胆固醇与角鲨烯合酶在癌症中的关键作用：分子机制、脂筏功能及靶向治疗新策略

本综述系统阐述了胆固醇（Cholesterol）与角鲨烯合酶（Squalene Synthase, SQS）在癌症发生发展中的核心作用。文章重点揭示了胆固醇通过脂筏（Lipid Rafts）介导致癌信号传导的分子机制，并深入探讨了SQS作为胆固醇生物合成通路关键节点的治疗价值。通过对SQS抑制剂（如Zaragozic Acid、TAK-475等）作用机制和临床应用前景的全面分析，为开发新型抗癌疗法提供了重要理论依据。该研究特别强调了靶向SQS在逆转化疗耐药（如急性髓系白血病AML）和抑制肿瘤转移（如肺癌）方面的独特优势，为胆固醇代谢重编程与肿瘤免疫微环境的相互作用提供了新的视角。

　　

胆固醇与角鲨烯合酶在癌症中的分子机制及治疗前景

2 角鲨烯合酶在癌症中的作用

角鲨烯合酶（Squalene Synthase, SQS）是胆固醇生物合成途径中的关键酶，位于内质网，由8p.22-23.1染色体区域的FDFT1基因编码。其表达受SREBP转录因子严格调控，这些因子结合在酶编码基因转录起始位点约150个碱基对上游的SRE样序列上。SQS催化两个法尼基焦磷酸（FPP）分子的头对头缩合，首先生成角鲨烯焦磷酸前体（presqualene pyrophosphate），这是一种稳定的环丙基羧基焦磷酸中间体，随后通过NADPH介导的异裂异构化和还原反应最终生成角鲨烯。角鲨烯是胆固醇生物合成途径中第一个专门用于产生胆固醇的分子。SQS的关键作用在于它将FPP代谢物导向甾醇分支而非非甾醇分支，因此成为抑制胆固醇合成的有前景靶点，相比他汀类药物具有独特优势，因为它不影响HMGR下游和SQS上游必需物质的产生，如多萜醇、血红素A、泛醌和异戊二烯化蛋白。

SQS抑制剂最初作为潜在的抗高血脂药物用于控制循环胆固醇，近年来被应用于研究其对细胞膜胆固醇含量的影响。这些抑制剂已被证明可调节与神经退行性疾病相关的多种细胞过程、寄生虫生长，尤其显著的是癌症细胞的增殖和迁移。尽管关于胆固醇在细胞水平作用机制的研究仍在进行，但不断累积的证据将SQS定位为多种疾病的治疗靶点。

他汀类药物尽管成本效益高且应用广泛，但仍存在局限性，因为其对HMGCR的抑制点影响范围广泛的分子。而SQS抑制剂（如扎哥司酸）通过靶向甲羟戊酸形成后的胆固醇合成，提供了更特异性的替代方案，同时保留异戊二烯类物质的产生。此外，一些他汀类药物的不良反应是由甲羟戊酸途径非甾醇分支的下调引起的，包括肌毒性，而与SQS抑制剂联合使用可预防他汀诱导的肌毒性。

这种靶向抑制在探索胆固醇生物合成本身及其对癌细胞膜筏的影响方面具有优势。不仅SQS抑制与扎哥司酸能够抑制前列腺癌细胞的增殖并诱导凋亡，还能阻碍RMA淋巴瘤和Lewis肺癌的生长。这些发现强调了SQS在研究胆固醇、膜筏和癌症进展之间复杂联系中的关键作用，为SQS抑制的潜在治疗方法提供了启示。

2.1 SQS活性的抑制

从药物化学角度来看，SQS酶抑制剂的小分子设计和开发主要作为高脂血症和心血管疾病的替代治疗。如上所述，推动这一研究持续进行的主要原因是主流/低成本他汀类药物显示的不完全治疗效果和/或副作用发生频率。

SQS抑制剂包括扎哥司酸（角鲨烯抑素）、奎宁环/吗啉衍生物以及4,1-苯并氧杂卓衍生物如拉帕司他/TAK475。根据其作用模式的不同以及来源，强效SQS抑制剂可分为以下几类：

（1）FPP底物的结构类似物：这些抑制剂被设计成模仿FPP底物的关键组成部分。它们通常包含异戊二烯单元或其他类似的疏水部分，以及一个类似于FPP二磷酸的功能基团。首批此类抑制剂由异戊烯基膦酰甲酸酯组成，随后是"法尼基"侧链的芳香族等排体，如对位取代的苯基类似物。

（2）过渡态类似物：这些化合物模仿FPP与SQS相互作用的过渡状态。通过引入碱性氮，它们模拟碳正离子中间体，而环丙胺则模拟角鲨烯前体的环丙基部分。此类抑制剂包括N-(芳烷基-1-)法尼基胺、苯氧丙胺以及芳香族取代的奎宁环类如YM53601。

此外，双膦酸盐除了是过渡态类似物外，由于其离子螯合特性，能够结合SQS辅因子Mg²⁺。此类具有SQS抑制活性的化合物包括1,1-双膦酸盐、4-取代联苯膦酰磺酸盐或取代联芳醚膦酰磺酸盐。该类其他强效抑制剂还包括YM175（又称英卡膦酸盐）和去氢唑来膦酸盐类似物。

（3）天然产物：源自真菌的扎哥司酸（也称为角鲨烯抑素）模拟角鲨烯焦磷酸前体的结合，并以高效力抑制SQS。它们较差的生物制药特性导致了一系列衍生物的开发，如角鲨烯抑素的脱羧或4-脱氧类似物，以及基于其结构的合成抑制剂，如A-87049。Schizostatin也源自真菌，被认为模仿两个法尼基链的结构。

（4）与抗氧化和/或抗炎部分的融合：通过将SQS抑制剂与抗氧化或抗炎成分结合，利用芳香族取代的吗啉、一氧化氮释放部分、苯并恶嗪/苯并噻嗪结构以及与吩噻嗪部分的组合，衍生出多活性分子。某些化合物被证明除了具有抗高血脂和其他功能外，还能减少动脉粥样硬化。

（5）苯并氧杂卓类：通过广泛筛选工作发现的苯并氧杂卓类作为一种新型强效抑制剂，其结构特征为内酰胺杂环与苯融合。这些结构通过SAR优化产生了TAK-475（或称拉帕司他），一种优化的竞争性SQS抑制剂。TAK-475进行了高达III期的临床试验，但由于出现肝丙氨酸转氨酶（ALT）升高而被中止。该类新抑制剂如DF461继续开发，重点关注不良反应的最小化。

（6）基于2-氨基二苯甲醇模板的强效抑制剂：其中固定旋阻的烷氧基-氨基二苯甲醇衍生物被证明具有口服疗效。最近，基于后一种烷氧基-氨基二苯甲醇衍生物的SAR研究，开发了11元模板，如丙二酰胺或甘氨酸烷基类型，具有强效活性。

（7）其他不同的SQS抑制策略包括：

(a) 开发肽抑制剂；由于其高特异性、有效性、低毒性特征和良好耐受性，通过理论和实验筛选方法探索了潜在的肽抑制剂。结果显示，几种九肽、六肽和四肽显示出有效抑制SQS的潜力。

(b) 酶蛋白降解剂；基于蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）的新兴技术提供了一种替代方法，通过药物结合标记靶蛋白进行降解。虽然这种方法迄今在降低SQS水平方面尚未成功，但一个小分子SQS配体KY02111意外地被发现以蛋白酶体依赖性方式选择性导致SQS降解。因此，KY02111似乎代表了一种非常规和机制新颖的降解剂，也是SQS的首个降解剂。

(c) 探索计算研究产生的潜在抑制剂；借助分子建模研究，对传统中药（TCM）和Specs数据库进行虚拟筛选，将Cynarin确定为潜在的SQS抑制剂。此外，通过3D-QSAR药效团模型生成了SQS抑制的新化学支架；化学数据库（Specs和TCM）的虚拟筛选确定了潜在候选物，其中选择的化合物表现出强效的体外活性。

2.2 SQS在癌症发生发展中的作用

SQS因其在众多癌症中的高表达而成为有前景的治疗靶点，包括前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌、肝癌、小肠癌、膀胱癌、宫颈癌、甲状腺癌和食管癌，同时它似乎可作为多种癌症的生物标志物。这些结果基于Tüzmen等人的研究，该研究评估了各种癌症类型中SQS蛋白和mRNA的水平；在许多情况下，水平升高，其中在肝癌中观察到的表达最高，比相邻正常肝组织高五倍。然而，应注意的是，在其他一些癌症类型中，如胃癌、胰腺癌、子宫癌和结直肠癌，未观察到SQS表达的显著改变，而在几种其他癌症中，如睾丸癌、肾癌、肺癌和淋巴瘤，SQS显示表达降低。上述现象，即癌症相关基因的作用因癌症类型而异——抑制（肿瘤抑制作用）或诱导（致癌作用）——并不少见。在Hughes等人的另一项研究中，对66例食管腺癌的分析显示，12%的样本中存在一致的SQS扩增和过表达。此外，后续分析显示，所有研究的扩增食管腺癌细胞中SQS mRNA均过表达。SQS在乳腺球和神经母细胞瘤球形成细胞（即具有自我更新、分化和治疗抵抗特性的癌症干细胞）中的显著过表达与晚期癌症阶段以及降低的无复发生存期相关。其他研究表明，SQS作为结肠癌的预后标志物并促进癌细胞增殖。一项基因组研究进一步揭示了结肠癌中高SQS水平与患者生存期缩短之间的相关性。然而，另一项蛋白基因组研究表明，结肠癌中SQS的过表达导致总生存期和无进展生存期延长。以显著转移性著称的舌鳞状细胞癌（TSCC）与促进癌变的SQS表达升高有关。在Chattopadhyay和Mallick的研究中，研究了SQS的致癌作用；发现SQS的过表达增强了TSCC细胞的增殖、迁移和ROS产生——后者是增强TSCC细胞生长的因素——并且一种称为piR-39980的非编码RNA显示出对SQS表达的潜在抑制作用。

SQS还显示多态性，这与癌症有关。已观察到前列腺癌与SQS基因的rs2645429多态性相关；这种单核苷酸多态性（C→T替换）位于SRE-1区域前六个碱基对处，导致启动子活性增加，从而诱导SQS基因的转录。因此，具有该等位基因的患者SQS水平升高，前列腺癌变和转移的风险更高。这种多态性也在非小细胞肺癌中报道，可被视为风险因素。胃癌中也报道了基因拷贝数的异常，而SQS基因的突变也在结直肠癌肝转移中报道。Tüzmen等人的研究显示，与肿瘤相邻的正常组织相比，癌症组织样本中具有选择性剪接（AS）的SQS基因特定变体的表达增加，而在各种癌细胞系中进行的研究中，AS变体1（AS-1）似乎是主要的。此外，研究了基因启动子区域以寻找甲基化模式，但未发现证明SQS表达变异的结果。

SQS在分裂细胞中的表达被诱导，导致结论认为它显著促进细胞增殖的癌症信号传导。SQS通过几种机制参与癌细胞增殖，其一是增加胆固醇的生物合成。SQS似乎控制细胞周期的进程，因为抑制其表达会损害细胞增殖并使细胞停留在G1和G2/M期。然而，补充胆固醇可解除细胞周期的衰减，得出结论认为SQS对细胞周期的作用是间接的。因此，抑制这种酶，从而抑制胆固醇的从头合成，是根除癌症干细胞以及抑制癌细胞生长的有吸引力的治疗策略。

从另一角度，SQS的过表达导致角鲨烯水平增加。角鲨烯是一种抗氧化剂和皮肤润滑剂，因为它保护细胞膜免受ROS引起的脂质过氧化，并且也是皮肤皮脂的主要成分。尽管角鲨烯在癌症中的作用尚未彻底研究，但它可能为细胞生存提供优势。在间变性大细胞淋巴瘤（ALCL）间变性淋巴瘤激酶阳性（ALK+）细胞系中，SQLE的表达丢失，导致角鲨烯积累（正常情况下检测不到）。在这种癌细胞系中，角鲨烯改变细胞的脂质谱并保护其免于铁死亡。因此，角鲨烯在氧化应激下为生长提供了优势。在小鼠ALCL ALK+中研究了通过基因敲低抑制SQS的效果。SQS活性的丧失导致肿瘤大小显著减小。此外，在缺乏SQLE的细胞中，SQS基因丢失或使用小SQS抑制剂使这些癌细胞对铁死亡（由谷胱甘肽过氧化物酶抑制剂诱导）敏感。癌细胞系对外源摄入代谢物（在这种情况下是胆固醇）的依赖性，因为它们无法从头合成，称为营养缺陷型。其他营养缺陷型癌细胞，如组织细胞淋巴瘤癌细胞系U-937或多形性胶质母细胞瘤细胞，也显示这种依赖性，因此对血清胆固醇的降低敏感。

此外，靶向SQS并直接抑制胆固醇生物合成可用作对抗化疗耐药急性髓系白血病（AML）的治疗策略。在AML中，暴露于放疗和化疗会升高胆固醇水平，通过SQS抑制阻断胆固醇合成，增强了AML细胞系对治疗的敏感性。Karakitsou等人进行的一项研究使用基因组尺度代谢模型强调了SQS抑制作为减弱化疗耐药AML细胞生长的有前景治疗方法的潜力。用YM-53601抑制SQS后，对多柔比星或阿糖胞苷耐药的化疗耐药AML细胞系的增殖受到损害。

如前所述，肿瘤特异性免疫反应受胆固醇及其衍生物的影响，它们抑制肿瘤内的免疫细胞并抑制其向淋巴器官迁移。扎哥司酸对SQS的抑制不影响对免疫细胞功能相关蛋白成熟至关重要的异戊二烯类的形成。许多免疫细胞依赖蛋白质异戊二烯化进行基本过程，包括运动、活化、增殖和抗原摄取。扎哥司酸显著抑制体内RMA淋巴瘤和Lewis肺癌（LLC）的肿瘤生长，并依赖于功能性免疫系统。相反，抑制FPP合成从而抑制异戊二烯类形成的唑来膦酸无法控制LLC肿瘤生长。扎哥司酸的毒性评估表明即使在高抗肿瘤剂量下也无肝毒性；然而，在这些化合物临床转化之前需要关于生物利用度和药理学特征的全面信息。此外，扎哥司酸与免疫疗法的组合有效抑制肿瘤生长，这种协同作用显著延长了患有LLC或RMA淋巴瘤的小鼠的总生存期。这些发现强调了扎哥司酸和SQS抑制作为抗肿瘤免疫反应中有前景的治疗方法的潜力，并需要进一步探索与癌症免疫治疗的组合。

2.2.1 SQS在前列腺癌中的作用

SQS与前列腺癌关系的研究相当有趣。通过分析前列腺癌患者的基因组，在SQS基因所在的染色体区域（8p23）发现了与峰值标记（D8S550）的相关性。发现特定基因型（rs2645429多态性的GA + AA基因型，GG：野生型，GA：杂合子，AA：突变型）增加了前列腺癌的风险。rs2645429突变的AA基因型导致SQS基因启动子的活化增加。此外，研究了SQS在前列腺癌细胞增殖中的作用；首先，通过siRNA沉默SQS基因，导致LNCaP和PC3前列腺癌细胞系的增殖抑制。随后，TAK-475对SQS的抑制导致LNCaP和PC3细胞增殖的显著剂量依赖性抑制。最后，前列腺活检显示SQS基因在前列腺癌组织中的表达很高，并且在侵袭性癌症类型中甚至更高。

在Brusselmans等人的研究中，雄激素已被证明在雄激素依赖性前列腺癌细胞中诱导SREBP活化。尽管胆固醇水平充足，它们导致甲羟戊酸途径酶的表达增加，包括SQS。结果，雄激素导致脂筏中从头合成的胆固醇水平增加（5倍增加），而脂筏外的胆固醇水平受影响较小（2倍增加）。通过RNAi抑制SQS阻断了LNCaP细胞中的胆固醇生物合成，并导致脂筏胆固醇含量减少50%，对甲羟戊酸途径的非甾醇分支没有任何影响。这导致细胞毒性并显著抑制LNCaP细胞增殖——这些效应在提供外源胆固醇时可逆。此外，施用SQS抑制剂扎哥司酸导致脂筏胆固醇含量减少60%，诱导LNCaP细胞的细胞毒性和生长抑制。总之，雄激素在前列腺癌细胞系中扮演SQS表达的调节角色，并且支持这一点，Fukuma等人进行的一项研究表明，经过6个月的雄激素剥夺治疗后，SQS水平显著降低。

综上所述，通过SQS抑制剂干扰甲羟戊酸途径的甾醇分支是治疗和/或预防前列腺癌的潜在新方法。最后，值得一提的是，由于实体瘤的营养供应有限，它们更依赖从头胆固醇合成，使得SQS在这种情况下成为一个非常有趣的抗肿瘤靶点。

2.3 SQS在转移中的作用

在Yang等人对肺癌患者进行的一项研究中，30名患者中有27名显示癌组织中SQS表达与邻近健康组织相比显著增加。结果显示，SQS与肺癌晚期、肿瘤大小增加、区域淋巴结转移、远处转移和复发相关。肺癌患者中SQS的上调与较短的无病生存期和总生存期以及较差的预后显著相关，与SQS水平低的患者相比。此外，该研究揭示，在高侵袭倾向的肺癌细胞中，涉及胆固醇生物合成的八个基因上调，包括HMG-CoA合成酶1、SQS和SQLE。在转移性肺癌细胞中抑制SQS，无论是用扎哥司酸还是通过基因敲低，导致体外迁移和侵袭能力显著降低，以及体内肿瘤负荷和转移形成减少。值得注意的是，与他汀类药物对HMGCR和HMG-CoA合成酶1的抑制相比，对肺癌细胞体外侵袭性的影响较小。为确认胆固醇在上述发现中的作用，研究了SQS下游甲羟戊酸途径抑制的效果；确实，证实胆固醇本身与肺癌的进展有关。此外，在低侵袭倾向的细胞中强制过表达SQS增加了它们的迁移和侵袭能力，导致可检测到的肺转移数量增加。但可能涉及哪些进一步机制？SQS上调导致胆固醇水平增加，从而富集脂筏中的肿瘤坏死因子受体1（TNFR1），导致NF-κB活化。这种活化导致MMP蛋白酶表达增加，后者又与转移过程相关，而且与肺癌的生长和进展相关。

除了TNFR1，SQS通过骨桥蛋白参与转移，其表达由升高的胆固醇生物合成诱导。SQS过表达导致骨桥蛋白表达增加，然后诱导Src、ERK和Akt激酶的磷酸化，从而增加MMP-1表达，进而诱导肺癌细胞的转移。高骨桥蛋白表达与吸烟、淋巴结转移、癌症晚期、预后差和肺癌患者总生存期降低相关。骨桥蛋白还诱导多种癌症的转移，因为它参与过程如细胞粘附、趋化性、侵袭、迁移和肿瘤细胞的锚定非依赖性生长。骨桥蛋白在肺抗原呈递细胞中上调，并且对IL-17A的产生至关重要，后者又调节肺癌生长。最后，骨桥蛋白直接与膜受体如EGFR、VEGF、CD44和整合素相互作用，从而也通过这种作用模式促进转移。SQS的敲低导致脂筏破坏，导致肺癌细胞中过表达的CD44受体脱落并抑制肿瘤细胞迁移。

这些发现表明，SQS通过增加胆固醇水平驱动肺癌转移，胆固醇专门中介上述分子机制。

3 结论

胆固醇通过多种机制在癌变、肿瘤生长和转移中扮演复杂角色。一方面，致癌途径增加细胞内胆固醇水平，另一方面，胆固醇及其衍生物进一步支持癌细胞增殖、迁移和转移。胆固醇支持癌症的一个关键机制是通过脂筏形成，脂筏作为癌症相关受体和途径的信号平台，同时有助于癌细胞运动性和侵袭。

多项研究表明，抑制胆固醇生物合成可抑制各种癌症行动。细胞周期被破坏，类固醇生成受阻，可诱导针对癌细胞的免疫反应，并可逆转化疗耐药。此外，从脂筏中消耗胆固醇抑制致癌信号传导。因此，胆固醇生物合成抑制成为抗癌治疗的有吸引力靶点。确实，他汀类药物作为最广泛使用的胆固醇生物合成抑制剂，已因其抗癌效果被广泛研究。然而，它们对HMGCR的作用在甲羟戊酸途径中较早，影响多种分子。因此，它们的作用不能仅归因于降低胆固醇水平，而事实上，甲羟戊酸途径非甾醇分支的抑制，而非胆固醇生物合成，主要与其抗癌效应相关。为清晰理解降低细胞内胆固醇水平及其衍生物在癌症中的影响，靶向SQS显得更有前景。SQS将甲羟戊酸途径导向胆固醇生物合成而非非甾醇分支，其失调与多种癌症相关。通过SQS抑制，癌症生长受阻，癌细胞对铁死亡敏感，而SQS抑制还导致迁移和转移倾向降低。值得注意的是，SQS抑制降低胆固醇而不影响蛋白质异戊二烯化，这对免疫细胞对抗癌细胞的功能至关重要。

研究表明，SQS抑制，特别是与免疫疗法或化疗结合，可能是对抗癌症和降低治疗耐药性的有价值策略。进一步研究SQS抑制在各种癌症类型中的潜力，有望为癌症治疗开发新型治疗方法。