CPS1及其LncRNA在胆管细胞癌诊治中的研究进展

阿卜来海提 马森林 陈明泉

胆管细胞癌是胆管上皮来源的一种恶性肿瘤。目前，手术切除是早期ICC患者唯一可能的根治方法，然而ICC的早期诊断十分困难，临床上仅有癌胚抗原和CA19-9等特异性和敏感性较低的生物标志物有助于ICC的诊断。ICC患者术后预后较差、复发率高，其高度恶性和高复发率的机制尚不清楚。随着基因检测技术的成熟和人类基因谱的不断充实，越来越多的肿瘤相关基因引起我们重视。目前已有研究证实CPS1及其同源长链非编码RNA在多种实体肿瘤中有明确意义，并且有研究提示这两种分子和胆管细胞癌之间存在一定的相关性。本文将重点总结胆管细胞癌的诊治进展，氨甲酰磷酸酯(CPS1)以及其同源长链非编码RNA在ICC诊断中的作用及研究价值。

一、胆管细胞癌概况

肝内胆管癌(intrahepatic cholangiocarcinoma，ICC)也被称为胆管细胞型肝癌(cholangiocarcinoma，CCA)，是一种来源于胆管上皮细胞的高度侵袭性恶性肿瘤，发生于距左右肝管汇合处较远的肝实质中。根据病变部位可分为肝外胆管癌(eCCA)和肝内胆管癌(iCCA)。前者是指胆管上皮起源于左、右肝管至胆总管下端的恶性肿瘤，临床上较为常见，约占CCA总数的9/10；后者指发生在肝内胆管第二支以下的胆管上皮细胞恶性肿瘤[1-2]。ICC在原发性肝内恶性肿瘤中占10%～15%，仅次于肝细胞型肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)，居第二位。胆管细胞癌的发病因素有乙肝病毒/丙肝病毒感染、寄生虫、胆管结石，以及其他胆管囊肿、原发性硬化性胆管炎等疾病导致的 “炎症-增生-癌变”的病理过程[3]。胆管细胞癌患者早期症状无特异性，如腹部不适或疼痛，厌食和体质量减轻，随着疾病进展出现皮肤瘙痒，黄疸，高胆红素血症等表现。因早期诊断困难，胆管癌患者通常处于疾病晚期，预后一般较差。目前的主要治疗手段是手术、辅助化疗、姑息性胆汁引流等，由于早期诊断困难、复发率高等原因，患者总生存率只有在30%左右[4]。

随着高通量序列分析的不断进步，不同类型胆管癌的分子类型也逐渐被人们掌握。目前已知肿瘤相关基因TP53、KRAS和SMAD4与胆管细胞癌相关，除此之外，ICC或与BAP1、ARID1A、PBRM1、MLL3、ROBO2、RNF43和PEG3等几种突变基因有关[5]。近年来不断有新的研究探索出ICC可能存在的疾病机制。最近Talabnin K等对60例胆管癌患者的研究显示组织O-连接聚糖在胆管细胞癌中的作用。在ICC患者中Gal1GalNAc1(核心1)和Gal2GlcNAc1GalNAc1(核心2)的表达增加表明组织O-连接聚糖在肿瘤的生长和进展中起重要作用，进一步深入研究有助于了解ICC的发病机制，并有助于发现新的靶向生物标志物或新的治疗靶点[6]。该研究者还发现神经节苷脂GM2在胆管癌患者血清中显著升高，是胆管癌诊治中有希望的靶点之一[7]。有日本学者近期对日本ICC患者临床标本(n=116)中成纤维细胞生长因子受体2融合的频率进行研究，使用荧光原位杂交技术评估发现成纤维细胞生长因子受体2融合阳性肿瘤细胞的频率为87%以上，提出成纤维细胞生长因子受体基因改变可能是肝内胆管癌新的药物靶点[8]。另有研究者研究短杆菌肽(gramicidin)对胆管癌细胞的作用，结果显示短杆菌肽可抑制胆管癌细胞的生长并诱导细胞死亡。并且证实EGR4是gramicidin诱导的细胞生长抑制的靶点。此外，还证明了EGR4在胆管癌细胞中的下调可抑制肿瘤细胞的生长[9]。但截止目前，ICC 的发生发展及其高度恶性的分子机制不是十分确切，仍需我们继续探索其疾病机制，以便早期诊断和有效治疗。

二、CPS1及CPS1-IT1概况

氨甲酰磷酸酯(carbamoylphosphate synthase 1，CPS1)是在20世纪50年代首次被确定为是生成瓜氨酸前体氨甲酰磷酸酯的酶，CPS1是一种165kD的蛋白，占肝脏细胞线粒体总蛋白的15%～20%。被翻译后，酶原从细胞质穿梭到线粒体基质中，被切割加工形成成熟有功能的蛋白质结构[10]。CPS1的主要功能是催化形成氨甲酰磷酸酯，启动尿素循环。其形成氨甲酰磷酸酯的反应过程分为三个步骤：(1)碳酸氢盐磷酸化形成羧基磷酸酯；(2)羧磷酸盐与氨缩合形成氨基甲酸酯；(3)氨基甲酸酯磷酸化形成氨甲酰磷酸酯[11]。CPS1基因位于染色体2q34上，跨度超过120kb，包含38个外显子和37个内含子。除了编码CPS1的mRNA外，2.3 kb长的非编码RNA(lncRNA)也由CPS1基因片段产生，其中包括CPS1内含子转录本1(Carbamoyl-phosphate synthetase 1 intronic transcript 1, CPS1-IT1)[12]。近年来的研究表明，CPS1-IT1与某些肿瘤的发生有关系，最近正成为研究热点。哺乳动物体内的还存在CPS1的同源物-CPS2，作为CAD(天冬氨酸转氨酶和二氢叶酸酶)蛋白复合物的一部分表达，该蛋白复合物可调节嘧啶的合成，从而也可以影响肿瘤的生长发育[13]。CPS1的表达受多种因素的调控。比如，Baf60a与辅因子YB1结合时，导致染色质重构，从而也会降低CPS1片段的转录[14]。AMP激酶的激活可抑制CPS1的表达，但其具体机制尚不清楚。

三、CPS1及CPS1-IT1在胆管细胞癌诊治的研究中的作用

在尿素代谢当中，氨作为氨基酸分解代谢的副产物，在肝脏中通过尿素循环解毒排出体外。此过程中的第一个关键酶是CPS1，可催化碳酸氢盐和氨缩合形成氨甲酰磷酸酯。氨甲酰磷酸酯通过鸟氨酸转氨酶、精氨琥珀酸合成酶、精氨琥珀酸裂解酶和精氨酸酶的作用，逐步催化形成瓜氨酸、精氨琥珀酸、精氨酸，最后形成鸟氨酸和尿素完成尿素循环。其中任何一个酶的功能异常都会导致尿素循环障碍(urea cycle disorders，UCDs)[15]。CPS1缺乏是一种常染色体隐性遗传性疾病，大多数出现在新生儿期，发病患儿死亡率高达50%左右。

自20世纪80年代开始，CPS1的表达在癌症中的作用也逐渐引起人们的重视[16]。CPS1在解毒氨，为嘧啶和精氨酸提供前体分子方面有重要作用，所以它在促进癌症生长方面的作用并不令人惊讶。CPS1已经在多种癌症中被发现有上调趋势，包括胃癌[17]和肺癌[18]。然而在小肠癌[19]和肝细胞癌[20]中CPS1表达水平是减少或缺失的。然而，这种下调的原因尚不清楚。一些研究已经证实了CPS1向快速生长的肿瘤提供嘧啶的作用，其丢失会对肿瘤细胞的存活和增殖产生不利影响[18]。在不同类型肿瘤中，CPS1的表达情况是有所不同的，如：在非小细胞肺癌中，肝激酶B1/AMPK介导的CPS1转录抑制丢失，进而导致基因得以转录[21]。在膀胱癌中，半胱天冬酶募集结构域家族成员10(caspase recruitment domain family member 10，CARD10)通过核因子κB(NFκB)激活CPS1的表达[22]。

通过研究CPS1在癌症中的表达和作用，CPS1可能成为治疗癌症的一个有吸引力的靶点。最近进行的一项药物筛选研究确定了两种小分子，称为H3B-120和H3B-616，它们通过阻断ATP水解，选择性的抑制CPS1功能，这为新的、更具靶向性的小分子抗癌药物铺平道路[23]。

除了CPS1蛋白本身之外，发现其基因片段非编码区的lncRNA CPS1-IT1也影响肿瘤增殖。目前为止已经证实在肝细胞肝癌[24]、卵巢癌[25]、肺癌[26]和结直肠癌[27]中不同程度表达，CPS1-IT1的表达与预后相关性较高。在大肠癌和黑色素瘤中，其过表达通过抑制缺氧诱导因子1α信号通路和Cyr6介导的血管生成，从而降低肿瘤细胞增殖并诱导凋亡[27,28]。这些抗肿瘤增殖的特性使CPS1-IT1成为一种很有吸引力的基因治疗的新靶点。马森林等研究者对31例ICC病例进行研究，发现ICC 肿瘤组织中CPS1及CPS1-IT1的表达水平明显升高，且与临床病例特征和预后存在相关性关系[29]。近期有学者对12个LncRNA进行研究发现，肝门部胆管癌组织中PCAT1，MALAT1，和CPS1-IT1可以用作新型早期诊断生物标记物，用于预测HC的发生和预后[30]。综上，在尚未明确具体发病机制及治疗靶点的胆管细胞癌中，CPS1及CPS1-IT1可以作为一个重要的靶点对象，值得我们进一步深入研究。

四、结语

胆管细胞癌目前是一种难以早期诊断和根治的高度恶性肿瘤。而且在临床工作中尚缺乏有诊断和治疗意义的特异性分子标志物。CPS1和CPS1-IT1目前已被证实在多种实体肿瘤中有明确意义，并且有研究提示这两种分子和胆管细胞癌之间存在一定的相关性。因此可以进一步深入研究胆管细胞癌患者中CPS1和CPS1-IT1的意义、以及进一步阐明胆管细胞癌的发病机制，从而为ICC的诊治提供新的理论基础。