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醛固酮产生腺瘤中细胞死亡和增殖机制

2024-05-31 120 上传者：管理员

摘要：醛固酮产生腺瘤(APA)是原发性醛固酮增多症(PA)的主要病因之一，目前对于其自主分泌醛固酮机制的研究主要集中于体细胞驱动基因突变的筛查。然而，在APA中，肾上腺皮质细胞的死亡和增殖，以及腺瘤的发生和发展的具体机制尚无定论。本文结合近期已发表的肾上腺组织相关的基因组学、转录组学、代谢组学及表观遗传学等的研究，综述APA中细胞死亡与增殖机制的研究进展。

关键词：
信号通路
原发性醛固酮增多症
多组学研究
细胞增殖与凋亡
醛固酮产生腺瘤
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原发性醛固酮增多症(primary aldosteronism, PA, 简称原醛症)是由肾上腺皮质球状带自主分泌醛固酮增多所致，典型的临床表现为高血压伴/不伴低血钾，最常见的病因分型为醛固酮产生腺瘤(aldosterone-producing adenoma, APA)和特发性醛固酮增多症(idiopathic hyperaldosteronism, IHA,简称特醛症),分别占原醛症的35%和60%左右[1]。近年来，APA中引起醛固酮自主分泌的机制已经基本明确，90%以上由醛固酮产生驱动基因突变所致[2]。但异常的细胞死亡和增殖，以及腺瘤的发生发展的机制目前尚无定论。本研究拟从多个角度总结并讨论APA中细胞死亡和增殖的可能原因，以更深入地阐释其病理生理机制。

1、醛固酮产生驱动基因突变对细胞增殖和凋亡的影响

随着基因测序技术的进展和研究者对于APA病因探索的加深，近十年来，多种醛固酮产生驱动基因变异如KCNJ5、ATP1A1、ATP2B3和CACNA1D基因变异对激素分泌的促进作用得以证实。此外，在一小部分APA中也发现了CACNA1H基因、CLCN2基因和CTNNB1基因突变的存在[3]。其中，突变比例最高的基因KCNJ5编码钾通道Kir3.4,生理情况下，Kir3.4处于开放状态，K+外流，维持膜电位处于超极化的状态；当KCNJ5基因发生突变后，Kir3.4对K+的选择性丧失，表现为对Na+通透性增强，Na+持续内流，导致膜去极化，细胞膜去极化激活了电压门控的钙通道，导致钙内流，并进一步激活肌浆网释放Ca2+,从而细胞内Ca2+增加，激活醛固酮合成酶(CYP11B2),合成醛固酮增多。

多项研究表明KCNJ5突变型APA在体积上要大于其他基因突变型APA,但KCNJ5基因突变在肾上腺细胞增殖和肿瘤生长中的促进作用尚未得到证实。相反的，有研究表明，KCNJ5-G151R、G151E和L168R突变甚至起到抑制细胞增殖和/或促进细胞凋亡的作用[4]。此外，KCNJ5基因突变所致的Na+大量内流可引起细胞肿胀破裂，该过程产生的细胞毒性也会导致细胞广泛死亡。上述实验结果难以解释腺瘤的产生以及携带突变的腺瘤体积增大的原因。有学者认为，KCNJ5突变型APA可能具有特殊的基因转录谱，出现其他促增殖的因子的表达异常，以抵消其携带的突变本身的抑制增殖和促进凋亡作用[5]。

除KCNJ5基因外，其他较为常见的醛固酮产生驱动基因ATP1A1、ATP2B3和CACNA1D的致病机制虽不完全相同，但也是通过一系列改变引起Ca2+内流而促进醛固酮产生和分泌的[6]。Ca2+信号通路调控着大量对细胞生存至关重要的细胞功能，但Ca2+超载也会导致细胞毒性并引发细胞的凋亡/死亡[7]。对于上述突变所致的Ca2+信号激活，除了醛固酮分泌的促进作用外，其对细胞增殖和凋亡的影响缺乏更深入的研究。

2、转录组学研究证实的影响肾上腺细胞增殖的分子

尽管APA转录组分析在方法上存在相当大的异质性，许多研究仍报道了一致的发现，这对寻找在醛固酮异常产生中起作用的基因和信号通路，并揭示APA发生发展过程中基因表达水平的全模式变化有重要意义。本文重点关注APA中涉及细胞死亡和增殖机制的差异表达基因，以明确在APA中影响肾上腺细胞增殖的相关分子及它们可能的作用机制。

Ca2+信号通路参与APA中醛固酮的异常合成，转录组学研究中对该通路上的相关分子多给予重点关注。Paolo等发现，一种在APA中表达上调的钙传感器蛋白VSNL1可以保护人肾上腺皮质癌细胞H295R免受Ca2+诱导的细胞凋亡影响，并保证和促进细胞的正常存活，而这种保护作用在钙通道阻滞剂(calcium channel blocker, CCB)硝苯地平的存在下被削弱[8]。

既往研究表明，与正常肾上腺球状带相比，PI3K/AKT/mTOR信号通路在APA中被过度激活，可能介导醛固酮分泌过多，并参与细胞增殖和肿瘤发展[9]。而TDGF-1作为一种生长因子，通过PI3K依赖的信号通路在小鼠乳腺上皮细胞和人宫颈癌细胞中发挥抗凋亡作用，并且该蛋白曾被证实在APA中高表达。有研究以星形孢菌素诱导H295R细胞凋亡，转染TDGF-1后发现caspase-3活性下降，细胞凋亡减少，提示TDGF-1在肾上腺皮质癌细胞中发挥抗凋亡作用，这种保护作用可被PI3K抑制剂部分阻断[10]。

近几年，由于APA组织中广泛存在的β-catenin过表达，以及2%～5%的CTNNB1基因突变比例，使得Wnt/β-catenin信号通路激活被认为是促进APA发展的可能因素之一。转录组分析结果发现，与CTNNB1野生型APA相比，携带CTNNB1突变的APA中AFF3表达上调[11]。细胞学功能实验证实，AFF3作用于转录和RNA剪接，可参与介导肾上腺皮质癌细胞系中β-catenin的致癌效应，该基因的沉默能够减少H295R细胞增殖并增加细胞凋亡[12]。

此外，还有一些其他潜在影响细胞增殖的基因差异表达在转录组测序中被检出。YPEL家族编码具有锌指样结构域的蛋白质，定位于中心体和核仁，并被认为可以调节细胞分裂和增殖。有研究表明，在大鼠肾上腺球状带细胞中，该家族的YPEL4可能参与醛固酮的产生以及肾上腺细胞的增殖，且该基因表达水平与APA直径之间存在显著的正相关[13]。G蛋白偶联受体相关分子LGR5在APA中表达下调，功能实验证实其过表达可导致肾上腺皮质细胞凋亡增加，增殖减少，及醛固酮产生减少[14]。与KCNJ5野生型APA相比，KCNJ5突变型APA的NEFM表达显著下调，同样地，将KCNJ5突变转染至肾上腺皮质细胞可降低NEFM表达水平，NEFM沉默则会导致肾上腺皮质细胞过度增殖，醛固酮产生增多[15]。有研究者提出视黄酸受体α(RARα)信号通路是参与原醛症结节形成的中心分子网络，并构建RARα失活小鼠模型，发现肾上腺皮质出现明显的结构紊乱，如皮质组织增大和细胞增殖增加，以及血管结构和细胞外基质的异常[16]。

3、肾上腺细胞增殖的代谢相关因素

最近的一项研究通过多种先进的生物信息学方法分析了APA与相邻肾上腺皮质组织的代谢谱和免疫细胞分布情况，发现APA表现为脂质代谢的激活，尤其是PPARα调控的脂肪酸β氧化和糖酵解，这些变化与铁死亡和抗氧化信号通路上调相关。还有研究证实GPX4 和BEX1能够降低肾上腺皮质细胞对铁死亡的敏感性，保护细胞免受铁死亡影响，在APA发展过程中可能起到维持较高的细胞增殖水平的作用[17,18]。并且，APA中也存在一个免疫抑制微环境，与相邻肾上腺皮质组织相比，APA的CD45+免疫细胞浸润减少近3.5倍。该研究推测在APA中，维持细胞异常生长所需的能量消耗增加引发了代谢改变，从而形成了特殊的肿瘤免疫微环境以获得必要的营养物质，因此免疫微环境也参与决定了APA的醛固酮过度分泌和肾上腺皮质细胞生长失调的特征[19]。

4、表观遗传改变对APA细胞增殖的影响

近年来，也有一些研究提出表观遗传和转录后修饰的改变，特别是DNA甲基化和微小RNA(microRNA,miRNA),可能是促进APA发展的潜在机制。Murakami等人整合了全基因组甲基化和转录组数据，发现与正常肾上腺皮质组织相比，APA中许多参与肿瘤进展的基因出现了低甲基化和表达上调，如HOX家族、PRRX1、RAB38、FAP、GCNT2和ASB4等[20]。miRNA能够通过与相应的mRNA结合起到下调靶基因表达的作用。据研究报道，无论是与单侧肾上腺增生还是正常肾上腺相比，APA组织中miR-375均出现表达下调，且与APA直径呈负相关，其表达下调可导致肾上腺细胞活力增加，从而起到促进肿瘤生长的作用[21]。Peng等人通过微阵列分析发现miRNA-203可作为APA发展的候选功能性miRNA。他们用miR-203抑制剂处理人肾上腺皮质癌细胞HAC15会导致醛固酮产生增加和细胞增殖；而miR-203模拟物处理APA原代细胞可观察到相反的结果[22]。此外，与周围正常肾上腺组织相比，miR-193a-3p在APA中表达显著降低，有研究者将miR-193a-3p模拟物转染至H295R中发现，miR-193a-3p过表达除了能够抑制醛固酮分泌和下调CYP11B2表达外，还会抑制H295R细胞的增殖，并诱导G1期阻滞，促进细胞凋亡[23]。

5、问题与展望

从多组学研究结果来看，多种机制改变了肾上腺细胞死亡和增殖之间的平衡，促进APA的发生发展。先进的高通量技术在APA中具有巨大的应用潜力，可以加深对APA的理解。单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)和空间分辨转录组测序(spatial transcriptomics sequencing, ST-seq)可提供APA的详细细胞图谱，明确细胞亚群的基因表达谱和基因型[24];联合原位质谱成像(mass spectrometry imaging, MSI)将空间转录组与代谢表型相结合，能精确认识各细胞亚群的生物作用途径，并阐明APA细胞的基本病理过程[25]。

综上，本文中对APA的细胞死亡和增殖机制进行了系统的总结和讨论，并进一步揭示了APA中存在的细胞增殖失调可能的原因及其复杂性，未来先进的组学技术在该领域中具有十分重要的作用。

基金资助:国家自然科学基金(82070822);中央高水平医院临床研究专项(2022-PUMCH-C-028); 国家重点研发计划(2021YFC2501600,2021YFC2501603);

文章来源:高寅洁,童安莉.醛固酮产生腺瘤中细胞死亡和增殖机制[J].基础医学与临床,2024,44(06):758-762.