CYP51A1介导的CYP17A1旁路途径：前列腺癌中雄激素生物合成的新机制

《Nature Communications》：A bypass gateway from cholesterol to sex steroid biosynthesis circumnavigates CYP17A1

本研究针对CYP17A1抑制无法完全阻断前列腺癌雄激素合成的临床难题，发现CYP51A1可通过氧化固醇途径绕过CYP17A1直接合成DHEA，经3βHSD1转化为睾酮和DHT。该通路在多种脊椎动物中保守存在，为性类固醇生理学和癌症治疗提供了新靶点。

　　

在性类固醇研究领域，一个长期存在的谜团困扰着科学家和临床医生：为什么针对关键酶CYP17A1的药物治疗无法完全阻断前列腺癌患者的雄激素合成？传统理论认为，所有性类固醇的生物合成都必须经过CYP17A1这一"瓶颈"酶的作用。然而临床观察发现，即使使用高效的CYP17A1抑制剂，肿瘤组织仍能检测到雄激素信号通路的激活。这一矛盾现象暗示着，可能存在一条不为人知的"旁路"途径，能够绕过CYP17A1的阻断继续产生雄激素。

近日发表在《Nature Communications》上的研究解开了这个谜团。由Ziqi Zhu和Nima Sharifi领导的研究团队发现，另一个原本被认为与胆固醇合成相关的酶——CYP51A1，竟然能够通过氧化固醇介质实现雄激素的从头合成。这一发现不仅改写了性类固醇生物合成的教科书知识，更为前列腺癌的治疗提供了新的靶点思路。

关键技术方法

研究团队运用了多种前沿技术：通过稳定同位素示踪（13C₃-胆固醇）验证代谢通路；利用CRISPR/Cas9技术构建CYP51A1和HSD3B1基因敲除细胞模型；采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行类固醇定量分析；使用异种移植瘤模型（去势小鼠）评估体内雄激素信号；通过RNA测序分析基因表达谱。人源前列腺癌组织样本来自医院伦理委员会批准的病例库。

Androgen biosynthesis does not require CYP17A1

研究人员首先在前列腺癌细胞模型中发现，即使在不表达CYP17A1蛋白和活性的C4-2细胞中，仍能检测到睾丸酮和双氢睾酮（DHT）的合成。使用非甾体CYP17A1抑制剂ASN001和TAK700处理，并不影响细胞内雄激素水平。更重要的是，通过13C₃-胆固醇同位素示踪实验，证实了从胆固醇到睾丸酮的完整合成途径确实存在，且这一转化依赖于3β-羟基类固醇脱氢酶-1（3βHSD1）。

Selective oxysterol conversion to androgens and estrogens

研究团队测试了多种氧化固醇，发现仅有(20R)-17α,20-二羟基胆固醇（DHC）能够作为底物合成脱氢表雄酮（DHEA）、睾丸酮和DHT。这一转化过程呈现剂量和时间依赖性，且需要3βHSD1的参与。在表达芳香化酶的JEG3细胞中，DHC还能进一步转化为雌激素，表明该通路具有合成两类性类固醇的完整能力。

Androgen biosynthesis from DHC is independent of CYP17A1

为了确证该通路不依赖CYP17A1，研究人员合成了氘标记的DHC（d₂-DHC）。实验显示，d₂-DHC能够转化为d₂-DHEA、d₂-睾丸酮和d₂-DHT，且这一过程不受CYP17A1特异性抑制剂的影响。相反，能够抑制多种细胞色素P450酶的酮康唑则显著降低了所有雄激素的生成，提示可能存在其他P450酶的参与。

CYP51A1 is required for CYP17A1-independent androgen biosynthesis

通过系统性筛选57种人类细胞色素P450酶，研究发现仅有CYP51A1能够将DHC转化为DHEA。体外实验证实，纯化的人CYP51A1酶在NADPH存在下可直接催化DHC生成DHEA，稳态动力学分析显示其k_cat为3.74±0.08×10^-3min^-1，K_m值为12.4±0.8μM。系统进化分析表明，这一活性在脊椎动物CYP51直系同源物中保守存在，而在酵母和植物中缺失。

CYP51A1 and androgen signaling in prostate cancer

在去势小鼠模型中，CYP51A1敲除显著延缓了C4-2异种移植瘤的生长，并降低了前列腺特异性抗原（PSA）的表达。基因集富集分析显示，DHC诱导的雄激素应答基因表达依赖于CYP51A1。尽管未能直接检测到内源性DHC，但13C₃-胆固醇同位素示踪实验证实，CYP51A1是胆固醇向睾丸酮转化所必需的。

研究结论与意义

该研究首次揭示了CYP51A1介导的CYP17A1非依赖性雄激素生物合成通路。这一发现具有多重重要意义：首先，它解释了为什么CYP17A1抑制无法完全阻断前列腺癌中的雄激素信号，为去势抵抗性前列腺癌的治疗耐药提供了机制解释；其次，CYP51A1在脊椎动物中的保守性表明，这一通路可能在正常生理条件下也发挥作用，重塑了我们对性类固醇生物合成的认知；最后，该研究为开发针对CYP51A1的新型治疗策略奠定了理论基础。

值得注意的是，与高效的CYP17A1相比，CYP51A1的雄激素合成效率较低，这可能解释了为什么在正常生理状态下该通路未被较早发现。然而，在CYP17A1被药理抑制的病理条件下，这一"旁路"途径的重要性便凸显出来。未来研究需要进一步阐明内源性DHC的来源及其调控机制，以及该通路在其他固醇依赖性疾病中的潜在作用。

这项研究不仅解决了一个长期的科学难题，更重要的是开辟了一个全新的研究方向——针对CYP51A1的治疗策略可能为前列腺癌患者提供新的希望，同时也在更广泛的类固醇生理学和病理学领域引发了新的思考。