雄激素/雄激素受体信号通路在肝细胞癌中的研究进展

2023-04-05王瑞华蔡仕良柳东红陈宏森曹广文

肿瘤防治研究 2023年2期

王瑞华，蔡仕良，柳东红，陈宏森，曹广文

0 引言

原发性肝癌是临床常见恶性肿瘤疾病，其发病率和死亡率在全球肿瘤中均居前列[1]。2020年全球新发肝癌发病率占全球癌症发病率的4.69%，且男性肝癌发病率最高，为26.9/105[2]。WHO统计，中国肝癌新发病例数高达41万例，占世界新发病例的45.27%，且为中国男性第一致死性肿瘤，肝癌年龄标化死亡率为所有癌症中最高（13.7/105）[3]。

肝细胞癌（hepatocellular carcinoma,HCC）是原发性肝癌的一种，占原发性肝癌病例的85%～90%[4]。其中近50%的HCC患者集中在中国，HCC属于男性高发癌症，我国男性HCC发病率和死亡率分别为343.7/105和310.6/105，女性HCC发病率和死亡率分别为122.3/105和111.5/105；流行病学数据显示，我国男性肝细胞癌发病率与女性发病率之比为2:1～5:1[5]。目前发现导致HCC性别差异性的危险因素包括乙型肝炎病毒感染和突变、免疫遗传易感性以及性激素受体作用[6]。雄激素受体（androgen receptor,AR）是一种雄激素激活的转录因子。雄激素/雄激素受体信号通路可通过多种机制促进HCC的发生发展。本文主要分析雄激素/雄激素受体信号通路对肝细胞癌发病的影响及其研究进展。

1 雄激素/雄激素受体与性激素相关癌症的关联

许多研究指出，AR在性激素依赖的恶性肿瘤中发挥重要的作用。目前，AR致前列腺癌（PCa）、乳腺癌、HCC等恶性肿瘤的研究取得了重大突破。AR在癌症中发挥致癌作用或者抑癌作用[7]。AR信号转导的大部分知识来自对前列腺癌的研究[8]。一项实验研究表明，丝裂原活化蛋白激酶4（MAPK4）对GATA2/AR和蛋白激酶B（PKB，也称为AKT）的协同激活促进了PCa细胞增殖和去势抗性[9]。在几乎所有的原发性和转移性PCa中都发现了AR的表达[10]。有研究表明，AR在PCa的发生发展中促进细胞增殖、抑制细胞凋亡，与DNA损伤修复、MAPK通路、Wnt通路和PI3K/AKT/mTOR通路等有关[11]。

乳腺癌在男性中罕见，研究表明，在男性乳腺癌中X染色体增加与AR表达增加有关[12]。在不同的乳腺癌亚型中，AR发挥的作用不同，如人表皮生长因子受体2（HER2）阳性乳腺癌中，HER2能够促进AR转录并激活蛋白激酶ERK信号通路，而ERK信号通路激活反过来调节AR和HER2的表达，进而导致细胞增殖和促进肿瘤的生长[13]。

AR在HCC男性患者中过表达，提示雄激素及AR信号通路可能参与肝细胞癌变过程[14]。有实验在人类HCC样本中证实了AR和Toll受体4（TLR4）之间的正相关关系，DHT-AR-TLR4信号通路可以增强HCC细胞的发育并促进HCC细胞的迁移和侵袭，证明了HCC性别差异的潜在机制以及AR和TLR4是治疗HCC的潜在治疗靶点[15]。

2 雄激素受体的结构和功能

AR基因位于X染色体上的Xq11-Xq12位点，蛋白质编码区有2 757个核苷酸，跨越8个外显子，内含子大小从0.7～2.6 kb不等[16]，AR基因编码的蛋白质由919个氨基酸组成，大小为110 kDa[17]。AR与雌激素受体（ER）、糖皮质激素受体（GR）、孕酮受体（PR）等同属于类固醇激素核受体组。AR属于Ⅰ类核类固醇受体，一般由四个结构域组成：N端转录激活区（NTD）、DNA结合区（DBD）、铰链区和配体结合区（LBD），NTD、LBD通过铰链区连接到DBD[18]。

AR的天然配体包括5α-二氢睾酮（5α-DHT，效力较高）、睾酮（效力较低）和其他雄激素途径代谢物，而AR配体中最重要的两种内源性雄激素是DHT和睾酮[19]。DHT与睾酮的不同之处在于DHT含有双键，且对AR的亲和力比睾酮高两倍，解离率低五倍。DHT的特有功能与这些差异有关[20]。AR在与睾酮及其代谢物DHT结合后，从细胞质中的热休克蛋白（HSP）中解离，分离形成AR二聚体结构。AR二聚体能转移到细胞核中，与雄激素靶基因调控区域的雄激素反应原件DNA序列（AREs）结合，调节下游靶基因转录[21]。当AR未被激活时，与热休克蛋白（HSp27、HSp90等）结合驻留在细胞质中。与其他类固醇受体（如ERα）相比，AR的激活在很大程度上取决于AP-1-相关因子1（AF-1）与AR的NTD的非配体依赖性结合[22]。AR是一种雄激素激活的转录因子，它调节男性性发育、骨骼肌生长、新陈代谢、神经系统发育以及性激素依赖性癌症的发生和发展[22]。

3 雄激素/雄激素受体与HBV相互作用导致肝细胞癌发病的性别差异

导致HCC发生发展的危险因素很多，其中慢性乙肝病毒感染、丙型肝炎病毒感染、黄曲霉毒素暴露、吸烟、肥胖等是HCC发生的原因[23]。但是传统的危险因素不能完全解释HCC发病在性别上存在的差异。有研究表明男性和女性在性激素方面的差异导致了HCC发生的性别差异，由于很多性激素相关的癌症与雄激素/AR信号通路有关，因此我们主要关注的是雄激素/AR致癌通路、肝炎病毒感染、雄激素/AR致癌通路与肝炎病毒感染的交互作用在HCC的发生发展中的致癌性。

据报道[24]，去势或者雌激素给药会减弱雄性小鼠中二乙基亚硝胺（DEN）诱导的肝肿瘤；相比之下，雄激素补充和卵巢切除术会促进雌性小鼠的HCC发展；因此，雌激素可以预防肝癌，雄激素会促进肝癌。HCC明显的性别差异研究中，AR可能在HCC的发生、发展和转移中发挥重要作用。AR可以通过miR-325/ACP5信号转导降低HCC进展，靶向AR/miR-325/ACP5信号转导有助于开发新疗法以更好地抑制HCC进展[25]。AR与HCC的发生和进展中的性别差异之间的关联已经得到充分证明，但是AR调节HCC的具体机制仍有待阐明[26]。与雄激素的促癌活性相反，雌激素的预防和抑制作用已经在流行病学上得到证实：绝经后女性肝脂肪变性、脂肪性肝炎和HCC的发病风险增加[27]。这一研究在动物研究中已得到证实，雌激素治疗降低了HCC的发生和转移，并且卵巢切除后雌性小鼠对HCC的易感性增加[28]。雄性小鼠比雌性小鼠更容易患上HCC[15]。

HBV和HCV感染是HCC发生的主要危险因素，HBV或HCV病毒载量升高的患者发生HCC的倾向更高[29]。HCC的发展、发病机制和疾病进展诱导的乙型肝炎感染表现出性别差异，与女性相比，HBV相关HCC更常见于男性[30]。HBV突变方面，Pre-S区具有性别分布差异的突变位点最多，Pre-S启动子突变、Pre-S2片段缺失、T31C、T53C、A1C、C10A、A31C和T49G突变在男性中的发生率显著高于女性；BCP区性别差异性位点相对较少，但HCC特征突变（A1762T/G1764A、T1753以及T1674C/G）在男性中的突变率均高于女性[6]。

肝炎病毒与雄激素受体相互作用对肝细胞癌的影响也可以产生明显的性别差异。研究发现，HBV或HCV感染男性患者中发现，发生肝硬化和HCC的病例数明显多于女性，较高的血清睾酮水平与男性HCV患者发生肝脏炎性反应和肝脏纤维化的风险增加有关，雄激素水平/AR多态性与肝炎/肝硬化向肝癌发生的进展相关[31]。雄激素直接与HBV基因增强子Ⅰ中的AREs结合激活雄激素/AR信号通路并促进HBV诱导HCC的发生[32]。在动物模型中，HBV和AR信号转导有关。在HBV转基因小鼠模型中，雄性小鼠的HBV复制量是雌性小鼠的两倍，且呈现HBx依赖性[33]。雄性小鼠更高的HBV复制效率证实了HCC病例的性别差异，雄激素和AR对HBV的复制具有重要意义[34]。肝细胞中的AR敲除减弱了HBV的复制，这表明是AR而非雄激素本身促进病毒复制，进而促进病毒性肝炎和肝癌的发生[24]。以上研究有助于解释HCC中雄激素/AR致癌通路造成男性HCC的患病率高于女性的现象。

4 雄激素受体致肝细胞癌的信号通路

癌症的潜在发病机制是与肿瘤发生相关的关键信号通路被激活。各种细胞信号通路的异常在调节细胞代谢、肿瘤发育、生长、增殖、转移和细胞骨架重组等方面都起着重要作用。这些基础信号通路包括信号转导和转录活化因子3（STAT3）信号通路、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/帕霉素靶蛋白（PI3K/AKT/mTOR）信号通路、丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶（MAPK/ERK）信号通路、Wnt/β-catenin信号通路等，是肿瘤发生过程中重要的、被深入研究的细胞内信号通路。

4.1 STAT3信号通路

AR与STAT3信号通路联合导致肝细胞癌发生风险增加。血清中IL-6是一种促炎性反应细胞因子，通过激活下游通路促进肿瘤发生、侵袭和转移来调节炎性反应相关癌症[35]。IL-6可以激活STAT3信号通路，IL-6的升高会导致STAT3磷酸化，STAT3使AR表达上调，还会与AR产生交互作用并作为AR共激活因子[36]。研究发现[37]，17β-雌二醇（E2）抑制AR表达的HCC细胞增殖，降低了在AR过表达HCC细胞的STAT3的磷酸化，所以减弱IL-6/STAT3信号转导可以抑制HCC的发展。

4.2 PI3K/AKT/mTOR信号通路

PI3K/AKT/mTOR信号通路是参与HCC发病机制的经典调节异常通路，PI3K/AKT/mTOR信号通路的任何变化都有可能与HCC的病理变化有关[38]，目前研究证明，AR与PI3K/AKT/mTOR信号通路相关[39]，雷帕霉素复合物1（mTORC1）的机制靶点可以调节HCC中的AR信号转导，并且是PI3K/AKT/mTOR信号通路的关键成分。mTORC1在HCC中经常过度活化，从而驱动致癌物的生长和增殖，还可以通过抑制蛋白酶体依赖性AR降解来促进AR的稳定性，还可以独立或者与雄激素协同增强AR核定位和反式激活[40]。PI3K/AKT信号通路激活会促进肝细胞增殖和上皮间质转化（EMT）能力，促进肝癌细胞生长、迁移和侵袭[41]。AR通过PI3K/AKT/mTOR信号途径上调整合素β1表达，主要是增强ATK磷酸化水平，进而增强细胞黏附能力[42]，这可能是晚期肝细胞癌高转移性的重要原因。PI3K/AKT/mTOR信号通路调节细胞增殖、分化、代谢，导致正常细胞凋亡和癌细胞存活，促进肿瘤发展以及抗癌治疗的抵抗[43]。在前列腺癌中导致PI3K/AKT/mTOR信号通路激活的基因存在多样性，并且PI3K/AKT/mTOR信号通路与AR可以协同促进前列腺癌的生长和耐药性[44]。

4.3 MAPK/ERK信号通路

MAPK/ERK信号通路是HCC发展中最关键的信号通路[45]。至少存在三种不同的MAPK信号通路可将细胞外信号转导至细胞核中，以诱导包括ERK、JNK和p38基因表达。ERK激酶家族由ERK1（p44）和ERK2（p42）组成。MAPK/ERK信号通路的细胞表面受体（如受体酪氨酸激酶RTKs或者G蛋白耦联受体GPCRs）的信号转导被激活，通路调节不当会导致细胞行为异常，包括细胞生长、增殖增加、去分化等，这些都会增强致癌作用[46]。基于MAPK/ERK表达和磷酸化，研究认为MAPK/ERK信号通路在大约50%的早期HCC患者和几乎所有的晚期HCC患者中被激活[47]。

醛酮还原酶（AKR）是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）的氧化还原酶，可以催化各种底物的反应，包括药物和致癌物[48]。醛酮还原酶1C3（AKR1C3）是AKR超家族的成员，可作为激素相关恶性肿瘤和内分泌疾病的药物靶点[49]。有研究表明，AKR1C3在前列腺癌和雌激素受体阳性乳腺癌中过表达，这与癌症患者生存率显著降低有关[50]。AKR1C3可以通过“后门通路”途径提高雄激素生物合成水平并激活雄激素受体，并通过激活ERK信号途径增强上皮间质转化能力，促进激素相关肿瘤的进展[51]。在HCC中AKR1C3表达上调而醛酮还原酶1D1（AKR1D1）表达下调，AKR1C3高表达和AKR1D1低表达的患者预后较差，中位生存时间较短，AKR1C3高表达是HCC的独立危险因素[52]。体外实验证明，敲低AKR1C3和过表达AKR1D1后，细胞的增殖能力和成瘤能力下降，其主要机制是AKR1C3和AKR1D1调控MEK/ERK和AR信号通路的活性[52]。进一步的研究表明，AKR1C3的敲低和AKR1D1的过表达降低了p-MEK、p-ERK1/2、AR和ID1的表达，可以反向调节ERK和AR信号通路[52]。

4.4 Wnt/β-catenin信号通路

研究发现，AR可以增强EZH2启动子活性，敲低AR表达后EZH2启动子活性显著降低，说明AR可以调控EZH2表达；在肝癌细胞系SK-Hep1和肝细胞系LO2中，过表达AR后，观察到EZH2和H3K27me3在转录水平和翻译水平都显著上调。蛋白印迹法检测结果显示，过表达AR后β-catenin显著激活，提示AR促进细胞增殖和肿瘤恶性程度可能与Wnt/β-catenin信号途径异常表达有关；与正常肝组织相比，肝癌组织的AR/EZH2/H3K27me3/β-catenin表达显著增加；在肝癌组织中，AR、EZH2、H3K27me3和β-catenin的阳性检出率分别为62.5%、71.9%、65.6%和77.5%，EZH2和β-catenin与AR表达正相关（r=0.936,r=0.807）；生存分析发现，AR/EZH2/β-catenin信号通路异常激活导致患者的总生存时间和无瘤生存时间显著下降，说明AR/EZH2/β-catenin信号通路与HCC的复发和不良预后相关[53]。

循环相关激酶（CCRK）提高糖原合成酶激酶（GSK-3β）磷酸化水平，激活β-catenin/TCF/E2F1/EZH2转录反馈回路，以表观遗传方式增强AR信号；同时，EZH2-AR过表达可以提高CCRK启动子活性，使CCRK转录激活，从而形成了一个自我强化的回路[54]。在HepG2细胞系中，使用睾酮可经AR介导使GSK3α磷酸化水平提高，β-catenin交互结合蛋白FHL2可以激活AR转录活性[55]。类固醇受体SRC1和SRC3协同促进细胞增殖，通过激活Wnt/β-catenin信号通路，促进HCC进展[56]。

5 抗雄激素/雄激素受体治疗在肝细胞癌中的应用

目前的HCC治疗方式包括肝切除术、肝移植术和射频消融术等，但是大多数患者无法从这些治疗手段中获益。索拉非尼是一种多受体酪氨酸激酶（RTK）抑制剂，于2007年被批准作为晚期HCC的一线治疗药物，但其反应率低、疗效有限、耐药率高以及不良反应较多[57]。过去两年美国食品药品监督管理局（FDA）批准了几种新的RTK抑制剂，包括乐伐替尼、瑞戈非尼和卡博替尼，但是这些药物并未提供更好的疗效[58]。

AR是HCC发生发展的重要靶标，特异的AR抑制剂将为HCC的治疗提供依据[59]，有临床实验表明，抗雄激素治疗对晚期HCC患者并没有产生生存获益，这种治疗还可能会促进肿瘤生长，并可能对非肿瘤肝脏产生有害影响[60]。AR与索拉非尼治疗表现出潜在协同抗肿瘤作用，索拉非尼治疗或缺氧会诱导缺氧诱导因子HIF-2α与AR启动子结合，抑制AR转录，并且有体外和体内研究表明HIF-2α抑制剂（PT-2385）可通过抑制HIF-2α及下游pSTAT3/pAKT/pERK通路，显著提高索拉非尼疗效[57]。HBx肝细胞癌小鼠模型中，索拉非尼治疗通过激活SHP-1磷酸酶，逆转HBx对AR活性增强作用，从而拮抗HBx对AKT/GSK3β和c-SRC的激活，索拉非尼还可以显著降低血清ALT浓度。因此，索拉非尼可能通过作用于AR受体和降低ALT，降低HBV相关肝细胞癌进展[61]。

除了索拉非尼相关治疗外，研究还发现了抗雄激素治疗方式在肝癌治疗中的潜在价值。2018年的抗雄激素与雷帕霉素联合治疗研究发现[40]，对于肝癌的发生，单独使用AR拮抗剂恩杂鲁胺可以降低DEN诱导肝癌的发生率；对于肝癌治疗，单独使用AR拮抗剂治疗并未取得显著效果，但是联合其他药物使用的疗效比较突出。