR2 信號傳導(dǎo)，通過調(diào)節(jié)EMT、細(xì)胞衰老和凋亡促進(jìn)乳腺癌的轉(zhuǎn)移和化學(xué)耐藥性[22]。使用ACSL4、LOX-5 和COX-2 抑制劑組合有效減少了腫瘤的生長[23]。ACSL4 是17β-雌二醇的靶標(biāo)，17β- 雌二醇誘導(dǎo)雌激素受體陽性乳腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲并增加ACSL4 蛋白水平，沉默ACSL4可以降低17β- 雌二醇誘導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞增殖和侵襲，抑制17β- 雌二醇誘導(dǎo)的EMT 中p-Akt和p-GSK3β 蛋白的增加以及E- 鈣黏著蛋白的減少[24]。

ACSL5 的高表達(dá)與乳腺癌患者的良好預(yù)后相關(guān)，可作為新型預(yù)后標(biāo)志物[25]。

2.4 ACSL與前列腺癌

ACSL3 和ACSL4 在前列腺癌中表達(dá)上調(diào)。ACSL3 在前列腺癌組織中的表達(dá)是在正常前列腺組織中的1.5 倍[26]。ACSL3 上調(diào)醛固酮還原酶1C3基因的表達(dá)，刺激雄激素合成，促進(jìn)腫瘤內(nèi)類固醇生成，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖，其高表達(dá)與前列腺癌患者的不良預(yù)后相關(guān)[27]。然而，另有研究發(fā)現(xiàn)ACSL3在高度和轉(zhuǎn)移性前列腺癌中表達(dá)下調(diào)[28]，這些結(jié)果表明ACSL3 在腫瘤中的不同作用可能與腫瘤的階段和亞型有關(guān)。

對來自不同臨床病理組的155 例前列腺癌組織和124 例良性前列腺組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，ACSL4 在前列腺癌組織的平均表達(dá)量是良性組織的1.3 倍，且ACSL4 表達(dá)在前列腺癌高分期（Ⅲ期）患者中明顯高于低分期（Ⅰ期或Ⅱ期）患 者[29]。ACSL4 上 調(diào) 細(xì) 胞 內(nèi)p-AKT、LSD1 和β-catenin 等蛋白的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，可作為前列腺癌的生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)。

2.5 ACSL與神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤

ACSL1和ACSL4在異檸檬酸脫氫酶1（isocitrate dehydrogenase 1，IDH1）突變型神經(jīng)膠質(zhì)瘤中表達(dá)下調(diào)[30]。IDH1 突變是低度膠質(zhì)瘤和繼發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的高頻事件，與IDH1 野生型膠質(zhì)瘤相比，在IDH1 突變型膠質(zhì)瘤組織中發(fā)現(xiàn)了從糖酵解到脂質(zhì)代謝的大量改變，甘油三酯和鞘脂質(zhì)減少，可能是由ACSL1 和ACSL4 的低蛋白表達(dá)水平介導(dǎo)的。ACSL4 能夠促進(jìn)細(xì)胞對鐵死亡的敏感性[31]，鐵死亡是一種非典型細(xì)胞死亡形式，其特征是脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物和致命的活性氧積累。在人神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織和細(xì)胞中，ACSL4 表達(dá)下調(diào)，過表達(dá)ACSL4 增加了鐵死亡標(biāo)志物的水平和乳酸脫氫酶的釋放，降低了細(xì)胞活力[32]。

ACSL6 參與神經(jīng)元細(xì)胞的增殖和分化，在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，抑制ACSL6 可以通過降低細(xì)胞中乙酰膽堿酯酶的表達(dá)抑制腫瘤細(xì)胞增殖[33]。

2.6 ACSL與其他腫瘤

ACSL3 在KRAS 突變型肺癌中表達(dá)上調(diào)，突變體KRAS 以ACSL3 依賴性方式促進(jìn)肺癌細(xì)胞中脂肪酸的攝取、保留、積累和β- 氧化，抑制ACSL3 導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ATP 耗竭，線粒體功能喪失以及細(xì)胞活力受損，從而顯著抑制β- 氧化并導(dǎo)致肺癌細(xì)胞死亡[34]。在非小細(xì)胞肺癌中，ACSL3 增加前列腺素的合成，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生與發(fā)展[35]。

在39 個配對的胃癌組織和非癌性胃黏膜中評估了ACSL4 基因的相對轉(zhuǎn)錄水平，結(jié)果表明ACSL4在51.3%（20/39）的胃癌組織中表達(dá)下調(diào)，變化超過1.5 倍[36]。ACSL4 通過調(diào)節(jié)黏著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK）和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子P21 的蛋白質(zhì)水平抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移，在胃癌中發(fā)揮腫瘤抑制作用。對180 例透明細(xì)胞腎細(xì)胞癌組織和80 例正常腎臟組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析，結(jié)果顯示在透明細(xì)胞腎細(xì)胞癌中，ACSL4 的表達(dá)明顯降低[37]。

ACSL5 高表達(dá)的胰腺癌患者，其無進(jìn)展生存時間長于ACSL5 低表達(dá)患者，ACSL5 可作為胰腺癌患者的預(yù)后標(biāo)志物[38]。ACSL5 在膀胱癌中表達(dá)下調(diào)，且表達(dá)水平與細(xì)胞分化的程度有關(guān)，可能參與細(xì)胞的成熟和衰老[39]。

ETV6-ACSL6 基因融合存在于多種與嗜酸性粒細(xì)胞增多有關(guān)的髓樣惡性腫瘤中，導(dǎo)致細(xì)胞轉(zhuǎn)化和白血病發(fā)生[40]。

3 總結(jié)與展望

脂肪酸是哺乳動物的主要能量來源之一，同時在細(xì)胞的正常生長和新陳代謝中承擔(dān)著重要的作用。它們參與能量代謝和細(xì)胞信號通路以維持生理功能，失調(diào)的脂肪酸代謝導(dǎo)致脂質(zhì)的過度合成和沉積，使人體發(fā)生代謝異常和各種疾病。ACSL 是催化脂肪酸活化的關(guān)鍵酶，ACSL 的異常表達(dá)與各種腫瘤的關(guān)系也密不可分。ACSL 的不同亞型在不同類型腫瘤中起促進(jìn)或抑制的作用，可能與其組織特異性表達(dá)、亞細(xì)胞定位以及翻譯或翻譯后修飾有關(guān)。同時，ACSL 在腫瘤中的作用機(jī)制研究仍處于初步階段，其深入的分子機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究，從而為腫瘤的診斷和治療提供新見解。