凝集素样氧化型低密度脂蛋白受体1在肿瘤中的研究进展

郝芳芳 陈建荣 陈金亮 张冬梅

1南通大学第二附属医院呼吸与危重症医学科226001;2南通大学第二附属医院临床实验中心226001

进入21世纪以来,癌症在全球范围内的发病率和病死率逐渐升高,这使得关于肿瘤的发生机制和诊疗方式的研究成为现代医学的研究重点及热点[1]。近年来研究发现,代谢重编程对于维持肿瘤细胞及肿瘤干细胞的生长和活性起到重要作用,从而影响肿瘤的发生、发展。其中,许多脂质代谢基因在不同的癌细胞谱系中过表达,脂质代谢的失调在癌细胞的膜合成、能量产生和信号转导过程中起着至关重要的作用[2]。凝集素样氧化型低密度脂蛋白受体1(lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1,LOX-1)又称为氧化型低密度脂蛋白受体1,其可识别氧化型低密度脂蛋白 (oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL)、氧化型高密度脂蛋白等多种配体[3]。近年来研究发现,LOX-1在胃癌、结肠癌、胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌、肺鳞癌、多形胶质母细胞瘤等多种肿瘤中可以检测到,并且在肿瘤的发生、发展、迁移、侵袭中起到了一定的促进作用,与肿瘤的不良转归相关[4-10],已经成为了肿瘤防治研究的热点之一。

1 LOX-1的生物学特性

1997年,LOX-1在主动脉内皮细胞中首次被发现,最初被认为是内皮细胞中ox-LDL 的主要受体[11],随后发现该受体还在单核细胞、巨噬细胞、平滑肌细胞、血小板以及肾脏、肺和神经元组织中表达[12-14]。LOX-1是一种类似凝集素的相对分子质量为50 000的受体,是一种Ⅱ型跨膜糖蛋白,是E类清道夫受体家族的成员,以Ca2+依赖性方式结合碳水化合物,并由4个结构域组成：N 末端细胞质结构域、跨膜结构域、相关联颈域和细胞外C 末端的凝集素样结构。其中,结构高度保守的细胞外C 末端的凝集素样结构是LOX-1识别ox-LDL、氧化型高密度脂蛋白、C-反应蛋白 (C-reaction protein,CRP)、热休克蛋白 (heat shock protein,HSP)、肿瘤坏死因子α (tu mor necrosis factor-α,TNF-α)、转化生长因子β、血管紧张素Ⅱ、活化血小板和凋亡细胞等多种配体、介导内化及吞噬的关键性区域[3,12-15]。N-端糖基化可调节内质网内的蛋白质折叠、向质膜的分泌转运和配体识别[16]。人LOX-1 基因定位于染色体12p12.3-13.2区域,长度约为15 kb。人LOX-1 有两种存在形式：(1)膜结合型LOX-1,在骨髓、脊髓、肺、胎盘等血管丰富的部位高表达,而在骨骼肌、心脏、大动脉、卵巢等部位中等表达;(2)可溶性LOX-1,主要存在于血液中,其血浆浓度与膜结合型受体表达水平有关[12]。

2 LOX-1在肿瘤发生、发展中的研究

血管生成在肿瘤的生长、迁移及侵袭等过程中发挥着重要作用,而缺氧、炎症和氧化应激等是触发血管生成的强有力刺激[13]。LOX-1是ox-LDL 的凝集素样受体,一旦被ox-LDL或其他配体激活,能够通过多种途径激活NF-κB信号通路,调节炎症反应、血管发生等相关基因的表达。Lu等[16]发现LOX-1激活了依赖NF-κB的促炎和缺氧信号传导,而LOX-1 的抑制降低了炎症基因,如IL-1β、IL-6和IL-8,和缺氧调节基因的水平,如缺氧诱导因子1α、血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)、碳酸酐酶9。同时,他们还发现TNF-α抑制剂阻断了LOX-1 下游靶点缺氧诱导因子1α、VEGF 和碳酸酐酶9的激活。活性氧 (reactive oxygen species,ROS)可以诱导LOX-1的表达增加,而LOX-1与ox-LDL的结合增加了细胞内ROS的水平,这说明ROS和LOX-1之间可能存在正反馈回路[13]。ROS水平的升高,会导致机体氧化应激损伤,损伤生物膜以及改变免疫原性,诱导细胞凋亡,参与缺氧信号调节,从而在癌症中发挥作用[17]。此外,血管紧张素Ⅱ本身会刺激ox-LDL 摄取,因此招募ox-LDL/LOX-1信号转导臂,该信号臂在血管紧张素Ⅱ刺激ROS产生和血管生成中起关键作用[18]。Pérez等[19]研究发现氧化型高密度脂蛋白与LOX-1相互作用,通过NOX-2诱导ROS生成增加,并诱导激活下游的NF-κB,同时NF-κB也可通过正反馈回路促进LOX-1的过度表达,形成促炎机制的恶性循环。Dandapat等[18]发现低浓度的ox-LDL 通过LOX-1 介 导NOX-2/MAPKs/NF-κB 途 径 的 激 活 来 诱 导VEGF表达增加,从而促进血管形成。在细胞转化模型MCF10 A 中,低浓度的ox-LDL 处理后会诱导细胞转化并以NF-κB依赖性方式集落形成,而LOX-1基因的抑制降低了NF-κB 活化和炎症、缺氧途径[13,16]。Zeya 等[17]发现,LOX-1与ox-LDL 和CD40/CD40L 配体相互作用诱导IL-1β、TNF-α等炎性细胞因子表达VCAM-1、ICAM-1 等多种黏附分子,此外,LOX-1能与肿瘤细胞膜上表达的磷脂酰丝氨酸相互作用,促进肿瘤细胞跨内皮细胞的迁移[16]。

LOX-1+中性粒细胞具有多形核髓源抑制性细胞(poly mor phonuclear myeloid-derived suppressor cells,PMN-MDSC)的基因特征、强烈的免疫抑制活性、内质网应激上调等生化特性,可抑制免疫系统的攻击力,直接参与肿瘤的进展[13]。Wistar研究所发现,超过75%的非小细胞肺癌、头颈癌、结肠癌患者中LOX-1+PMN 比例高于健康供体以及无瘤炎症患者,并且LOX-1+PMN 中ROS、Ⅰ型精氨酸编码基因、一氧化氮合成酶的表达水平显著高于LOX-1-PMN。他们研究还发现LOX-1的表达不仅与癌症患者的PMN-MDSC 相关,而且还决定了肿瘤患者PMNMDSC的数量以及肿瘤体积的大小。LOX-1 是能够将PMN-MDSC与其他中性粒细胞区分开的分子标志物,是与内质网应激相关的人类PMN-MDSC 的一个特异性标志物[20]。Nan等[21]发现LOX-1是肝细胞癌相关MDSC 的特异性标志物,LOX-1+CD15+PMN-MDSC 在肝细胞癌患者中明显升高,具有较强的免疫抑制作用和高水平的内质网应激。他们还发现ROS抑制剂逆转了T 细胞增殖的抑制作用,ROS 可能是PMN-MDSC 免疫抑制的免疫介质。LOX-1作为一种模式识别受体,可以携带抗原并将其表达在MHCⅠ和MHCⅡ分子上[22],进而分别引发CD4+和CD8+T 细胞。Zurawski等[23]发现LOX-1在多种抗原呈递细胞 (巨噬细胞、树突细胞等)和内皮细胞上表达,诱导细胞因子的释放和免疫细胞的激活,促进了抗体的释放和抗原的提呈,参与促进体液免疫应答,并激活细胞因子的分泌。LOX-1在抗原交叉呈递中的关键作用暗示其激活可以改善免疫监视,通过免疫逃脱进而促进肿瘤的发生、发展。

3 LOX-1在肺癌中的研究进展

肺癌的发病率呈上升趋势,是全球癌症相关死亡的重要原因[1]。Jiang 等[10]发现在肺鳞癌患者肿瘤细胞中,LOX-1局灶性或分散性表达于细胞膜和/或细胞质,并且对预测肿瘤患者的无病总生存期具有一定作用。Ki m 等[24]验证了在非小细胞肺癌患者外周血中,与中性粒细胞相比,LOX-1在PMN-MDSC 中显著表达,并且LOX-1+PMNMDSC中ROS的生成水平显著高于中性粒细胞。此外,他们发现非小细胞肺癌患者第一次抗程序性死亡受体1治疗后,应答者LOX-1+PMN-MDSC的中值百分比明显低于无应答者,外周血中LOX-1+PMN-MDSC有助于预测非小细胞肺癌患者抗程序性死亡受体1治疗的早期反应,并为临床医师停止或继续进一步抗程序性死亡受体1治疗提供重要参考。以上结果表明,LOX-1在肺癌患者的预后评估及治疗中起到一定作用,因此,进一步研究LOX-1在肺癌发生、发展中的作用机制,有希望为肺癌的诊断及治疗提供新的标志物和靶向因子。

4 LOX-1在其他肿瘤中的研究进展

4.1 LOX-1与胃癌 胃癌异质性强、病情进展快,是最具侵袭性的胃肠道恶性肿瘤之一。Liu等[22]发现LOX-1通过与HSP60的C端结合,促进垂死细胞的摄取以及细胞抗原的交叉呈递,有效激活巨噬细胞,具有明显的免疫激活作用。Li等[4]发现LOX-1在胃癌组织中的表达水平较正常对照组明显增加,并与胃癌的浸润深度、淋巴结转移、TNM 分期和总体存活率有关。此外,他们还发现LOX-1能够通过激活PI3 K/Akt/GSK3β 通路促进胃癌细胞的迁移、侵袭和上皮-间质转化[4]。Ma 等[25]通过对LOX-1/ox-LDL研究发现,ox-LDL 诱导LOX-1 高表达,激活NF-κB信号通路,上调VEGF-C 的表达,从而促进胃癌淋巴管生成和淋巴结转移。LOX-1/HSP 参与抗原的交叉呈递,发挥免疫激活效应和抗原传递的靶向效应,并且HSP在人胃癌中高度表达,与胃癌的发展密切相关[4,22],因此以LOX-1为靶向抗原是一种有效的增强抗原特异性免疫的技术,有望为胃癌治疗提供一种新的治疗策略。

4.2 LOX-1与胰腺癌 胰腺癌是一种侵袭性癌症,恶性程度极高,其发病率逐年上升。Zhang等[5]发现LOX-1在胰腺癌肿瘤组织中高度表达,并与淋巴结转移的发生和总体生存率低有关。他们还发现LOX-1 高表达可以通过上皮-间充质转化促进胰腺癌细胞的迁移和侵袭,但是对细胞增殖没有影响。此外,他们还发现胰腺癌组织中LOX-1的表达水平与细胞炎症因子IL-6 表达显著相关。Lubrano等[26]发现血管内皮细胞中LOX-1 的表达与炎症因子IL-6增加呈正相关。Razidlo等[27]发现IL-6可以通过激活细胞内信号的传导来诱导下游信号分子的表达,继而影响胰腺癌的生长、侵袭及预后。这些发现表明LOX-1可能在炎症和胰腺癌发育之间起到桥梁作用。LOX-1有可能成为胰腺癌一种新的生物标志物和分子靶标,为改善胰腺癌治疗和预后提供更多的机会。

4.3 LOX-1与结直肠癌 结直肠癌易转移和复发,其是全球范围内与癌症相关的发病率和病死率的主要原因之一。Murdocca等[6]研究发现LOX-1 的高表达与肿瘤的侵袭性和迁移性相关,并在体外研究中得到了证实。他们研究还发现,人结直肠癌细胞系中LOX-1表达的下调强烈影响挥发性化合物丁酸盐的存在,从而导致组蛋白H4乙酰化显著增加,乙酰化模式的改变提示LOX-1可能参与肿瘤抑制基因转录的表观遗传调控。因此,专注于鉴定LOX-1驱动的结直肠癌特异性挥发物的技术创新应用,有可能为结直肠癌筛查和监测对治疗的反应提供有前途的诊断工具。De Siqueira等[3]发现CRP 与LOX-1 结合,通过PKC/MAPK激活NF-κB,进而促进转移相关基因的表达,如ICA M-1、VCA M-1、MMP-9等,诱导促血管生成因子的表达,如VEGF等。Ghazi-Khanloosani等[28]对结直肠癌中LOX-1/CRP的研究发现,CRP 水平升高时,可以通过与LOX-1结合,以时间和剂量依赖性促进MMP-1 的表达,同时也可以在一定程度上促进肿瘤中CEA 的表达。在体外的结直肠癌细胞系实验中发现,LOX-1抑制剂可以同时抑制CEA和MMP1的表达。Murdocca等[29]研究还发现,LOX-1的抑制使VEGF-A165、缺氧诱导因子1α和β-catenin表达下调,减少了裸鼠肿瘤的生长和转移形成。由此表明,进一步研究抗LOX-1抗体或适当的拮抗剂阻断LOX-1受体,有望为结直肠癌患者提供一种新的治疗方式。

4.4 LOX-1与前列腺癌 前列腺癌是男性泌尿生殖系统最常见的恶性肿瘤,其发病率在我国逐年升高。Hirsch等[30]发现LOX-1在Ⅲ期和Ⅳ期的人前列腺腺癌中表达增加。Wan等[31]发现高水平的ox-LDL 与前列腺癌的淋巴结转移显著相关,并以剂量和时间依赖的方式刺激前列腺癌细胞系 (PC-3 和LNCaP)中LOX-1 的表达,能够促进PC-3和LNCaP细胞的增殖、迁移和侵袭,影响PC-3中多种信号传导途径,激活促增殖相关信号通路,如β-catenin,c Myc、NF-κB、STAT1、STAT3,和凋亡相关信号通路,如p27、caspase-3。他们还发现LOX-1在前列腺癌中过度表达,其表达与高Gleason 评分相关。ox-LDL/LOX-1 还通过促进EMT,诱导人前列腺癌细胞肌动蛋白骨架重构和迁移,从而促进肿瘤细胞侵袭和迁移。此外,在小鼠实验中发现高浓度的LOX-1在裸鼠肿瘤生长中也发挥十分重要的作用[7,32]。以上研究发现提示ox-LDL/LOX-1为前列腺癌进展和转移提供了一种新的机制,也为治疗提供了新的治疗靶点。

4.5 LOX-1与乳腺癌 乳腺癌是我国女性发病率排名第一的恶性肿瘤,易复发和转移,预后差。Liang等[33]发现内皮细胞表面表达LOX-1,并通过TNF-α介导乳腺癌细胞间的相互作用,促进黏附和跨内皮迁移。LOX-1/TNF-α可能是乳腺癌转移中呈现出的新途径。Khaidakov等[34]发现人类乳腺癌细胞系中ox-LDL 以浓度依赖的方式增加细胞增殖和LOX-1基因的表达。Pucci等[8]研究发现LOX-1在70%的人乳腺癌中过表达,并且与肿瘤分期和分级呈正相关,与较短的癌症特异性远处无转移生存相关,表明其参与转移形成和化学抗性获得。他们还发现LOX-1及其剪接变体LOX-1Δ4可在乳腺癌组织中发挥致癌作用,其表达模式可在不同的乳腺癌表型中进行特异性调节,同时影响乳腺癌细胞的增殖率、凋亡诱导、DNA 修复过程以及癌细胞的表观遗传状态。这些结果表明LOX-1可能成为乳腺癌新的生物标志物,为改善乳腺癌治疗和预后策略提供新的分子靶标。

4.6 LOX-1与多形胶质母细胞瘤 多形胶质母细胞瘤是成人中最常见的脑癌,其长期预后相对较差。Chai等[9]发现PMN-MDSC组成型表达LOX-1,并积累在多形胶质母细胞瘤患者的外周血和组织中。与LOX-1-PMN 相比,LOX-1+PMN 高表达二氯二氢荧光素双乙酸盐、Ⅰ型精氨酸编码基因和一氧化氮合成酶,并以依赖Ⅰ型精氨酸编码基因/一氧化氮合成酶的方式限制CD3+T 细胞的增殖,与效应免疫细胞IFN-γ+CD8+或CD4+T 细胞呈负相关,与多形胶质母细胞瘤早期复发和疾病进展相关。以上发现表明,LOX-1+PMN-MDSC能够抑制T 细胞增殖以增强免疫抑制作用,靶向LOX-1+PMN 有可能恢复多形胶质母细胞瘤患者的免疫功能,并可能提高新辅助抗PD-1免疫疗法的治疗效果。

5 总结

总之,LOX-1在肿瘤发生、发展中起到了重要作用。一方面,LOX-1通过与ox-LDL 或其他配体结合,使细胞内ROS水平升高,引起氧化性DNA 损伤,诱导细胞凋亡;同 时 还 可 以 激 活 NOX/MAPKs/NF-κB 或PI3 K/Akt/GSK3β信号传导通路,调节多种基因的转录,如缺氧和炎症反应基因等。LOX-1引发的炎症、缺氧、氧化应激等调节肿瘤血管生成基因,从而通过有效的新生血管促进肿瘤生长、迁移及侵袭等。另一方面,LOX-1参与抗原的交叉呈递,发挥免疫激活效应和抗原传递的靶向效应,抑制免疫系统的攻击力,从而促进肿瘤进展。LOX-1有望成为肿瘤患者血清中新的具有价值的标志物,但是LOX-1参与肿瘤发生、发展的具体分子机制有待进一步深入研究,从而有可能为肿瘤的治疗提供新的治疗靶点及策略。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突