鞘磷脂酶在消化道恶性肿瘤中的研究进展.pdf

岭南现代临床外科2023年6月第23卷第3期Lingnan Modern Clinics in Surgery，June.2023，Vol.23 No.3鞘磷脂代谢网络在细胞内的表达及定位受到高度调节和精准调控。鞘磷脂代谢可分为从头合成途径、补救途径和鞘磷脂酶途径1。鞘磷脂酶途径（sphingomyelinase，SMase）是通过水解细胞膜中的鞘磷脂（sphingomyelin，SM）产生磷酸胆碱和神经酰胺（ceramide，Cer）。其代谢过程中涉及多种酶，调节着鞘磷脂合成和降解的平衡，鞘磷脂代谢受鞘磷脂合成酶和鞘磷脂酶（sphingomyelinphosphodiesterase，SMPD）的密切调控。相关研究显示，SMPD家族分子在多种恶性肿瘤中明显异常表达，其中主要在结直肠癌、肝癌以及胃癌等消化道恶性肿瘤中报道最为集中2-4。根据全球癌症统计数据，结直肠癌、肝癌、胃癌是2020年全球癌症相关死亡的主要原因，全球死亡率分别为9.4%、8.3%、7.7%，分别是位于全球癌症死亡病因的第二、第三、第四位5，严重威胁着人们的生命健康，带来巨大的经济负担。针对消化道肿瘤组织中的 SMPD 的研究提示 SMPD 的表达与肿瘤的生长、转移、侵袭、预后及耐药等密切相关（图1）。现对SMPD家族在消化道恶性肿瘤中的研究进展予以综述。1SMPD基因家族概述SMPD根据其最适pH值和体内分布的位置6，将其分为三个亚族，涵盖六种类型：酸性鞘磷脂鞘磷脂酶在消化道恶性肿瘤中的研究进展王荣悦1，2，苏延泽2，陈二宝2*，刘吉奎2*摘要 鞘磷脂酶（SMPD）是一种可以将鞘磷脂水解为神经酰胺和磷酸胆碱的水解酶，在鞘磷脂代谢中起主要作用。相关研究显示，SMPD 家族在多种类型肿瘤中异常表达，并且在肿瘤发生、发展、耐药等方面发挥重要调控作用。因此SMPD有望成为肿瘤诊断和预后预测的标志物及治疗靶点，具有重要的临床转化价值。本文集中阐述了SMPD全家族分子的结构和功能特点，并综述SMPD在消化道恶性肿瘤中的作用及其机制研究进展，从而为消化道恶性肿瘤的靶向治疗及患者预后评估提供新的研究思路和策略。关键词 消化道恶性肿瘤；鞘磷脂酶；靶向治疗doi：10.3969/j.issn.1009976X.2023.03.010中图分类号：R735文献标识码：AResearch progress of sphingomyelinase in gastrointestinal cancersWANG Rongyue1，2，SU Yanze2，CHEN Erbao2，LIU Jikui21.Department of Clinical Medicine，Zunyi Medical University，Zunyi，Guizhou 563000，China；2.Department of Hepatobiliary and Pancreatic Surgery，Peking University Shenzhen Hospital，Shenzhen，Guangdong518036，ChinaCorresponding author：CHEN Erbao，；LIU Jikui，Abstract SMPD protein family is a kind of hydrolase that plays a major role in sphingomyelin metabolism.At present，relative researches have found that the members of SMPD are abnormally expressed indifferent types of tumors，and play a key role in the occurrence，development and drug resistance ofcancer.Thus，SMPD family is expected to be a potential predictor for tumor diagnosis，prognosis andtreatment.Therefore，this review summarizes the structure and function of SMPD gene and protein，andelucidates the research finding of SMPD in gastrointestinal cancers，which provides new ways and strategies into precision medicine and prognosis evaluation.Key words sphingomyelinase；gastrointestinal cancers；targeted therapy项目基金：深圳市科技创新委员会基金（基础研究面上项目）（JCYJ20190809100217290）；深圳市科技创新委员会基金（基础研究面上项目）（JCYJ20220531094215034）；作者单位：1.遵义医科大学，贵州遵义 563000；2.北京大学深圳医院肝胆胰外科，广东深圳518036*通讯作者：陈二宝，Email：；刘吉奎Email：liu8929 综述 263岭南现代临床外科2023年6月第23卷第3期Lingnan Modern Clinics in Surgery，June.2023，Vol.23 No.3酶（acid sphingomyelinase，aSMase SMPD1）；中性鞘磷脂酶（四种）（neutral sphingomyelinase，nSMase 14），nSMase1（SMPD2）、nSMase2、（SMPD3）、nSMase3（SMPD4）和 nSMase4（SMPD5）；碱性鞘磷脂酶（alkaline sphingomyelinase，AlkSMase）。这几种酶在基因定位、分子量、蛋白结构、细胞定位、组织分布及表达量上各不相同（见表 1），介导的信号转导机制亦有不同。表1鞘磷脂酶的特点基因SMPD1SMPD2SMPD3SMPD4SMPD5AlkSMasePH值4.57.47.47.47.58.5分子量（kda）6447.67197.853.951.5编码氨基酸（个）629423655866483458细胞定位溶酶体核基质、内质网质膜、高尔基体内质网、高尔基体线粒体、内质网高尔基体、质膜组织分布肝脏肾脏脑组织、肺、卵巢横纹肌、心肌组织胰腺、睾丸、脑组织肠道、胆汁注：SMPD1，酸性鞘磷脂酶；SMPD2，中性鞘磷脂酶 1；SMPD3，中性鞘磷脂酶 2；SMPD4，中性鞘磷脂酶 3；SMPD5，中性鞘磷脂酶 4；AlkSMase，碱性鞘磷脂酶2酸性鞘磷脂酶在消化道恶性肿瘤中的研究进展SMPD1 是 Shimon Gatt 于 1966 年发现的一种切割 SM 的水解酶，最适 pH 值为 4.5，最初命名为磷酸二酯酶7。该基因位于人类第 11 号染色体（11p15.111p15.4）上，分子量为64 kda，是一种629个氨基酸的蛋白质。SMPD1定位于溶酶体中，当受到放射治疗或药物等氧化刺激时，溶酶体与质膜融合，释放SMPD1并促进细胞凋亡8。研究表明，单剂量辐射（810 gy）作用于内皮细胞膜，通过SMPD1将鞘磷脂水解成神经酰胺，从而导致内皮细胞迅速凋亡9，抑制肿瘤细胞生长。对小鼠胃肠道模型的放射研究表明，SMPD1介导的内皮细胞凋亡是导致干细胞功能障碍的主要因素10。与对照组相比，单剂量辐射下SMPD1+/+小鼠显示出显著的内皮细胞凋亡。这种效应随着剂量（0、8、12、14、15 gy）的增加而增强。因此，SMPD1 基因过表达能提高放射治疗的抗肿瘤作用，但在SMPD1 缺失时，其对辐射有明显的抵抗作用11。SMPD1的负性调节因子miR15a位于内皮细胞内，当内皮细胞受到单剂量（810 gy）辐射时，miR15a表达受到抑制12。在小鼠结直肠癌 CT26 模型中发现，抑制miR15a，SMPD1表达增加，并增加半胱天冬酶3和7活性，促进内皮细胞快速凋亡，抑制肿瘤生长；同时，该研究对182例结直肠癌患者进行分析发现，SMPD1低表达的患者预后差12。有研究发现，减毒麻疹疫苗（recombinant Chinese Hu191 measles virus，rMVHu191）可作为胃癌和结直肠癌治疗的潜在药物13。在胃癌细胞中，rMVHu191 能够引起 SMPD1 水平升高，并重新分布至细胞质膜，引起神经酰胺增加，触发半胱天冬酶依赖性细胞凋亡，表现出显著的抗肿瘤活性。因此，麻疹减毒疫苗通过SMPD1介导的细胞凋亡增强顺铂在胃癌中的抗肿瘤效果2。此外，相关研究显示一些中草药化合物和靶向药物可以通过调控 SMPD1 表达治疗和防止肿瘤的复发转移14。吴茱萸碱是一种新型生物碱，免疫印迹实验显示，吴茱萸碱作用于胃癌细胞SGC7901，引起 SMPD1 蛋白表达增加，促进鞘磷脂水解为神经酰胺，诱导半胱天冬酶非依赖性凋亡从而抑制胃癌细胞的增殖15。庆大霉素是一种氨基糖苷类分子，其可以通过特异性引起SMPD1上调来抑制胃癌细胞的增殖和侵袭16，17。在影响自噬的药物伏立诺他和索拉非尼（sorafenib）刺激肿瘤细胞后，SMPD1/Cer活性增强，增加内质网应激与自噬来促进肝癌细胞凋亡18。Savic 等19研究发现，外源性添加酸性鞘磷脂酶可以增强索拉非尼的抗肿瘤功效。利用BALB/c鼠建立Huh7皮下肝癌模型，单用重组人SMPD1蛋白对肿瘤体积或小鼠存活率没有显著影响，但与单独使用索拉非尼相比，重组人 SMPD1 蛋白/sorafenib 联合用药的肿瘤体积减小，血管密度降低，小鼠存活率提高，表明两者具有协同作用。因此，探讨以SMPD1为靶点的联合治疗可以为消化道肿瘤治疗提供新的思路。Osawa等20使用接种SL4结肠癌肝转移小鼠，发现 SMPD1-/-基因型小鼠体内肿瘤生长能力增强，肿瘤中巨噬细胞聚集减少，体内肿瘤边缘的264岭南现代临床外科2023年6月第23卷第3期Lingnan Modern Clinics in Surgery，June.2023，Vol.23 No.3肌成纤维细胞表达组织金属蛋白酶抑制因子 1（tissue inhibitor of metalloproteinase 1，TIMP1）数量减少，肿瘤生长速率加快；而 SMPD1 过表达会降低肿瘤生长，这与 1磷酸鞘氨醇生成增加有关。1磷酸鞘氨醇在体外刺激巨噬细胞迁移和TIMP1表达增加。因此，提示肝脏内SMPD1通过促进巨噬细胞积累和TIMP1含量进而抑制肿瘤生长。靶向 SMPD1 为治疗结肠癌肝转移提供了一种新的治疗策略。值得关注的是，有报道显示SMPD1低表达也可以促进细胞凋亡和耐药，SMPD1与肿瘤细胞凋亡和自噬密切相关21。用丙咪嗪抑制 SMPD1 活性时，引起神经酰胺合成减少，影响褪黑素22诱导肝癌细胞HepG2自噬，导致细胞活力降低。并对褪黑素诱导的细胞凋亡产生影响。耐药是癌症患者治疗的主要障碍23，对5氟尿嘧啶敏感和耐药的结肠癌细胞进行脂质组学比较，发现调控鞘磷脂转化成神经酰胺的 SMPD1 表达降低，抑制神经酰胺引起的细胞凋亡而获得耐药性；而敏感细胞中SMPD1表达量高，增强5氟尿嘧啶对大肠癌的敏感性24。因此，鞘磷脂酶的高表达可作为逆转耐药的方法。另有研究证实，一氧化氮在肿瘤诱导、生长和转移过程中发挥着促进作用，它降低SMPD1活性，激活细胞外信号调节蛋白激酶的信号通路，导致人肝癌细胞Hep G2细胞死亡25。综上，SMPD1 在消化道肿瘤中的作用机制尚不完全清楚，SMPD1的作用主要是由不同的肿瘤背景及具体表型所决定，其高低表达通过调节细胞凋亡、增殖和耐药性，影响消化道恶性肿瘤的发生和发展。因此，未来需要进一步研究其具体的分子机制，以便更好地发挥其在肿瘤治疗中的作用。3中性鞘磷脂酶在消化道恶性肿瘤中的研究进展不同于酸性和碱性鞘磷脂酶，生理条件（pH=7.4）是中性鞘磷脂酶激活的最适环境26。某些药物可以通过激活中性鞘磷脂酶发挥抗肿瘤作用。槲皮素27通过下调中性鞘磷脂酶导致膜SM水平增加，槲皮素可以增强鞘氨醇类似物fingolimod对HepG2 肝癌细胞的抗增殖作用。SMPD2 是一种423个氨基酸的蛋白质，分子量为47.6 kDa，主要定位于核基质、内质网，在所有器官中普遍存在，在肾脏表达量最高28。Lin等29的研究发现SMPD2抑制肝癌细胞 SMMC7721 生长，并通过降低 SM/Cer比率诱导细胞凋亡，抑制肝癌的进展，并与肝癌患者预后差相关，以上提示SMPD2可能是肝癌治疗的潜在靶点。SMPD3 是一种具有 655 个氨基酸的蛋白质，广泛存在于细胞质膜的胞浆面和高尔基体中，分子量为71 kDa。在脑组织中高表达，在骨骼、肝脏和脾脏中低表达28。全基因组关联研究和基因分析已证实鞘脂代谢受损发生在包括肝癌、胃癌和结直肠癌在内的多种癌症中，SMPD3作为一种抑癌基因，可以影响肿瘤细胞的生物学行为。SMPD3过表达可使肝癌细胞增殖降低50%。siRNA敲低SMPD3则促进细胞在体外的侵袭和迁移30，通过IL6/JAK/Stat3 途径增加小鼠体内肿瘤的形成3。有研究认为，SMPD3 低表达与肝癌患者术后 2 年内肿瘤复发和转移有关31。因此，检测SMPD3的表达可能协助判断肝细胞癌患者的早期预后情况。还有研究报道32SMPD3通过增加神经酰胺的产生和调控下游Akt途径调节人结肠癌细胞对奥沙利铂的敏感性。Liu 等33通过多因素 Cox 回归分析筛选出 9 个预后基因，其中 SMPD3 是保护性基因标志物，SMPD3 等 9 个基因的改变与胃癌患者总生存期和无病生存期密切相关。SMPD3可以影响大肠癌细胞的甲基化34，乳汁酸的抗癌作用主要是引起抑癌基因SMPD3的甲基化和上调，用于结直肠癌的治疗。近年来，外泌体抑制剂35是癌症治疗联合方案的候选药物之一，GW486936和阿瑞吡坦37作为SMPD3的有效抑制剂，通过减少外泌体的释放增强化疗疗效，发挥抗肿瘤作用。此外，2，6唾液酰化38通过增强SMPD3介导的外泌体miRNA促进肝癌细胞迁移和侵袭。综上，SMPD3可以影响肿瘤的增殖、侵袭和患者预后，靶向SMPD3为消化道肿瘤的治疗提供新的策略。然而，SMPD3对鞘脂代谢的影响以及这种改变的脂质代谢如何调节肿瘤发生发展尚不清楚。因此，进一步探讨SMPD3作为抑癌基因在消化道肿瘤中的具体机制尤为重要。SMPD4基因定位于人类染色体2q21.1，是一种具有 866 个氨基酸的蛋白质，分子量为 97.8 kDa。在横纹肌和心肌中表达最高39。主要存在于内质网和高尔基体等细胞器中，还有研究发现在细胞核膜上也能检测到SMPD4的表达，因此又被称为核膜跨膜蛋白13（nuclear envelope transmembraneprotein13，NET13）。Atilla等40的研究表明SMPD4缺失导致细胞周期进程严重延迟。Hu等41研究应265岭南现代临床外科2023年6月第23卷第3期Lingnan Modern Clinics in Surgery，June.2023，Vol.23 No.3用生物信息学分析，筛选出 SMPD4 等 5 个与肝癌预后相关的脂质代谢基因，并通过反转录定量PCR 验证这些基因在肝癌及癌旁组织中的差异表达，发现与癌旁组织相比，SMPD4 在肝癌组织中呈高表达，从而影响肝癌患者的预后。但关于SMPD4对肝癌相关机制的研究未进行报道。SMPD5 是一种 483 个氨基酸的蛋白质，其分子量为53.9 kDa，在pH=7.5时活性最高，在乳腺癌MCF7细胞和人胚胎肾HEK293细胞中，主要分布于线粒体和内质网中，因此又称为线粒体相关中性鞘磷脂酶。它在胰腺、睾丸和脑组织中高表达42。目前SMPD5与消化道肿瘤的关系尚未见报道。4碱性鞘磷脂酶在消化道恶性肿瘤中的研究进展AlkSMase 是 1969 年 Nilsson 在肠道中报道发现的一种在碱性（pH=8.5）条件下水解鞘磷脂的酶43。基因定位在人类染色体 17q25，分子量为51.5 kDa，编码 458 个氨基酸残基。对 AlkSMase进行基因分析，其氨基酸序列与酸性或中性鞘磷脂酶没有相似性，作为一种新型胞外酶，与核苷酸焦磷酸酯酶（nucleotide pyrophosphatase phosphodiesterase，NPP）家族有相似性，因此又被命名为NPP744。它存在于高尔基体和质膜中，主要在胆汁和肠道中高表达45，在膳食SM消化中起主要作用。AlkSMase对细胞增殖具有抑制作用，细胞实验研究表明 AlkSMase 可以抑制约 50%的结肠癌细胞增殖46。建立AlkSMase 基因敲除小鼠结肠肿瘤的模型，由于缺乏AlkSMse，神经酰胺含量减少，1磷酸鞘氨醇和血小板活化因子增加，从而促进了肿瘤发生47。与动物实验研究一致，在18例结直肠癌患者的肿瘤组织和正常黏膜中采集组织样本，发现结肠癌患者 AlkSMase 活性降低4。AlkSMase 的抑癌作用可能是产生 1磷酸鞘氨醇和神经酰胺，保护结肠黏膜降低对致癌因素的敏感性48。在一项初步研究49中，检测 30 例肝活检标本，发现有脂肪变性和原发性硬化性胆管炎标本中AlkSMase酶活性降低，预示着肝脏癌前病变中AlkSMase酶活性降低。Duan等50测定了59例经内镜逆行性胰胆管造影术中所取胆汁样品中AlkSMase活性，发现原发性硬化性胆管炎和肿瘤患者胆汁中AlkSMase活性显著降低，其中以胆管癌最为显著。因此，胆汁中AlkSMase活性降低为预测胆管癌提供可能性。由此，AlkSMase可以作为结肠癌和胆管癌患者诊断的新型标志物。图1SMPD家族在消化道恶性肿瘤中的研究进展注：TIMP1，组织金属蛋白酶抑制因子1；SM，鞘磷脂；CER，神经酰胺5小结综上所述，SMPD家族作为鞘磷脂代谢的关键酶，与消化道恶性肿瘤的发生、发展、复发转移、耐药及患者预后有着密切的关系，为肿瘤研究提供了崭新的视角，未来随着研究的深入，有望成为治疗的潜在靶点。目前，对SMPD家族的结构、功能以及其对肿瘤的调控机制仍需进一步深入探索，关于SPMD家族相关研究的持续开展将有望为消化道肿瘤发生机制及治疗靶点的筛选提供新的研究方法和治疗策略。参考文献1 Airola MV，Hannun 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