鸟氨酸脱羧酶与结直肠癌关系的研究进展

吴新新 郭永军

(郑州大学附属肿瘤医院 分子病理科 河南 郑州 450003)

多胺是调节细胞生长、发育和促进组织创伤愈合的细胞信号分子，鸟氨酸脱羧酶(ornithine decarboxylase，ODC)是多胺代谢过程中的第一限速酶，催化鸟氨酸脱羧生成腐胺，研究显示ODC 活性和多胺合成在多种上皮癌中增加，其中包括皮肤癌、前列腺癌和结直肠癌。结直肠癌中K －ras 基因突变和腺瘤性息肉病基因的突变诱导ODC 基因表达，抑制多胺的代谢，ODC活性的增加与结直肠癌的发生与发展关系密切。在人类ODC基因的调控区存在一个单核苷酸多态性位点ODC G316A，研究认为该多态性位点可能是结直肠发生过程中的一个危险因素，成为目前的研究热点，本文简要综述这一领域的研究进展。

1 多胺

1．1 多胺与肿瘤 多胺(polyamines)是类广泛分布于组织细胞内的天然脂肪族胺类物质，包括精眯(spermidine，Sd)，精胺(spermine，Sm)及腐胺(putrescine，Pu)。多胺是细胞生长和分化过程中不可缺少的物质，在快速增殖的组织细胞内多伴有多胺含量的增加，研究显示在肿瘤患者血液和尿液中存在多胺含量增加，因此有人认为测量血液和尿液中的多胺可以作为一种有效的非侵入性的肿瘤标志物［1］，然而经过大量的研究表明在其他非肿瘤性疾病中的血液和尿液中也存在多胺含量的增加，多胺缺乏作为肿瘤标志物的特异性［2］。但是又有人认为多胺可以作为肿瘤治疗有效的标志物，研究显示在接受不同肿瘤治疗方案(放疗、化疗、手术)后，治疗早期患者尿液中多胺排泄增多，缓解期排泄逐渐减少至接近正常水平。如果疾病一直处于缓解期，尿液中多胺含量也相应地停留在较低水平，尿液中多胺重新增加预示着肿瘤复发，多胺可以增强肿瘤侵袭和远处转移的能力，抑制免疫系统对肿瘤免疫监视功能［3］，肿瘤患者体内多胺含量增加与不良预后有关。

1．2 多胺与结直肠癌 多胺对于正常细胞生长是必不可缺少的，在肿瘤组织内多胺含量增加可以促进肿瘤快速增长，与其他肿瘤一样在结直肠癌组织也存在多胺含量的增加［4］。研究显示结直肠癌组织内多胺含量高于癌旁组织，癌旁组织高于非癌症患者结直肠组织，通过这个梯度对比多胺含量的差异，多胺可能是发现早期结直肠癌的标志物［5］。在多胺与结直肠癌预后关系的研究中发现多胺与结直肠癌的预后和复发呈正相关，多胺可能是影响结直肠癌预后的一个危险因素，研究证明减少膳食中多胺的摄取，干扰多胺代谢途径有助于结直肠癌的预防［6］。

肿瘤发生过程中多伴有多胺代谢异常，因此干扰多胺代谢途径，加快多胺代谢成为抗肿瘤治疗的新途径。精眯/精胺N1 － 乙 酰 转移 酶(spermidine/spermine N1 － acetyltransferase，SSAT)是多胺分解代谢过程中的关键酶，SSAT 主要催化精眯与精胺乙酰化反应，乙酰化的多胺分子因减少了氨基末端电荷，改变了其与大分子的结合能力，生理活性降低，进而被细胞膜上的多胺转运体运出细胞外。SSAT 在维持体内多胺代谢平衡方面发挥着重要作用，SSAT 表达水平改变与肿瘤发生密切相关［7］。在体外研究中发现构建高表达SSAT 的腺病毒(AD －SSAT)，用AD－SSAT 感染结直肠癌细胞，在SSAT 高表达的条件下通过抑制周期蛋白A 和核因子E2F－1 的表达抑制结直肠癌细胞生长，诱导细胞周期停滞在S 期［8］。流行病学和临床研究已经证明非甾体抗炎药(non － steroidal anti － inflammatory drugs，NSAIDs)能够预防结肠直肠癌和息肉的发生，其中一个重要机制是抑制环氧合酶的活性诱导肿瘤细胞凋亡，另一个原因是诱导SSAT 的表达加快多胺的代谢。Turchanowa 等［9］在细胞实验中，将吲哚美辛作用于结直肠癌细胞，结果显示SSAT 活性显著增加，加快多胺乙酰化排除细胞外，并且这种多胺的代谢不能通过增加多胺的摄取来逆转。有研究将非甾体抗炎药与靶向多胺代谢剂联合应用于结直肠腺瘤的预防，结果显示这个组合方案能够有效地降低腺瘤的复发率［10］。

2 ODC 在结直肠癌中的表达意义

2．1 ODC 与结直肠癌 ODC 是多胺合成过程中的第一限速酶，催化鸟氨酸脱羧生成腐胺［11］。ODC 参与肠细胞的分化与增殖，正常肠黏膜组织内ODC 呈低表达，当肠黏膜组织受损时，ODC 的活性增加促进多胺合成，修复受损黏膜组织，因此ODC 的表达量可以预示肠黏膜组织增生状态［12］。ODC 与细胞的生长、增殖、转化和血管生成有关，ODC 过度表达下调肿瘤抑素表达，促进病理性血管生成和肿瘤生长，在多种肿瘤组织中存在ODC 过度表达［13］，早期研究中人们发现结直肠癌组织中多胺含量的增加与ODC 活性增加有关，比较结直肠癌组织与癌旁组织内ODC 蛋白含量与ODC mRNA 表达量，癌组织均明显高于癌旁组织［14］。

2．2 ODC 受WNT 信号通路的调节 ODC 基因表达受多种因素的调节，在结直肠癌发展过程中ODC 受WNT 信号通路调节，激活后的WNT 信号通路上调c －MYC 基因的表达［15］，c －MYC 基因编码产生MYC 蛋白，MYC 蛋白是ODC 基因的转录激活因子［16］。MYC 与MAX、MAD1 同属碱性螺旋－环－螺旋(basicHelix－Loop－Helix，bHLH)转录因子家族，主要参与基因的转录调控［17］。MYC 与MAX 形成异源二聚体结合ODC 基因启动子上游结构为CACGTG 的E－box 区时，可激活ODC 基因的表达。MAD1 是MYC 的拮抗蛋白，MAD1 与MAX 形成异源二聚体结合E－box 区对ODC 基因的表达起抑制作用［18］。抑癌基因APC 是组成WNT 信号通路中的一部分，APC 基因突变导致WNT 信号通路异常。APC 基因突变是家族性结肠腺瘤息肉病(familial adenomatous polyposis，FAP)发病的主要原因，超过80%的散发结直肠癌患者携带有突变的APC 基因。正常情况下APC 蛋白与糖原合成酶激酶GSK3β(glycogen synthase kinase－3β，GSK3β)相互作用，使β －连环蛋白(β －catenin)被GSK－3β 磷酸化，从而被蛋白酶体降解。在癌组织内，突变的APC 基因编码产生APC 蛋白使GSK －3β 失去了磷酸化β －catenin 的功能，导致β－catenin 在细胞质内堆积进入细胞核与T 细胞因子/淋巴增强因子(T －cell factor/lymphoid －enhancing factor，TCF/LEF)形成复合物结合基因的启动子区，调控相应基因表达［19］。c－MYC 基因是受WNT 信号通路调控的癌基因之一，激活的WNT 信号通路改变了c －MYC 基因的表达状态。在神经母细胞瘤、乳腺癌、前列腺癌中都存在c －MYC 的过度表达，但只有在结直肠癌c－MYC 的失调是由于上游APC 基因的突变。在野生型APC 基因存在的情况下，c－MYC 表达受抑制，MAD1 表达上调。如果APC 基因发生突变，则MAD1 表达受抑制，c －MYC 表达上调。因此APC 基因突变诱导c －MYC基因表达是结直肠癌组织内ODC 表达增加的一个重要因素。

2．3 ODC 受K－ras 基因的调节 K －ras 基因突变是结直肠癌发生过程中的一个重要危险因素，RAS 蛋白家族为膜结合型的GTP/GDP 结合型蛋白，通过GTP 和GDP 间相互转化作用有规律地调节K－ras 蛋白对信号通路的开启和关闭，传递细胞生长和分化信号。当RAS 基因突变时，RAS 蛋白一直处于活化形式，使信号传导通路持续处于开放状态，刺激细胞不断增殖与分化，最终导致肿瘤发生［20］。在结直肠癌中K －ras 基因突变率为27% ～43%，K －ras 突变诱导ODC 表达，抑制SSAT 转录，因此突变的K－ras 基因通过增加ODC 活性，减少多胺的乙酰化代谢增加癌组织内多胺的含量［21］。

3 ODC 基因多态性在结直肠癌中的研究进展

ODC 广泛存在于哺乳动物的细胞核与细胞质中，是一种可被多种因素诱导的氨基酸脱羧酶，编码产生ODC 基因位于人类第二染色体上，在ODC 基因的调控区两个E －box 之间存在一个功能性的单核苷酸多态性位点ODC G316A［22］。该多态性位点影响结直肠腺瘤复发率，国外的临床实验显示ODC AA 型具有较低的复发率，并且服用阿司匹林后ODC AA/AG 型腺瘤复发率降低，尤其是ODC AA 型在服用阿司匹林后腺瘤复发率降低50%，阿司匹林对ODC GG 型腺瘤复发率并没有显著影响［23］。这是由于转录抑制因子MAD1 对ODC A 等位基因具有选择性抑制作用，在APC 野生型的结直肠组织内c－MYC 基因表达被抑制从而抑制ODC AA/AG 型的转录活性，减少组织内多胺合成。阿司匹林并不影响ODC 基因表达调控，而是通过诱导SSAT 表达增加多胺代谢［24］。ODC A 等位基因可以作为阿司匹林预防结直肠腺瘤复发有效的一个标志，使患者能够更好地从治疗中受益。

ODC G316A 与结直肠癌的生存率显著相关，Zell 等［25］选取了400 例Ⅰ～Ⅲ期结直肠癌患者，研究ODC G316A 与结直肠癌生存率之间的关系，发现ODC AA/AG 型患者比ODC GG型生存风险要高，这与结直肠腺瘤中的研究结果相反。该研究中细胞实验显示转录因子MAD1 与MYC 更易作用于ODC A 等位基因，上皮发生恶性转变促使c－MYC 表达上调，ODC AA 型的转录活性显著高于ODC GG 型，由此可见癌变更有可能发生于ODC A 等位基因的携带者。在前列腺癌与ODC G316A 的关系研究中也得出了相似结论，烟草中的尼古丁能够提高ODC活性，吸烟与ODC G316A 相互作用影响患前列腺癌的风险，在病例对照研究中显示基因型并没有显著直接影响这种风险，但是吸烟增加ODC A 等位基因的携带者患前列腺癌的风险［26］。虽然ODC G316A 与腺瘤复发率和结直肠癌生存率有关，但有研究显示该多态性位点并不影响患结直肠癌的风险［27］，该实验人群仅限于捷克共和国，而且考虑的影响因素单一，ODC G316A 并不是患结肠癌的独立危险因素，而是与其他因素共同作用参与结直肠癌的癌变过程。

在正常人群中，由于MAD1 呈高表达状态，c－MYC 表达受抑制，ODC A 等位基因是一个保护性基因。当受APC 与K－ras基因突变、吸烟或者炎症等多种因素作用时，ODC A 等位基因有可能转变成一个危险因子。ODC 基因型分布频率在不同种族之间存在差异，目前关于ODC 基因多态性的研究主要人群是白种人，亚洲人群的研究较少。关于该多态性位点与亚洲人群结直肠癌之间的关系研究是否也会得出同样的结论，需要进一步研究验证。

4 ODC 与结直肠癌的治疗与预防

作为多胺合成过程中的限速酶，ODC 在肿瘤组织内活性增加促进多胺合成，因此抑制ODC 活性成为肿瘤治疗的靶点。二氟甲基鸟氨酸(Difluoromethylornithine，DFMO)是ODC 不可逆性抑制剂，与鸟氨酸竞争ODC 的活性位点，被脱羧后生成高活性中间体并与ODC 结合使之失活。但是单用DFMO 癌症治疗效果并不理想，因为机体为了维持体内多胺水平，ODC 代偿性表达增加促进多胺合成［28］。有研究显示Hsp90 抑制剂可以通过诱导ODC 抗酶(OAZ1)表达进而抑制ODC 在结直肠癌细胞中的表达和促进多胺代谢［29］。因此有人认为Hsp90 抑制剂可以联合DFMO 用于结直肠癌的治疗，抑制ODC 代偿性过度表达，从而达到治疗目的，但是目前并没有临床试验证明这个假设。虽然DFMO 用于癌症治疗效果欠佳，但临床试验中OFMO 联合舒林酸可以预防结直肠腺瘤复发。试验采取随机双盲，设安慰剂对照组，入组标准是1 a 内做过结直肠腺瘤切除术，排除FAP、患有其他结直肠息肉综合症和结直肠癌的，以及其他癌症的也不能入组。试验组每天服用DFMO 500 mg 和舒林酸150 mg，对照组服用安慰剂，观察3 a。结果显示服用低剂量的DFMO 联合舒林酸使散发结直肠腺瘤的复发率下降70%［30］。在1 项Ⅲ期临床试验中，有人将饮食多胺与DFMO和舒林酸联合用于结直肠腺瘤的预防，试验根据饮食多胺的摄入量分为4 个剂量组，结果显示高剂量组并没有从DFMO 和舒林酸的治疗中受益，而另外较低剂量的3 组腺瘤复发率降低了81%［31］。结直肠癌大部分起源于腺瘤，结直肠腺瘤属于癌前病变，DFMO 联合舒林酸降可用于结直肠癌的预防，若这个组合方案中限制多胺的摄取，则会达到更佳的预防效果。

5 结语

多胺代谢与肿瘤发生和促进细胞恶性转化有着密切关系，ODC 通过调节多胺含量在细胞增殖、分化和肿瘤发生中起着重要作用。ODC 在结直肠癌中存在过度表达，受多种癌基因调节与APC 与K－ras 基因突变共同作用于结直肠的癌变过程，因此可以ODC 为靶点研发新型的抗肿瘤药物用于结直肠癌的化学治疗。ODC G316A 不仅影响结直肠癌的生存风险而且影响结直肠腺瘤对NSAID 的有效率，ODC A 等位基因可能是结直肠癌发病过程中的遗传危险因素，结直肠癌化学预防的有效标志物。随着关于ODC G316A 与结直肠癌关系的进一步研究，将为探求结直肠癌发生、发展机制以及结直肠癌预防提供新思路。

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