周一至周五 | 9:00—22:00

期刊论文网 > 医学论文 > 肿瘤学论文 > 最新肿瘤医学论文 ENO1在肿瘤性疾病中的研究进展

最新肿瘤医学论文 ENO1在肿瘤性疾病中的研究进展

2018-12-20 17:06:47来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要:α-烯醇化酶(α-enolase,ENO1)是糖酵解代谢过程中的关键性酶,即可以催化2-磷酸甘油酸形成高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸,又可以催化逆向反应,在能量代谢中起关键作用。ENO1除了参与机体能量代谢过程外还与细胞分裂、细胞增殖、细胞凋亡、细胞迁移、蛋白水解等生物学过程关联,与肿瘤的发生发展关系十分密切。现已证实,ENO1在多种肿瘤组织中呈过表达状态,并在这些肿瘤的发生发展过程中发挥了巨大的作用。本文就ENO1在肿瘤性疾病中的研究进展进行综述。

  关键词:ENO1,肿瘤

 

  在肿瘤的形成和发展过程中,癌细胞生长很快,过快的生长使得细胞经常处于一种缺氧状态,组织缺氧是实体肿瘤的共同特征。糖酵解是缺氧时的能量代谢代偿过程。在大多数人体内的生理活动中,三磷酸腺苷(ATP)参与肿瘤生长,肿瘤细胞和内皮细胞的增殖,然而在缺氧的背景下,主要是通过糖酵解获得生命活动所必需的能量。激活ENO1介导的糖酵解途径,可以改善缺氧细胞能量失衡,促进转录、增殖、抑制细胞凋亡,促进血管生成和改善肿瘤细胞低氧反应。研究发现,糖酵解基因在多种肿瘤中过表达。在肿瘤细胞中,α烯醇化酶表达上调促进缺氧增殖,表达于细胞表面的α烯醇化酶与肿瘤细胞侵袭和转移有关,表达于细胞质的α烯醇化酶促进肿瘤细胞生长和运动。通过使用一个替代的终止密码子,α烯醇化酶可以编码一个37KD的蛋白(缺乏最初的96个氨基酸残基),这种蛋白又称为c-myc启动子结合蛋白1,它定位于细胞核,与c-myc P2启动子结合负向调控原癌基因的转录,可以抑制肿瘤细胞生长。近年来越来越多的研究证实α烯醇化酶与肿瘤的发生发展密切相关。

  ENO1分子结构与功能

  ENO1是糖酵解过程中的关键酶之一,是1934年由Lohman和Mayerhof在研究肌肉提取物中磷酸甘油酸向丙酮酸转换的过程中发现的。作为糖酵解中的关键酶它即可以催化2-磷酸甘油酸形成高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸的酶,又可以催化逆向反应,因此在能量代谢中起关键作用。ENO1在许多组织器官细胞胞质中丰富表达,从细菌到哺乳动物的细胞中都可以发现ENO1的存在。ENO1是一段高度保守高度保守的序列。在脊椎动物中,enolase存在3种同功酶:α、β和γ。ENO1(a-enolase)在人体大多数组织均能检测到,β-enolase主要在肌肉组织表达,γ-enolase则主要存在于神经元和神经内分泌组织。a-enolase又称为非神经元烯醇化酶;β-enolase又称为肌肉特异性烯醇化酶;γ-enolase又称为神经元烯醇化酶。在哺乳动物中有三个独立的基因位点α、β、γ分别编码三种酶。enolase酶的活性形式是以两个同源或异源亚基反相平行形成的二聚体αα、ββ、γγ、αβ、αγ等形式存在,由433个氨基酸组成两个相同的亚基以反向平行方式结合而成,每个亚基分子量大约是47 KDa。随着胚胎的发育,烯醇化酶αα、ββ、αβ在多种细胞中的比例发生变化。其中,αα型几乎存在于所有成人体组织细胞,αβ和ββ型存在于横纹肌细胞,αγ和γγ型存在于神经元细胞。两个不同物种的氨基酸序列有40%~90%的同一性,人β和γ-enolase与a-enolase有83%的同一性。虽然ENO1在大多数细胞中表达,但是编码ENO1的基因仍然不被认为是管家基因,因为它的表达会随着病理生理、代谢、细胞生长发育条件的变化而改变。

  除了糖酵解作用,α烯醇化酶是一个多功能的蛋白,在许多生物学和病理生理学过程中发挥重要作用。(1)α烯醇化酶可以作为纤维蛋白酶原受体表达于单核细胞、T细胞、B细胞、神经元细胞、上皮细胞、癌细胞等多种细胞表面,激活纤溶蛋白酶原系统,参与机体的炎症反应、癌细胞的侵袭迁移。(2)在肌组织再生的过程中,α烯醇化酶是发挥主要功能的纤溶蛋白酶原受体,它通过激活炎症细胞和肌源性细胞表面的纤维蛋白酶原受体参与肌再生和肌重塑。(3)在心肌梗塞时,α烯醇化酶表达上调,α烯醇化酶在成肌纤维细胞表面充当纤维酶原受体,调节心肌细胞的纤溶活性,并且它的结合能力随着缺氧而增加。与纤溶酶原结合后促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化,肌成纤维细胞主要负责心肌损伤后的心肌重塑[35,36]。(4)Ucker等人发现凋亡细胞表面富集糖酵解途径中的各种酶,尤其是α烯醇化酶。凋亡细胞表面的α烯醇化酶失去糖酵解活性,而是作为纤维蛋白酶原受体与凋亡细胞表面纤维蛋白酶原结合,因此推测α烯醇化酶可能与细胞凋亡有关,然而其具体机制不详。(5)α烯醇化酶在许多慢性自身免疫性疾病中高表达,如:类风湿性关节炎,系统性红斑狼疮,原发性肾病。最近的研究表明类风湿关节炎中抗体主要是瓜氨酸化的α烯醇化酶自身抗体。α烯醇化酶瓜氨酸化引起α烯醇化酶二聚体形式的改变,进而影响糖酵解活性及与纤维蛋白溶酶原的结合,导致类风湿关节炎中纤维蛋白溶解的减少。(6)α烯醇化酶在阿尔兹海默病中高表达,其可能机制是通过α烯醇化酶作为纤维蛋白酶原受体与纤溶蛋白溶酶结合促进神经突生成。也有研究认为,α烯醇化酶与纤溶蛋白溶酶结合刺激丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和细胞外信号调节激酶1和2(ERK1/2)活性,驱动淀粉样蛋白β酶(淀粉样斑块的主要成分)降解,从而起到神经保护作用。(7)除了其在细胞表面的蛋白水解活性,最近的一些研究表明纤溶酶能够激活多种细胞内信号转导,导致许多转录因子的激活。α烯醇化酶的转录后修饰(甲基化、乙酰化、磷酸化)导致其催化活性、细胞定位、蛋白稳定性的改变,使其在不同的病理生理过程中发挥重要作用。

  ENO1与肿瘤性疾病的关系

  2.1.ENO1与神经胶质瘤

  脑胶质瘤占成人恶性脑肿瘤的绝大部分,目前的标准治疗包括手术切除术联合化疗,预后极差,但早期诊断有助于提高预后,因此寻找早期诊断标志物有重要价值。2014年Ye Song等人研究发现,ENO1在神经胶质瘤中高表达,并且与神经胶质瘤的疾病进展有关,ENO1的表达水平与神经胶质瘤的分级有关,下调ENO1的表达后明显抑制细胞增殖、迁移和侵袭以及体内肿瘤发生。稳定下调胶质瘤U251和U87细胞中的ENO1后,cyclin D1,cyclin E1,PRB,和NF-κBκ表达水平下降。相反,下调ENO1导致E-cadherin蛋白上调,抑制间充质细胞标志物的表达,如Vimentin,Snail,N-Cadherin,β-Catenin和Slug。减少ENO1的表达明显抑制PI3K和Akt的磷酸化。LY294002处理胶质瘤U251和U87细胞后E-Cadherin,Cyclin D1和p-Rb与ENO1下调的结果一致。这些结果表明,在胶质瘤中ENO1作为上游因子调节PI3K/Akt信号通路,调节cyclin D1,cyclin E1和NF-κB的活性,NF-κB导致Rb高度磷酸化并通过下调E-cadherin导致上皮间质转化,进而抑制细胞增殖、迁移、侵袭和体内肿瘤形成[48]。然而,2005年Katarina Ejeskär等人的研究表明ENO1基因在进展期神经胶质瘤中缺失,转染ENO1-CDNA后神经胶质瘤细胞的生长受到抑制,并诱导细胞凋亡。转染ENO1-mRNA后会引起相似的结果,但作用更强。而且在293细胞系中也可以观察类似的结果。此研究证明ENO1是一个肿瘤抑制基因,抑制肿瘤细胞生长和诱导细胞凋亡。

  2.2.ENO1与鼻咽癌

  鼻咽癌是最主要的头颈部恶性肿瘤,在东南亚和华南地区发生率高[50]。为了发现新的生物标志物用于鼻咽癌患者的早期诊断,2012年Zhen Liu等人使用蛋白质组学分析了鼻咽癌细胞中NESG1控制的蛋白有26种,包括ENO1。既往的研究表明NESG1在鼻咽癌中是抑癌基因,本研究表明,ENO1也定位在细胞质中,在鼻咽癌中过表达,western blot进一步证实其受NESG1控制。ENO1是NESG1介导的蛋白质相互作用网络中的关键蛋白。高表达的ENO1不仅恢复了细胞增值能力和细胞胞周进程,同时对抗NESG1对细胞周期调节因子p21和CCNA1的表达,并且诱导NESG1过表达细胞系中c-myc、pRb、E2F1的表达,RT-PCR和免疫组化表明在鼻咽癌组织中NESG1的表达与ENO1的表达成负相关,并且ENO1在NESG1诱导的细胞生长抑制中发挥重要作用。这些研究结果表明,NESG1可能通过下调ENO1参与鼻咽癌的病理生理过程,ENO1有可能是鼻咽癌潜在的的致癌基因。2014年Jing Yang等人对鼻咽癌组织和正常鼻炎上皮组织进行蛋白质组学分析发现了26中差异性表达的蛋白质,其中ENO1和CYPA的差异表达最明显。Western Blot证实这两种蛋白在功能网络中是关键的核心蛋白。因此,ENO1和CYPA分子联合可以成为早期鼻咽癌潜在的分子诊断标记物。

  2.3.ENO1与乳腺癌

  乳腺癌是女性最常见恶性肿瘤之一,低氧与乳腺癌的进展密切相关。糖酵解是一种补偿低氧过程中的能量代谢过程。Cristina Maranto等人研究表明,糖酵解途径抑制剂2-脱氧葡萄糖和内质网应激药物毒胡萝卜素促进MBP-1在乳腺癌SKBR3细胞中表达。2-脱氧葡萄糖可上调MBP-1并呈剂量依赖性,而对α-烯醇化酶的表达无显著影响。MBP-1持续过表达是由于PI3K-AKT信号通路被抑制及通过AKT/PERK/eIF2 a信号通路导致的内质网应激系统激活。PERK基因敲出后MBP-1表达下调,这一效应可以被选择性eIF2α去磷酸化抑制剂增强。应激诱导引起的Akt激酶失活、hospho-PERK激活、phospho-eIF2a失活促进MBP-1的表达。目前,MBP-1被认为是烯醇化酶的选择性翻译产物,与myc结合抑制转录反应。JIE GAO等人进一步研究发现,转染了ENO1-siRNA的乳腺癌细胞注射到裸鼠中后,肿瘤生长,肿瘤体积,肿瘤的重量都明显下降。对照组和实验组裸鼠分别进行放射治疗,结果实验组肿瘤的体积减少更为明显,因此低表达的ENO1增强肿瘤细胞对放疗的敏感性。除此之外,低表达的ENO1明显降低对低氧的应激反应。ENO1诱导低氧环境下细胞的增殖,然而对正常氧环境下细胞增殖的影响并不大。

  2.4.ENO1与肺癌

  肺癌起源于支气管粘膜上皮,是世界范围内癌症死亡的主要原因之一。非小细胞肺癌是最常见的病理类型,约占85%的病例。虽然外科手术、放疗、化疗不断进一步,但是肺癌的预后仍然不佳。近年来,分子靶向治疗研究越来越深入。进一步探究非小细胞肺癌的分子改变及其途径有助于非小细胞肺癌分子靶向治疗的研究。Qiao-Fen Fu等人研究表明,ENO1肺癌组织中高表达。非小细胞肺癌细胞过表达ENO1后,促进糖酵解、增殖、克隆形成、迁移和体外侵袭,并且通过调节糖酵解、细胞周期、上皮间质转化相关基因的表达促进体内肿瘤的形成和转移。相反,下调ENO1后会逆转这些影响。更重要的是,ENO1稳定上调激活PI3K/Akt和FAK/其下游信号通路调节糖酵解途径,细胞周期,和EMT相关基因。因此,ENO1有可能是通过激活PI3K/Akt FAK信号通路及其下游信号调节分子介导肿瘤细胞的糖酵解、增殖、迁移、侵袭及肿瘤形成。另有研究表明,ENO1抗体对非小细胞肺癌患者具有保护作用。而且,ENO1抗体水平与非小细胞肺癌患者的预后价值相关。术后,ENO1抗体水平较高的患者有较低复发风险及更长的生存期。动物模型研究发现,ENO1过表达的小鼠产生特异性调节性T细胞抑制ENO1抗体的生成。ENO1抗体与抗肿瘤的免疫反应有关,有可能成为肺癌术后患者的预后指标。

  2.5.ENO1与结直肠癌

  近年来研究表明,Sox2与多种肿瘤的发生发展有关,并在结肠癌中Sox2高表达,有可能成为判断预后的候选标志物。为了进一步探讨Sox2在大肠癌中通过调节何种下游蛋白来发挥生物作用,对大肠癌SW480细胞进行质谱分析鉴定出Sox2下游调控蛋白S3a及ENO1。在大肠癌细胞中过表达Sox2能下调S3a及上调ENO1表达量,并能促进肿瘤细胞增殖及迁移,而干扰Sox2能上调S3a及下调ENO1表达量,并能抑制肿瘤细胞增殖及迁移。转录因子Sox2可以负向调控S3a及正向调控ENO1表达,并能促进大肠癌细胞的增殖及迁移。除此之外,在FBXW7缺失的HCT116细胞中,ENO1表达增加。FBXW7与ENO1结合,引起泛素介导的ENO1降解。FBXW7通过在转录后水平负向调节ENO1的表达来抑制肿瘤生长。在结直肠癌中,ENO1可能是多种癌基因或抑癌基因相互作用的蛋白网络中心的关键蛋白。

  2.6.ENO1与子宫内膜癌

  子宫内膜癌是世界上最常见的妇科恶性肿瘤,在发达国家女性最常见的恶性肿瘤中排名第四。子宫内膜癌初步诊断时已有28%的患者发生转移,因此提高早期诊断率十分有必要。与正常的子宫内膜组织相比,ENO1在子宫内膜癌组织中高表达,而且ENO1表达水平与患者总的生存期成反比。ENO1不利于子宫内膜癌患者的预后,有可能成为子宫内膜癌预后不良的潜在生物学标志物。下调ENO1表达后P85受到抑制,P85又介导PI3K/Akt信号通路及其下游信号包括糖酵解、细胞周期进程及上皮间质转化相关基因失活,进而抑制细胞糖酵解、增殖、迁移、侵袭、转移和肿瘤形成。在体内及体外实验中均发现,抑制ENO1明显增强子宫内膜癌对顺铂的敏感性。

  2.7.ENO1与肾透明细胞癌

  肾细胞癌(RCC)是最常见的和最致命的成人泌尿系统恶性肿瘤。肾蛋白质组学技术分析,ENO1在肾透明细胞癌中异常表达,并参与肿瘤的进展。ENO1的表达与肿瘤的分级、分期呈负相关,与无病生存率及总生存率呈正相关。ENO1高表达的患者复发率更低。ENO1表达水平低,总的生存率明显缩短。这与先前有关ENO1在肿瘤作用中的研究相反。在MYC基因过表达的小鼠肾细胞癌模型中,谷氨酰胺代谢途径上调,糖酵解途径并未增强。谷氨酰胺代谢抑制剂阻止MYC介导的肾细胞肾癌进一步发展。抑制葡萄糖代谢对肿瘤的生长几乎没有影响。这些结果表明,谷氨酰胺作为肾细胞癌的一个能量来源。我们认为,抑制谷氨酰胺代谢可能成为MYC过度表达相关的肾细胞肾癌的治疗方法。MBP-1是ENO1基因的另一个转录本,它与c-myc P2启动子结合负向调控C-MYC原癌基因的转录。因此,我们推测在肾透明细胞癌中ENO1基因转录翻译合成较多的ENO1,MBP-1合成相对较少,从而对与原癌基因的抑制作用较弱,促进肿瘤的形成和发展。

  2.8.ENO1与头颈部鳞状细胞癌

  头颈部鳞状细胞癌在世界上最常见的癌症中排名第六。全世界每年有500000例新发病例。近年来,随着手术、放疗和化疗的进步,病人的器官保留和生活质量得到很大的提高,但生存率并没有改善。抗癌药物在头颈部鳞状细胞癌仍然发挥这重要作用。目前,对晚期头颈部鳞癌的主要抗癌药物仍然是顺铂,然而部分患者对顺铂无效,甚至耐药。利用蛋白质组学技术分析对顺铂耐药的鳞状细胞癌细胞系和非耐药的鳞状细胞癌细胞系,发现ENO1在两组细胞中差异表达,认为ENO1是顺铂的耐药因子。

  2.9.ENO1与前列腺癌

  MEK5已被证明在前列腺癌中过表达并与不良预后有关。MEK5存在MEK5α和MEK5β两种异构体。MEK5α通过激活其下游分子诱导细胞增殖,而MEK5β的表达与细胞生长有关。我们最近的研究表明,雄激素非依赖性前列腺癌细胞转导重组腺病毒介导的MBP-1后,MBP-1表达降低了内源性MEK5α水平,然而MEK5β表达水平明显增强。在雄激素非依赖性前列腺癌细胞中,MBP-1可以调节MEK5下游信号分子,如激活cyclin D1启动子、NF-κB和MEF2C转录活性。进一步分析表明,MBP-1诱导蛋白酶体介导的MEK5蛋白降解,从而出现独立的泛素化发生。总之,MBP-1通过MEK5信号转导通路,抑制前列腺癌细胞的生长。另有研究表明,ENO1是前列腺基质细胞的活化因子,并且促进前列腺细胞迁移。雌激素不仅能促进ENO1的稳定表达,还能通过雌激素依赖的方式促进ENO1向细胞外基质分泌。分泌的ENO1通过与纤溶酶原结合促进细胞外基质重塑及前列腺癌细胞迁移。

  2.10.ENO1与胰腺癌

  ENO1作为肿瘤相关抗原诱导胰腺癌细胞发生免疫反应。在胰腺癌患者中,ENO1特异性Th17细胞有特殊的抗癌效应,与正常粘膜相比,ENO1特异性Th17细胞在胰腺癌患者中减少。相反,在胰腺癌患者中,ENO1特异性的调节性T细胞增加,并且能抑制相应的效应T细胞体外增殖。除此之外,与高水平ENO1抗原患者相比,低水平ENO1抗原患者生存期更长。ENO1 DNA疫苗注射到小鼠体内,ENO1 DNA疫苗可以诱导小鼠产生抗体、发生细胞免疫和增加生存时间。组织学分析显示疫苗可以减缓肿瘤的进展。接种疫苗的小鼠血清中anti-ENO1免疫球蛋白G水平升高,结合到癌细胞表面诱导补体依赖的细胞毒作用。ENO1 DNA疫苗减少髓源性抑制细胞和调节性T细胞,增加Th1和Th17细胞。进一步研究表明,LPS刺激后,MDSC表面表达的ENO1增加。ENO1单克隆抗体治疗后,抑制MDSC细胞粘附到预活化的内皮细胞,降低MDSC侵入基底膜通过单层内皮细胞的能力及体内外肿瘤的转移,降低精氨酸酶的活性,增加促炎细胞因子(特别是IL-6)的分泌。除此之外,抗ENO1抗体处理MDSC后,T细胞活化,增加IFN-γ和IL-17的分泌,降低IL-10和TGFβ的分泌。总之,ENO1单克隆抗体抑制MDSC深入到肿瘤微环境中,减弱效应T细胞的应答,干扰胰腺癌细胞的纤溶酶原轴系统,强烈抑制细胞的侵袭和转移能力。基于此,ENO1 DNA疫苗有望成为治疗胰腺癌新型有效的方式。

  2.11.ENO1与胃癌

  幽门螺杆菌持续感染增加了胃癌的风险。蛋白质组学方法分析ENO1在CagA阳性幽门螺杆菌感染胃上皮AGS细胞中的表达比cagA基因敲除突变幽门螺杆菌感染胃上皮AGS细胞中的表达高。进一步研究发现,将幽门螺杆菌的致癌蛋白CagA转染到胃黏膜上皮细胞后,Src激酶使CagA发生酪氨酸磷酸化。磷酸化的CagA通过激活MEK/ERK信号通路上调ENO1的表达。其他研究表明,ENO1在胃癌AGS细胞中过表达可提高胃癌AGS细胞增殖和迁移的能力,这表明ENO1可能胃癌的发生发展过程中一个重要的潜在的肿瘤标志物。

栏目分类