溶血磷脂酸在结直肠癌发生发展中的机制研究

鲁雪梅 李云涛 安锦慧 综述 季国忠 审校

结直肠癌(Colorectal cancer，CRC)是全球癌症相关死亡的第四大原因[1]。据2019年国家癌症中心发布的中国最新癌症报告统计，2015年结直肠癌占全部恶性肿瘤发病的9.88%，居我国恶性肿瘤发病率第三位。同时报告显示结直肠癌的死亡率占全部恶性肿瘤死亡的8%[2]。

肠道是一个暴露于外部环境的人体器官，内衬的单层上皮细胞形成了一个物理和功能屏障，该上皮屏障可以吸收必要的营养物质，同时防止毒素和致病微生物的入侵，上皮屏障的受损会导致肠道通透性增加，导致肠道炎症的发生[3]。1863年，Virchow首次提出假设，慢性炎症能增强并促进肿瘤的发生发展[4]。在炎症性肠病中，结肠相关癌症的风险也会随着患者年龄的增大而持续增加[5]。此外，致癌基因的激活在促进癌细胞增殖的同时，也会导致转录因子的表达，产生炎症介质，促进血管生成，抑制适应性免疫[6]。综上所述，炎症会促进癌症，癌症也会诱发炎症。

在肿瘤及炎症相关分子中，溶血磷脂酸(Lysobisphosphatidic acids，LPA)作为一种信号分子，对细胞生长、运动和炎症反应有显著影响，并起到促进肿瘤增殖、侵袭和转移的作用。本文简要回顾LPA信号合成代谢通路及LPA信号轴调控CRC发生发展的方式，并就LPA信号通路在CRC靶向治疗领域中的前景进行讨论。

1 LPA的代谢及其受体

LPA是一种家族系列的相关化合物，由甘油骨架、单酰基链和磷酸基组成，是膜磷脂家族中提取的最简单也是最小的生物活性甘油磷脂(分子量430～480 Da)[7]。细胞外LPA产生途径主要有两条：第一条途径是磷脂酶A1(Phospholipase A1，PLA1)和磷脂酶A2(Phospholipase A2，PLA2)水解细胞膜上的磷脂酸(Phosphatidic acid，PA)的脂肪酸部分生成LPA，并释放到细胞外；第二条途径是细胞外LPA生成的主要途径，主要通过具有溶血磷脂酶D活性的自分泌运动因子(Autotaxin，ATX)将溶血磷脂酰胆碱(Lysophosphatidylcholine，LPC)中的胆碱部分去除而产生的[8]。此外，胞内的LPA作为一种磷脂和三酰甘油合成的中间产物，也可以通过这些合成路径少量产生[8]。磷酸脂质磷酸酶(Lipid phosphate phosphatases，LPPs)家族是使血浆中LPA失活的主要调控机制，该酶使LPA去磷酸化并降低人体内可用于结合和激活下游受体的LPA水平[9]。

LPA作为一种磷脂分子，可以通过激活至少6种GPCRs(LPA1-6)刺激不同的信号通路，并对创伤愈合、分化、神经发生和存活等生物学过程产生不同程度的影响[10]。其中LPA1-LPA3属于内皮分化基因(Endothelial differentiation gene，EDG)家族受体，LPA4-LPA6属于非EDG家族受体，且与嘌呤能受体相似[11]。编码这些蛋白质的基因在人类中被指定为LPAR1-6，在小鼠中被指定为Lpar1-6[12]。同时还包括其他对LPA有反应的孤儿受体，包括GPR35、GPR87、P2Y10[8]。GPR35对胃肠系统很重要，一项全基因组关联研究发现，溃疡性结肠炎患者的GPR35存在单核苷酸多态性，同时部分研究发现GPR35还参与了肠道粘膜修复的调控[13-14]。在最近的研究中，GPR87在肿瘤生长和转移中的作用也正在显现[15]。

LPA受体在不同组织和细胞类型中的表达差异很大，而这些差异也部分解释了在不同组织和细胞中观察到的LPA介导效应不同的原因[16]。比如在胃肠中有多种LPA受体的存在，但在肠上皮细胞(Intestinal epithelial cells，IECs)中LPA1和LPA5最高[17]。事实上，LPA受体和其来源分子(ATX)已被证明在许多癌症中过度表达，并影响像CRC等肿瘤的各项疾病特征，包括癌症相关炎症的出现、肿瘤发生和进展的速度等。

2 LPA及其信号通路在结直肠癌进展中相关机制的研究

自19世纪以来，人们就发现了炎症与癌症之间存在某种联系[4]。大多数癌症中通常存在炎症成分，如白细胞、肿瘤相关巨噬细胞和促炎因子(ILs)[4，18]。在某些情况下，炎症可使个体易患某些类型的癌症，包括宫颈癌、胃癌、结直肠癌、肝癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌和甲状腺癌等[7]。也有证据表明，使用非甾体类消炎药可以降低患结直肠癌和乳腺癌的风险，并降低相关死亡率[19]。而在所有由慢性炎症导致肿瘤的相关机制研究中，ATX-LPA信号通路已被认为是高转移性癌症的40个最常上调基因通路之一，在部分癌症中均可发现ATX表达升高，包括胶质母细胞瘤、乳腺癌、非小细胞肺癌和甲状腺癌[8]。已有相关研究表明恶性肿瘤中ATX的升高与癌细胞的侵袭性和转移有关[20]。

结直肠癌是由多个独立的原癌基因的激活和抑癌通路的抑制导致的[21]。同时，肿瘤细胞或周围环境产生的生长因子、血管生成因子和运动因子在细胞的恶性转化过程中也起到了关键作用。研究发现ATX表达与结直肠癌的早期微血管密度、宏观抑制及肿瘤血管生成呈正相关[22]。因此，ATX-LPA信号通路在CRC的发生及进展转移的过程中均起到关键作用。

2.1 LPA信号通路及LPA受体在结直肠炎症及肿瘤中的作用

在慢性炎症增强并促进结直肠癌发生发展的过程中，自分泌运动因子-溶血磷脂酸(Autotaxin-lysophosphatidic acid，ATX-LPA)信号轴作为一种对细胞生长、运动和炎症反应有显著影响的多效信号通路，主要参与创伤愈合反应，诱导血小板聚集、淋巴细胞归巢、细胞因子产生、角质细胞迁移、增殖和分化[20]。但当机体由急性炎症期变成慢性炎症期时，ATX-LPA信号通路会诱导细胞因子产生并增加淋巴细胞浸润[23]。最终在癌症环境中，它还会继续促进肿瘤细胞存活、增殖、迁移、侵袭和血管生成，就好像此通路将肿瘤视作一种永远无法愈合的伤口，并在此状态下促进肿瘤的进展[20]。

有证据表明，EDG家族的受体可以通过增强肿瘤细胞增殖、存活、迁移和侵袭来促进多种癌症的进展[24]。Lin等[25]通过在结肠炎相关的小鼠癌症模型中构建LPA2基因缺失的小鼠，并测量小鼠体内肿瘤细胞的增殖和促炎因子，发现Lpar2-/-小鼠体内的增殖和促炎因子出现明显降低的趋势，并导致Lpar2-/-的肠腺癌小鼠模型的肿瘤发生率和结肠腺癌进展率降低。此外，与APCmin/+小鼠相比，Lpar2-/-基因敲除小鼠体内的KLF5、cyclinD1、c-Myc和HIF-1α等因子的表达水平较低[26]。这一证据表明ATX-LPA轴和LPA受体在结肠慢性炎症引起的肿瘤发生中起着重要作用。

2.2 LPA信号通路在结直肠癌增殖中的作用

LPA信号通路可以促使结直肠癌细胞持续增殖，部分是通过激活β-连环蛋白实现的，而β-连环蛋白是Wnt通路中TCF/LEF转录因子的共同激活物[27]。LPA通过抑制糖原合成酶激酶3β来激活β-连环蛋白，下游信号的激活有效增强了结直肠癌细胞的增殖功能。此外，Kruppel样因子5(KLF5)是一种在肠道增殖细胞中高度表达的转录因子。有研究证明LPA可通过PKCδ和MAPK依赖途径诱导KLF5的表达，进而刺激结肠癌细胞的增殖[28]。在之后的实验中，β-连环蛋白或KLF5的沉默，即LPA下游信号的截断，阻止了HCT116、LS174T和SW480结肠癌细胞的增殖，表明LPA信号通路在癌细胞生长中的重要性。目前尚不清楚β-连环蛋白和KLF5是否协同或独立调控细胞增殖。

2.3 LPA信号通路在结直肠癌进展和转移中的作用

缺氧诱导因子1(Hypoxia-inducible factor 1，HIF-1)是肿瘤发生过程中的关键调节因子，在多个方面起到调节诱导作用，包括血管生成和肿瘤增殖、侵袭转移等[29]。其中HIF-1α是一种可介导对组织氧合变化产生适应性反应的转录因子，但有相关研究表明，LPA可在非缺氧条件下诱导HIF-1α的表达[30]。Lee等[31]发现，LPA可以诱导p53特异性泛素连接酶Mdm2，抑制结肠癌细胞中p53的表达。而p53基因的表达抑制可以促使HIF-1的表达。近年来研究发现，在非缺氧条件下，LPA诱导HIF-1α的表达过程中，p53的表达抑制是一项必要条件，同时还需要KLF5的协助，其通过从HIF-1α启动子中置换p53来转录调节HIF-1α的表达。然而，突变型p53基因对LPA诱导的降解具有抗性，因此LPA仅能在携带野生型p53的结肠癌细胞中诱导HIF-1α的表达。鉴于p53基因突变多发生在结肠肿瘤发育的晚期，表明LPA可能通过增强β-连环蛋白激活和抑制p53的肿瘤抑制功能来促进CRC的进展。同时，LPA通过对p53基因表达的调节促进结直肠癌细胞中HIF-1α分子表达，即意味着此信号通路可以使肿瘤转移相关因素，即N-钙黏蛋白和介导肿瘤细胞上皮-间质细胞转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)的转录因子Slug/Snail2 的水平增加[32]，增加结直肠癌血管侵袭和转移的可能，而EMT是恶性肿瘤血管侵袭并进行转移的重要机制之一[33]。

值得注意的是，ATX-LPA轴在体内诱导至少16种炎症介质，包括IL1-β、IL6、IL8、G-CSF和TNF-α，这些介质也会诱导ATX表达并增加LPA水平，因此阻断ATX-LPA通路可以减少炎症介质，缩小肿瘤体积，减少血管生成[34]。此外，大量研究表明ATX-LPA信号通路除了诱导激活炎症环境，促进肿瘤增殖、侵袭和转移外，还有助于肿瘤相关成纤维细胞的分化和干细胞维持[35-36]，而上述因素都是肿瘤微环境的重要组成部分。综上所述，针对ATX-LPA信号通路进行治疗是减缓甚至阻止CRC发生发展的一个潜在重要手段。

3 LPA 及相关分子在结直肠癌的治疗中的价值

LPA信号通路的调节是由ATX活性、LPA受体表达及LPP对LPA的降解等因素决定的[37]。在很多癌症中，ATX的过度表达会导致肿瘤微环境和外周血中的LPA水平升高[9，36，38]。与正常细胞和良性肿瘤相比，癌细胞表面的LPA受体表达更高，LPPs表达下调[39]。

ATX-LPA轴已被证明通过上调抗氧化基因、多药耐药转运体(ABCC1，ABCG2，ABCC2和ABCC3)、醛脱氢酶1(ALDH1)和干细胞维持来诱导肿瘤耐受化疗[36，40]。作为一种潜在的肿瘤辅助治疗手段，在体内外抑制ATX-LPA信号通路可增强肿瘤放化疗的疗效，并可降低肿瘤进展的可能。另一方面，肿瘤相关性炎症(Cancer-related inflammation，CRI)是一种促进肿瘤发展的病理环境。通过对ATX-LPA信号通路的多靶点联合治疗被认为是一种调节CRI，抑制肿瘤进展的有效手段，而同时结合促炎细胞因子的治疗可能会使上述ATX-LPA靶向治疗取得更佳的疗效。目前，绝大多数正在进行临床试验的ATX-LPA信号通路靶向药物并非是针对癌症疾病，但这些药物都具备应用于结直肠癌治疗的潜力。随着人们对这条信号转导轴的基础生理及病理知识的进一步深入挖掘，更具特异靶向性的治疗药物也将随之出现，从而能更好地靶向这一级联信号通路。以下我们总结了一些靶向ATX和LPA受体的药物(表1)。

4 小结与展望

肠道的稳态是外部刺激和免疫反应之间的平衡。在此背景下，LPA参与调节肠道内细胞增殖和迁移活动的新观点，为理解肠道内ATX-LPA轴的意义提供了新的见解。在过去二十年里，科学界已经破译了各种LPA受体所扮演的多种角色，并对LPA如何调节上皮细胞、结直肠癌相关炎症及肿瘤增殖转移等方面进行了深入研究，但在LPA受体表达和此信号对非上皮细胞(包括淋巴细胞、髓细胞和肠道内的肠神经元)的影响方面仍存在很多需要进一步探索的未知内容。与此同时，关于肠道中LPA信号是如何进行动态调节的问题上仍存在许多疑问，包括LPA如何调节不同细胞群(如上皮细胞和免疫系统)之间的相互作用，以及这种影响是否随着时间和肠道内不同区域而变化。打破肿瘤-炎症循环并阻断LPA信号传导及LPA的产生，通过减少CRI、肿瘤生长、转移及对肿瘤治疗的耐药性，为肿瘤治疗提供了一种创新的治疗方法。不过尽管体外和动物研究表明了阻断ATX-LPA有益于加强常规结直肠癌治疗的疗效，但支持ATX和LPA与CRC的发展和进展相关的临床数据仍然有限。这些方面的进一步研究将为ATX-LPA信号的靶向治疗提供更好的策略。