SREBPs及其在肝細胞癌中的作用機制研究進展

陳雨恒,呂 凌

(南京醫科大學第一附屬醫院 肝膽中心,江蘇 南京210029)

肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)在全球原發性肝癌中占比超過80%,給健康帶來沉重的負擔,被認為是全球癌癥相關死亡的第四大常見原因[1]。肝癌病例數量的不斷增加不僅與人口老齡化相關,在過去20年中,與肥胖相關的脂肪性肝病的逐漸增加也加劇了肝癌病例總數的增長。值得注意的是,快速上升的非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)和非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)已經使代謝紊亂成為肝細胞癌發生及進展的主要風險因素。全球原發性肝癌相關死亡人數不斷增加,主要原因是NAFLD相關HCC死亡人數每年增加1.4%[2]。細胞漿內甘油三酯的蓄積稱為脂肪變或脂肪變性。肝細胞脂肪變性的相關脂毒性、氧化應激、代謝性炎癥、腸道菌群紊亂和免疫監控功能受損、膽汁酸異常等都可誘導肝細胞發生癌變。因此,肝細胞癌相關脂質代謝重編程吸引了越來越多的學者的注意。脂質代謝重編程是腫瘤進展的一個重要特征。癌細胞需要高水平的脂質合成和攝取,不僅用來支持它們的持續復制、入侵、轉移和存活,還參與生物膜和信號分子的形成。甾醇調節元件結合蛋白(Sterol regulatory element-binding proteins,SREBPs)是一類轉錄因子,控制脂質代謝以及脂質合成和攝取的重要基因的表達,被證明參與多種惡性腫瘤的脂質代謝重編程。有學者發現,SREBPs在多種惡性腫瘤中均呈高表達,高表達的SREBPs可通過調控下游信號通路介導腫瘤的增殖、凋亡、內質網應激和上皮間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)等[3-4]?，F將SREBPs及其在HCC發生及進展中的作用機制研究進展綜述如下。

1 SREBPs

SREBPs是一類與脂質穩態有關的膜結合型轉錄因子家族,激活編碼膽固醇、不飽和脂肪酸、甘油三酯和磷脂合成所需酶的基因。SREBPs由兩個不同基因編碼的3個亞型組成,分別是SREBP-1a、-1c和-2。SREBP-1a和SREBP-1c源自甾體調節元件結合轉錄因子(SREBF)1基因的不同啟動子,而SREBP-2則來自SREBF-2基因。

1.1 SREBPs的結構

SREBPs是一類堿性-螺旋-環-螺旋-亮氨酸拉鏈(basic-helix-loop-helix-leucine zipper,bHLH-LZ)轉錄因子,它們以非活性前體形式合成,并與內質網膜結合。每個前體分為三個結構域:(1)一個N-末端結構域,包含轉錄活性結構域、富含絲氨酸和脯氨酸的區域以及DNA結合和二聚化的bHLH-LZ結構域;(2)兩個疏水性跨膜片段,伸向內質網腔;(3)一個C-末端結構域[5]。這些結構特征使得SREBPs能夠感知和響應細胞內脂質水平,以調節脂質合成和代謝,進而維持脂質穩態。

1.2 SREBPs不同亞型的區別

SREBPs不同亞型在基因組上位置的不同。SREBP-1a和SREBP-1c都是由人類染色體17p11.2上的同一個基因編碼的,通過不同的轉錄起始位點,轉錄為不同的外顯子形式,分別稱為-1a和-1c。它們的第一個外顯子不同,該外顯子編碼一部分酸性活化結構域。SREBP-1a具有較長的活化結構域,含有12個帶負電的氨基酸,而SREBP-1c只有6個帶負電的氨基酸。SREBP-2是由人類染色體22q13上的一個基因編碼的。

SREBPs不同亞型的轉錄活性存在差異。有研究發現,因為蓄積了大量甘油三酯和膽固醇,SREBP-1a轉基因小鼠的肝臟顯著增大。相比之下,SREBP-1c轉基因小鼠的肝臟只略微增大,只有輕度增加的甘油三酯,沒有膽固醇增加。低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)受體和幾種膽固醇合成酶的信使RNA(messenger ribonucleicacid,mRNA)在SREBP-1a轉基因小鼠中升高,而在SREBP-1c轉基因小鼠中沒有升高。脂肪酸合酶和乙酰輔酶A羧化酶的mRNA在SREBP-1a轉基因小鼠中分別升高了9倍和16倍,但在SREBP-1c轉基因小鼠動物中只分別升高了2倍和4倍。研究人員用轉染細胞進行實驗也證實,相較于SREBP-1a,SREBP-1c在轉錄激活方面要弱得多。因此,SREBP-1a是更強的轉錄激活因子,而SREBP-1c可能在細胞需要較低速度的膽固醇和脂肪酸代謝基因的轉錄時產生[6]。

SREBPs不同亞型的功能有所區別。SREBP-1a是所有SREBPs響應基因的強效激活劑,包括介導膽固醇、脂肪酸和甘油三酯基因的轉錄。相比之下,SREBP-1c和SREBP-2的作用范圍較SREBP-1a更為有限。SREBP-1c更偏向于增強脂肪酸合成所需的基因的轉錄,而不是膽固醇合成,其在脂質合成器官(如肝臟)中,對脂肪酸和甘油三酯(triglyceride,TG)的合成促進作用在營養調控中發揮主要作用。與SREBP-1a類似,SREBP-2具有較長的轉錄激活域,但它更傾向于激活膽固醇合成[6]。

1.3 SREBPs的激活及其影響因素

SREBPs是膜結合型轉錄因子,當它們在內質網(endoplasmic reticulum,ER)膜上合成后, SREBPs的C-末端結構域與SREBP剪切激活蛋白(SREBP cleavage-activating protein,SCAP)結合形成復合物,SCAP是一種多段膜蛋白,含有固醇感知結構域。SREBPs-SCAP復合物與胰島素誘導基因1(insulin-induced gene 1,INSIG1)蛋白及胰島素誘導基因2(insulin-induced gene 2,INSIG2)蛋白通過SCAP相互作用而被錨定在內質網中。在低甾體水平下,INSIGs會被E3連接酶泛素化并快速降解,隨后SCAP將SREBPs引導到高爾基體,在這里SREBPs由兩種膜結合蛋白酶加工。SREBP的ER腔環首先由一種絲氨酸蛋白酶-site-1蛋白酶(site-1 protease,S1P) 裁剪,隨后由一種Zn2+金屬蛋白酶-site-2蛋白酶(site-2 protease,S2P)進行進一步裁剪,生成具有轉錄活性的N-末端結構域并釋放到細胞質中,這些結構域通過Importin β介導進入細胞核。而當細胞內膽固醇和氧化膽固醇水平較高時,SCAP通過其膜固醇感知結構域介導的構象變化,INSIGs變得穩定并與SREBPs-SCAP穩定結合,形成復合物保留在內質網膜中[7]。

SREBPs激活還受到除了膽固醇水平外的其他多種因素的影響。胰島素通過其3'-非翻譯區域提高INSIG2a mRNA的降解速度,INSIG2a的耗竭促進了SCAP-SREBP-1c復合物與COPII囊泡的結合,隨后遷移到高爾基體被加工后釋放活性物質[8]。有研究描繪了一條路徑,即表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)信號通過增加葡萄糖攝取,促進了SCAP的N-糖基化,糖基化穩定了SCAP,減少其與INSIG1的結合,允許SCAP-SREBPs復合體移動到高爾基體,從而激活SREBPs的蛋白質加工[9]。

在某些情況下,多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)可以阻止SREBPs的加工從而抑制其激活。有研究通過轉染編碼已知剪切位點被破壞的突變體的cDNA來檢查SREBP-1和SREBP-2的蛋白質分解過程。在培養細胞中,突變體的SREBP-2蛋白質分解完全消除,而SREBP-1c突變體以及野生型在培養細胞和小鼠肝臟中的核提取物中顯示大量的裂解產物。突變體SREBP-1c的激活在去脂條件下被誘導,并且能夠被二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)抑制,這一現象與SCAP和INSIG1無關[10]。

此外,一些激酶,如AKT、絲氨酸/蘇氨酸激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase,MAPK)、PAS激酶(proline-alanine-serine kinase,PASK)和AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)等,也涉及到SREBPs激活的調控,對SREBPs成熟和穩定性具有影響。例如PASK在培養細胞以及小鼠和大鼠肝臟中對SREBP-1c的蛋白質成熟是必需的。AKT相關通路可以通過抑制脂肪酸合酶的去泛素化,破壞SREBP-1和SREBP-2降解復合物[11]。MAPK家族成員外界信號調控激酶(Extracellular Signal-Regulated Kinase,ERK)的激活能夠抑制SREBP-2的活化[12]。泛素連接酶E2O(Ubiquitin-conjugating enzyme E2O,UBE2O)、生物鐘基因PER1(period circadian regulator 1)、羅漢果醇等分子均可以調控AMPK的磷酸化水平來影響SREBP-1的激活[13-15]。同時,AMPK被確定為INSIG1的上游調控因子,AMPK與INSIG相互作用并對其進行磷酸化來抑制其與E3泛素連接酶gp78的相互作用,從而抑制其泛素化和降解,增加其穩定性最終抑制了SREBP-1的裁剪和處理。

2 SREBPs相關通路在HCC發生及進展中的作用機制

2.1 激酶相關通路

2.1.1AMPK AMPK是一種重要的監測系統,存在于幾乎所有真核生物中,在細胞內起著重要的能量代謝調控作用。AMPK是一個異源三聚體蛋白,由α、β、γ三個亞基構成[16]。它可以感應細胞內的腺苷單磷酸(adenosine monophosphate,AMP)和腺苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)水平的變化。其主要功能包括能量調控、抑制脂質合成、調節細胞自噬及蛋白合成。能量平衡的失調被認為是多種人類疾病,如2型糖尿病、肥胖和癌癥等的重要因素。因此,AMPK在維持能量平衡中的中心作用使其成為預防及治療代謝性疾病和癌癥等疾病的藥物研究的吸引人的靶點[17]。

近年的研究表明,AMPK在HCC中是一個關鍵分子。UBE2O參與泛素-蛋白質酶體系統,該系統負責降解和調控細胞內蛋白質的轉化率。當UBE2O在HCC中過度表達時,其對AMPK的抑制導致了磷酸化的哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of Rapamycin,mTOR)、MYC、Cyclin D1、缺氧誘導因子1α(Hypoxia-inducible factor 1α,HIF1α)和SREBP-1表達水平上升,進而影響肝癌細胞的增殖和遷移[13]。生物鐘基因PER1對肝癌的調節作用也與AMPK/SREBP-1信號通路緊密相關,該通路參與脂質合成,從而對肝癌細胞的生物學特性產生影響,具體表現為促進肝癌細胞的增殖、集落生成、遷移和侵襲。西黃丸則可以通過抑制這一通路來發揮其抗癌作用[14]。此外,天然化合物羅漢果醇可以通過激活AMPK,有效降低SREBP-1c的蛋白水平,進而對肝癌細胞的脂質代謝產生調控作用[15]。在某些實驗條件下,如高脂飲食與二乙基亞硝胺處理的大鼠模型中,AMPK的激活同樣顯現出對SREBP-1c的抑制作用,降低了大鼠H4IIE細胞的脂質合成[18]。

Ferroptosis(鐵死亡)是一種以鐵依賴性細胞死亡為特征的新型細胞死亡方式,其特點在形態學、遺傳學和生物化學上與其他眾所周知的細胞死亡方式不同。近年來,鐵死亡在腫瘤領域引起了廣泛的關注[19]。研究表明,乳酸可以抑制AMPK的活性,并通過SREBP-1的上調增強肝癌細胞對鐵死亡的耐受性[20]。這些研究均強調了AMPK/SREBPs相關通路在肝癌的代謝調控中的重要地位,以及其作為潛在的治療靶點的重要性。

2.1.2AKT 磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/AKT信號傳導途徑是細胞中一個關鍵的信號轉導網絡,它涉及多種生物過程,如生長、代謝、生存和增殖。PI3K可以將細胞膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(phosphatidylinositol 2-phosphate,PI2P)轉化為磷脂酰肌醇三磷酸(Phosphatidylinositol 3-phosphate,PI3P)。AKT是PI3K信號通路中的一個關鍵效應器蛋白。PIP3作為一個二級信使,能夠招募并激活AKT,AKT 的激活導致了多個下游靶點的磷酸化,進而導致一系列的信號傳導事件。例如AKT可以抑制p53和BCL-2家族蛋白,抑制細胞凋亡。AKT還可以激活mTOR,從而刺激細胞生長和蛋白質合成。激活的AKT通常被認為是多種疾病,包括癌癥、糖尿病和心血管疾病等的關鍵因素。PI3K/AKT信號途徑在多種人類癌癥中被發現異常激活[21],這使它成為許多抗癌療法的目標[22]。

在HCC中,AKT信號途徑在調節細胞脂質代謝和增殖中起到了關鍵作用。有研究表明,AKT/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物1(mammalian target of Rapamycin complex 1,mTORC1)/核糖體蛋白S6途徑可以通過抑制脂肪酸合酶的去泛素化、破壞SREBP-1和SREBP-2降解復合物等方式促進脂質合成,進而推動HCC細胞的增殖和存活[11]。肝細胞特異性敲除甲?；D移酶環化脫氨酶(formimidoyltransferase cyclodeaminase,FTCD)會導致蛋白酪氨酸磷酸酶(phosphatase and tensin homolog,PTEN)/Akt/mTOR信號通路的活化,進而提高SREBP-2的表達,導致脂質積累和肝癌的發生[23]。油酸誘導的肝癌細胞脂肪變性模型表明,肝癌細胞的脂質積累與AKT/SREBP-1c/脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,FASN)信號通路有關,并且這一過程可以通過尿石素A被抑制[24]。抑癌基因CC3(Cell Cycle 3)在HCC細胞中通過Akt/mTOR通路調控SREBP-1,影響脂質合成和細胞生長[25]。此外,活化的AKT能夠磷酸化葡萄糖異生的限速酶磷酸脫羧酶1(phosphoenolpyruvate carboxykinase 1,PCK1),并與INSIG1和INSIG2結合,進而激活脂質合成相關基因,促進肝癌細胞增殖和腫瘤發展[26]。這些發現揭示了AKT在HCC中的作用機制,并為未來肝癌治療提供了潛在的靶向策略。

2.1.3MAPK MAPK信號通路是一種重要的細胞信號傳導通路,參與調控多種生物學過程。MAPK家族有幾個不同的成員,其中包括:ERK、JNK(c-Jun N-terminal Kinase)和p38 MAPK。不同的MAPK成員在不同的細胞過程中發揮作用,如ERK在細胞生長和分化中發揮關鍵作用,JNK和p38 MAPK在炎癥、應激和細胞凋亡中發揮關鍵作用。這個通路的異常激活或失活與多種疾病有關,包括癌癥、炎癥性疾病、神經系統疾病等[27]。

SLP2(Stomatin-like Protein 2)與JNK2之間的相互作用在HCC中發揮著重要作用。這種相互作用可以穩定JNK2蛋白,導致SREBP-1的活性升高,進而刺激新脂肪合成,促進HCC的發展[28]。另外,馬普替林(Matrine)是一種自然產物,它通過結合細胞視黃酸結合蛋白1(CRABP1)并抑制ERK信號通路,減少了SREBP-2的磷酸化,從而抑制HCC細胞的增殖和轉移[12]。這些發現為理解HCC的發病機制以及潛在治療策略提供了重要線索。

2.2 其他

2.2.1乙肝病毒 乙肝病毒(Hepatitis B Virus,HBV)與肝癌之間存在密切的關聯,慢性乙肝感染是肝癌的主要危險因素之一,并且乙肝病毒感染也是全球肝癌的主要原因之一。有研究表明HBV編碼的x蛋白(HBx)對肝癌細胞脂質代謝和增殖具有調節作用。HBx顯著增加了脂質代謝的重要調節因子CCAAT/增強子結合蛋白α(C/EBPα)和SREBP-1的蛋白水平以及HepG2細胞內的脂滴堆積,進而顯著促進了肝癌細胞的增殖[29]。肝臟X受體(LXRα)在肝硬化組織中的表達普遍較高,而在原發性肝癌組織中表達較低。HBx 可以通過調節 LXRα的轉錄活性,影響其下游的靶基因 SREBP-1[30]。

2.2.2非編碼RNA 非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)是一類RNA分子,與傳統編碼蛋白質的RNA(mRNA)不同,它們并不編碼蛋白質,而在細胞內執行多種重要生物學功能。這些ncRNA可以分為不同的亞類,其中兩個主要亞類是長鏈非編碼RNA(lncRNA)和短鏈非編碼RNA。非編碼RNA在細胞過程中扮演著重要角色,如基因表達調控、細胞信號傳導、RNA穩定性、翻譯和染色體結構的維護。它們也在包括癌癥在內的許多疾病中發揮關鍵作用。ZHX2(Zinc fingers and homeoboxes 2)是一種已知的抑癌轉錄因子,對HCC的發展具有抑制作用。其機制之一是通過促進miR-24-3p的表達,抑制SREBP-1c并減少肝癌細胞脂質合成,從而減緩HCC進展[31]。此外,lncRNAs在肝癌中也扮演著關鍵的調控角色。研究者通過芯片技術發現SNHG3(Small Nucleolar RNA Host Gene 3)在HCC中的表達升高,抑制SNHG3導致肝癌細胞中脂質含量和SREBP-1c表達降低[32]。

2.2.3中藥 傳統中藥以其多樣性的成分和多效性的治療機制,對緩解癌癥癥狀和提高生活質量起到積極作用。中藥配合手術、化療和放療可以減輕副作用,提高療效。五葉地黃植物的主要成分五葉地黃皂苷(Gyp)已經被證明可以抑制Huh-7和Hep3B細胞的增殖和遷移、誘導HCC細胞的凋亡。其分子機制為Gyp通過抑制3-羥基-3-甲基戊二酸合成酶1(3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-CoA Synthase 1,HMGCS1)的轉錄因子SREBP-2,阻止了甲酮酸通路介導的膽固醇合成。這一作用有助于控制異常的膽固醇代謝。這意味著靶向SREBP-2/HMGCS1軸可能成為一種有效的HCC治療策略[33]。目前中藥研究仍在進行中,需要更多臨床試驗和科學驗證,以明確其在腫瘤治療中的確切作用機制,為癌癥患者提供更多選擇。

3 小結和展望

SREBPs在肝細胞的脂質代謝中起到關鍵作用,正常的脂質代謝對細胞增殖和生存是至關重要的。當SREBPs的調控失衡,可能會導致肝細胞中的脂質積累,為HCC的發生創造條件。SREBPs與HCC之間的關系涉及多個通路,其中激酶相關通路如AMPK、AKT和MAPK等發揮著關鍵作用。這些研究突顯了SREBPs介導的代謝重編程在HCC發生和進展中的重要作用。為未來研究和治療提供了重要線索。深入理解這些通路的機制將有助于開發新的治療策略,可能為肝癌患者提供更有效的治療選擇。