神经酰胺酶在鞘脂代谢和肿瘤中的作用

黄铃月 谭亲友，2

（1.桂林医学院药学院，广西 桂林541199；2.桂林医学院附属医院药学部，广西 桂林541000）

大多数癌症，每年的病例数和死亡数都在增加。目前，关于癌症的流行病学数据令人担忧，因为世界卫生组织预测一般人群中癌症的发病率会显著增加。这一在全球范围内具有重大意义的问题需要寻找更有效的治疗靶点和方法。鞘脂是细胞膜的结构分子，在维持屏障功能和流动性方面具有重要作用[1]。鞘脂代谢通过控制癌细胞信号传导网络中的信号功能来调节各种生物过程，如生长、增殖、迁移、侵袭和转移。神经酰胺（Cer）和鞘氨醇（SPH）可以调节细胞死亡、衰老和细胞周期阻滞，鞘氨醇-1-磷酸（S1P）具有抗凋亡和促生存的作用[2]。催化神经酰胺转化为鞘氨醇的5种 神 经 酰 胺 酶（ASAH1、ASAH2、ACER1、ACER2和ACER3）在调节鞘脂代谢中具有极其重要的作用[3]。这篇综述讨论了5种神经酰胺酶在鞘脂代谢和肿瘤中的作用，最后，介绍了当前和新兴的针对参与鞘脂代谢和信号传导的酶的治疗策略。

1 神经酰胺酶

1.1 ASAH1

酸性神经酰胺酶（ASAH1）通过将Cer水解成SPH，在调节这两种代谢物的细胞内浓度方面起着关键作用，ASAH1蛋白参与细胞凋亡、细胞周期、分化和细胞侵袭[4]。Lucki等[5]发现genistein可以通过GPR30依赖性激活c-Src和ERK1/2的途径诱导ASAH1转录，促进组蛋白乙酰化和磷酸雌激素受体α和特异性蛋白-1向ASAH1启动子的募集，最终导致神经酰胺酶活性增加。genistein以依赖于ASAH1的方式刺激细胞周期蛋白B2的表达和细胞增殖，促进鞘脂代谢并支持ASAH1在乳腺癌细胞生长中的作用。Justine等[6]发现ASAH1影响黑色素瘤细胞中的表型转换，并且黑色素瘤细胞在ASAH1缺失后获得运动特性，表明鞘脂代谢与黑色素瘤细胞可塑性之间存在联系，并为黑色素瘤开辟了新的治疗前景。

Marko等[7]发现人类结肠癌细胞和结肠直肠癌组织表达ASAH1，且其表达在肿瘤组织中高于正常结肠粘膜。ASAH1参与了HCT116细胞对奥沙利铂（OXA）的反应，并且通过与ASAH1抑制剂卡莫氟（carmofur）联合治疗，可以显着增加OXA的抗增殖、促凋亡、抗迁移和抗克隆作用。OXA敏感性的增加与结肠癌中对OXA获得性耐药相关的信号传导下调有关，特别是转谷氨酰胺酶2和整合素β1，这导致了核因子κB（NFκB）和蛋白激酶B（Akt）的抑制。因此，OXA与ASAH1抑制剂的组合可能是对抗化疗耐药性和改善晚期结肠癌治疗结果的一种有前景的策略。

1.2 ASAH2

ASAH1抑制已被证明对结肠腺癌细胞产生抗扩散作用。与此类似，由ASAH2基因编码的中性神经酰胺酶（nCDase）也被确定为几个结肠癌细胞系细胞生存的重要调节器。nCDase的缺失通过自噬和清除受损线粒体保护细胞免受营养剥夺诱导的坏死性凋亡，nCDase是坏死性凋亡的介质，可能是防止缺血性损伤的新治疗靶点[8]。Monica等[9]的研究结果有力地表明nCDase在调节结肠癌的启动和发展方面起着关键作用，特别是指出nCDase是一个潜在的独特化疗目标。nCDase的分子和药理抑制导致神经酰胺增加，同时导致存活率下降、凋亡增加和结肠癌细胞自噬。相比之下，nCDase抑制对非胃肠道细胞的影响最小。这些结果被推广到癌症异种移植模型，其中，用nCDase抑制剂治疗动物会延缓肿瘤生长，增加Cer，减少肿瘤细胞增殖。

nCDase的分子和药理学抑制会导致β-连环蛋白（β-catenin）水平降低。Nicolas等[10]证明糖原合成酶激酶3β（GSK3β）磷酸化的减少促进了这种减少。在探索导致β-catenin降解的途径时，AKt的磷酸化也随着nCDase的抑制而降低。重要的是，AKt去磷酸化对于降低β-catenin水平和在nCDase抑制的情况下减少GSK3β磷酸化是必要的。此外，AKt的磷模拟突变体能够部分逆转nCDase抑制对细胞生长、半胱天冬酶裂解和异种移植物生长的影响。

1.3 ACER1

ACER1是神经酰胺代谢的关键酶，皮肤的屏障功能是通过角质形成细胞的多阶段分化和生物活性鞘脂（如神经酰胺）的存在而建立的，神经酰胺合成酶和神经酰胺酶活性的平衡严格调节神经鞘脂的水平。Kafayathullah等[11]揭示了ACER1在皮肤中的重要作用。ACER1缺陷型(ACER1-/-)小鼠的皮肤中神经酰胺水平升高、毛干角质层形成异常和周期性脱发。ACER1在分化的毛囊间表皮、漏斗和皮脂腺中特异性表达，因此ACER1-/-小鼠的漏斗和皮脂腺结构发生显著改变。ACER1-/-皮肤也显示毛囊干细胞区室受到干扰。这些改变导致ACER1-/-小鼠的经皮水分流失增加和代谢亢进表型，随着年龄的增长脂肪含量减少。这证明ACER1对于哺乳动物皮肤稳态和全身能量稳态是必不可少的。

1.4 ACER2

人类碱性神经酰胺酶2（ACER2）是一种调节细胞神经酰胺水解的关键酶，会影响癌细胞的存活。Liu等[12]的结果表明ACER2在HCC组织和细胞系中过表达且ACER2蛋白的高表达与肿瘤生长有关。Zhang等[13]从机制上发现，编码碱性神经酰胺酶2的基因ACER2被鉴定为HIF-2α的新靶基因，可触发神经酰胺分解代谢。ACER2的脂肪过表达挽救了脂肪细胞HIF-2α缺陷诱导的动脉粥样硬化恶化。HIF脯氨酰羟化酶抑制剂FG-4592激活脂肪HIF-2α对动脉粥样硬化具有保护作用，伴随着脂肪和血浆神经酰胺和血浆胆固醇水平的降低。此外，昼夜节律调节剂（TIM）在乳腺癌中的表达升高并且TIM在癌组织中的高表达与预后不良有关，尤其是在ER阳性乳腺癌患者中。TIM与Sp1相互作用，有助于上调ACER2的表达。ACER2负责TIM介导的细胞生长和线粒体呼吸的促进作用[14]。

1.5 ACER3

ACER3定位于高尔基复合体和内质网，与其他两种碱性神经酰胺酶相比，它在各种组织中高度表达。Hu等[15]证明ACER3在各种细胞类型中高度表达，并且具有与其他神经酰胺酶不同的底物特异性。ACER3还具有控制细胞中SPH和S1P生成的能力。这种能力的丧失可以通过ACER2的上调来补偿，这表明碱性神经酰胺酶在调节细胞中SPH和S1P的生成方面具有互补作用。

Yang等[16]的研究表明KCNQ1OT1可以通过调节体内的miR-146a-5p/ACER3轴来减少HCC的增长。KCNQ1OT1改进了ACER3表达，通过海绵状miR-146a-5p调节HCC的放射性敏感性和肿瘤发生。研究表明，抑制ACER3可能是治疗人类HCC的新策略。

2 展望

有限的研究表明，神经酰胺酶能够通过控制细胞神经酰胺的水解来调节神经酰胺、SPH和S1P。由于底物特异性、细胞定位、组织分布和表达水平的差异，这些神经酰胺酶在细胞反应中似乎具有不同的作用[17]。目前的研究表明，ASAH1和ASAH2的激活或上调主要通过减弱神经酰胺信号同时增强S1P信号来促进细胞增殖和存活，而抑制或下调这些酶通过放大神经酰胺信号同时减少S1P信号来诱导细胞生长停滞和细胞凋亡[18]。ACER1似乎通过控制SPH和S1P的产生在特定细胞类型中具有抗增殖和促分化作用。ACER2具有双重角色。它的激活或上调通过产生S1P促进细胞增殖和存活，而SPH不会因其作用而异常升高。另一方面，ACER2作用可通过产生高水平的SPH诱导细胞生长停滞和凋亡，其抗增殖和促凋亡作用可能超过S1P的促有丝分裂和抗凋亡作用[19]。因此，这种神经酰胺酶在细胞反应中的作用可能是细胞类型特异性和刺激依赖性的。与其他四种不催化或轻微催化二氢神经酰胺和植物神经酰胺水解的神经酰胺酶不同，ACER3催化不饱和长链二氢神经酰胺和植物神经酰胺水解的效率与不饱和长链神经酰胺水解相似，表明它具有除SPH及其磷酸盐外，还具有调节DHS和PHS及其磷酸盐生成的作用。这使我们能够对内源性DHS和PHS的产生进行基因操纵，并确定这两种鞘氨醇碱基及其磷酸盐在细胞反应中的作用，而这在先前的研究中已被很大程度上忽略[20]。