诱导型一氧化氮合酶在肿瘤组织中的作用
・434・
・综述・
诱导型一氧化氮合酶在肿瘤组织中的作用
刘阳云综述赵素萍审校
【摘要】诱导型一氧化氮合酶(iNOS)与恶性肿瘤关系密切,被认为与肿瘤的发生,发展、侵袭和转移有关,但它在肿瘤起始及演进过程中的作用机制仍不十分清楚,继续进一步研究并弄清这些问题,将有可能在肿瘤的发生、发展及治疗等领域的研究取得较大的突破。
【关键词】一氧化氮合酶;
中图分类号:R730.2;Q559
肿瘤
文献标识码:A
文章编号:1673—4130(2008)05—0434一03
一氧化氮(nitricoxide,N0)自1992年被Science杂志选为
转化生长因子一I](TGF一口)、白介素一4(IL一4)、白介素一10(IL一10)、
L一硝基精氨酸甲酯(L-NAME)和N一3一氨甲基一苄基一乙酰氨(N一
3-aminomethybenzylacetamidine,1
当年度的“明星分子”以来,已迅速成为当代生物医学研究的热点和前沿,并继续展示其强劲发展的势头。NO在机体内必须通过一氧化氮合酶(nitric
oxide
400W)c43则对iNOS起抑
synthase,NOS)的作用产生。制作用。
iNOS与肿瘤的关系
NOS分为诱导型NOS(iNOS)、神经型NOS(nNOS)和内皮型NOS(eNOS)3种。由于iNOS所起的作用贯穿于肿瘤发生、发
展的全过程,iNOS在肿瘤的各种生物学行为中起重要作用,甚至是关键性的作用[1],且目前iNOS与肿瘤的关系研究最多,争议也最多。因此,现就iNOS在肿瘤中作用的最新研究进展作一综述,以期为该领域的进一步研究提供帮助。
iNOS的结构、功能及其调控机制
iNOS在肿瘤的发生、发展和转移过程中所起的作用主要是通过上调iNOS活性引起NO合成增加来实现的[4]。NO在
体内与肿瘤的作用机制存在着双重性,主要取决于N0的浓度。一方面,持续产生合适浓度的NO(pmol或fm01)有利于
肿瘤生长;另一方面,高浓度N0(nm01)对其本身又是一种损
害,NO又具有抗肿瘤活性。因为,在肿瘤组织中,iNOS活性
NOS依其所编码基因及其在细胞内分布和对钙的依赖性不同而分为iNOS、nNOS和eNOS3种,其中nNOS和eNOS合称为结构型NOS(cNOS),主要存在于上皮、脑和血小板,在生理状态下,eNOS合成皮摩(pm01)水平的NO。经eNOS产生的NO参与调节血压和器官的血流分布,抑制血小板的黏附和活化,抑制多核粒细胞的聚集。由nNOS产生的NO则作为神经传导递质,参与脑的发育、学习和记忆过程,但若过量产生则对神经有损害作用。
iNOS是一个相对分子质量为260000的同源二聚体,无活性的单体需聚合成二聚体才获得合成NO的能力。iNOS一旦合成,其活性为非Ca2+依赖性,但其诱导过程则为Ca2+依
赖性。iNOS活性对细胞内L.精氨酸、NADPH和四氢叶酸的依赖性大于cNOS。此外,iNOS诱导后活性可持续达20h,合
增加生成的NO比正常生理条件下cNOS合成的NO浓度约高1000倍,但却比引起细胞凋亡的NO浓度低10~100倍。因此,iNOS诱导生成的NO在肿瘤发生、发展过程中主要起促
进作用。iNOS与肿瘤生物学行为的关系至少表现在以下几个
方面[5]:1)NO通过多种机制导致DNA损伤而表现遗传毒性启动肿瘤的发生,因此被认为是一种肿瘤启动剂,iNOS与肿
瘤的发生有关;2)促进肿瘤细胞生长,iNOS诱导肿瘤细胞持续
释放NO可以促进肿瘤生长,产生这一效应的酶的活性是20pmol/(min・mg),比产生细胞毒作用和引起凋亡的酶活性至少要低1~2个数量级;3)促进肿瘤血管形成,iNOS诱导生成
的N0在血管内皮生长因子(vascularendothelialgrowthfae-
tor,VEGF)介导的肿瘤血管形成的各个步骤均起者重要作
用;4)促进肿瘤的转移,iNOS与肿瘤细胞侵入脉管和形成肿瘤
成纳摩(nm01)水平的N0,较cNOS合成的N0浓度约高1000倍。iNOS在正常生理条件下,各组织细胞的iNOS活性几
乎不表达;病理状态下主要受一些细胞因子的诱导而激活,如干扰素一a、肿瘤坏死因子一8、脂多糖(LPS)、白介素一1(IL一1)、组
栓子的能力有关。因此,学者们认为iNOS在肿瘤的发生、发展中起重要作用,甚至是关键性的作用[1]。
iNOS与相关促癌因子及其可能机制・
1.iNoS与环氧合酶-2(COx-2):环氧合酶(cyclo-oxygen-
ase,COX)是前列腺素(PGs)合成过程中重要的限速酶,目前发现其有2种同工酶,cOX一1和COX一2。COX一1在大多数组织中均有表达,参与维持机体正常的生理功能。COX一2在正
胺等细胞因子可激活核因子一KB和干扰素调节因子一l及丝裂原、激活蛋白激酶等[2]。最近新发现白介素-22(1L一22)也可诱导iNOS高表达[3]。此外,多种试剂以及紫外光、创伤、肿瘤局部微循环缺氧状态均能诱导iNOS表达,引起NO合成增加,参与血管生成、肿瘤的发生、发展和转移等过程。糖皮质激素、
作者单位:410003湖南长沙,解放军163中心医院耳鼻喉科(刘阳云)1410008湖南长沙,中南大学湘雅医院耳鼻喉科(赵素萍)
通信作者:刘阳云:E—mail:lyyundr@yahoo.corn.cn
常生理状态下多数组织内检测不到,只有当细胞受到刺激才能
迅速诱导表达COX一2。
肿瘤的发生、发展是一个非常复杂的过程,在一些肿瘤组织中,调控肿瘤的各种促癌因子与活性物质表达上调可能仅仅
万方数据
垦匿垫堕堡堂塑查婴堡!旦箜垫鲞箜!塑丛』地型!监型!坠!!:№!
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暗示其相瓦作用的某种关系,据此就推测它们在肿瘤发生、发展(包括侵袭转移)中的作用和意义未免牵强。但是,目前一般认为iNOS与c0X一2在肿瘤组织中的联合表达,与肿瘤的各种生物学行为相关o“,并认为两者之间可能通过Wnt信号通路进行信息交流和共同作用于肿瘤。2005年12月出版的《Science))杂志更是将iNOS与COX一2作为一个“捆绑体”,认为iNOS的第1~144个氨基酸片段与COX一2c端的第484~604个氨基酸区“捆绑”(显然,这种关系在COX一1中是不存在的,因为c0X一1仅600个氨基酸),打破这种“捆绑”,即可影响NO上调COX一2表达的行为[6]。但也有学者发现在某些肿瘤中iNoS与COX一2无关¨J。
2.iNOS与滤泡型B细胞淋巴瘤/白血病一2基因(Bcl-2):Bcl一2基因家族在细胞凋亡过程中起着重要作用,其表达的改变不仅影响DNA损伤细胞或周期异常细胞的正常凋亡.还影
响肿瘤细胞自身的凋亡。有关iN0s与Bcl一2的关系,国内研
究较少,国外在对不同的组织、肿瘤及各种细胞系的研究中,证实iNOS与Bcl一2的表达密切相关,iNOS诱导的NO上调Bcl一2的表达,iNOS与Bcl-2的表达成正相关r8:。NO上调Bcl-2
的表达是经由泛素一蛋白酶体系统通过抑制Bcl一2的降解来实
现的。N0通过抑制Bcl2的分解而上调Bcl一2的表达r8]。
Caspase引起Bcl一2裂解是放大凋亡信号的一个关键步
骤,N0是一种强有力的、内生性的Caspase-3活性的抑制剂。NO通过抑制Caspase-3的活性从而阻止Bcl一2裂解和线粒体细胞色素C的释放,从而抑制凋亡的发生,这样,NO抑制了一个在凋亡信号中正反馈放大的一个关键步骤,从而抑制细胞凋亡的发生[8]。
相反,另有研究表明,iNOS与Bcl一2的表达成负相关,iN—OS的过度表达所产生的高浓度NO环境能抑制Bcl一2基因的
转录与表达,从而诱导细胞凋亡[9],其机制为:NO既是细胞因
子又是自由基,NO作为毒性很强的自由基能与含铁硫中心的酶和含巯基的多肽反应使之失活,从而抑制线粒体功能和
DNA合成。此外,NO能与0z一反应形成超氧亚硝酸盐
(ON00一),后者可分解成比oz更具毒性的・OH和NO:而引起细胞损伤。在生理状态下,NO和0:处于平衡状态,没有毒性作用,NO大量生成,・0N增加,导致渗透转运小孔
(permeabilitytransition
pore,PT)的开放,从而导致细胞色素
C从线粒体内释放,从而促进细胞凋亡。同时,NO还可直接
激活bax,引发细胞色素c的释放而导致细胞凋亡。
3.iNOS与p53:有研究认为iNOS在肿瘤中的高表达与P53蛋白过度表达及P53基因的突变率紧密相关。N0的生物学作用可能是通过p53依赖途径介导的,由iNOS所诱导产
生的NO刺激野生型p53(wildtype_p53,WT—p53)集聚。WT—p53自身也可以通过抑制iNOS的转录从而限制NO的产生。
p53被认为是一种DNA损害以后细胞生存的重要的决定性物
质,它的集聚导致细胞循环的停止和DNA的修复,给细胞一个修复可逆性损伤的机会,同时也刺激凋亡途径,迫使细胞发生不可逆的损伤以至毁灭。NO除了能刺激p53的集聚之外,
还能改变自身结构,从而改变蛋白质的功能。NO对p53的作
用是浓度依赖性,低水平的NO增强p53的功能,高水平的NO导致p53的功能缺失。调节NO杀灭肿瘤或促进肿瘤生长,p53起到关键性的作用。但也有学者发现在胃癌的肿瘤组织中iNOS的高表达与p53的表达无关[1…。
万方数据
4.iNOS与基质金属蛋白酶(MMPs):基质金属蛋白酶(MMPs)几乎能降解细胞外基质(ECM)的所有成分,并且还能参与肿瘤血管形成及调节细胞黏附。因此,在肿瘤的浸润转移中起着重要的作用。肿瘤组织中iNOS和MMP一9表达显著相关,由iNOS诱导产生的N0能调节MMP一9的产生,从而促进肿瘤血管生成和肿瘤的侵袭与转移,iNOS和MMP一9在癌组织中的高表达提示预后不良rl“。实体瘤基质中NO的产生可激活MMP,导致细胞外基质和基底膜完整性的破坏,促进肿瘤新生血管形成。NO在介导后毛细血管静脉内皮细胞血管形成过程中,上调尿激酶型纤溶酶原激活剂uPA,而uPA将纤溶酶原转变成纤溶酶,后者激活大量MMP,这可能是N0介导
5.iNOS与VEGF:VEGF是可溶性血管形成因子,VEGF
与内皮细胞表面的受体结合而刺激细胞在肿瘤血管形成中起
关键的作用,同时也增加血管通透性和使血管扩张。研究表
明,肿瘤组织中iNOS高表达与VEGF紧密相关¨…。iNOS诱
导生成的N0在VEGF介导的肿瘤血管形成的各个步骤如溶解基质、内皮细胞移动和增生、新的血管网构建和管腔的形成中均起者重要作用,其机制可能为VEGF在促血管形成早期引起NO产生增多,使微血管扩张,内皮细胞拉长、伸展,促进
其有丝分裂和移行,促进血管的进一步形成。
6.iNOS与PTEN:抑癌基因PTEN位于染色体10q23.3.全长200kb,含9个外显子和8个内含子。PTEN的抑癌作用
主要体现在诱导细胞周期停止和程序性细胞死亡,调节细胞的
粘连、移动和分化,抑制血管的生成。研究表明PTEN的缺
失,可导致iNOS和N0的大量产生[”]。细胞因子激活核因
子一KB(NF—KB),从而上调iNOS表达引起N0合成增加。PTEN至少从以下三个方面来阻止NF.cB的激活从而下调iNOS的表达:1)PTEN能够直接阻止细胞因子诱发的NF—KB的激活。脂多糖(LPS)、白介素一1(IL一1)能够引起P13K的下游
分子Akt和Ix昏IxB激酶复合体发生物理作用,这些蛋白间相互作用可以使NF—xB激活,但是这个激活效应可以被PTEN所拮抗。2)PTEN作为I,cB激酶(IKK)的拮抗剂,能使IKB发生去磷酸化,使NF_xB牢固结合在NFx睁IKB的复合物中,不能释放进入细胞核内发挥转录因子作用,对NF-xB信号产生负性调节作用。3)整合素连接激酶((integrin—linked
kinase,
ILK)可经PKB/Akt以及NF-KB途径促进iNOS的表达,最终调节N0的产生。
7.iNOS与STAT3:STAT3是信号转导与转录激活因子家族(signal
transducers
and
activators
of
transcription,
STATs)的成员之一,是一种重要的核转录因子,被细胞外细
胞因子、生长因子等多肽类配体激活,作用于细胞核内特异的
DNA片段,调控靶基因的转录,促进肿瘤细胞的增殖、血管形
成、侵袭转移及免疫逃逸。最新的研究发现,STAT3在白介素一22上调iN0s的过程中起了关键性的作用[3]。作为转录激活因子,也许在其他细胞因子上调iNOS的过程中,STAT3同样起了重要作用,但目前尚未找到更多的文献。
iNOS基因多态性与肿瘤
最近国外出现了一些关于iNOS基因多态性与肿瘤的文
献。有研究发现iNOS启动子中长的(、CTTT重复片段增加了
胃癌发生的风险¨“,更有研究表明,iNOS启动子的基因多态性
基质降解破坏的另一途径。
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(12个重复CCTI'T片段的等位基因)不仅与膀胱上皮癌的发生有关,更与其临床分期有关[1]。当然,也有研究表明iNOS的基因多态性与肿瘤发生、发展无关[7““。进一步研究iNOS基因多
态性与肿瘤的关系,可为基因治疗提供依据。
通过强制性增加iNOS表达,使局部产生高浓度NO可获最佳抗肿瘤活性[1“。目前,人iNOSeDNA已被成功克隆,
AdiNOS也已成功构建,AdiNOS转染靶细胞能够导致iNOS过表达,并能产生大量NO,这为肿瘤的基因治疗提供了一个
可资选择的策略‘”]。
前景与展望
综上所述,iNOS在肿瘤的多因子、多基因、多步骤的演进过程中发挥重要作用,甚至可能是关键性的作用,调控iNOS表达和NO产生有望成为控制肿瘤生长和转移的理想途径。但NO在肿瘤起始及演进过程的作用机制仍不甚清楚,大量的研究来自体外实验,体内的直接证据不多.而且几乎每一个领域的研究都有不同的结论,以下问题将是今后进一步研究的重
点:肿瘤细胞和宿主细胞病理生理水平的iNOS表达在肿瘤生
长和转移中的确切作用及其机制;肿瘤细胞和宿主细胞(如巨
噬细胞)iNOS表达系统和NO作用被调节或遏制的确切机制;
肿瘤进展过程中,iNOS表达与其他促瘤因子的关系及其相互
调控的机制;iNOS基因多态性与肿瘤生物学行为的关系及肿
瘤的iNOS基因治疗;如何直接将iNOS基因导入肿瘤和(或)宿主浸润细胞仅增加肿瘤相关N0产生而不对正常组织细胞造成太大的损伤。
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(收稿日期:2007-05-04)
诱导型一氧化氮合酶在肿瘤组织中的作用
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
刘阳云, 赵素萍
刘阳云(长沙,解放军163中心医院耳鼻喉科,湖南,410003), 赵素萍(长沙,中南大学湘雅医院耳鼻喉科,湖南,410008)
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