Cancer Lett 综述 | 彭章晓等阐述磷脂酶A2在癌症中的作用与功能

责编 | 十一月

磷脂酶A2 (Phospholipase A2 enzymes, PLA2s) 是一类催化磷脂sn-2位酰基水解的酶超家族，是内源性花生四烯酸、溶血卵磷脂等炎性介质形成限速酶，广泛参与急、慢性炎症过程以及癌变。根据结构、功能及分布的不同，这个超家族被分为6个亚家族，即：胞质型 (cytosolic PLA2, cPLA2)、非钙离子依赖型(calcium-independent PLA2, iPLA2)、分泌型(secreted PLA2sPLA2)、溶酶体型(lysosomal PLA2, LPLA2)、脂肪特异型(adipose specific PLA2, AdPLA2) 以及血小板活化因子-酰基水解酶(platelet activating factor-acyl hydrolase, PAF-AH)。

2011年，Dennis 等对PLA2的物理结构、生理功能、疾病影响、化学抑制和治疗干预等方面在Chemical Reviews上做了长篇综述。此后数十年，相关的研究领域又有了许多新的进展和发现，2020年10月17日，海军军医大学附属东方肝胆外科医院/国家肝癌科学中心苏长青研究员/彭章晓助理研究员应邀在Cancer Letters 杂志上发表题为：Phospholipase A2 superfamily in cancer 的综述文章。

该文章系统地总结了(1) PLA2在癌变及癌症进展中的作用；(2) PLA2介导肿瘤细胞与微环境中内皮细胞的信号转导机制；(3) PLA2介导肿瘤磷脂代谢重塑的机制；(4) PLA2作为癌症诊断、预后标志物以及治疗靶标。

1. PLA2在癌变及癌症进展中的作用

PLA2水解甘油磷脂(GPLs) sn-2位酰基，释放溶血磷脂(LPLs) 和多不饱和脂肪酸(PUFA)，花生四烯酸(AA) 和二十碳五烯酸(EPA)是体内重要的多不饱和脂肪酸，可以在脂氧合酶(LOXs)、环氧合酶(COXs)以及细胞色素P450(CYP450)的催化下，生成不同的类二十烷酸, 如：前列腺素(PGs)、白三烯(LTs)、凝血素(TXs) 、环氧-二十碳三烯酸(EETs) 等。此外，LPLs 在溶血磷脂酶D (LPLD)的作用下，生成溶血磷脂酸(LPAs)。类二十烷酸和溶血磷脂酸都是重要的活性脂质，广泛参与不同的生理病理过程，如：细胞增殖、存活、凋亡、细胞骨架构建、炎症反应和癌变等(图1)。

尽管PLA2超酶家族有6个亚家族，但报道跟癌症紧密相关的只有三个亚家族，即：sPLA2、cPLA2 和 iPLA2。sPLA2 根据癌症类型不同既是肿瘤促进因子又可以作为肿瘤抑制因子。在乳腺癌、肺癌、前列腺癌、卵巢癌和食管癌中具有促癌作用，而在胃癌和肠癌中又表现出抑癌作用。cPLA2在体内有三种亚型(cPLA2α, cPLA2β 和 cPLA2γ)，但只有cPLA2α调节花生四烯酸级联信号通路并参与炎-癌转化的病理过程。cPLA2α除了在肠癌中表现出抑癌作用外，在绝大数癌症中均表现出促癌作用。iPLA2与癌症关系的报道虽不多，但已有证据显示，iPLA2会促进肿瘤细胞的增殖和转移。

图1 类二十烷酸和溶血磷脂酸

2. PLA2介导肿瘤细胞与微环境中内皮细胞的信号转导机制

血管新生与癌细胞入侵是癌症的两个主要特征，这些病理过程依赖于肿瘤细胞与微环境中内皮细胞的“交谈(cross-talk)”与协作，而PLA2通过参与花生四烯酸级联信号通路介导肿瘤细胞-内皮细胞的信号转导过程(图2)。细胞因子(ILs、TGFβ1、HGF等)与癌细胞表面受体结合，会激活p38 MAPK 和 ERK1/2 (p44/42 MAPK)信号通路，导致cPLA2的磷酸化。磷化酸的cPLA2锚定在胞内质膜系统上，并与钙离子结合而被活化。

活化的cPLA2会加速内源性花生四烯酸(AA)从甘油磷脂中释放，AA被LOXs 和COXs催化，形成前列腺素(PGs)、白三烯(LTs)和凝血素(TXs)等类二十烷酸活性脂质，这些活性脂质通过自分泌途径与膜表面G蛋白偶联受体( GPCR)结合，活化GPCR下游的信号通路，增加炎症因子(IL/TNFα)的合成，而IL/TNFα与癌细胞表面细胞因子受体结合后会活化NF-κB，活化的NF-κB会转移到核内作为转录调控因子增加cPLA2和sPLA2的表达，sPLA2分泌到胞外，并活化癌细胞表面的表皮生长因子受体(EGFR)，从而进一步促进下游的MAPK信号通路的活化，这种PLA2介导的信号转导通路参与癌细胞生存、增殖、凋亡和转移等过程。

癌细胞旁分泌的前列腺素(PGs)和内皮细胞自分泌的PGs能通过类前列腺素受体 (EP2/4)介导的信号通过诱导内皮细胞中血管内皮生长因子(VEGF)的产生。VEGF结合到其受体上，会导致PKCα-MEK-ERK1/2 和 PI3K/Akt 信号通路的活化，进而诱导cPLA2和iPLA2的活化，增加内皮细胞中类二十烷酸的合成。同时，PI3K/Akt的活化也会诱导NF-κB的活化，进而增加内皮细胞中cPLA2和sPLA2的表达，过表达和活化的PLA2进一步增加类二十烷酸的合成。

此外，PGE2会反式激活EGFR，诱导促血管生成三叶肽(pS2)的产生，从而促进肿瘤的血管再生。PLA2介导的信号通路不仅参与了肿瘤细胞的增殖和转移，而且参与了肿瘤细胞与微环境中内皮细胞的“交谈(cross-talk)”从而影响内皮细胞的增殖，迁移与血管通透性。

图2 PLA2通过参与花生四烯酸级联信号通路介导肿瘤细胞-内皮细胞的信号转导过程

3. PLA2介导肿瘤磷脂代谢重塑的机制

甘油磷脂(GPLs)是细胞质膜的基本组成成分，其脂肪酰链的构成决定了质膜的生理特性并影响一系列细胞生物学过程，此外GPLs还是重要的储能供能分子和信号分子。甘油磷脂的重塑过程包括辅酶A(CoA) 依耐型酰基链重塑(也称为Lands 循环)和CoA非依赖型酰基链重塑。甘油磷脂重塑包含有三方面的内容：(1) GPLs含量的改变；(2) GPLs脂肪酰基链构成的改变；(3) GPLs sn-1位脂肪链的连接方式由酰基键变成醚基键 (图3)。

重头合成(De novo synthesis)和胞外摄取(Uptake)是哺乳动物细胞获取GPLs的两种方式。细胞增殖需要质膜再生，因此这一过程总是伴随着增强的脂肪酸生物合成以及GPLs的重头合成。饱和脂肪酸(SFAs)和单不饱和脂肪酸(MUFAs)被酰基化到GPLs的sn-1 和 sn-2位上，形成饱和脂肪酰甘油磷脂(SFA-GPLs)和单不饱和脂肪酰甘油磷脂(MUFA-GPLs)。

SFA-GPLs 和MUFA-GPLs sn-2位上的脂肪酰可以被PLA2催化水解下来，形成游离的脂肪酸以及溶血磷脂(LPLs)，LPLs在溶血磷脂酰基 CoA转移酶(包括LPCAT、LPEAT和LPIAT)的催化下，将多不饱和脂肪酸(PUFA)重新酰基化到GPLs 的sn-2上，合成多不饱和脂肪酰甘油磷脂(PUFA-GPLs)，由PLA2和溶血磷脂酰基 CoA转移酶分别催化的GPLs sn-2位去酰基化和重新酰基化的过程被称为Lands 循环。

此外，CoA非依赖型酰基转移酶(CoA-IT) 可以直接将磷脂酰胆碱(PC) sn-2 的PUFA (尤其是AA)转移到1-酰基-LPLs、1-烷基-LPLs和1-烯基-LPLs上，形成不同的双酰基-GPLs和醚基-甘油磷脂(ELGPLs, 包括烷基-GPLs 和烯基-GPLs)，而这些GPLs sn-2位的脂肪酰又可以被PLA2水解下来，生成LPLs 和游离脂肪酸。

胞外的脂肪酸可以通过膜转运蛋白CD36转运进胞内，胞内脂肪酸的去处有三个：(1)形成酰基CoA，被转运进入线粒体，在线粒体中进行脂肪酸的β氧化(FAO)，给细胞供能；(2) 酰基CoA被转移到甘油二酯(DGs) 和胆固醇上，形成甘油三酯(TGs) 和胆固醇酯(CEs)，以油滴(LDs)的形式储存于细胞中，一旦细胞缺乏营养供应，那么细胞可以通过脂肪水解(Lypolysis)的过程进行物质和能量供应；(3) 酰基CoA通过甘油磷脂重塑过程，重新酰基化到GPLs中去。大量文献表明，癌细胞及癌相关恶性体质会发生明显的脂质代谢重塑，即:脂肪酸合成增强、脂肪水解增强、甘油磷脂重塑增强以及花生四烯酸级联代谢通路活化。这些通路的活化会产生明显的癌症脂代谢特征，如：TGs和CEs的含量上升，双酰基磷脂酰胆碱(Diacyl-PCs)、SFAs和MUFAs含量上升，而LPLs 和PUFAs的含量下降。癌症脂代谢的重塑最终将为癌细胞的快速增殖提供充足的能量供应和膜脂供应。

图3 甘油磷脂重塑过程

4. PLA2作为癌症诊断、预后标志物以及治疗靶标

sPLA2-IIA 在皮肤癌、胰腺癌、乳腺癌、结肠癌、肝癌、前列腺癌和胃癌中均高表达，可以作为潜在的诊断标志物。此外，sPLA2-III在人结直肠腺癌中的表达水平是癌旁组织表达水平的近40倍，sPLA2-III也可看作是结直肠腺癌潜在的诊断标志物。cPLA2α在胰腺癌、结直肠癌、小肠癌、肺癌和前列腺癌中呈显著高表达，具有作为这些癌症诊断标志物的潜力。

iPLA2β在乳腺癌和神经胶质瘤中高表达，是潜在的诊断标志物。PLA2是AA级联信号通路上游的关键调控因子，广泛参与炎-癌转化的病理学过程，因此多年前PLA2就被当作癌症治疗的潜在作用靶标。尽管许多合成的或植物来源的PLA2抑制剂在体外或临床前鼠模型上展示了良好的抗肿瘤效果，但迄今为止，仍未有成功开发成癌症化疗药的。

PLA2的表达与癌症病人的预后紧密相关。sPLA2阴性的肠癌患者10年生存期明显长于sPLA2阳性患者。此外，生存分析表明：sPLA2-IIA阴性的II期结直肠癌患者无病生存期显著长于sPLA2-IIA阳性患者，这些结果表明sPLA2是肠癌的不良预后标志物。sPLA2在前列腺原位癌中的表达水平明显高于转移性前列腺癌，且在Gleason 2-4期的癌组织中表达水平显著高于癌旁组织，因此，sPLA2被看作是高增殖低分化前列腺癌的标志物。

此外Oleksowicz 等发现血浆中高表达的sPLA2-IIA是前列腺癌不良预后标志物。sPLA2-IIA的表达水平与胃癌患者的预后关系目前报道有些矛盾的结论。在866例中国大队列样本中的检测结果表明，sPLA2-IIA的表达与肿瘤大小，细胞分化和癌症分期紧密相关，且是胃癌患者良好预后的一个独立预测指标。但另一个76例中国胃癌样本群的研究结果表明，sPLA2-IIA的低表达患者与高表达患者相比，具有明显改善的总生存期和无病生存期。

因此，sPLA2-IIA可以作为胃癌患者一个独立的不良预后预测指标。此外，sPLA2-IIA的表达水平与乳腺癌患者的预后关系目前文献报道也不一致。一些研究表明，sPLA2-IIA是乳腺癌的不良预后标志物，而另一些研究又显示，sPLA2-IIA的表达水平与癌症患者的预后没有明显关系。因此，更多的研究需要进行，以便获得确切的结论。此外，sPLA2-XII可以作为卵巢癌的不良预后指标，而cPLA2α被看作为骨肉瘤的预后标志物。

5. 问题及展望

PLA2是维持细胞正常功能的必须蛋白，其中一些亚型也广泛参与了炎-癌相关的病理过程，大量研究报道干预PLA2介导的AA级联通路是治疗炎-癌相关疾病的重要策略，迄今虽开发一些PLA2抑制剂，但无一通过临床试验而作为药物上市，思考其临床应用失败的原因，大致有三点：(1) PLA2酶超家族亚型繁多，不同的亚型同时可能具有相似的催化功能；(2)缺乏高选择性的PLA2亚型抑制剂；(3)每种PLA2亚型在不同类型肿瘤中的功能尚不太清楚。因此发展针对PLA2亚型的高选择性抑制剂，或者几种抑制剂联用的组合疗法可能是消除不同PLA2亚型功能代偿的有效方法。

此外，需要运用先进的脂质组学分析方法去全面探究各种PLA2亚型在脂代谢中的作用。因此，计算机辅助的化合物设计和液相色谱-质谱联用的功能脂代谢学分析可能是实现该目标的重要手段。

海军军医大学附属东方肝胆外科医院/国家肝癌科学中心苏长青研究员为本文通讯作者，彭章晓助理研究员为本文第一作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.canlet.2020.10.021