鳥氨酸脫羧酶與女性常見惡性腫瘤

占景瓊，佐滿珍，王艷林

(三峽大學醫學院三峽大學分子生物學研究所，湖北 宜昌 443002)

·綜 述·

鳥氨酸脫羧酶與女性常見惡性腫瘤

占景瓊，佐滿珍，王艷林

(三峽大學醫學院三峽大學分子生物學研究所，湖北 宜昌 443002)

鳥氨酸脫羧酶(Ornithine decarboxylase，ODC)是調控細胞內多胺生物合成的限速酶，參與胚胎發育、細胞周期、細胞增殖分化等重要的生理過程，同時也是腫瘤細胞的快速增殖所必須，是目前研究較多的抗腫瘤治療的潛在分子靶點之一。本文簡要綜述ODC與女性常見惡性腫瘤關系的研究進展。

鳥氨酸脫羧酶；多胺代謝；女性惡性腫瘤

多胺，包括腐胺(Putrescine，Put)，精脒(Spermidine，Spd)及精胺(Spermine，Spm)，它是一類帶正電的烷基類小分子化合物，普遍存在于原核細胞和真核細胞中，參與胚胎發育、細胞增殖和分化以及細胞凋亡等一系列重要的生理過程。近期研究發現，多胺也為腫瘤細胞的快速增殖所必須，在一系列腫瘤，包括大腸癌、胃癌、肺癌、乳腺癌等惡性程度較高的腫瘤中均可見多胺含量顯著性升高[1-4]。由此多胺代謝途徑已經成為抗腫瘤治療的新靶點。鳥氨酸脫羧酶(Ornithine decarboxylase，ODC，EC4.1.1.17)是細胞內多胺生物合成的限速酶，在調控細胞內多胺含量中發揮重要作用，該酶的表達異常與腫瘤的發生與發展密切相關。本文簡要綜述ODC的表達水平與幾種女性常見惡性腫瘤相關性的研究進展。

1 ODC的生物學特性

ODC是一種磷酸吡哆醛依賴性酶，廣泛存在于動物組織細胞中，主要分布在細胞漿內，約占細胞可溶性蛋白質的0.016%。ODC的活性形式是由分子量為51 kD的兩個ODC亞基組成的同源二聚體，具酶活性的ODC同二聚體與無酶活性的ODC亞基之間處于快速的動態平衡。ODC催化鳥氨酸脫羧生成腐胺，隨后腐胺在精脒合成酶和精胺合成酶的作用下依次生成精脒和精胺，這一過程需要S-腺苷甲硫氨酸獲得氨基丙基。人類ODC基因含有兩個基因拷貝，各自定位于不同的染色體。ODC1位于染色體2p25，是主要的功能基因，具有轉錄活性；而ODC2位于7q31～qter，為不具備轉錄功能的偽基因，無明確功能[5-8]。

ODC極不穩定，半衰期僅10～20 min，其降解與細胞內一種稱之為ODC抗酶(ODC antizyme，OAZ)的細胞因子密切相關。OAZ能高親和性結合ODC亞基并與之形成異源二聚體，這將阻斷ODC同源二聚體形成，由此抑制ODC的活性。OAZ與ODC結合將改變ODC亞基的分子構象，暴露出ODC亞基C末端降解信號，促使ODC亞基以非泛素化形式被26S蛋白酶體降解。OAZ自身的表達又受細胞內多胺水平的調控。高多胺含量能誘導OAZ mRNA以一種特殊的+1移碼翻譯的方式合成功能性全長OAZ蛋白。而在胞內多胺水平降低時，OAZ以傳統的方式翻譯，此時僅合成截短而無功能的OAZ(含N端68個氨基酸)[9-10]。上述OAZ翻譯調控模式奠定了細胞內多胺反饋性ODC活性的分子調節基礎。

2 ODC與幾種常見的女性惡性腫瘤

2.1 ODC與乳腺癌 乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，其發病率在婦女群體中僅次于子宮癌。它的發病常與遺傳有關，40～60歲之間絕經期前后的婦女發病率較高。

早在1996年Manni等[11]就發現，ODC在乳腺癌組織中高表達，其活性水平與乳腺癌患者無病生存率高度負相關。高ODC活性的乳腺癌患者其治療后腫瘤復發至死亡的時間也顯著性縮短。提示，OD高表達所致的多胺含量增加可能是乳腺癌發生、發展的一個重要因素。

Deng等[12]的研究也證實，乳腺癌組織和細胞中的ODC表達水平顯著性高于正常對照乳腺癌組織和細胞，且ODC mRNA水平與腫瘤發生正相關。該研究組進一步分析發現，高ODC活性通過上調細胞周期蛋白cyclinD1而促進癌細胞增殖。將攜帶反義ODC的重組腺病毒(rAd-ODC/Ex3as)轉染到乳腺癌細胞后，反義ODC在細胞內抑制ODC表達的同時，還顯著性下調cyclinD1的表達水平、阻遏細胞克隆形成和細胞遷徙轉移、抑制細胞增殖并將細胞阻滯在G0～G1期。

在雌激素受體α(ERα)陽性的MCF-7乳腺癌細胞系中，雌二醇能夠在mRNA和酶活性水平上調ODC表達。用ODC抑制劑DFMO能顯著降低細胞內多胺水平并抑制細胞增殖，而在細胞培養液中補充多胺，特別是精瞇，可逆轉DFMO對細胞增殖的抑制性，提示雌激素通過上調ODC表達并升高細胞內多胺水平可能是乳腺癌發生的重要原因[13]。Huang等[14]研究發現，在ERα陽性的乳腺癌細胞中，寡聚多胺(一種新型抗腫瘤多胺類似物)能特異性地在mRNA和蛋白水平上顯著下調ERα的表達水平，但對ERβ和其他固醇類激素受體卻無明顯影響。該研究組將由巨細胞病毒啟動子驅動的ERα基因穩定轉染ERα陰性的MDA-MB-231人乳腺癌細胞株后，再用寡聚多胺處理細胞，結果發現該多胺類似物對巨細胞病毒啟動子驅動的ERα基因表達并無影響，提示寡聚多胺對ERα表達的影響主要在轉錄水平，而不在mRNA翻譯和蛋白穩定水平。進一步研究發現，寡聚多胺能顯著性抑制轉錄活性因子SP1家族成員與ERα啟動子的結合能力。DNA免疫共沉淀和質譜聯用分析發現，轉錄輔助因子ZBTB7A、MeCP2、PARP-1、AP2和MAZ等通過與SP1家族成員相互結合而促進后者結合到ERa啟動子上[15]。

鑒于ODC高表達與乳腺癌發生與發展密切相關，靶向抑制ODC活性有望成為抗乳腺癌治療的新途徑。DFMO是ODC不可逆抑制劑，它具有與鳥氨酸類似的分子結構。ODC在催化DFMO發生脫羧反應的同時，自身也修飾而導致不可逆的結構改變和活性喪失。雖然早在1987年就證實，DFMO能夠有效抑制腫瘤細胞生長，但由于其有效劑量高和毒副作用大，限制了其在腫瘤臨床中的應用[16-17]。探索新的、高效低毒的ODC抑制劑，將具有重要的意義和臨床應用前景。近來，Shin等[18]依據ODC底物鳥氨酸的分子結構合成出一種新的ODC抑制劑AHPA [(2-animo-5-(Hydroxyimino)Pentanoic acid]，在細胞水平上的對比分析發現，與DFMO相比，AHPA能夠更有效地抑制ODC活性和更明顯的抑制人MCF-7乳腺癌細胞增殖。

2.2 ODC與女性生殖道腫瘤 宮頸癌是最常見的婦科腫瘤，近年來其發病率有年輕化的趨勢。近幾十年宮頸細胞學篩查的普遍應用，使宮頸癌和癌前病變得以早期發現，其死亡率已有明顯下降。高危型HPV感染是宮頸癌最常見的誘因，99.7%的宮頸癌細胞中HPV DNA陽性[19]。然而，單純的HPV并不能誘發疾病。大多數攜帶HPV陽性的婦女宮頸未表現出異常，僅僅小部分可導致宮頸癌的發生，提示除HPV感染外，還需有其他致病因素存在方能誘導宮頸癌發生。

研究發現，多胺代謝異常與宮頸癌發生關系密切，其中ODC過表達所致的高多胺水平能促進宮頸癌的發生發展。Wang等[20]通過HPLC-MS檢測了正常小鼠和宮頸癌模型小鼠體內的多胺含量，結果發現宮頸癌模型小鼠血液與尿液中多胺含量明顯高于正常組，提示多胺水平能夠用作為宮頸癌早期診斷的標志。Zou等[21]在細胞水平上的研究發現，ODC抑制劑DFMO能有效抑制單層細胞和半固體培養宮頸癌細胞的增殖并誘導其發生細胞凋亡。

所有HPV基因組均編碼E2蛋白，作為一種轉錄調控因子，E2蛋白通過調控病毒基因的表達而在HPV生命周期及其致癌作用中取關鍵性作用。E2上述功能的發揮還需要與細胞內相關蛋白因子相互作用，通過后者的輔助而完成。Boner等[22]通過酵母雙雜交分析發現，能與E2結合的蛋白因子之一為ODC抑制因子OAZ，提示感染HPV的宮頸癌細胞內，E2蛋白的高表達有可能通過結合OAZ而解除其對ODC的抑制，由此上調ODC活性和加快瘤細胞內的多胺合成。

卵巢癌是女性生殖道腫瘤中病死率最高的疾病，目前采用徹底的手術治療和輔助放化療，其晚期患者五年生存率始終在20%以下。

已經有研究證實ODC活性增高與卵巢癌的發生、發展密切相關。在卵巢腫瘤組織中ODC基因表達水平增高，并與腫瘤分期及組織學分級顯著性正相關。丁翔等[23]利用RT-PCR方法檢測40例卵巢癌組織、15例癌旁正常卵巢組織，15例卵巢良性腫瘤中ODC基因的表達，他們同樣發現ODC基因在腫瘤組織中的表達水平顯著性高于癌旁正常卵巢組織，且ODC表達水平隨卵巢癌惡性程度增加而逐漸增高。

3 結語

綜上所述，ODC表達異常是女性常見惡性腫瘤的重要特征，其過度表達與腫瘤發生與發展密切相關。對ODC與腫瘤關系的進一步深入研究，將為女性常見惡性腫瘤的臨床診斷和預后提供新的手段，為上述腫瘤的臨床靶向治療提供新的分子靶點。

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Ornithine decarboxylase and common female malignant tumors.

ZHAN Jing-qiong,ZUO Man-zhen,WANG Yan-lin.
Institute of Molecular Biology,the Medical College of Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,CHINA

Ornithine decarboxylase(ODC)is the first rate-limiting enzyme in regulating intracellular polyamine biosynthesis and is involved in many important physiological functions including embryonic development,cell cycle,cell proliferation and differentiation.In the same time,ODC is also needed by tumor cells for their rapid proliferation.Currently,it has been regarded as a potential molecular target for anti-tumor therapy.This article briefly reviews the research progress in the relationship between ODC and several common female malignant tumors.

Ornithine decarboxylase;Polyamine metabolism;Female malignant tumor

R737.3

A

1003—6350（2015）02—0211—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.02.0074

2014-07-23)

國家自然科學基金(編號：81372265)

王艷林。E-mail:fzswangyl@ctgu.edu.cn