去势抵抗前列腺癌中雄激素受体信号通路的研究进展

李美材 王德林

1.重庆三峡中心医院（重庆万州 404000）；2.重庆医科大学附属第一医院泌尿外科（重庆 400016）

前列腺癌作为男性第一位常见恶性肿瘤之一，其病程经历了从激素依赖到非依赖的过程，治疗难度也随之加大[1]。在雄激素剥夺治疗(androgen deprivation therapy,ADT)早期，体内睾酮和双氢睾酮水平低下，雄激素受体(androgen receptor,AR)转录活性不能被此水平激素激活，因而治疗尚且有效，但随着病程的延长，AR转录活性恢复甚至增强，前列腺癌血清分子标记物PSA(prostate specific antigen)再次升高，预示激素依赖前列腺癌(androgen-dependent prostate cancer,ADPC)将转化为去势抵抗前列腺癌(castrate-resistant prostate cancer,CRPC)，在此转化过程中多种分子机制导致AR信号通路活化，促进CRPC进展。

一、雄激素受体作用机制

人雄激素受体基因位于X染色体q12上，包括超过8个外显子，编码919个氨基酸，分子量110kDa，AR蛋白属于核受体超家族，包括DNA结合区(DBD)、配体结合区(LBD)、N端区(NTD)和铰链区(H)。NTD含有转录激活功能为AF-1，包括2个转录激活单元(TAU)：TAU-1和TAU-5，调节着AR活性；LBD含有类似于AF-1转录激活功能称为AF-2；DBD含有2个锌指结构，其中一个参与雄激素反应元件结合，一个参与AR形成二聚体；DBD和H与雄激素受体的核定位有关[2，3]。

在经典AR信号通路中，AR结合雄激素后，通过调节相关靶基因表达，参与细胞的生命活动。而在CRPC中AR信号通路可不通过雄激素而激活，信号通路中各环节受到诸多因子调节，其AR自身也会发生异常变化，导致AR信号通路激活呈现多样化，共同促进CRPC进展。

二、雄激素受体自身改变

这些主要包括雄激素受体突变、雄激素受体基因扩增或过表达、雄激素受体剪切异构体形成。在前列腺癌中，至今已发现159种AR突变，包括单碱基置换、碱基缺失或插入、终子密码提前4种类型突变，其中单碱基置换几乎占据全部突变类型[4]。AR突变率在前列腺癌中约为 10%～40%，其中 T877A、H874Y、W741C、L701H和V715M等位点突变可导致AR自身活性升高或被抗雄激素药物、皮质醇激素激活，而G142V、M523V、G524D、M537V位点突变AR即使在无配体激活情况下仍存在活性[5-9]。

在CRPC中AR基因扩增或过表达是最常见的AR信号通路再活化机制，AR基因扩增可以看作是ADT后的特异性改变，AR基因扩增可增加AR绑定到染色质的量、增加其对雄激素的敏感性[10]。目前研究显示，AR在CRPC患者中表达较ADPC患者中高，且在转移性CRPC中AR则更高，近80%CRPC患者AR基因拷贝数增加[11-13]。另外CRPC中过表达AR与多种机制有关，可能与调节AR表达相关miRNA、转录因子、转录共调节子、AR基因3端或5端非编码区、AR核心启动子突变及AR转录后调控有关[14，15]。

在上述AR自身改变外，目前还在CRPC发现大量AR剪切异构体 (androgen receptor splicing variants,AR-Vs)，而在正常前列腺组织则没发现此类剪切异构体，这些剪切异构体结构中主要是编码DBD序列上游插入了功能尚不清楚的外显子或者缺失相应外显子编码的LBD，造成AR开放阅读框被破坏或缺失正常AR的LBD功能[16，17]。AR剪切异构体在CRPC中较ADPC增高，与临床或生化无进展生存期相关，被看作对ADT或者雄激素受体阻断剂适应性反应，因此AR剪切异构体可作为肿瘤耐药的指标，尤其是在缺乏LBD雄激素剪切异构体中,目前发现AR剪切异构体约14种，由于缺乏针对不同AR剪切异构体的特异性抗体，对其研究有一定难度；AR剪切异构体在不同细胞和组织的表达、功能不甚明确，其功能存在争论，因此需要设计针对这些异构体N端和C端特异抗体在体内外研究其功能[6,18,19]。

三、肿瘤局部雄激素浓度维持

在CRPC中肿瘤局部雄激素来源主要通过类固醇代谢转化，众所周知雄激素合成分为经典通路(classic pathway)、从头合成通路(de novo pathway)、后门通路(back door pathway)或替代通路(alternative pathway)。 在正常前列腺和早期前列腺癌中经典通路作为雄激素主要合成途径，CRPC中因去势治疗阻断了经典通路，其他途径则成为了主要的雄激素合成途径。在后门通路或替代通路中孕酮通过一系列步骤产生5α-雄烷二酮或二氢雄酮，使之不经过T最终生成DHT。在CRPC中，雄激素合成信号通路之间也存在相互转换的关系，如17β-二醇和5α-雄烷 -3α可以通过 3β-羟基类固醇脱氢酶转化为DHT，也可通过17β-羟基类固醇脱氢酶转化为雄酮[20，21]。

目前研究显示，CRPC较ADPC中雄激素合成酶类（CYP17A1、HSD3B1、HSD17B3、CYP19A1、UGT2B17、SRD5A1、SRD5A3 和 AKR1C3） 转录水平升高[22]。Holzbeierlein等[15]对人前列腺癌激素剥夺治疗前后进行全基因组表达分析，发现其耐药与一系列基因改变尤其是与类固醇合成关键酶有关。而在一项对多种前列腺癌细胞系 LNCaP、22Rv1、 PC3、 DU145、ALVA41研究中，所有癌细胞能表达出CYP11A1、CYP17A1、HSDB3和 HSD17B3等雄激素合成酶，而在前列腺癌组织同时表达4种酶只有10%，故对CRPC利用雄激素从头合成仍有争议，需要进行更多的体内研究[23]。

在CRPC肿瘤内雄激素代谢途径发生变化，肿瘤本身促进类固醇激素合成的酶类上调起了重要作用。由于雄激素合成酶增加，也有足够激素刺激AR，即使进行了去势治疗，肿瘤细胞也不会处在一个完全没雄激素的环境里面，仍然会恶性增殖，因此针对雄激素合成酶类设计的药物可以有效抑制肿瘤持续生长，阿比特龙(CYP17阻滞剂)即为有力佐证。

除上述类固醇代谢途径维持局部瘤内雄激素外，内、外源性物质摄取载体有机阴离子转运多肽(organic anion transporting polypeptide,OATP)通过参与类固醇阴离子摄取，从而调节雄激素代谢。其中DHEA-S、E2-17βG和E1-S的摄取，由溶质运载有机阴离子转运体家族 (solute carrier organic anion transporter family,SCLO)基因编码，SLCO表达异常与CRPC进展相关[24，25]。Yang等[26]对538例经ADT治疗病人进行基因多态性研究，发现SLCO2B1的3个基因多态性(rs12422149A＞G、rs1789693A＞T 和 rs1077858A＞G)与去势治疗后疾病进展时间 (time to progression,TTP)有关，病人含其中一个多态性的平均中位进展时间为10个月，并证实SLCO1B3多态性同样能调节疾病进展，两者可能成前列腺癌的生物标记。以上表明雄激素在细胞内外转运效率也影响去势治疗效果及远处转移率。

四、雄激素受体共调节蛋白改变

AR作为一个核转录因子，其在核转位过程中受多种共调节蛋白的影响，它们能与AR一个或者多个区域结合来激活或者抑制AR受体功能。现已发现超过200种AR共调蛋白，随着共调解蛋白结构研究的深入，对其功能了解更深入，共调解蛋白通过多种方式影响AR介导的转录，包括染色质重塑、组蛋白翻译后修饰，还可募集转录相关组件和调节RNA剪切和处理等[27]。

在共调节蛋白研究中，研究较多的AR共激活蛋白是CBP/p300、SRC/p160家族，共抑制蛋白是NCoR(nuclear receptor co-repressor)、SMRT(silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptors)。Agoulnik 等[28]人研究显示SRC-2与前列腺癌分期分级相关，且能增加前列腺癌生化复发的风险，在ADPC和CRPC细胞系中SRC-2能促进细胞增殖；CBP/p300含有组蛋白乙酰转移酶活性，与AR作用后，能促进染色质结构重塑，连接AR与其他转录因子以促进转录[29]。共抑制蛋白所起作用与共激活蛋白相反，SMRT和NCoR对AR功能通过影响N/C端相互作用、与SRC/p160家族竞争结合AR，募集组蛋白去乙酰化酶而发挥作用[30，31]。

雄激素受体相关蛋白 (AR-associated proteins,ARA)是AR主要的共激活蛋白，根据其分子量命名，如ARA24、ARA54、ARA55、ARA70，它们与 AR 结合后改变配体结合的特异性、提高AR活性及转录作用。其中对ARA70研究较早，包括两种亚型，ARA70-α具有抑癌作用，ARA70-β具有致癌作用，后者调节着肿瘤侵袭和增殖[32]。

其他，如FoxA1、Cyclin D1b等调节AR功能和转移事件的共调节蛋白，组成了转录共调节网络而影响前列腺癌进展，AR还通过直接或间接与共调节蛋白作用，对基因组稳定性、DNA修复、基因融合事件发生产生影响，最终导致CRPC形成[33]。因此选择性阻断有致癌作用的共调节蛋白，将是CRPC治疗的新方法。

五、雄激素受体信号通路异常活化

在对AR信号通路研究中，各通路间存在相互作用和影响，AR活化除了经典信号通路外，还可以通过其他信号通路激活，被称为旁路通路。在CRPC中，细胞因子、生长因子、激酶等细胞外多肽及其下游级联信号相关因子都与AR有着交联，导致AR激活，促进细胞生长[34]。AR信号通路介导CRPC形成，但在低水平激素环境下其他信号通路仍然发挥着重要作用，包括PI3K/Akt信号通路、MAPK信号通路、STAT3通路，其他信号通路，如 Wnt、c-Myc、NF-kB、IGF/EGF，同样促使CRPC转化，以上信号直接或间接激活AR，通过非传统AR信号通路形式调控靶基因转录[35]。

然而，在少部分信号通路中，AR可作为抑瘤因子发挥抑制肿瘤转移侵袭作用，这补充了AR在CRPC发展中作用。如Wen等[36]人发现侵入性死亡(entosis)仅仅在CRPC组织中发现，在未敲除AR前列腺癌细胞系中AR促进细胞侵入性死亡，而敲除AR后抑制细胞侵入性死亡，并进一步证实此种机制由Rho/ROCK信号通路介导。

雄激素信号通路与多种通路交联，使AR在CRPC中的作用显得更为复杂，但同时也给CRPC治疗带来希望，通过抑制与其他通路交叉点关键蛋白或者联合应用抗代谢药、抗雄激素药物等，可达到最大程度抑制肿瘤侵袭、转移。

六、雄激素受体翻译后修饰

AR翻译后修饰影响本身的活性、稳定性、胞内定位和与蛋白间作用，主要包括磷酸化、SUMO化、乙酰化、甲基化和泛素化。

AR的N端区(NTD)可发生酪氨酸、苏氨基、丝氨酸 的 磷 酸 化 ， 主 要 位 点 包 括 S16、S81、S94、S213、Y223、S256、Y267、T282、S293、S308、Y363、S424、S515 和Y534；DNA结合区(DBD)主要发生S578位点磷酸化；铰链区 (H)可发生S650位点磷酸化；在配体结合区(LBD)S791、T850位点、Y915位点也可发生磷酸化[37]。磷酸化后AR将行使不同功能，如通过CDK1、CDK5、CDK9、PP2使S81位点磷酸化后，将促进AR核定位、转录及细胞生长；而磷酸化S515位点，则引起转录下调[38]。

含有组蛋白乙酰转移酶活性物质，如p300可引起AR乙酰化，促进细胞增殖，提高AR在细胞周期基因启动子区域活性；乙酰化常发生在K630、K632和K633三个高度保守的酪氨酸位点，当铰链区(H)发生突变后，其乙酰化作用将消失，说明铰链区(H)是AR主要乙酰化部位[37,39]。

AR的L端区(LBD)赖氨酸845(K845)和847(K847)位点可发生泛素化修饰，泛素化作为一种共价修饰调节，其过程需要三种泛素化酶，包括E1泛素激活酶、E2泛素偶联酶和E3泛素链接酶。已发现3种E3泛素链接酶影响AR转录活性，包括RNF6、MDM2以及由CHIP、RNF6介导的AR泛素化修饰提高AR基因转录活性，而MDM2和CHIP通过对AR泛素化修饰促进AR蛋白降解[40]。

AR的赖氨酸可通过与含小分子泛素样修饰蛋白(SUMO)作用而发生SUMO化，AR的SUMO化发生在赖氨酸386(K386)和520(K520)位点，SUMO化可引起转录、细胞周期、核质转运、DNA修复和凋亡的改变。SUMO包括 3个成员 SUMO1、SUMO2和 SUMO3，SUMO1可抑制AR活性，而SUMO2和SUMO3则提高AR活性；除了以上转录后修饰，AR铰链区还可以发生甲基化，位点常为赖氨酸630(K630)和632(K632)，主要与AR核定位相关[41]。

AR存在翻译后修饰，各种修饰可同时存在，使得AR的功能显得更复杂，与其作用的因子更多。目前对CRPC中翻译后修饰的研究尚不透彻，需要在体内进一步研究，以确立其在临床治疗的意义和在CRPC进展中的作用。

七、雄激素受体和非编码RNA

近几年开始专注于非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)的功能研究，非编码RNA长度差异较大，较短约为20核苷酸，较长超过200核苷酸，且数量庞大超过了编码蛋白质的基因，它们起着调控基因表达作用，并发现多种非编码RNA与肿瘤密切相关，对其研究主要集中于微小RNA(microRNA,miRNA)和长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)，两者表达与前列腺癌的发生发展有关，可调节肿瘤细胞的凋亡和转移，可作为致瘤因子又具有抑瘤作用，其在肿瘤发生中所起作用尚存争议。

Östling 等[42]在 LNCaP、LAPC-4、CWR-R1、22Rv1、MDA-PCa-2b细胞系中，系统性分析1129种具有功能的miRNA，发现71种miRNA可影响前列腺癌AR的表达，其中52种miRNA可导致AR蛋白降低，19种miRNA可引起AR蛋白升高，表明miRNA在前列腺癌发生发展中占据重要地位。目前研究显示，AR信号通路既可调节miRNA表达实现对下游靶基因转录后调控，又可受到miRNA调节直接或间接影响AR靶基因表达，其中miR-32、miR-125b、miR-21作为致瘤因子可受到雄激素的正性调节，而 miR-130、miR-203、miR-205、miR-331-3p作为抑瘤因子负性调节AR信号通路[43-47]。

目前对lncRNA研究成为热点，lncRNA作为转录垃圾的观点得到纠正，lncRNA与多种癌症恶性生物学行为相关，包括了前列腺癌进展。现在研究比较多的lncRNA是PCA3，它们可调节AR及其靶基因，介导前列腺癌细胞生存[48]。而PRNCR1和PCGEM1则成为争论较大的两种lncRNA，Yang等[49]人研究显示PRNCR1和PCGEM1可先后绑定AR，增强配体依赖和非依赖AR靶基因转录活性，在CRPC细胞系LNCaP-cds2、CWR22Rv1其表达较ADPC细胞LNCaP增高，在进展期前列腺癌组织中同样高表达，表明两者可通过影响AR信号通路导致CRPC形成。Parolia等[50]报道指出，PCGEM1在CRPC组织中表达下降，ADPC组织表达上调，与前者结论截然相反，并通过动物实验观察到PCGEM1相关基因表达标记在去势治疗后反而下调。部分lncRNA也可作为抑瘤因子阻止前列腺癌的恶性进展，如PCAT29作为AR负性调节lncRNA，可抑制肿瘤细胞的增殖和迁移功能，与前列腺癌预后相关[51]。

非编码RNA作为一类调节因子，通过对转录及转录后调控等方式参与细胞的生命活动，目前对非编码RNA在肿瘤中功能的研究越来越受到重视，随着对非编码RNA研究的深入，将阐明部分非编码RNA导致CRPC发生发展致病机制，可能作为前列腺癌潜在的诊断标记物、分子治疗靶点和预后标志物。

八、结论与展望

AR在ADPC进展为CRPC中的机制研究，为前列腺癌药物治疗提供了方向。AR在接受配体依赖的激活或者配体非依赖的激活到调控基因表达的过程中，受到多种因子的调控。目前针对AR介导CRPC的发生机制，已设计抑制其关键环节靶向药物，如AR拮抗剂Enzalutamide、雄激素合成CYP17阻断剂Abiraterone Acetate、PI3K信号通路阻断剂BKM120、PARP抑制剂veliparib[52]；还设计了针对多个靶点药物，如Cabozant inib 封闭 c-Met、VEGFR2、KIT 等多个蛋白[53]，Galeterone同时阻断雄激素受体及对CYP17A1[54]；也可设计针对AR突变及其异构体的靶向药物；根据CRPC患者体内相关分子生物标记实行个体化治疗，可取得事半功倍效果。随着研究AR信号通路在CRPC中作用机制的深入，我们会更加深入认识CRPC的发生、发展机制，必将对CRPC治疗产生重大突破！