LHPP在消化系统肿瘤中的研究进展.pdf
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1、doi:10.3969/j.issn.1006-5709.2023.11.022基金项目:海南省自然科学基金面上项目(818MS145)第一作者简介:林 绪 月,硕 士,住 院 医 师,研 究 方 向:消 化 系 统 疾 病。E-mail:lxy020250 通讯作者:蔡笃雄,副教授,主任医师,硕士生导师,研究方向:消化系统疾病。E-mail:caiduxiongcdx LHPP 在消化系统肿瘤中的研究进展林绪月,蔡笃雄海南医学院第一附属医院消化内科,海南 海口 570102【摘要】消化系统肿瘤(包括胃癌、肝癌、结直肠癌、胰腺癌)的发病率及死亡率均呈逐年上升趋势,癌症的控制仍是临床工作主要的目
2、标。近年来越来越多的研究证据表明,磷酸赖氨酸磷酸组氨酸无机焦磷酸磷酸酶(phospholysine phosphohistidine inorganic pyro-phosphate phosphatase,LHPP)在抑制肿瘤细胞进展中起着重要作用,通过抑制肿瘤细胞的增殖、迁移及侵袭,诱导细胞凋亡等调控肿瘤的发生发展。已有 1 例研究使用 iDPP 质粒输送 LHPP 质粒治疗肿瘤且取得成功。在本综述中,重点介绍 LHPP 在消化系统肿瘤中的生物学功能及重要的机制,为人类癌症的治疗提供理论依据,LHPP 可能会成为癌症治疗的新靶点。【关键词】LHPP;消化道肿瘤;信号通路;研究进展中图分类号
3、:R735文献标识码:A文章编号:1006-5709(2023)11-1311-05收稿日期:2022-10-18Research progress of the role of LHPP in digestive system tumorsLIN Xuyue,CAI DuxiongDepartment of Gastroenterology,the First Affiliated Hospital of Hainan Medical College,Haikou 570102,China【Abstract】The incidence and mortality rate of gastro
4、intestinal tumors(including gastric cancer,liver cancer,color-ectal cancer and pancreatic cancer)are increasing year by year,controlled the cancers remains the main goal of clinical work.In recent years,there has been growing evidence that phospholysine phosphohistidine inorganic pyrophosphate phosp
5、hatase(LHPP)plays an important role in inhibiting tumor cell progression,by inhibiting the proliferation,migra-tion,invasion of tumor cells and induction of cells.One case has been successful in the treatment of tumors using the iDPP plasmid to deliver LHPP plasmids.In this review,the biological fun
6、ction and important mechanism of LHPP in digestive system tumors were introduced,which provided a theoretical basis for the treatment of human cancer,and LHPP may become a new target for cancer treatment.【Key words】LHPP;Gastrointestinal tumors;Signaling pathways;Research progress磷酸赖氨酸磷酸组氨酸无机焦磷酸磷酸酶(p
7、hos-pholysine phosphohistidine inorganic pyrophosphate phos-phatase,LHPP)是组氨酸磷酸酶的一种,其最早是在猪的脑组织中发现的一种蛋白基因,LHPP 从蠕虫到人组织具有高度进化保守性。因磷酸组氨酸中的氨基磷酸酯(P-N)键是热和酸不稳定的,使得磷酸组氨酸(pHis)难以在生物样品中检测到。使得磷酸酶的研究相对较少。pHis 存在于两种异构体中,1-pHis 和3-pHis 组氨酸磷酸1-2,随着最近开发的特异性识别1-pHis 或 3-pHis 的单克隆抗体在很大程度上克服了这一困难。在人体中,蛋白质磷酸化和去磷酸化是一种重
8、要的翻译后修饰,是细胞功能的重要组成部分。在调节癌组织发生发展中起重要作用,其动态平衡破坏将导致许多疾病发生3。2018 年 Hindupur 等4证明 LHPP 确实是一种蛋白质组氨酸磷酸酶,且通过肝细胞癌小鼠模型证明 LHPP 在肝细胞持续的表达减轻了肿瘤负担并延缓了肝功能的丧失。从而印证 LHPP是一种蛋白组氨酸磷酸酶和肿瘤抑制因子,表明去调控的 组 氨 酸 磷 酸 化 是 致 癌 的。此 外,通 过 UCSC(https:/ LHPP 基因在消化道肿瘤样本中的表达数据,测定癌症基因组图谱数据库中消化道肿瘤类型中的人类 LHPP 表达水平,并通过秩和检验评估差异表达。发现 LHPP 在肝
9、癌、结直肠癌、胃癌、胰腺癌中表达水平较正常降低,如图 1 所示。1LHPP 的结构与功能 LHPP 主要存在于细菌、古细菌和真核生物中,在大脑 中 表 现 出 高 水 平 表 达,根 据 人 类 蛋 白 质 图 谱(https:/v19.proteinatlas.org/)显示在脑组织中 LHPP在小 脑 中 含 量 最 高,主 要 存 在 于 细 胞 质 和 细 胞 核中5-6。作 为 卤 酸 脱 卤 酶 样(haloacid dehalogenase,HAD)水解酶超级家族中的一员,与其他典型的小代谢物定向 HAD 水解酶类似,LHPP 附加了一个大的C2a 型帽型结构域,不仅能水解无机焦
10、磷酸盐中的氧磷键,还能在体外水解赖氨酸、磷酸组氨酸和亚氨基二磷酸中的氮磷键。LHPP 广泛分布于人体各个组织,1131胃肠病学和肝病学杂志2023 年 11 月第 32 卷第 11 期Chin J Gastroenterol Hepatol,Nov 2023,Vol.32,No.11注:P0.05,P0.01,P0.001。图 1TCGA 数据库中 LHPP mRNA 在消化道肿瘤组织及正常组织的表达Fig 1Expression of LHPP mRNA in digestive tract tumor tissues and normal tissues in the TCGA datab
11、ase早些年研究表明,LHPP 是 抑郁症和癌 症的危险因素7-10,近期研究表明 LHPP 作为一种抑癌基因,在宫颈癌、口腔癌、肾癌、膀胱癌、甲状腺癌等癌症调节中起重要的作用6,11-14。2LHPP 在消化系统肿瘤的作用2.1LHPP 与胃癌胃癌仍是全球重要肿瘤,发病率排名第五位,死亡率居第四位15,胃癌发生发展过程受多种因素影响。练柠子16构建了稳定 LHPP 有过表达或下调作用的表达细胞株,通过 CCK-8 测定、平板克隆及细胞迁移侵袭实验(Transwell)测定发现过表达 LHPP 使得体外癌细胞株的增殖、迁移及侵袭能力均减弱。通过在裸鼠中建立了过表达 LHPP 或低表达LHPP
12、的小鼠皮下肿瘤模型及对照组小鼠,评估实验组小鼠与对照组小鼠对化疗药物敏感性、肺转移实验,表明过表达 LHPP 的细胞比对照组有极强的药物敏感性,而低表达 LHPP 的细胞与对照组则有极强的耐药性;过表达的 LHPP 能显著降低肺转移的发生率。癌细胞为了满足自身增殖及存活的能量要求,需要有效地协调糖酵解及谷氨酸的分解。Lin 等17研究发现,LHPP 通过乙酰化修饰发挥肿瘤的生物学功能且通过抑制肿瘤细胞的有氧酵解来影响肿瘤细胞的增殖和侵袭,此 外 通 过 研 究 LHPP 的 上 游 调 控 机 制,发 现 其mRNA 水平可能与 N6-甲基腺苷(m6A)甲基化修饰有关,m6A 甲基化是真核 m
13、RNA 最常见的内部化学修饰4,18,甲基转移酶样蛋 白 14(methyltransferase-like 14,METTL14)是一种催化酶,可促进 mRNA 的 m6A修饰19,该 实 验 显 示,随 着 METTL14 的 表 达 敲 低,LHPP 的表达也降低,可推断 LHPP 的 mRNA 稳定性可能受 METTL14 介导的 m6A 甲基化调控。2.2LHPP 与肝癌肝癌在男性死亡率方面排名第二位,是 2020 年全球第最常诊断的癌症中排名第六位15,原 发 性 肝 癌 包 括 肝 细 胞 癌 和 肝 内 胆 管 癌。Hindupur 等4通过雷帕霉素受体(mammalian t
14、arget of rapamycinm,mTOR)驱动的肝细胞癌的小鼠模型发现了组氨酸磷酸化在肝肿瘤发生中的作用,LHPP 的表达在体外抑制细胞增殖并抑制肿瘤形成,维持体内正常的肝功能,表明 LHPP 是肿瘤抑制因子,LHPP 表达降低与肿瘤进展相关,但与 mTOR 活性无关。LHPP在 CB1 和 SNU449 细胞中的表达增加显著减少了细胞增殖,并且在 CB1 细胞中减少了肝球形成。表明 LHPP在肝癌的发生发展中起着不可或缺的作用,通过调节小鼠 AKT 表达水平和活性来抑制肝癌的发生发展。Liao 等20发现,LHPP 限制了肝癌细胞的生长和转移,可能是通过作用于 CCNB1、M2 型丙
15、酮酸激酶(pyru-vate kinase isozyme type M2,PKM2)、MMP7 和 MMP9的表达。EMT 是细胞侵袭和迁移中最重要的部分,也与耐药 性、癌 症 干 性 和 细 胞 凋 亡 高 度 相 关21。Ma等22通过检测过表达 LHPP 细胞系蛋白表达,发现EMT 相关蛋白 E-钙黏着蛋白上调而 N-钙黏着蛋白下调,证实 LHPP 可以通过 EMT 抑制肝癌的转移。也有研究23证实 HPP 在肝内胆管癌中的作用,通过体内及体外实验表明 LHPP 抑制了肝内胆管癌细胞的增殖,通过抑制 EMT 来抑制细胞侵袭。我们知道 TGF-家族是体内诱导 EMT 的重要因素,进一步研
16、究发现低表达的 LHPP 中可激活 TGF-/Smad 通路,正常通路的运转将逆转 LHPP 的生物学功能,这一发现表明,LHPP 通过灭活 TGF-/Smad 信号通路来充当肿瘤抑制因子,表明了 LHPP 的异常表达参与了肝癌的发生发展。2.3LHPP 与胰腺癌胰腺癌早期症状不明显,发现时常常已是晚期,并且是侵袭性最强的恶性肿瘤之一。Wu 等24研究发现,LHPP 在癌组织中的表达低于正常胰腺组织,临床病理学结果显示,LHPP 表达与胰腺癌的分化程度和淋巴转移相关,而与年龄、性别、肿瘤大小、肿瘤位置、神经转移、血管浸润在统计学上无差异。该实验构建 LHPP 组(BxPC-3 细胞和 AsPC
17、-1 细2131胃肠病学和肝病学杂志2023 年 11 月第 32 卷第 11 期Chin J Gastroenterol Hepatol,Nov 2023,Vol.32,No.11胞)和低表达 LHPP 组(shLHPP),通过 Transwell 分析显示 LHPP 组 BxPC-3 和 AsPC-1 细胞的迁移和侵袭受到抑制,而低表达 LHPP 组则呈现相反的结果,结果显示 LHPP 抑制了胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。此外在 LHPP 抑制胰腺癌的发生发展机制中,Wu 等24猜想其通过 PI3K-AKT 信号传导通路起作用,LHPP 组能增强 PTEN 蛋白的表达,降低 Akt 的磷酸
18、化,从而抑制肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭。司贮元25通过实验得出过表达的 LHPP 抑制胰腺癌细胞的增殖、迁移,且过表达 LHPP 慢病毒组的细胞处在细胞分裂期的 S 期及G2/M 期的比例低于转染空载慢病毒组的细胞,低表达 LHPP 慢病毒组则相反,表明 LHPP 的表达影响胰腺癌细胞的有丝分裂,增加 LHPP 表达可抑制胰腺癌细胞的分裂,从而抑制肿瘤细胞。2.4LHPP 与结直肠癌结直肠癌在发病率方面排名第 三 位,但 在 死 亡 率 方 面 排 名 第 二 位17。Hou等26表明与正常结直肠组织相比,LHPP 在结直肠癌的表达大大减少,再次通过 体内 及 体 外 实 验,表 明LHPP 可
19、以通过抑制 PI3K/Akt 信号通路抑制结直肠癌细胞的生长和增殖。进一步研究27表明 LHPP 可以通过下调 cyclin D1/CDK4 表达和上调 p53 表达来介导直肠癌细胞周期,此外 EMT 是一个复杂的过程,LHPP 可以负介导 EMT 相关蛋白并抑制结直肠癌转移,TGF-信号通路与 EMT 高度相关,该实验采用人微阵列和独创性途径分析得出过表达的 LHPP 显然导致 Smad3 蛋 白 的 减 少 和 Smad7 蛋 白 的 显 著 增 加,Smad7 是 TGF-/Smad 信 号 通 路 中 的 负 调 节 因 子,LHPP 可能通过抑制 Smad3 磷酸化和上调 Smad7
20、 表达水平来抑制结直肠癌迁移和浸润。为了进一步证实这个猜想,应用 Smad3 磷酸化抑制剂的特异性抑制剂来处理肿瘤细胞时,LHPP 不能在结直肠癌的进展中发挥作用。这些数据表明,LHPP 确实通过抑制 Smad3磷酸化来抑制 TGF-/Smad 信号通路。化疗和潜在的放射治疗或手术可作为结肠癌的治疗方法,这取决于癌症的不同阶段。化疗虽然可根除肿瘤细胞,但其不良反应非常大,所以我们迫切寻找一种新的治疗肿瘤的方案。因紫嘌呤蒽醌类化合物具有自噬、异常细胞代谢、抗侵袭和转移等抗癌作用28-31,对人体不良反应比化疗轻得多,所以 Li 等32猜想紫嘌呤与 LHPP是否抑制的结肠癌细胞生长。细胞凋亡是真核
21、细胞的一种保护机制,细胞凋亡基因(Bax)、细胞凋亡蛋白酶(caspase)的促凋亡介质执行凋亡过程,通过实验得出,紫嘌呤通过触发 Bax、caspase-3 和 caspase-9 的表达,增强 LHPP 的表达并诱导结肠癌细胞凋亡。3讨论 LHPP 作为新的一种抑癌基因,尽管许多研究已经记录了 LHPP 在多种癌症肿瘤发生中的关键作用,但其在肿瘤中的作用机制尚未完全清楚。Akt 信号通路在肿瘤的发生发展中起至关重要的作用,可通过糖代谢33、抑制凋亡因子34-36、调控自噬信号通路37-38及调控肿瘤微环境38-40来促进肿瘤细胞的增殖及抑制肿 瘤 细 胞 凋 亡。在 胃 肠 道 肿 瘤 中
22、,有 研 究 表 明LHPP 在胃癌16-17、肝癌4、结肠癌32,41、胰腺癌24通过 Akt 磷酸化起调控作用(见图 2)。图 2LHPP 在消化道肿瘤的分子机制Fig 2Molecular mechanism of LHPP in gastrointestinal tumors除此之外,TGF-信号通路也是肿瘤常见通路,在健康细胞和早期癌细胞中,其通路起到抑制肿瘤的功能,而在晚期的癌细胞,则起到促进作用42。TGF-信号通路中最常见的是 TGF-/Smad 信号通路,研究表明 LHPP 通过该机制调控肝癌23及结肠癌27的进展。肿瘤的信号传导通路多种多样、错综复杂,LHPP3131胃肠病
23、学和肝病学杂志2023 年 11 月第 32 卷第 11 期Chin J Gastroenterol Hepatol,Nov 2023,Vol.32,No.11抑制肿瘤进展的机制尚未得到深入研究。有研究43通过构建 iDPP/LHPP 纳米复合物,利用 iDPP 纳米颗粒递送 LHPP 质粒用于治疗黑色素瘤,在体内及体外的实验研究中,iDPP/LHPP 纳米复合物显著抑制肿瘤生长,未引起明显的不良反应,但其毒性及不可预料的不良反应仍不可确定。这表明 LHPP 的抑癌作用仍然成为癌症治疗的一个有效靶点,其对肿瘤的治疗作用仍值得进一步探索。参考文献1 Fuhs SR,Meisenhelder J,
24、Aslanian A,et al.Monoclonal 1-and 3-phosphohistidine antibodies:new tools to study histidine phosphoryla-tion J.Cell,2015,162(1):198-210.DOI:10.1016/j.cell.2015.05.046.2 Kee JM,Villani B,Carpenter LR,et al.Development of stable phos-phohistidine analogues J.J Am Chem Soc,2010,132(41):14327-14329.DOI
25、:10.1021/ja104393t.3 Stebbing J,Lit LC,Zhang H,et al.The regulatory roles of phosphata-ses in cancer J.Oncogene,2014,33(8):939-953.DOI:10.1038/onc.2013.80.4 Hindupur SK,Colombi M,Fuhs SR,et al.The protein histidine phos-phatase LHPP is a tumour suppressor J.Nature,2018,555(7698):678-682.DOI:10.1038/
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