田丹綜述；陽志軍審閱（廣西醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院 婦科，區(qū)域性高發(fā)腫瘤早期防治研究教育部重點實驗室，廣西 南寧 530021）

醛縮酶家族成員是糖酵解過程中的主要代謝酶，參與糖酵解、果糖酵解及糖異生過程。近年來研究[1-2]發(fā)現(xiàn)，醛縮酶家族成員在多種惡性腫瘤中差異表達，通過促進腫瘤糖酵解、與其他蛋白相互作用的方式參與Wnt/β-catenin、HIF-1α等信號通路調(diào)節(jié)，在促進腫瘤生長、侵襲轉(zhuǎn)移及耐藥方面扮演重要角色。本文將圍繞醛縮酶家族成員的構(gòu)成、在人類惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用、可能的機制及在腫瘤治療中的應用展開綜述，為惡性腫瘤治療及相關(guān)藥物研究提供新的思路。

1 醛縮酶家族的生理和病理功能

目前發(fā)現(xiàn)醛縮酶家族有3個成員：aldolase A（ALDOA）、aldolase B（ALDOB）和 aldolase C（ALDOC），是醛縮酶的3種不同亞型，其基因染色體定位分別為17q11.2、9q31.1和17q11.2。醛縮酶家族成員在人體組織中的表達具有特異性。研究[3-4]發(fā)現(xiàn)，發(fā)育中的胚胎組織及成年人肌肉組織中主要表達ALDOA；成年人肝臟、腎臟組織中多表達ALDOB[5-6]；在大腦及其他神經(jīng)組織中，ALDOC的表達則更為豐富[7-9]。

醛縮酶家族主要在糖酵解過程中發(fā)揮重要作用，在以葡萄糖為底物的糖酵解過程中，醛縮酶家族參與催化1.6-二磷酸果糖（fructose-1,6-diphosphate，F(xiàn)BP）生成磷酸二羥丙酮（dihydroxyacetone phosphate，DHAP）和 3’-磷 酸 甘 油 醛（3-phosphoglyceraldehyde，G3P）。在此過程中ALDOA發(fā)揮著主要作用。此外，ALDOB和ALDOC還參與了以果糖為底物的糖酵解過程，催化果糖1-磷酸（fructose-1-phosphate）生成 DHAP和 D-甘油醛[8,10]。醛縮酶家族蛋白表達異常被發(fā)現(xiàn)與癌癥、遺傳性乳糖不耐受、阿爾茲海默癥和精神分裂癥等多種疾病相關(guān)[11-14]。許多學者對醛縮酶家族蛋白與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系開展了較深入的研究。

2 醛縮酶家族在惡性腫瘤中的表達及臨床意義

醛縮酶家族成員在惡性腫瘤中的異常表達已被證實與腫瘤患者預后密切相關(guān)。研究[15-22]發(fā)現(xiàn)，ALDOA在胃癌、NSCLC、前列腺癌、乳腺癌、口腔鱗狀上皮細胞癌和甲狀腺癌等多種腫瘤組織中均呈現(xiàn)高表達，并可作為一個獨立的預后因素，提示患者的不良預后結(jié)局[17,23-24]。ALDOA還可以作為胃癌的潛在癌癥干細胞（CSC）標志物，用于診斷及預后預測[25]。此外，ALDOA在肺癌伴胸水患者中高表達，可用于鑒別惡性胸水和結(jié)核性胸膜炎導致的胸水[26]。相比于ALDOA在胃癌組織中高表達，ALDOB在胃癌組織中的表達則顯著低于癌旁組織，并與惡性腫瘤浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠處轉(zhuǎn)移和TNM分期呈負相關(guān)[27]。另外，NOUHAUD等[28]在50名腎透明細胞癌患者中發(fā)現(xiàn)存在ALDOB基因拷貝數(shù)變異（CNV），ALDOB的拷貝數(shù)丟失與腎癌Fuhrman分級及Heng預后評分相關(guān)，提示不良預后結(jié)局。ALDOC在腦膠質(zhì)母細胞瘤中表達水平低于正常腦組織，并與腦膠質(zhì)母細胞瘤的分子亞型、腫瘤分級和復發(fā)狀態(tài)相關(guān)，ALDOC表達越低，預后越差[29]。因此進一步探討醛縮酶家族蛋白是否可作為腫瘤診斷及預后的標志物具有重要的臨床應用價值。

3 醛縮酶家族在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及調(diào)控機制

3.1 醛縮酶家族蛋白通過影響細胞代謝促進腫瘤細胞增殖

在胃癌[17]、子宮頸腺癌[22]、肺癌[30]、乳腺癌[31]等惡性腫瘤中，ALDOA促進腫瘤增殖并與HIF-1α密切相關(guān)。惡性腫瘤由于生長迅速容易導致局部組織缺氧，在缺氧的狀態(tài)下，HIF-1α被激活并促進ALDOA表達[17]；同時由于腫瘤細胞的“瓦博格效應（Warburg effect）”，與正常組織相比，腫瘤細胞更傾向于通過糖酵解途徑供能，ALDOA的過表達可加速糖酵解并產(chǎn)生大量乳酸，乳酸將進一步阻斷脯氨酸羥化酶結(jié)構(gòu)域（PHD）活性，并以此抑制HIF-1α蛋白發(fā)生泛素化分解[30]，這在ALDOA與HIF-1α之間形成一個正反饋調(diào)節(jié)環(huán)從而促進惡性腫瘤細胞不斷生長。敲低ALDOA可顯著降低HIF-1α活性并抑制惡性腫瘤的生長[32]。腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）作為能量代謝的關(guān)鍵分子在代謝重排中起著重要的調(diào)節(jié)作用，ALDOA的過表達可提高AMP/ATP比率，通過能量感應機制激活AMPK；除此之外，ALDOA還可與溶酶體上的V-ATP酶（vacuolar-ATPases）相互作用直接激活AXIN與LKB1形成復合物，磷酸化Thr172從而激活AMPK通路[33]。ALDOC也可通過激活AMPK信號通路促進膽囊癌及乳腺癌細胞增殖，這可能是由于MUC16c與ALDOC結(jié)合破壞了ALDOC感知葡萄糖的能力以及降低ALDOC與FBP的結(jié)合，通過溶酶體途徑激活AMPK通路并促進膽囊癌細胞的增殖[34]。此外，ALDOA還可激活EGFR/MAPK信號通路，促進NSCLC及前列腺癌的增殖和G/S轉(zhuǎn)化[35-36]。JARRAR等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在間歇性缺氧處理后，乳腺癌細胞MCF7中ALDOB和ALDOC表達上升，并促進了MCF7細胞的增殖及侵襲轉(zhuǎn)移能力，這可能也與ALDOB和ALDOC引起HIF-1α的激活相關(guān)。以上研究表明，醛縮酶家族在促進腫瘤細胞增殖過程中發(fā)揮重要作用。

3.2 醛縮酶家族蛋白通過非酶功能促進腫瘤細胞侵襲轉(zhuǎn)移

醛縮酶家族蛋白均可通過調(diào)控Wnt信號通路促進胃癌、大腸腺癌及子宮頸癌等多種腫瘤細胞的侵襲轉(zhuǎn)移[17-18,22,37-40]。CASPI等[41]研究發(fā)現(xiàn)，醛縮酶可與Axin競爭性結(jié)合 GSK-3β，導致由Axin和GSK-3β等組成的破壞復合物解體，β-catenin磷酸化降解減少并在胞質(zhì)內(nèi)積累，激活Wnt信號通路促進EMT。在腎細胞癌的研究[42]中發(fā)現(xiàn)，敲低ALDOA的表達會降低β-catenin表達，抑制Wnt/β-catenin信號通路，逆轉(zhuǎn)腎細胞癌的侵襲轉(zhuǎn)移。以上研究證明，醛縮酶蛋白是Wnt/β-catenin信號通路的關(guān)鍵調(diào)控因子，可能成為抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要靶點。ALDOA還可通過阻斷PHD活性，激活HIF-1α/MMP9信號軸，促進NSCLC的侵襲轉(zhuǎn)移[30]。結(jié)直腸癌細胞可通過上調(diào)ALDOB促進果糖代謝、糖酵解、糖異生及磷酸戊糖途徑分解代謝,從而促進腫瘤轉(zhuǎn)移。CHANG等[27]通過免疫沉淀和蛋白質(zhì)組學分析發(fā)現(xiàn),γ-肌動蛋白可與醛縮酶蛋白家族中的ALDOA特異性結(jié)合，通過調(diào)節(jié)肌動蛋白聚合來促進肺癌細胞侵襲轉(zhuǎn)移；使用4-脫氫葡萄糖和2、3-丁二醇抑制ALDOA酶的活性，或者改變腫瘤微環(huán)境中的葡萄糖濃度后，依然無法逆轉(zhuǎn)ALDOA促進肺癌侵襲轉(zhuǎn)移的作用，說明醛縮酶蛋白可通過非酶功能在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用。

3.3 醛縮酶家族通過多種機制介導腫瘤耐藥

ALDOA過表達與肺癌、結(jié)直腸癌、乳腺癌、骨肉瘤患者的化療耐藥相關(guān)[20,43-45]。ALDOA導致的化療耐藥可能與其參與腫瘤細胞代謝重編有關(guān)[46]。ALDOA高表達可促進糖酵解及磷酸戊糖途徑的分解代謝，降低NADP/NADPH比值及細胞內(nèi)的活性氧水平，以適應細胞氧化應激并減少細胞凋亡，導致結(jié)腸癌細胞發(fā)生化療耐藥。ALDOA除可通過加速DHAP向G3P轉(zhuǎn)化過程促進磷脂酸產(chǎn)生外，還可直接與磷脂酶D2結(jié)合抑制其酶的活性，導致磷脂酶D1酶活性補償性升高導致總的磷脂酶D酶活性增高，促進磷脂酸產(chǎn)生及脂肪酸合成，加強DNA修復并發(fā)揮抗凋亡及促自噬作用[47]。CHANG等[43]通過構(gòu)建ALDOA突變體抑制其酶活性后，發(fā)現(xiàn)ALDOA依然可通過抑制miR-145表達來促進Oct4轉(zhuǎn)錄從而誘導肺癌細胞干性導致化療耐藥。這再一次說明ALDOA除了發(fā)揮酶活性影響腫瘤代謝外，還可以通過非酶功能發(fā)揮作用。因此，ALDOA有望成為一個重要的腫瘤耐藥治療的靶點。ALDOB高表達可提高結(jié)腸癌及透明細胞腎癌（ccRCC）患者的化療敏感性[6,38]，ALDOB除引起DNA錯配修復系統(tǒng)功能的喪失直接誘導腫瘤細胞凋亡外[39]，還可通過降低腫瘤組織中FBP水平，破壞氧化還原穩(wěn)態(tài)從而間接引起腫瘤細胞凋亡。

4 醛縮酶家族及相關(guān)分子可成為腫瘤治療的新靶點

醛縮酶家族除可通過代謝重排促進糖酵解、磷酸戊糖途徑分解代謝外，還可通過與其他蛋白直接結(jié)合發(fā)揮非酶功能，促進腫瘤的一系列惡性行為發(fā)生。研究[48]發(fā)現(xiàn)，在原位腸癌小鼠模型和腸癌肝轉(zhuǎn)移小鼠模型中，利用無果糖飲食來減少腫瘤組織中的果糖代謝，可影響ALDOB過表達引起的代謝重排并抑制腫瘤生長及轉(zhuǎn)移。目前，已發(fā)現(xiàn)一種小分子變構(gòu)抑制劑TDZD-8可特異性靶向ALDOA的Cys289位點，抑制ALDOA的糖酵解功能并降低HIF-1α的穩(wěn)定性，從而發(fā)揮抗腫瘤作用，但是TDZD-8僅僅是一種化學探針，因此尋找TDZD-8的類似藥物十分重要[32]。除此以外，CHANG等[27]在研究中發(fā)現(xiàn)，拉替格韋可抑制ALDOA-γ-肌動蛋白的相互作用來抑制肺癌轉(zhuǎn)移，并且對正常肺組織無顯著毒性。但這僅限于實驗室研究，且拉替格韋主要在抗病毒治療中發(fā)揮作用，因此拉替格韋在腫瘤中的治療作用還有待進一步探索?？傊?，抑制醛縮酶家族成員的酶活性及其與其他蛋白質(zhì)間的相互作用有望成為腫瘤治療的靶點。

5 結(jié)語

多項研究表明醛縮酶在許多腫瘤中存在差異表達，并且可作為一個獨立的臨床預后因素，因此有必要開發(fā)高效、無侵入的檢測手段將醛縮酶家族作為腫瘤診斷及監(jiān)測預后的標志物。同時，醛縮酶家族可通過影響腫瘤代謝并參與HIF-1α、AMPK信號通路來調(diào)控腫瘤的增殖、侵襲轉(zhuǎn)移及耐藥，促進腫瘤發(fā)生發(fā)展。此外醛縮酶家族蛋白可通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復合物直接相互作用調(diào)控腫瘤發(fā)展，針對其結(jié)合位點開發(fā)有效的抑制劑阻止其相互作用有望成為新的治療靶點，因此在今后的研究中還需要探究這種結(jié)合是否受醛縮酶家族蛋白酶活性或者腫瘤環(huán)境中葡糖糖濃度的影響。目前已有的針對醛縮酶家族進行腫瘤治療的研究還處在實驗室階段，有待進行更進一步的臨床前期研究。醛縮酶家族在腫瘤中的研究以ALDOA居多，對于ALDOB及ALDOC在腫瘤發(fā)生發(fā)展中所涉及的分子機制還有待進一步探索。因此，隨著對醛縮酶家族在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及其調(diào)控機制的深入研究，將為其在腫瘤診斷、預后及治療等方面的臨床應用提供理論依據(jù)。