溶血磷脂酸在甲狀腺癌中的作用

范會利,薛剛,2,吳靖芳

(河北北方學院 1.形態(tài)學實驗教學中心； 2.耳鼻咽喉頭頸外科教研室，河北 張家口 075000)

近年來，甲狀腺癌(thyroid cancer，TC)的發(fā)病率逐年上升，預計將成為全球第4大癌癥類型，這歸因于多個因素，包括對TC早期檢測技術(shù)的提升、可改變的個人危險因素的患病率上升以及環(huán)境危險因素(例如碘水平)的增加等[1]。

TC雖屬侵襲性相對較弱、預后較好而且5年及10年生存率均可高達90%以上的腫瘤，但在臨床實踐中發(fā)現(xiàn)，有不少患者在初診時就出現(xiàn)大量淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，并具有較高的侵襲性[2]。有研究表明在卵巢癌、惡性黑色素瘤、TC中溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)能夠協(xié)同癌基因的激活來維持細胞增殖，促進細胞存活、侵襲和轉(zhuǎn)移。由于LPA有很復雜的代謝網(wǎng)絡和多方面的病理生理活動與生理功能交織，以及不同個體、不同疾病LPA受體介導的復雜和甚至相反的功能以及LPA檢測技術(shù)瓶頸，是LPA在癌癥診斷、治療時面臨巨大的挑戰(zhàn)。

1 LPA

1.1 LPA合成

LPA即1-?；?2-羥基-3-磷酸甘油，為430～480 Da的簡單天然磷脂之一，屬于甘油基溶血磷脂家族，是一種多功能的“磷脂信使”。由甘油主鏈、磷酸頭基和不同長度飽和度酰基鏈的單尾組成。與大多數(shù)磷脂不同，因其甘油骨架上3位碳原子上含有磷酸基，2位碳原子上含羥基使其具有水溶性，因此它是水溶性的。LPA可以由血小板、成纖維細胞、癌細胞和脂肪細胞分泌，從多種類型的細胞釋放。細胞外LPA有細胞來源和非細胞來源兩種途徑。首先，細胞內(nèi)或細胞膜途徑，是通過磷脂酶A1(PLA1)和磷脂酶A2(PLA2)水解來自膜衍生磷脂酸(PA)的脂肪酸部分，細胞內(nèi)LPA是磷脂和三酰甘油合成的中間產(chǎn)物。LPA 非細胞來源途徑是溶血磷脂酰膽堿 (lysophosphatidylcholine,LPC) 和溶血磷脂酰絲氨酸 (lysophosphatidylserine,LPS)等溶血磷脂中的膽堿和絲氨酸部分被溶血磷脂酰化酶D剪切、清除，該途徑是血液LPA的主要來源[3-4]。LPA在血漿中被一類磷酸脂酶迅速翻轉(zhuǎn)，使LPA去磷酸化，減少了LPA與受體結(jié)合和激活的作用[5]。當LPA的產(chǎn)生和降解這個平衡被打破后,就會產(chǎn)生高水平的LPA，導致一些病理變化。

1.2 自分泌運動因子(autotaxin,ATX)

Autotaxin(ATX) 又名作磷酸二酯酶Iα，一種分泌型糖蛋白，發(fā)現(xiàn)于人類黑色素瘤A2058細胞釋放的一種自分泌運動刺激因子，ATX是外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶家族中唯一具有溶血磷脂酶D活性的磷脂酶和磷酸二酯酶，它存在于組織和循環(huán)中，可以把LPC水解成溶血磷脂酸，發(fā)揮生物學效應[6]。因此，常把ATX-LPA看作生物軸發(fā)揮作用[7]。血清和血漿中生物活性LPA主要由ATX產(chǎn)生。 ATX+/-小鼠血清中的LPA水平降低了一半，支持了ATX作為產(chǎn)生細胞外循環(huán)LPA的主導合成酶的作用。ATX mRNA廣泛表達，但其蛋白表達僅限于脂肪細胞、少突膠質(zhì)細胞、脈絡叢和支氣管上皮細胞[8]。此外，人腸道內(nèi)分泌細胞、脾臟B細胞也表達ATX，但通過免疫印跡或免疫組織化學方法，在癌細胞中的ATX表達相對較低或檢測不到。ATX以一種前體酶的形式表達，繼而經(jīng)N-末端信號肽切除和弗林蛋白酶的裂解，通過經(jīng)典的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體途徑以活化糖蛋白的形式分泌到細胞外[9]。分泌的ATX與細胞表面的整合素或硫酸乙酰肝素結(jié)合，使ATX在靶細胞上定位[10]。由于LPA的半衰期很短，約為3 min，ATX與細胞表面分子的這種相互作用提供了一種接近其同源受體的LPA局部產(chǎn)生的方法[11]。

1.3 細胞外代謝及LPA失活

生理濃度的LPA不僅存在于血清中，還存在于惡性腫瘤滲出液、唾液、卵泡液、精漿等。在血清、炎性滲出液或腫瘤細胞滲出液中，LPA可高達10 μM。有研究稱在惡性液體中外泌體數(shù)量升高，可能是導致癌癥患者中LPA異常生成增多的原因[12]。卵巢癌患者腹腔積液中含有大量的腫瘤和免疫細胞，它們相互作用產(chǎn)生具有促進轉(zhuǎn)移和免疫抑制特性的多種介質(zhì)，其中，LPA起著非常重要的作用，腫瘤相關(guān)巨噬細胞能在無脂培養(yǎng)基中產(chǎn)生20∶4的酰基LPA[13]。

LPA失活是通過磷脂磷酸水解酶家族(lipid phosphate phosphatase，LPPs)水解細胞外LPA的方式抑制LPA受體及其信號傳導通路，阻斷LPA的多種生物學效應；調(diào)控細胞內(nèi)外活性磷酸脂類水平，維持細胞的正常生長、增殖過程。LPP-1可通過內(nèi)皮分化基因受體2(endothelial differentiation gene 2,EDG-2)信號調(diào)控LPA的去磷酸化抑制細胞信號傳導[14]。LPPs在卵巢癌細胞中的過度表達能降低集落形成，促進細胞凋亡，并減緩了體內(nèi)外腫瘤的生長[15]。因此，LPA信號持續(xù)時間和強度可能少部分取決于LPP的表達水平。而在卵巢癌中LPP的表達降低[16]。因此，提高LPP活性將是一種有前景的治療方案。

2 ATX-LPA信號軸的生物學功能

2.1 ATX-LPA信號軸功能概述

LPA與適當?shù)氖荏w結(jié)合后，激活磷脂酶C和MAPK、PI3K和RhoA途徑，并參與各種細胞過程[17]。LPA受體是一種G蛋白偶聯(lián)受體。至少有6個LPA受體，1996年鑒定并克隆了第一個LPA受體，發(fā)現(xiàn)了LPA1、LPA2和LPA3，它們都是GPCRs家族中EDG的成員。隨后也鑒定了嘌呤能G蛋白偶聯(lián)受體P2Y9(P2Y9/GPR23、LPAR5/GPR92和LPAR6/P2Y5)。另外有一些G蛋白偶聯(lián)受體也被證明是公認的LPA受體，包括GPR87、GPR35和P2Y10[18]。

ATX-LPA信號軸在傷口愈合、正常妊娠植入、分娩、胎兒神經(jīng)和血管發(fā)育等生理過程中至關(guān)重要，對機體主要起有益的保護作用[19-21]。多種生活方式和治療因素會導致慢性炎癥和與肥胖、高脂肪飲食、腫瘤細胞因子和DNA損傷致ATX-LPA信號失調(diào)[22]。反之，ATX-LPA升高可導致慢性炎癥，導致人類疾病，包括心血管疾病、類風濕關(guān)節(jié)炎和其他自身免疫性疾病、神經(jīng)病理性疼痛、先兆子癇和其他妊娠并發(fā)癥、特發(fā)性肺纖維化、癌癥以及對化療和放療的反應等[23](圖1)。

圖1 ATX/LPA信號軸的功能

2.2 ATX-LPA信號軸與癌癥

2.2.1 腫瘤細胞的增殖、浸潤、轉(zhuǎn)移 在多種不同細胞類型的癌癥如神經(jīng)母細胞瘤，LPA能夠促進細胞的存活和增殖[24]。特異性LPA受體在腫瘤細胞轉(zhuǎn)移中的作用也已被充分證實，LPA作為信號分子激活G蛋白偶聯(lián)受體LPA1，LPA2和LPA3導致細胞增殖并促進腫瘤發(fā)生。LPA通過MAPK(ERK1/2，JNK1/2)，Egr-1，AP-1和NF-κB信號軸誘導上調(diào)了 酪氨酸激酶受體表達，進而促進了膀胱癌T24細胞的細胞侵襲[25]。LPA促進了肺癌A549細胞系的遷移，增殖和集落形成。LPA1和LPA3在A549細胞中優(yōu)先表達，并且Ki16425(LPA1和LPA3拮抗劑)和ono7300243(LPA1拮抗劑)都完全阻斷了LPA誘導的作用。在動物模型中，LPA1過表達顯著增加了A549細胞衍生的腫瘤體積，LPA1敲低顯著降低了A549細胞衍生的腫瘤體積，表明LPA1是體內(nèi)腫瘤形成的調(diào)節(jié)劑。LPA1 / Gi / MAP激酶/NF-κB途徑與LPA誘導的A549細胞致癌作用有關(guān)。因此，靶向LPA1可能是治療肺癌的新策略[26]。胰腺導管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)細胞通過與胰腺星狀細胞轉(zhuǎn)分化為活化的癌癥相關(guān)成纖維細胞共同作用產(chǎn)生 LPA，通過ATX-LPA軸促進PDAC細胞增殖，遷移和AKT活化，ATX抑制劑抑制了PDAC在體內(nèi)的生長[27]。最新研究表明，ATX-LPA軸與腫瘤進展有關(guān)，作為神經(jīng)系統(tǒng)常駐巨噬細胞的小膠質(zhì)細胞表達高水平ATX，神經(jīng)膠質(zhì)母細胞瘤與小膠質(zhì)細胞共培養(yǎng)，可以促進神經(jīng)膠質(zhì)母細胞瘤細胞的轉(zhuǎn)移、存活和增殖且該作用被LPA1抑制劑阻斷[28]。在腫瘤微環(huán)境中小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生的LPA以自分泌或旁分泌途徑作用于LPAR 1促進腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移、存活和增殖。

2.2.2 ATX-LP A受體軸在癌干細胞中的作用 腫瘤細胞的遺傳不穩(wěn)定性導致腫瘤細胞群的異質(zhì)性。癌干細胞(cancer stem cells，CSC)在自我更新、侵襲、轉(zhuǎn)移等方面具有獨特特性，CSC與其子細胞之間存在著另一種異質(zhì)性[29]。隨著原發(fā)性腫瘤成功根除，靶向CSC和腫瘤轉(zhuǎn)移的治療越來越受到重視。ATX-LPA信號軸在CSC的生長、侵襲、轉(zhuǎn)移和TME的重編程中起著重要作用。Ray 等[30]研究表明LPA因其促進上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)的能力是CSC侵襲和轉(zhuǎn)移能力發(fā)展的關(guān)鍵步驟。ATX上調(diào)是伴隨EMT的事件ATX-LPA激活了驅(qū)動EMT的信號通路，如PI3K/AKT/mTOR/Skp2/p27[31]。ATX抑制劑劑量依賴性地降低4T1小鼠乳腺癌乳腺球的生存能力[32]。ATX-LPA軸是乳腺癌CSC生長和進展的主要調(diào)控系統(tǒng)[33]。在羊膜上皮細胞體外EMT模型研究中發(fā)現(xiàn)LPA合成和降解酶在調(diào)節(jié)EMT中具有相反的作用[34]。

2.2.3 在腫瘤微環(huán)境中的作用 腫瘤微環(huán)境(the tumor microenvironment，TME)是指癌細胞與多種基質(zhì)成分(如細胞外基質(zhì)ECM)、腫瘤細胞周圍基質(zhì)中的與腫瘤相關(guān)的成纖維細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞、脂肪細胞、間充質(zhì)干細胞和免疫系統(tǒng)細胞(B淋巴細胞、T 淋巴細胞、髓源性細胞、單核細胞、腫瘤相關(guān)巨噬細胞)相互作用構(gòu)成的促腫瘤生長微環(huán)境。LPA是癌細胞與TME交互的核心，并且LPA和ATX在許多癌癥的表達都是上調(diào)的。LPA通過促進血管生成、增殖、生存、侵襲和轉(zhuǎn)移來促進腫瘤的進展。

TME中的基質(zhì)細胞和腫瘤細胞通過旁分泌或細胞-細胞間的直接作用，誘發(fā)腫瘤細胞代謝發(fā)生重編程。即腫瘤細胞根據(jù)自身所處環(huán)境的變化而選擇適合自己的代謝方式來滿足自身增殖，這種改變腫瘤能量代謝方式的適應性稱為能量代謝重編程[35]。最近的證據(jù)表明，在某些類型的癌癥如前列腺癌中，細胞增殖的啟動更依賴于脂質(zhì)代謝而不是糖酵解[36]。靶向抑制脂肪酸合成可以削弱細胞增殖和存活的能力，其機制與限制脂質(zhì)膜的產(chǎn)生，以及阻斷線粒體中脂肪酸的β-氧化有關(guān)。目前，針對于脂肪酸合成的靶點主要有ATP 檸檬酸裂解酶和脂肪酸合成酶。除了癌細胞外，TME也是ATX和LPA的重要來源。乳腺富含脂肪細胞的基質(zhì)為乳腺癌的生長和進展提供了豐富的LPA來源，ATX-LPA軸可使TME的基質(zhì)成分產(chǎn)生大量促炎介質(zhì)，并在癌癥的進展和轉(zhuǎn)移擴散中具有重要的意義[37]。ATX-LPA軸介導癌癥治療抵抗的一個主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)，Akt激酶-NFkB轉(zhuǎn)錄因子在介導放療和化療耐藥中的作用也已經(jīng)明確[38]。

3 靶向ATX-LPA信號軸的治療策略

靶向LPA及其信號通路和受體的治療意義對多種疾病的病理生理過程有重要的意義。以LPA生物合成、代謝或信號通路為靶點的研究可能有助于多種疾病的治療(圖2)。如使用ATX抑制劑(GLPG1690，NCT02738801等)來減少LPA的生成；使用LPA單克隆抗體(Lpathomab)來降低LPA的水平；使用LPA受體拮抗劑(NCT01766817靶向LPAR1)來阻止LPA受體(LPAR)的激活從而阻止信號的啟動；使用G蛋白抑制劑，β-阻滯劑和蛋白酪氨酸激酶受體(PTKRs)或絲氨酸/蘇氨酸激酶受體(S/TKRs)阻斷上游信號；而下游效應器抑制劑是LPA信號阻斷的另一種選擇[39]。

圖2 針對LPA信號通路的潛在治療靶點

4 ATX-LPA在TC中的作用

4.1 TC的診斷標志物

脂質(zhì)不僅在膜結(jié)構(gòu)的形成和能量存儲中起著重要作用，而且在信號轉(zhuǎn)導，細胞增殖和凋亡中也起著重要作用。據(jù)報道，癌細胞在脂質(zhì)代謝中的變化影響許多細胞功能，并且在許多疾病中發(fā)現(xiàn)了脂質(zhì)組成的變化。已經(jīng)開發(fā)了幾種脂質(zhì)組學方法來發(fā)現(xiàn)潛在的癌癥脂質(zhì)生物標志物[40]。利用納流超高效液相色譜-電噴霧電離-串聯(lián)質(zhì)譜(nUHPLC-ESI-MS/MS)對5種常見癌癥(肝癌、肺癌、胃癌、結(jié)直腸癌和TC)患者血液進行了全面的脂質(zhì)組學分析顯示脂質(zhì)種類與多種癌癥顯著相關(guān)。其中，溶血磷脂酰乙醇胺和血漿置換血漿蛋白原，在肝癌、肺癌、胃癌、結(jié)直腸癌中均明顯偏低，而在TC中則較高。受試者工作曲線分析顯示溶血磷脂酰肌醇是TC特有的脂質(zhì)。這一結(jié)果為將來驗證LPA作為TC的特異性脂質(zhì)標志物提供了基礎[41]。

4.2 ATX-LPA信號對TC生物學行的影響

Shin等[42]報道了不同類型TC中ATX-LPA信號相關(guān)的蛋白對復發(fā)和轉(zhuǎn)移性TC的影響，顯示髓樣癌ATX表達水平最高，LPA1在低分化癌和間變癌較高，甲狀腺乳頭狀癌(papillary thyroid carcinoma，PTC)中LPA2、LPA3表達水平最高。傳統(tǒng)PTC中ATX，LPA1，LPA2 水平高于濾泡變異型FVPTC，BRAFV600E突變型PTC中 ATX,LPA1,LPA2，LPA3高于無突變型 PTC，ATX 與LPA1 與PTC縮短得生存期呈正相關(guān)。Schulte等[43]研究表明正常甲狀腺、甲狀腺腫和乳頭狀或濾泡狀TC表達2種高親和力同源LPA受體EDG2和EDG4。乳頭狀癌和濾泡狀癌的EDG4受體mRNA表達較正常甲狀腺或甲狀腺腫增加3倍。EDG2受體在惡性腫瘤中的總量無明顯變化，但單個標本EDG2表達增高與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。高親和力LPA受體EDG4的mRNA表達改變與分化型TC的發(fā)病機制有關(guān)。與細胞運動有關(guān)的甲狀腺受體相互作用蛋白6(TRIP6)與LPA2受體結(jié)合，增強LPA誘導的細胞遷移能力，TRIP6的過表達增強了LPA誘導的細胞遷移；相反，TRIP6特異性小干擾RNA抑制內(nèi)源性TRIP6的表達降低了SKOV3卵巢癌細胞的TRIP6表達，通過激活小G蛋白Rho及其下游效應物，誘導肌動蛋白重排、局部粘附和細胞遷移[44]。2005年Lai等[45]證實LPA通過調(diào)節(jié)c-Src介導的TRIP6 Tyr-55殘基磷酸化水平誘導的TC細胞形態(tài)學改變和細胞遷移能力。Wu等[46]發(fā)現(xiàn)下調(diào)LPAR5表達通過P13K/AKT通路和EMT抑制劑PTC的進展。

Benesch 等[47]報道ATX在TC原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶上調(diào)4～10倍，在有炎細胞浸潤的良性腫瘤中ATX也高表達；原代培養(yǎng)的TC細胞顯示ATX通過LPA的形成增加了癌培養(yǎng)物中16種炎癥介質(zhì)的分泌。有研究認為ATX、LPA和炎癥介質(zhì)的高表達是甲狀腺惡性疾病的特征。ATX抑制劑剝奪癌細胞的LPA和隨之而來的大量炎性趨化因子和細胞因子的分泌，而這些炎性趨化因子和細胞因子會推動癌癥的發(fā)展。到目前為止，還沒有ATX抑制劑被引入臨床實踐。但有結(jié)果支持使用ATX抑制劑可作為一種潛在的新策略來對抗ATX-LPA炎癥軸對TC的影響。

5 展望

此綜述主要概述了LPA生物學特性以及ATX-LPA信號軸的功能和在癌癥增殖，遷移等方面的作用?，F(xiàn)在癌癥發(fā)病機制尚不清楚，研究LPA對TC作用為未來更進一步的研究TC提供新的靶點。