脂加氧酶表达与肿瘤及炎症性疾病关系的研究进展

张 建，徐 芬，郝 华

脂加氧酶表达与肿瘤及炎症性疾病关系的研究进展

张 建1，徐 芬2，郝 华1

脂加氧酶(lipoxygenase, LOX)是花生四烯酸(arachidonic acid, AA)代谢的重要酶类，可以分为5-脂加氧酶(5-lipoxygenase, 5-LOX)、8-脂加氧酶(8-lipoxygenase, 8-LOX)、12-脂加氧酶(12-lipoxygenase, 12-LOX)及15-脂加氧酶(15-lipoxygenase, 15-LOX)，其在炎症及肿瘤发生、发展过程中发挥重要作用。该文就其最新研究进展作一综述。

肿瘤；脂加氧酶；炎症；文献综述

花生四烯酸(arachidonic acid, AA)是人体必需的不饱和脂肪酸，主要以磷脂的形式存在于细胞膜上，酶可将其分解为多种代谢产物。AA的代谢途径主要有3条：环氧化酶(cyclooxygenase, COX)途径、脂加氧酶(lipoxygenase, LOX)途径、细胞色素P450(cytochrome P450, CYP450)途径。COX对机体的影响及治疗作用已被广泛研究[1-2]，近年对LOX与炎症性疾病及肿瘤性疾病的研究也日益增多，该文现对其新研究进展作一综述。

1 LOX的分类及其主要分布

根据LOX催化氧分子加成在AA碳原子的位置，可将其分为5-脂加氧酶(5-lipoxygenase, 5-LOX)、8-脂加氧酶(8-lipoxygenase, 8-LOX)、12-脂加氧酶(12-lipoxygenase, 12-LOX)和15-脂加氧酶(15-lipoxygenase, 15-LOX)等类型。5-LOX是一个二氧合酶，具有两种不同的酶活性，高表达于人白细胞中[3]。8-LOX主要表达于小鼠正常和瘤变的皮肤组织中[4]。12-LOX分为3个亚型：白细胞型(12S-LOX)、血小板型(12S-LOX)及表皮型(12R-LOX)，根据其结构和特性不同而分布于不同的物种中[5]。15-LOX分为白细胞型(15-LOX-1)和表皮型(15-LOX-2)，其高表达于人类未成熟红细胞及嗜酸性粒细胞，低表达于多形核白细胞(polymorphonuclear neutrophils, PMN)，外周血单核细胞不表达[5]。

2 LOX参与脂氧素(lipoxins, LXs)的合成

LXs是人体内最重要的抗炎、促消退介质，在炎症及肿瘤性疾病的发生、发展中发挥着重要作用。其合成主要是通过跨细胞途径完成，LOX参与其合成过程。LOX催化AA使之代谢为LXs，其催化途径主要包括3条：(1)5/15-LOX途径：一方面，5-LOX能将AA转换成白三烯A4(leukotriene A4, LTA4)，然后在15-LOX作用下进一步代谢为15S-环氧四烯酸的中间产物，最后在酶的作用下转化生成脂氧素A4(lipoxin A4, LXA4)和脂氧素B4(lipoxin B4, LXB4)；另一方面，AA可在15-LOX作用下生成15S-羟过氧化氢二十碳四烯酸(15S-HPETE)和15S-羟二十碳四烯酸(15S-HETE)，而后与活化的PMN相互作用，将15S-HPETE和15S-HETE传递给PMN，再通过5-LOX的催化作用生成LXA4或LXB4[6]。(2)5/12-LOX途径：白细胞上的5-LOX可将AA催化生成白三烯A4，然后通过黏附作用使之与血小板黏附在一起，由血小板上的12-LOX继续发挥催化作用，从而形成LXA4或LXB4。(3)阿司匹林(acetylsalicylic acid, ASA)诱发途径：在细胞因子、缺氧以及细菌感染等因素的作用下，上皮细胞和内皮细胞表达环氧化酶-2(cyclooxygenase-2, COX-2)。ASA使COX-2乙酰化，形成乙酰化复合物并使其丧失合成前列腺素的能力，却具有催化AA的功能，催化产物被PMN中的5-LOX催化合成15-立体异构体(epimer, epi)-LXs[7]。LOX参与LXs合成过程复杂，详见图1[6]。

3 LOX与肿瘤

近年来，LOX与肿瘤关系的研究越来越多。研究已证实，LOX与细胞的增殖、分化等过程密切相关，参与肿瘤发生、发展的多个过程。肿瘤血管的形成已经成为肿瘤发生、发展的必要条件，而血管发生是错综复杂、分阶段的过程，由很多不同细胞因子介导完成。

3.1 5-LOX与肿瘤 5-LOX的氧化产物可以促进内皮细胞的增殖[6]。Wasilewicz等[8]对120例结肠腺瘤患者研究发现，5-LOX过表达常见于高级别的上皮内瘤变，与低级别的上皮内瘤变相比，其差异具有统计学意义，该差异与组织学分型也有关，绒毛状腺瘤中5-LOX的阳性率为100%，被认为具有较高恶变能力，而管状腺瘤的阳性率为49.1%。5-LOX的抑制剂Zileuton可抑制细胞增殖，抑制肺癌、食管癌等恶性肿瘤细胞的增殖[9]。由此可推测，5-LOX参与肿瘤的发生、发展，其抑制剂有望用于肿瘤治疗。

3.2 8-LOX与肿瘤 目前，对于8-LOX的研究较少。现已证实8-LOX具有催化AA代谢为8S-羟二十碳四烯醇(8S-HETE)及催化亚油酸代谢为9S-HODE的能力，8S-HETE具有诱导细胞生长抑制的功能[10]，因此推测，8-LOX具有抑制细胞生长的功能。

3.3 12-LOX与肿瘤 12-LOX能促进多种肿瘤细胞的增殖，其抑制剂能抑制肿瘤细胞增殖、促进肿瘤细胞凋亡。Klampfl等[11]发现12-LOX广泛表达于结肠癌。Xu等[12]通过免疫组化和RT-PCR检测发现，12-LOX在人类两个肝癌细胞系SMMC-7721、HepG2中高表达，在正常肝细胞系L-02中不表达；在肝癌细胞中抑制12-LOX的表达可以抑制细胞增殖、促进细胞凋亡。12-LOX的抑制剂黄芩素呈时间-剂量依赖性抑制SMMC-7721、HepG2细胞增殖、促进其凋亡。因此推测，12-LOX具有促进肝癌发生、发展能力，其抑制剂具有抑制肝癌作用。Krishnamoorthy等[13]研究发现12-LOX及其代谢产物12S-羟二十碳四烯醇(12S-HETE)能促进前列腺癌的进展与转移，在低氧条件下调节实体瘤中VEGF的表达，从而促进前列腺癌的发生、发展。Singh等[14]通过对86例乳腺癌患者进行研究发现，乳腺癌患者与健康对照组相比12-LOX显著增加，12-LOX与患者淋巴结转移相关；经化疗后75%患者的12-LOX表达水平显著下降，且12-LOX浓度越高的患者对化疗越敏感。因此推测，12-LOX的筛查有助于乳腺癌的早期诊断。12-LOX抑制剂黄芩素呈剂量依赖性地降低活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)的生成[15]，抑制白三烯诱导ROS的形成[16]，促进细胞凋亡。Guo等[17]研究发现12-LOX及其代谢产物12S-HETE对卵巢癌生长有重要的调控作用，12-LOX高表达于卵巢癌组织和卵巢癌细胞系OVCAR-3和SK-OV-3；其抑制剂BMD-122呈剂量依赖性抑制卵巢癌细胞株的生长，纯化的12S-HETE能显著性逆转其抑制作用。Xu等[12-14,17]的研究结果保持一致。李志超等[18]研究表明，12-LOX是神经胶质瘤临床分期诊断的标志物，与患者预后密切相关。研究均表明12-LOX对肿瘤的发生、发展具有促进作用。12-LOX参与肿瘤的发生、发展，临床对12-LOX筛查可能有助于肿瘤的早期诊断，其抑制剂可能成为肿瘤治疗的新途径。

3.4 15-LOX与肿瘤 15-LOX同12-LOX一样，在肿瘤领域中的研究也较多。15-LOX在细胞分化及肿瘤生长中发挥重要作用，能抑制多种恶性肿瘤的增殖，特别是抑制上皮性肿瘤增殖、促进肿瘤细胞凋亡，体现抗癌功能。Yuan等[19]发现在非小细胞肺癌中，15-LOX在香烟的诱导下表达下调，从而导致肺癌的进展。15-LOX-1是代谢亚油酸的关键酶，其代谢产物可以抑制肿瘤细胞的侵袭力，其在治疗原发肿瘤和对肿瘤转移的抑制均发挥着关键作用[20]，其应用将成为具有发展前景的抗肿瘤治疗手段。15-LOX-1在结直肠癌中的表达受到抑制，而且这种低表达促进肿瘤的发生，其阳性率与患者生存率呈正相关[21]。15-LOX-2诱导AA形成15S-HETE的关键酶，其可以使细胞停留在G0/G1期，15S-HETE的抗癌作用主要是拮抗其他类型LOX的代谢产物，如LTB4和12S-HETE以抑制肿瘤细胞的增殖、诱导其凋亡。15-LOX-2在卵巢癌、子宫颈癌等妇科恶性组织中过度表达，并与临床病理分级密切相关[22]，因此，15-LOX-2可能成为在恶性肿瘤治疗中潜在的药物分子靶点。

4 LOX与炎症

LXs作为炎症过程的刹车信号，具有抗炎症促消退的药理作用，LOX作为其生成的关键酶，也参与了炎症过程。炎症可以促进肿瘤基质的生成，对肿瘤的发生、发展、转移具有十分重要的意义[23]。巨噬细胞主要起源于外周循环的单核细胞，是天然免疫系统的主要成员。肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages, TAMs)参与炎症反应，能发挥多种促肿瘤作用，如促进肿瘤细胞增殖、血管生成与增强肿瘤细胞侵袭力[24]。研究发现，TAMs 浸润密度与肿瘤直径和TNM分期有关[25]。因此，在人类多数肿瘤中若有大量的炎症细胞浸润，其预后不良。5-LOX参与炎症反应，提高其代谢产物能促进卵巢癌炎症细胞的浸润[26]。

12-LOX也是一种重要的炎症信号分子，参与机体炎症反应[27]。Dilly等[28]发现12-LOX和其产物12S-HETE通过NF-κB途径促进血管生成、参与炎症反应，12-LOX催化诱导型一氧化氮合酶(induced nitric oxide synthase, iNOS)诱导一氧化氮(nitric oxide, NO)大量生成，导致炎症损伤[29]与Uderhardt等[27]研究结果保持一致。15-LOX作为AA代谢途径的关键酶，参与炎症反应[5]。对LOX的研究可能成为抗炎治疗的新突破。

5 展望

LOX的不同亚型及其代谢产物在炎症及部分肿瘤发生、发展中的作用已被证实。因此，临床治疗有望利用对LOX表达水平的调控，实现抑制肿瘤细胞的增殖、抑制血管生成及炎症反应；根据LOX在正常组织和癌变组织中表达的差异，考虑可将LOX作为常规肿瘤的生物学标志物，实现肿瘤的早期诊断。LOX抑制剂作用虽在部分体外实验中得到证实，但尚未进入临床试验阶段，对机体影响的研究仍需大量临床试验。随着对LOX研究的不断深入，对其将有一个更加全面的认识，有望为其临床应用提供更有效、更有价值的依据。

[1] Zhou W Q, Sheng Q Y, Sheng Y H,etal. Expressions of survivin, p16 (INK4a), COX-2, and Ki-67 in cervical cancer progression reveal the potential clinical application[J]. Eur J Gynaecol Oncol, 2015,36(1):62-68.

[2] Shao X D, Guo X Z, Ren L N,etal. The mechanism of COX-2 regulating HERG channel in gastric cancer cells[J]. Bratisl Lek Listy, 2014,115(8):487-491.

[3] Nagashima T, Ichimiya S, Kikuchi T,etal. Arachidonate 5-lipoxygenase establishes adaptive humoral immunity by controlling primary B cells and their cognate T-cell help[J]. Am J Pathol, 2011,178(1):222-232.

[4] 邓君健, 徐细明. 脂加氧酶在肿瘤中的研究进展[J]. 肿瘤学杂志, 2011,17(4):289-293.

[5] Ackermann J A, Hofheinz K, Zaiss M M,etal. The double-edged role of 12/15-lipoxygenase during inflammation and immunity[J]. Biochim Biophys Acta, 2016,7(14):1-11.

[6] Chandrasekharan J A, Sharma-Walia N. Lipoxins: nature’s way to resolve inflammation[J]. J Inflamm Res, 2014,8:181-192.

[7] 严 丹, 周晓燕, 闵卫平. 脂氧素与肝脏疾病的研究进展[J]. 中国细胞生物学学报, 2013,35(4):549-553.

[8] Wasilewicz M P, Kolodziej B, Bojulko T,etal. Over-expression of 5-lipoxygenase in sporadic colonic adenomas and a possible new aspect of colon carcinogenesis[J]. Int J Colorectal Dis, 2010,25(9):1079-1085.

[9] Rossi A, Pergola C, Koeberle A,etal. The 5-lipoxygenase inhibitor, zileuton, suppresses prostaglandin biosynthesis by inhibition of arachidonic acid release in macrophages[J]. Br J Pharmacol, 2010,161(3):555-570.

[10] Schweiger D, Fürstenberger G, Krieg P. Inducible expression of 15-lipoxygenase-2 and 8-lipoxygenase inhibits cell growth via common signaling pathways[J]. J Lipid Res, 2007,48(3):553-564.

[11] Klampfl T, Bogner E, Bednar W,etal. Up-regulation of 12(S)-lipoxygenase induces a migratory phenotype in colorectal cancer cells[J]. Exp Cell Res, 2012,318(6):768-778.

[12] Xu X M, Yuan G J, Deng J J,etal. Inhibition of 12-lipoxygenase reduces proliferation and induces apoptosis of hepatocellular carcinoma cellsinvitroandinvivo[J]. Hepatobiliary Pancreat Dis Int, 2012,11(2):193-202.

[13] Krishnamoorthy S, Jin R, Cai Y,etal. 12-Lipoxygenase and the regulation of hypoxia-inducible factor in prostate cancer cells[J]. Exp Cell Res, 2010,316(10):1706-1715.

[14] Singh A K, Kant S, Parshad R,etal. Evaluation of human LOX-12 as a serum marker for breast cancer[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2011,414(2):304-308.

[15] Weaver J R, Holman T R, Imai Y,etal. Integration of pro-inflammatory cytokines, 12-lipoxygenase and NOX-1 in pancreatic islet beta cell dysfunction[J]. Mol Cell Endocrinol, 2012,358(1):88-95.

[16] Svensson Holm A C, Grenegard M, Ollinger K,etal. Inhibition of 12-lipoxygenase reduces platelet activation and prevents their mitogenic function[J]. Platelets, 2014,25(2):111-117.

[17] Guo A M, Liu X, Al-Wahab Z,etal. Role of 12-lipoxygenase in regulation of ovarian cancer cell proliferation and survival[J]. Cancer Chemother Pharmacol, 2011,68(5):1273-1283.

[18] 李志超, 王亚明, 皇甫罗锴, 等. 12-LOX和SEPT7及RhoA蛋白与神经胶质瘤患者临床分期与预后的相关性研究[J]. 临床和实验医学杂志, 2016,15(10):961-964.

[19] Yuan H, Li M Y, Ma L T,etal. 15-Lipoxygenases and its metabolites 15(S)-HETE and 13(S)-HODE in the development of non-small cell lung cancer[J]. Thorax, 2010,65(4):321-326.

[20] Jiang W G, Watkins G, Douglas-Jones A,etal. Reduction of isoforms of 15-lipoxygenase (15-LOX)-1 and 15-LOX-2 in human breast cancer[J]. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids, 2006,74(4):235-245.

[21] Cimen I, Tunçay S, Banerjee S. 15-Lipoxygenase-1 expression suppresses the invasive properties of colorectal carcinoma cell lines HCT-116 and HT-29[J]. Cancer Sci, 2009,100(12):2283-2291.

[22] 孙 树, 赵瑞波, 张宗峰, 等. 15-脂加氧酶2在卵巢癌及宫颈癌组织中的表达分布及临床意义[J]. 哈尔滨医科大学学报, 2010,44(3):237-241.

[23] Zhang X, Nie D, Chakrabarty S. Growth factors in tumor microenvironment[J]. Front Biosci, 2011,15(15):151-165.

[24] Chauhan V P, Stylianopoulos T, Martin J D,etal. Normalization of tumour blood vessels improves the delivery of nanomedicines in a size-dependent manner[J]. Nat Nanotechnol, 2012,7(6):383-388.

[25] 朱敬凤, 吴正升, 聂 静, 等. 乳腺癌中肿瘤相关巨噬相关细胞与CXCR4表达的关系及意义[J]. 临床与实验病理学杂志, 2014,30(5):478-482.

[26] Wen Z, Liu H, Li M,etal. Increased metabolites of 5-lipoxygenase from hypoxic ovarian cancer cells promote tumor-associated macrophage infiltration[J]. Oncogene, 2015,34(10):1241-1252.

[27] Uderhardt S, Krönke G. 12/15-Lipoxygenase during the regulation of inflammation, immunity,and self-tolerance[J]. J Mol Med(Berl), 2012,90(11):1247-1256.

[28] Dilly A K, Ekambaram P, Guo Y,etal. Platelet-type 12-lipoxygenase induces MMP9 expression and cellular invasion via, activation of PI3K/Akt/NF-κB[J]. Int J Cancer, 2013,133(8):1784-1791.

[29] Tersey S A, Maier B, Nishiki Y,etal. 12-lipoxygenase promotes obesity-induced oxidative stress in pancreatic islets[J]. Mol Cell Biol, 2014,34(19):3735-3745.

国家自然科学基金(81301741)、江西省自然科学基金(20151BAB205038)、江西省科技支撑计划项目(20161BBG70201)

南昌大学第二附属医院1病理科、2特需病房，南昌 330006

张 建，女，硕士研究生。E-mail: 1067433026@qq.com 郝 华，男，博士，副主任医师，硕士生导师，通讯作者。Tel: (0791)86297631，E-mail: haohua410@126.com

时间：2017-6-20 11:18 网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170620.1117.016.html

R 730

A

1001-7399(2017)06-0666-03

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.06.016

接受日期：2017-02-12