摘要:在过去的二十几年中,国内外大量的研究是关于维生素D及维生素D受体(VDR)在癌症发生、发展中所起的作用。维生素D的活性代谢产物1,25(OH)2D3除了维持体内矿物质的稳态和骨骼的功能外,还具有抑制细胞增殖、诱导细胞分化、凋亡及免疫调节的作用。近些年,越来越多的研究证据表明,维生素D及VDR在妇科癌症的发病机制中发挥着重要的作用,是研究妇科癌症治疗手段中新的切入点。现本文就维生素D及其受体在妇科恶性肿瘤中的研究现状进行综述。
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目前,临床上治疗妇科癌症,主要的方式为手术结合放化疗。手术的创伤、术后并发症及化疗的毒副作用,将严重影响患者生活质量。近些年,有研究发现,维生素D除了能够维持人体钙稳态和调节骨代谢外,对妇科癌症病情的进展也起到一定的抑制作用。并且,相比正常组织,在卵巢癌、子宫内膜癌、宫颈癌、外阴癌及阴道癌中均可检测到维生素D受体(VDR)的高表达。因此,维生素D很有可能会取代妇科癌症治疗中的传统化疗药物,作为一种具有低毒副作用的新型抗肿瘤药物出现。本文就维生素D及VDR在妇科癌症中的研究进展进行综述。
1、维生素D的代谢及抗肿瘤作用
1.1 维生素D的代谢途径
维生素D来源于内源性的合成和外源性的获取,其中内源性的合成是主要来源。1,25(OH)2D3是维生素D最具生物活性的形式,是依次经过肝脏和肾脏的两次羟基化反应后合成的[1]。其在血液中与维生素D结合蛋白(VDBP)结合,通过循环系统,最终作用于各个靶器官,与靶细胞上的VDR结合,诱导靶细胞的基因组和非基因组调节,从而影响人体的多项生物学功能。
1.2 维生素D的抗肿瘤作用机制
1.2.1 抗炎作用
慢性炎症的持续作用是肿瘤发生的主要因素之一[2]。目前,对1,25(OH)2D3抗炎作用机制研究最多的有以下四种:①抑制前列腺素(PG)的合成途径:1,25(OH)2D3可以有效抑制环氧合酶2(COX-2)的表达、上调15-羟基前列腺素脱氢酶的表达及下调PG受体的表达。从而减少PG的合成,也可通过阻断PG信号通路,从而掐断其在炎症发生中所起的关键性作用[3]。②抑制p38MAPK介导的促炎信号通路。p38MAPK是细胞众多信号传导通路的中转站,在炎症、应激反应中具有重要作用。通过抑制其表达,可以有效降低促炎性因子的产生[4]。③抑制B细胞核因子κ轻链增强子(NFκB)信号传导途径,使多种促炎细胞因子表达降低[5],NFκB信号是免疫应答的主要介质,在细胞的炎性级联反应中发挥着关键性的作用。④通过调节免疫细胞与癌细胞的相互作用,从而降低促炎性细胞因子的产生[6]。
1.2.2 抑制细胞增殖和诱导细胞分化
在大多数表达功能性VDR的癌细胞中,1,25(OH)2D3与VDR结合后可以通过下调细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖激酶(CDK)的表达及上调CDK抑制剂p21及p27的表达,从而抑制IGF-1和IGF-2的促细胞有丝分裂作用,最终使细胞周期停滞在G0/G1期[7]。1,25(OH)2D3还可以降低端粒酶逆转录酶(TERT)的表达来抑制端粒酶的活性,同时诱导转化生长因子β(TGFβ)及其受体的表达来抑制肿瘤细胞的增殖[8]。1,25(OH)2D3还可抑制某些癌基因(如:MYC及KCNH1等[9])的表达及干预某些有丝分裂的信号通路,如:胞外信号调控激酶通路(EPK)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路、磷酸肌醇3激酶(PI3K)通路,从而起到抑制肿瘤细胞增殖作用。此外,PI3K、蛋白激酶B(Akt)、MAPK及NFκB等信号传导通路,可被1,25(OH)2D3调节用于诱导恶性肿瘤细胞的成熟和分化,降低其恶性程度。
1.2.3 促进细胞的凋亡
1,25(OH)2D3促进细胞凋亡是通过VDR的核受体介导的。多项研究表明,可通过抑制抗凋亡基因(BCL-2和BCL-XL)及促进促凋亡基因(BAX、BAK及BAD)的表达,来诱导肿瘤细胞发生凋亡[10]。在一些研究中,1,25(OH)2D3还可通过上调Fas相关死亡域蛋白(FADD)、G0/G1期开关调节蛋白2(G0S2)、死亡相关蛋白3(DAP3)及半胱天冬酶9(Caspase9)的表达发挥诱导细胞凋亡作用[11]。另外,通过调节Ca2+信号传导途径,促使胞质内Ca2+浓度增加,从而激活Ca2+依赖的凋亡启动子和效应子,促使细胞凋亡程序的启动[12]。
1.2.4 抑制血管生成
恶性肿瘤之所以能够快速的生长,依赖于不断形成的新生血管源源不断的输送营养物质。相关研究认为,1,25(OH)2D3及VDR系统抑制血管生成的主要作用机制为,通过抑制低氧诱导因子-1(HIF-1)的转录或减弱PG的级联反应降低HIF-1的合成,造成血管内皮生长因子(VEGF)表达的降低,从而抑制血管的生成[13]。另外,其通过抑制白介素8(IL-8)的信号传导也可抑制血管生成。
1.2.5 抑制肿瘤的入侵和转移
在有关研究中发现,降低乳腺癌细胞内VDR的表达会加速原发肿瘤的生长和侵袭[14]。可见,1,25(OH)2D3及VDR对肿瘤的生长和侵袭具有一定的调节作用。根据相关报道,1,25(OH)2D3可通过抑制维持细胞骨架完整性作用的波形蛋白的表达,来降低细胞的运动性。并且,1,25(OH)2D3还可通过下调金属蛋白酶2(MMP-2)和金属蛋白酶9(MMP-9)的表达[15]、降低组织蛋白酶K的活性、加强MMP-1的组织抑制性及抑制纤溶酶原激活系统中多种因子的表达,来降低肿瘤浸润所需的蛋白水解酶的生成。另外,也有报道是关于,1,25(OH)2D3通过抑制整联蛋白α6β4及其配体层黏蛋白的表达,导致细胞黏附分子含量下降,从而降低肿瘤的转移能力[16]。在赵钦等[17]的研究中,VDR可抑制Wnt/β-catenin信号通路,从而降低Snail1对E-钙黏蛋白基因启动子的甲基化,从而使E-钙黏蛋白表达增加,对肿瘤细胞的转移发挥抑制作用。
2、VDR的生物学基础
2.1 VDR的结构及功能
1,25(OH)2D3的生物学作用是由VDR介导的。VDR属于类固醇受体/甲状腺受体超家族成员,作为一种配体依赖的核转录因子,被1,25(OH)2D3激活后,与视黄酸X受体(RXR)结合,形成异源二聚体结构(VDR/RXR)[18]。VDR/RXR与靶基因启动子上的维生素D受体响应元件(VDRE)相互作用产生多种生物学效应。VDR的2个核心功能区由高度保守的N端DNA结合区域(DBD)和可自由变化的C端配体结合区域(LBD)组成,前者是一个富含半胱氨酸的锌指区域,含有两个锌指结构,而后者由至少12个α螺旋和3个β折叠构成[19]。VDR由6个功能区构成的5个结构域组成:①A/B区:位于N端,也称AF-1功能区,不需要配体,可自行调节的转录激活功能区。②C区:是DNA的结合区域,该功能区高度保真,主要功能是特异性的识别特定DNA序列,即:特异性的和VDRE产生相互作用,从而产生相应的生物学效应。③D区:是铰链区,又称抗原决定区,其特异性激活免疫应答的能力可能与核定位有关。④E/F区:位于C端,为配体结合区,该区域的氨基酸序列跨度大,因此功能相对较多,能够与1,25(OH)2D3结合发挥相应的生物学效应,此外,还可与类视黄醇X受体结合形成异二聚体,从而增强VDR与VDRE的相互作用力。⑤AF-2区:组成该功能区的氨基酸序列实际上属于E/F区氨基酸序列长链中的序列片段,同属配体结合区,具有特异性配体结合功能,具有配体依赖的转录激活或抑制功能[20]。
2.2 VDR的基因多态性
VDR基因位于12号染色体的长臂,基因跨度为75kb,由至少14个外显子(包括8个编码区和至少6个非编码区)和数个内含子组成,具有大约200个单核苷酸多态性。临床研究最多的内切酶酶切位点多态性包括四类:外显子II中的起始密码子多态性FokI(T/C)、外显子VII和IX之间内含子上的BsmI(A/G)和Apa1(C/A)及IX外显子中的TaqI(T/C)同义突变[21]。
3、维生素D与妇科癌症
维生素D的抗肿瘤作用机制尚未完全明确。但研究发现,高循环水平的维生素D与多种癌症风险降低有关[22]。维生素D主要通过与靶细胞上的VDR受体结合发挥其抗肿瘤作用。依据妇科癌症中VDR的高表达,表明维生素D很可能成为治疗妇科癌症的新型化疗药物。
3.1 卵巢癌
上述已介绍维生素D可通过多种途径抑制肿瘤细胞的增殖。在卵巢癌中,1,25(OH)2D3可对肿瘤细胞增殖周期的各个阶段发挥调节作用,从而抑制肿瘤生长。1,25(OH)2D3通过下调细胞周期蛋白A的表达,导致CDK2的活性降低,干扰p27的磷酸化过程,降低p27与S期激酶相关蛋白2(Skp2)的亲和力,促使p27在细胞中蓄积,而p27对G1/S期的转化具有负性调节作用,使癌细胞周期停滞在G1/S期;此外,通过抑制DNA损伤基因Gadd45的表达,来阻止细胞周期进展和DNA的损伤修复作用,诱导细胞停滞于G2/M期的转换[23]。在HOU等[24]的研究中发现,1,25(OH)2D3能够刺激E-钙黏蛋白的表达和抑制上皮-间质转化因子(EMT)的表达,从而对卵巢癌SKOV3细胞的侵袭和转移起到抑制作用。也有研究证明了1,25(OH)2D3及VDR对抑制上皮性卵巢癌细胞侵袭大网膜发挥作用[25]。
1,25(OH)2D3对卵巢癌进展的抑制作用是通过VDR介导的。VDR在正常的卵巢上皮细胞和卵巢癌细胞中均有表达,但卵巢癌组织中的VDR表达显著增加[26]。近些年,有研究认为血清1,25(OH)2D3的浓度与卵巢癌期别有关,III期及IV期卵巢癌的血清1,25(OH)2D3浓度显著低于I期及II期患者[27]。另外,在相关研究中发现VDR与雄激素受体(AR)的结合体,可对卵巢癌细胞的生长起到调节作用,二氢睾酮可上调VDR的表达,从而增强1,25(OH)2D3的活性,抑制卵巢癌OVCAR3细胞的生长[28]。可见,VDR在1,25(OH)2D3发挥相应抑肿瘤作用中起到了重要的媒介作用。
关于VDR单核苷酸多态性研究较多的有FokI、BsmI、Apa1和TaqI四种,由于内含子的非编码性及同义突变编码同一种氨基酸的性质,使得BsmI、Apa1和TaqI的多态性并不影响VDR蛋白氨基酸序列的长度。因此,其在卵巢癌中发挥的调节作用并不如FokI显著。FokI位于起始密码子区域,其上的F等位基因表明缺乏此种内切酶的位点,而f等位基因则表示存在内切酶位点,等位基因之间的组合有FF、Ff及ff三种方式,从而编码出三种不同氨基酸序列长度的VDR蛋白。有研究发现,F等位基因可降低4%的癌症风险[29],所以FF纯合子等位基因与Ff及ff相比,对提高卵巢癌的总体生存率作用显著。
3.2 子宫内膜癌
子宫内膜癌属于常见妇科癌症,发病率仅次于宫颈癌。上世纪90年代,YABUSHITA等[30]首次利用免疫组化方法检测出了子宫内膜癌组织中VDR蛋白的表达。十年后,AGIC等[31]再次利用免疫组化及RT-PCR技术,检测了正常子宫内膜组织和子宫内膜癌中VDR蛋白及VDRmRNA的表达水平发现,子宫内膜癌组织中核VDR蛋白及VDRmRNA的表达水平显著增高。由此可见,子宫内膜癌细胞是1,25(OH)2D3的靶细胞。1,25(OH)2D3对子宫内膜癌的抑制作用,主要表现在诱导癌细胞的生长停滞及凋亡。在LEE等[32]研究中发现,1,25(OH)2D3与孕酮联合治疗可增强子宫内膜癌细胞中VDR的表达,通过激活Caspase3蛋白酶的表达来促进细胞凋亡,也可通过下调细胞周期蛋白D1和细胞周期蛋白D3的表达及上调p27的表达来诱导细胞周期G0/G1期停滞,从而阻滞子宫内膜癌细胞增殖。也有研究证实,1,25(OH)2D3对子宫内膜癌的侵袭能力具有调节作用。
BOKHARI等[15]的体外细胞实验发现,将1,25(OH)2D3作用于子宫内膜癌细胞(HEC-1B细胞株和Ishikawa细胞株)后,导致表达CYP24A1基因的内膜癌细胞的侵袭能力下降15%~20%,而对于敲除CYP24A1基因的细胞的侵袭能力下降了25%~30%,同时发现1,25(OH)2D3对于CYP24A1表达沉默的细胞中的MMP-2及MMP-9的表达展现出显著的抑制作用,从而降低癌细胞的侵袭和转移能力。有学者利用不同化疗药物作用于子宫内膜样腺癌细胞系(UT-EC-1和UT-EC-3),研究对细胞的生长抑制率发现,紫杉醇联合1,25(OH)2D3抑制率高达88%,要显著高于单用紫杉醇或TP方案(紫杉醇+卡铂)对上述细胞的抑制率[33]。尽管大量的研究都证实了1,25(OH)2D3对子宫内膜癌具有抑制作用,但这些研究大都建立在使用永生化子宫内膜癌细胞上,而对子宫内膜癌机体内的研究甚少。因此,需要更多的临床研究去证实1,25(OH)2D3治疗子宫内膜癌疾病的效益。
3.3 宫颈癌
宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤。在宫颈癌的病因学研究中,普遍认为持续性的HPV感染是宫颈癌风险增加的主要原因。近些年,在曹蕾等[34]的研究中发现,宫颈良性病变组及宫颈癌组织与健康女性相比,血清1,25(OH)2D3的表达水平显著降低。说明1,25(OH)2D3的表达水平可能与宫颈癌的进展具有一定的相关性。在VAHEDPOOR等[35]所进行的一项随机、双盲试验中发现,在患有宫颈上皮内瘤变I级(CINI)患者中,连续服用6个月的维生素D3相比服用安慰剂组,CINI的消退率显著升高。而在体外细胞研究实验中,对于1,25(OH)2D3抑制宫颈癌侵袭和转移的相关机制的报道有:①通过降低宫颈癌癌基因HCCR1的表达及刺激p21的表达,致使细胞周期停滞在G1期[36];②Etheràgo-go钾通道(EAG1)在正常细胞及癌细胞中均有表达,具有癌基因的特性,在宫颈癌细胞中,1,25(OH)2D3可降低EAG1mRNA的表达,从而抑制宫颈癌的进展[37]。
3.4 外阴癌和阴道癌
外阴癌及阴道癌本身的发病率较低。临床上关于维生素D及VDR在外阴癌及阴道癌中发挥作用的报道较少。早在2012年,SALEHIN等人[38]首次报道了外阴癌患者中VDR的表达,在研究中发现,VDR的表达水平与总生存期(OS)并无显著的相关性,但相比于死于其他病因的患者,死于外阴癌的患者中VDR的表达水平显著降低。表明VDR可能对外阴癌的进展具有一定负性调节作用。这需要进一步的临床研究去证实。
而对于更为罕见的妇科癌症——阴道癌,临床报道更加缺乏。在一些小样本的阴道癌研究中发现,阴道上皮细胞中存在VDR的表达,并且在1,25(OH)2D3的作用下,VDR的表达水平有所增加,起到一定的诱导阴道上皮细胞增殖的作用。总而言之,1,25(OH)2D3及VDR对外阴癌及阴道癌发挥调节作用的肿瘤分子机制研究,目前临床上尚处于空缺状态。因此,后期的研究需要重视这方面的话题。
4、总结与展望
1,25(OH)2D3作为维生素D代谢中最具生物活性的产物,通过与靶细胞上的VDR结合后,发挥出对靶细胞的抗增殖、促分化及免疫调节等作用。综上所述,1,25(OH)2D3在妇科恶性肿瘤中通过多种信号调节通路,对肿瘤的生长及扩散起到了一定的抑制作用,是一种极具潜力的治疗妇科癌症的新型化疗药物。但是,局限于大多数的研究是建立于实验室的细胞学研究,对患病机体的研究甚少。所以,仅靠实验室的研究数据去认为1,25(OH)2D3具有抗肿瘤作用的证据略显单薄。因此,在临床上进行大规模的前瞻性关于维生素D及VDR抗妇科肿瘤的机制的研究,将会对其应用于预防和治疗妇科癌症提供更加强有力的证据。
参考文献:
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文章来源:尹俊杨,叶元.维生素D及其受体在妇科癌症中的研究进展[J].现代肿瘤医学,2022,30(06):1129-1133.
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