PLOD家族在肿瘤中的研究进展

王安琪 刘云鹏 卢文卿 郑春雷 车晓芳

[摘要] 前胶原-赖氨酸、2-酮戊二酸5-双加氧酶（PLOD）家族包含PLOD1、PLOD2和PLOD3三个成员，分别编码赖氨酸羟化酶1（LH1）、LH2和LH3，主要作用是通过催化前胶原分子翻译后的赖氨酸残基羟化促进胶原的成熟和分泌。PLOD家族蛋白表达主要受低氧诱导因子-1α、转化生长因子-β1等因子调控，不仅参与胶原成熟和细胞外基质重塑，还能诱导上皮-间质转化，在肿瘤发生发展中发挥重要作用。本文拟就PLOD的结构特点、调控因素、功能及在肿瘤进展中的作用进行综述。

[关键词] 赖氨酸羟化酶;胶原;肿瘤;转移

[中图分类号] R730.5          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）08（c）-0029-04

[Abstract] The procollagen-lysine， 2-oxoglutarate 5-dioxygenase （PLOD） family includes three members， PLOD1， PLOD2 and PLOD3， and encodes lysine hydroxylase 1 （LH1）， LH2 and LH3， respectively. The main role of PLOD is to promote collagen maturation and secretion by catalyzing the hydroxylation on lysine residues of procollagen. The expression of PLODs is mainly regulated by HIF-1， TGFβ-1 and so on. PLODs not only can promote collagen maturation and extracellular matrix remodeling， but also can induce epithelial mesenchymal transformation and can play vital role in tumorigenesis and development. This paper reviews the structural features， regulatory factors， functions of PLOD and its role in tumor progression.

[Key words] Lysyl hydroxylase; Collagen; Tumor; Metastasis

2-酮戊二酸5-双加氧酶（PLOD）基因家族包括PLOD1、PLOD2、PLOD3三个成员，分别位于染色体1p、3q、7q。PLOD1和PLOD3基因分别编码727和738个氨基酸的赖氨酸羟化酶1（LH1）和LH3蛋白，而PLOD2基因存在两种可变剪切，分别编码737和758个氨基酸的LH2a和LH2b蛋白[1]。该家族属于2-酮戊二酸依赖性双加氧酶家族成员，具有赖氨酸羟化酶活性[2]，可在Fe2+和2-酮戊二酸（2-OG）存在的条件下形成同源二聚体[3]，催化单链前胶原赖氨酸羟基化，促进胶原的交联与成熟，进而维持细胞外基质稳定。LH各亚型的氨基酸序列一致性约为47%[4]，在C-端（532-758氨基酸序列）高度保守，包含二聚体形成的关键位点和Fe2+/2-OG的结合位点[5]。这些位点突变会使酶活性部分或完全丧失，提示二聚體的形成和Fe2+/2-OG的结合对于其发挥赖氨酸羟化酶活性至关重要。虽然目前PLOD家族的调控机制和功能尚不十分明确，但现有研究提示其在肿瘤进展中有重要作用。

1 PLOD家族的调控

目前关于PLOD家族调控机制的研究尚少。现有研究提示，一些调控因子可以通过直接或间接靶向PLOD基因启动其转录，上调其表达。具体阐述如下：

实体肿瘤呈低氧状态时，低氧诱导因子1α（HIF-1α）可通过与靶基因的启动子区低氧应答元件（HRE）结合上调其表达。现已在神经胶质瘤及乳腺癌细胞中证实，PLOD1和PLOD2启动子区包含HRE，低氧处理可通过稳定HIF-1α上调PLOD1和PLOD2表达，增加神经胶质瘤及乳腺癌细胞的迁移能力[6-7]。然而，PLOD3是否也受低氧调控目前尚无报道。

转化生长因子-β1（TGF-β1）也是PLOD家族调控的重要因子，可直接或间接转录PLOD2，也可以通过表观遗传机制上调PLOD的表达。有研究报道，在滑膜骨关节炎成纤维细胞中，TGF-β1通过与TGF-βⅠ型受体和TGF-βⅡ型受体形成复合物，促进下游Smad2/3磷酸化，进而与Smad4形成复合物并转位到细胞核内促进PLOD2转录表达[8-9];在人真皮成纤维细胞中，TGF-β1的刺激可显著增加PLOD1/2表达水平，而ⅠκB激酶选择性抑制剂可逆转TGF-β1诱导的PLOD上调，提示TGF-β1可通过激活核因子κB（NF-κB）通路上调PLOD1/2表达[10]。还有研究显示，在人皮肤成纤维细胞中，TGF-β1可通过促进SP-1及Smad3与PLOD2启动子内的转录起始位点（-792/-657）结合，并募集乙酰转移酶至PLOD2启动子区，提高启动子中组蛋白H3/H4的乙酰化水平，从而启动PLOD2转录[8]。

Pitx2c/Nkx2.5复合物，FOXA1及STAT3等转录因子可参与PLOD家族基因的转录。有研究报道，PLOD1启动子区存在7个NKE元件（CAAGTG序列），其中的1个含有Pitx2c与转录因子Nkx2.5的结合位点，Pitx2c和Nkx2.5与其结合形成复合物后可启动PLOD1转录[11];在非小细胞肺癌中磷酸化的表皮生长因子受体激活PI3K/AKT后，其下游转录因子FOXA1可与PLOD2启动子直接结合启动PLOD2转录[12]。还有研究显示，STAT3能促进PLOD2转录，诱导肺癌细胞中LH2表达;进一步研究发现，STAT3并不能与PLOD2启动子直接结合，而是与HIF-1α结合成复合物后结合至PLOD2启动子的HRE区，间接促进PLOD2转录[13]。

此外，还发现非编码RNA miR-26a/b-5p和miR-663a也可以在转录后水平抑制PLOD家族蛋白表达。在膀胱癌中miR-26a/b-5p可通过直接靶向PLOD2 mRNA 3′-UTR的1188-1194位点抑制其表达[14];内质网应激诱导的miR-663a可直接靶向PLOD3 mRNA的3′-UTR抑制其表达，使LH3水平及Ⅳ型胶原在ECM中的沉积同时减少[15]。还有哪些miRNA、长链非编码RNA（long non-coding RNA，LncRNA）、环形RNA（circular RNA，circRNA）等其他非编码RNA参与PLOD的调控尚不清楚，还有待于深入探讨。

2 PLOD的作用及功能

2.1 羟化单链前胶原，促进胶原合成

胶原是细胞外基质的主要成分，其合成与PLOD家族密切相关。前胶原α链是胶原的基本构成单位，其最常见的基序为Gly-X-Y（X和Y代表脯氨酸或羟脯氨酸）[2]。胶原合成过程中，Y在需要在LH的催化作用下发生赖氨酸羟基化修饰，才能进一步自C端向N端自发形成三螺旋前胶原分子，并分泌至细胞外后进一步经非螺旋末端切割[16]、糖基化修饰或交联，最终形成稳定的胶原束。LH1～LH3均可羟化前胶原螺旋区的赖氨酸残基参与上述胶原合成过程;而LH2b亚型还能特异性羟化胶原α链端肽的赖氨酸残基。端肽赖氨酸羟化后可在细胞外生成成熟的赖氨酰吡啶啉和羟化赖氨酰吡啶啉，促进胶原进一步交联[17]，增加基质硬度，加快肿瘤细胞转移。另外，LH3还具有特异性半乳糖基羟化赖氨酸-葡糖基转移酶（galactosylhydroxylysine -glucosyltransferase，GGT）和羟化赖氨酸-半乳糖基转移酶（hydroxylysine galactosyltransferase，GT）活性。GGT活性位点位于N-末端（含Asp-X-Asp基序）[4]，能够通过促进Ⅳ型和Ⅵ型等胶原的高度糖基化，维持基底膜及血管结构的稳定。而GT活性的作用还有待于进一步探究。可见，LH家族对胶原合成和重构的调控是多种途径共同发挥作用，且LH2端肽羟化赖氨酸因为是羟醛赖氨酸途径的胶原交联所必需而更为重要。

2.2 促进肌成纤维细胞分化

在肿瘤微环境中，LH3可以作为对接分子，通过与Pro-MMP-9的纤维连接蛋白样结构域结合将其由基质募集至成纤维细胞表面并活化，活化的MMP-9进一步激活TGF-β，促进成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，重塑细胞外基质，加速肿瘤进展[18]。由此可见，LH除可以通过其酶活性发挥作用外，还可以作为对接分子连接功能蛋白发挥支架作用。

2.3 促进上皮细胞间-充质转化（EMT）

EMT，指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程。低氧处理后，神经胶质瘤细胞中PLOD2表达明显上调，同时与EMT相关的标志物E-钙黏蛋白下调，波形蛋白上调;而沉默PLOD2可明显逆转这些蛋白的表达[6]，提示POLD2可促进低氧诱导的EMT。然而，PLOD2是通过其酶活性作用、支架作用还是其他功能促进EMT尚不清楚，有待于进一步深入研究。

3 PLOD在肿瘤中的作用

PLOD家族突变与表达异常除与VIA型Ehlers-Danlos综合征、Bruck综合征及布鲁里溃等胶原相关的非肿瘤疾病相关外，与肿瘤的发生发展也密切相关。PLOD家族在乳腺癌[7]、胆道癌[19]、胃癌、结直肠癌[20]、神经胶质瘤[6，21]及肝癌[22-23]等多种肿瘤组织中的表达都高于正常组织，且其表达水平与肿瘤分期、分化、转移及预后密切相关。与早期患者比較，晚期胃癌[24]、胆道癌[19]、胶质瘤患者组织[6]中的PLOD1、PLOD2、PLOD3表达水平更高;低分化结直肠癌中的PLOD1表达也明显高于高分化患者;另有研究显示，PLOD2、PLOD3高表达分别与肝癌[22]和胃癌[25]的体积大小呈正相关;利用免疫组化法分析胃癌、结直肠癌、胆道癌等肿瘤中PLOD2表达与转移的关系时发现，PLOD2高表达与胃癌腹膜转移[24]、胆道癌[19]淋巴结转移、肝癌[22]的肝内转移呈正相关;另外，在胶质瘤、乳腺癌、肝癌、胃癌等多种肿瘤中，PLOD高表达患者生存期均明显缩短，其中PLOD2还能作为胶质瘤[26]、胆道癌[19]、肝癌[22]及胃癌[24]的独立预后因素，可见，PLOD家族在肿瘤发生发展过程中发挥着重要的促进作用，有望成为潜在的肿瘤治疗靶点。当然，PLOD家族在肿瘤中的作用机制尚有许多不明之处，还有待于深入探究。同时，PLOD在其他肿瘤中是否高表达或发挥作用，也需进一步研究证实。我们相信，随着PLOD家族的研究进一步深入，其肿瘤促进作用将更加明确。

4 展望

PLOD基因表达异常与肿瘤发生发展进密切相关，应用PLOD抑制剂有望成为肿瘤治疗的潜在治疗策略。然而，目前PLOD家族的调控机制及其作用机制尚不十分清楚，尚无有效的可应用于临床的PLOD抑制剂。未来可通过明确PLOD在不同疾病中的作用机制，研发以PLOD为靶点的药物或抑制剂，为肿瘤的诊治做出贡献。

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（收稿日期：2019-01-30  本文編辑：任   念）