乳酸脱氢酶C4与恶性肿瘤的研究进展

2019-01-04林颖烽周峰陈燕崔兆磊

中国癌症防治杂志 2019年6期

林颖烽周峰陈燕崔兆磊

恶性肿瘤是一种由多因素作用和多基因调控的疾病。在我国每年约393万人被诊断为恶性肿瘤，并且以3.2%的速度逐年增加，而因恶性肿瘤死亡的人数亦以2.5%的速度增长［1］。可见，恶性肿瘤已成为严重威胁我国人民健康的主要公共卫生问题之一。早诊早治是恶性肿瘤有效的防控手段，也是改善预后的关键。但现阶段临床上应用于恶性肿瘤辅助诊断和预后判断的高敏感性和特异性的肿瘤标志物有限，因此寻找新型的肿瘤标志物，成为肿瘤研究领域的热点之一。乳酸脱氢酶C4（lactate dehydrogenase C4，LDHC4）是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）依赖性激酶。研究发现，LDH-C4是一种肿瘤睾丸相关抗原［2］，可能是肿瘤辅助诊断及预后判断的新型标志物。在肺癌、乳腺癌和肾细胞癌等肿瘤研究中发现其呈高表达，且可能通过肿瘤代谢和肿瘤免疫途径促进恶性肿瘤发生发展，影响预后［3］。本文就LDH-C4与恶性肿瘤关系的研究进展作一综述。

1 LDH-C4的概述

乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）是一类NAD依赖性激酶，有LDHA、LDHB、LDHC三种亚基，可构成6种四聚体同工酶［3］。其中，常见的A、B两种亚基可构成5种LDH同工酶（LDH1～5），而C亚基则仅组成一种LDH同工酶即LDH-C4。LDH-C4又名LDH-X［4］，位于染色体 11p14.3～15.5，由 LDHC 基因编码，其编码区由2～8号外显子组成，包含999个碱基对，分子量约为35 kD［5］。LDH-C4由4个C亚基聚合而成，其环区和螺旋D区序列与LDH-A与LDH-B不同，可形成独特的α-螺旋和β-折叠，且NH2-末端臂极易变异，需与其他亚基羧基端区相互作用稳定四聚体LDH的四元结构。因此，与其他5种亚型LDH同工酶相比，LDH-C4具有较高的热稳定性，利用这种特性可以将其与其他5种同工酶特异性分离［6］。LDH-C4特异性存在于哺乳动物精子等生殖细胞中，在维持雄性生殖和精子获能方面起重要作用。研究表明LDH-C4能催化精子细胞以乳酸为底物，并通过有氧糖酵解途径产生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）［7］。通过靶向断裂 LDH-C4，精子的数量和形态不发生改变，但精子的LDH酶活性和精子运动活力整体下降［8］。此外，LDH-C4是一种肿瘤睾丸相关抗原，有较强的免疫原性，可参与体内的免疫应答，可能是肿瘤免疫治疗的一个新靶点［5］。

2 LDH-C4基因的表达调控

LDH-C4的基因LDHC位于11号染色体，是LDHA基因的二次基因复制产物，与LDHA基因存在75.3%的同源重复序列片段［9-10］。现阶段关于LDHA基因的调控研究较为成熟，但LDHC具体的转录调控机制还尚未清楚。TANG等［11］对人黑色素瘤细胞LDHC基因的GC盒和CRE位点进行人工突变后，其启动子活性分别降低73%和74%，进一步研究证实核心启动子中的GC盒和CRE位点完整性对LDHC基因正常表达是必要的。另有研究发现，转录因子特异性蛋白1（specificity protein 1，Sp1）、环磷腺苷反应元件结合蛋白（cyclic adenosine monophosphate responsive element binding protein，CREB）参与了人脑肿瘤细胞中LDHC基因的表达调控［12］。同时，研究发现转录因子Sp1、CREB可通过参与合成己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶、脂肪酸合成酶和低氧诱导因子而调控癌细胞生长，也可通过与Akt的协同作用调节癌细胞代谢状态［13-14］。KROFT等［15］研究发现表达 LDHC 基因的精子中启动子区域的CpG均为低甲基化，而不表达LDHC基因的肝细胞CpG则发生甲基化，且通过诱导LDHC转录证实了甲基化可影响LDHC基因启动子的活性从而调控LDHC基因的作用。TANG等［12］分析前列腺肿瘤组织中LDHC核心启动子序列CpG岛的甲基化状态，结果亦证实甲基化对LDHC转录具有调控作用。然而，KOSLOWSKI等［5］利用基因组去甲基化试剂DAC处理正常细胞和肿瘤细胞后，结果并未检测到LDHC基因表达。因此认为，LDHC可通过保持GC盒和CRE位点的完整性以及Sp1与CREB转录因子参与基因激活和表达调控，但CpG甲基化调控的具体作用机制尚未明确，有待进一步研究和验证。

3 LDH-C4与恶性肿瘤

3.1 LDH-C4与肾癌

HUA等［16］在18例肾癌患者癌组织及癌旁组织中发现LDHC mRNA在癌组织中的阳性表达率为22.2%（4/18），而在癌旁组织中未检测到LDHC mRNA表达；在133例肾癌组织中LDH-C4阳性表达率为20.3%（27/133），且LDH-C4表达阳性的患者总生存时间更短。此外，该研究还发现LDHC基因高表达可促进肾癌细胞侵袭转移，以及诱导上皮-间质转化，同时引起MMP-9蛋白高表达和乳酸含量增加。李双等［17］通过siRNA沉默技术下调肾癌Caki-1细胞中LDH-C4的表达，发现低表达LDH-C4的肾癌细胞侵袭和迁移穿膜细胞数明显下降，乳酸和MMP-9水平亦明显降低。可见，LDH-C4可能通过调控乳酸水平和MMP-9蛋白表达而参与肿瘤侵袭转移进程。

3.2 LDH-C4与肺癌

在肺癌研究中，GRUNWALD等［18］报道正常肺组织中未检测到LDHC mRNA表达，而在102例非小细胞肺癌组织中其阳性表达率为25%，且鳞状细胞癌、腺苷细胞癌和大细胞癌的阳性表达率较高；联合检测LDHC、MAGE-A3和TPX-1 3种CG基因，大细胞癌诊断敏感性可达76%，而腺苷细胞癌敏感性可达到49%。本课题组基于组织芯片的免疫组织化学法检测结果显示，LDH-C4在肺腺癌中的阳性表达率高达80%以上，且LDH-C4高表达与肺腺癌患者的不良预后相关。

3.3 LDH-C4与乳腺癌

目前，乳腺癌的发病机制尚未完全被揭示，发病率和病死率逐年在增加［19］。KOSLOWSKI等［5］检测了20例乳腺癌组织及正常乳腺组织中LDHC mRNA的表达情况，发现正常乳腺组织中不表达LDHC mRNA，而乳腺癌组织中LDH-C4表达的阳性率为35%，此外乳腺癌组织中还存在2种LDHC基因剪接变异体，说明异常表达的LDH-C4可能在乳腺癌发生过程中发挥促进作用，或可作为辅助诊断指标。本课题组通过高通量组织芯片结合免疫组织化学法检测，结果显示，LDH-C4在乳腺癌组织中的表达阳性率为91.55%，其中低表达（-/+）为 33.10%，高表达（+/++）为66.90%；而LDH-C4在癌旁组织中呈低表达（-/+），阳性表达率仅为11.00%。而KONG［20］等采用免疫组织化学法检测乳腺癌MDA-MB-231细胞中LDH-C4的表达，发现乳腺癌细胞LDH-C4是高表达，采用LDH-C4特异性抑制剂作用MDA-MB-231后，乳腺癌MDA-MB-231细胞侵袭和转移能力均明显下降，但细胞凋亡无明显变化。由此认为，LDH-C4高表达可能促进乳腺癌侵袭和迁移。

3.4 LDH-C4与其他肿瘤

有研究检测16例黑色素瘤、8例前列腺癌、20例结肠癌组织和正常组织中LDHC基因的表达情况，结果显示LDHC在黑色素瘤中表达的阳性率为44.0%，在前列腺癌中为37.5%，结肠癌中为15.0%，而所有癌种对应正常组织中均未检测到LDHC阳性表达，提示异常表达的LDH-C4可能参与肿瘤的发生发展过程［5］。然而，ATANACKOVIC等［21］检测头颈鳞癌患者癌组织及癌旁组织中的LDHC mRNA的表达，却发现两种组织LDHC mRNA表达均为阴性。因此认为，LDH-C4在不同肿瘤中的表达及峰度存在差异性，可能发挥不同作用。

4 LDH-C4在肿瘤中的作用机制

4.1 LDH-C4通过糖酵解途径参与肿瘤能量代谢

研究表明肿瘤细胞存在Warburg效应，即在氧分压正常的情况下肿瘤细胞可通过糖酵解途径分解葡萄糖而获取能量，并且产生乳酸［22］。LDH作为糖酵解途径的关键酶，可将大量产生的丙酮酸转化成乳酸［23］。目前研究认为LDH-C4作为LDH的一种同工酶，可通过酵解葡萄糖获得能量，同时催化中间产物丙酮酸生成乳酸，从而参与肿瘤的能量代谢，促进肿瘤细胞生长和转移［24-27］。李双等［17］发现高表达LDH-C4的肾癌细胞产生的乳酸量增加，而抑制LDH-C4表达的细胞乳酸生成则减少。卓少元等［28］在小鼠肿瘤模型中也检测到LDH-C4高表达，通过监测能量代谢产物，发现肿瘤能量代谢与肿瘤恶性程度有一定相关性。由此认为，LDH-C4在肿瘤中的激活表达可能与其参与肿瘤细胞的能量代谢有关。

4.2 LDH-C4参与肿瘤免疫

乳酸可破坏CD8和DC's免疫细胞功能，在肿瘤逃逸机制中起关键作用［29］。正常细胞的乳酸可增强辅助性T细胞功能以及抑制细胞毒性T淋巴细胞（CTL）增殖和细胞因子产生，导致细胞毒性减少；而在肿瘤细胞中，LDH-C4参与的糖酵解途径产生的高乳酸环境破坏了正常的辅助性T细胞和细胞毒性T淋巴细胞功能，造成免疫功能缺失［30］。此外，有研究发现肿瘤酸性微环境可能与肿瘤侵袭和转移有关［17］。乳酸大量积累诱导的肿瘤相关成纤维细胞可分泌透明质酸而促进肿瘤转移，且创造有利于迁移的环境；而高表达LDH-C4的细胞也可通过高表达MMP-9，降解基底膜和细胞外基质成分，从而脱离肿瘤的阻隔作用，促进肿瘤侵袭和转移［31］。VÉGRAN 等［32］发现乳酸可通过单羧酸转运蛋白1进入内皮细胞，引起IκBα降解和磷酸化，进而刺激自分泌核转录因子/白细胞介素8通路，从而导致细胞转移。GOETZE等［23］分析乳酸对肿瘤细胞转移的影响，发现高浓度的乳酸可抑制单核细胞迁移和细胞因子释放，导致免疫逃逸，促进细胞转移。由此可见，LDH-C4通过产生过量的乳酸形成肿瘤酸性微环境，一方面破坏了免疫细胞功能，另一方面形成免疫逃逸，从而促进肿瘤细胞的转移。