《Clinical and Translational Medicine》:Remodelling the tumour microenvironment and beyond: ERO1A as a multifaceted regulator and emerging therapeutic target in cancer
背景:内质网氧化还原酶1α(ERO1A)是内质网(ER)中氧化性蛋白质折叠的核心引擎,在维持ER氧化还原稳态和调节未折叠蛋白反应(UPR)中发挥核心作用。其在多种实体瘤中的异常过表达确立了ERO1A作为肿瘤进展、微环境重塑和治疗耐药的关键调节因子,使其成为精准肿瘤学中新兴的治疗靶点。
主体:本综述系统整合了ERO1A的结构生物学、催化机制和调控网络,包括转录控制、翻译后修饰和代偿性替代氧化酶。研究人员详细阐述了ERO1A的多维致癌功能,包括细胞内促进增殖、抗凋亡、迁移、侵袭和上皮-间充质转化,以及通过血管内皮生长因子(VEGF)驱动的血管生成、程序性死亡配体1(PD-L1)介导的免疫逃逸、代谢重编程和诱导CD8+ T细胞耗竭及募集免疫抑制细胞来重塑肿瘤微环境。本综述严格评估了ERO1A作为独立预后生物标志物的临床相关性及其与化疗和免疫检查点抑制剂耐药性的关联。目前靶向ERO1A的治疗策略被分为黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂、变构抑制剂和新兴的PROTAC降解剂,并讨论了其作用机制、选择性和转化障碍。
结论:ERO1A代表了一个有前景但具挑战性的治疗节点,连接了ER应激适应与肿瘤发病机制。克服当前抑制剂的局限性——特别是差的亚型选择性、脱靶效应和药代动力学缺陷——通过结构引导优化、变构调节或蛋白质降解技术,对于临床转化至关重要。未来的努力应聚焦于生物标志物驱动的患者分层以及与免疫疗法或常规化疗的合理联合,以最大化治疗获益。
1 引言
肿瘤微环境(TME)是一个由肿瘤细胞、基质细胞、免疫细胞、细胞外基质(ECM)等组成的复杂动态系统。TME内的异质性和动态应激(缺氧、营养剥夺、氧化应激)是肿瘤进展的核心驱动因素,内质网(ER)应激在此过程中发挥关键作用。ER应激源于肿瘤细胞异常增殖和代谢需求导致未折叠或错误折叠蛋白的积累,触发称为未折叠蛋白反应(UPR)的自我保护反应。UPR通过调节蛋白质折叠、抑制蛋白质合成和促进蛋白质降解来试图恢复ER稳态。它主要通过三个传感器通路(PKR样内质网激酶[PERK]、肌醇需求酶1[IRE1]和激活转录因子6[ATF6])协调应激适应:一方面抑制全局蛋白质合成以减少ER负荷;另一方面上调分子伴侣和氧化还原酶以增强折叠能力。肿瘤细胞通过维持UPR的促存活分支(激活转录因子4[ATF4]/C/EBP同源蛋白[CHOP]失衡)来逃避凋亡,同时通过ER应激信号重塑微环境,诱导血管内皮生长因子(VEGF)分泌或抑制抗肿瘤免疫反应。然而,持续且未解决的ER应激最终可触发凋亡,影响肿瘤细胞存活和增殖。总之,ER应激在肿瘤发生、进展和耐药中起重要作用。靶向ER应激适应机制近年来已成为癌症治疗中一个有前景的策略。
内质网氧化还原酶1α(ERO1A)是ER氧化折叠的核心引擎,主要参与氧化性蛋白质折叠过程。通过与蛋白质二硫键异构酶(PDI)协同作用,它促进新生多肽链的正确折叠和适当二硫键的形成,从而确保蛋白质结构和功能的正确性。ERO1A的氧化还原活性不仅对正确蛋白质折叠至关重要,而且对维持ER氧化还原稳态也至关重要。近年来,已证实ERO1A在多种恶性肿瘤中显著过表达,并与患者预后不良相关。在肿瘤细胞中,高ERO1A表达与多种恶性表型相关,包括增殖、抗凋亡、迁移和侵袭。此外,它还能调节肿瘤血管生成、免疫逃逸和药物耐受。由于ERO1A在肿瘤特异性适应中的核心作用,靶向ERO1A的治疗策略已引起广泛关注。然而,ERO1A抑制剂的临床转化仍面临重大挑战。本综述系统阐述了ERO1A在癌症背景下的结构和功能、肿瘤中调控ERO1A的机制、ERO1A在肿瘤进展中的分子机制、其潜在临床价值以及ERO1A抑制剂的治疗策略和挑战,旨在为靶向ERO1A的精准治疗奠定理论基础。
2 ERO1A的结构与功能
2.1 ERO1A的蛋白质结构特征
人ERO1A基因位于染色体14q22.1,编码一个468个氨基酸的蛋白质,分子量约54 kDa。该基因包含14个外显子。作为ER中黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)依赖的氧化还原酶,ERO1A的结构特征决定了其独特的催化机制。其核心结构包含一个由四个反向平行α螺旋组成的FAD结合域,通过相邻活性位点促进电子转移。该域的氨基酸序列高度保守,确保了稳定的FAD结合和酶活性。FAD在ERO1A的氧化还原反应中充当电子载体,将电子转移给氧气,最终生成过氧化氢(H
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2)。活性位点由两个关键半胱氨酸对(Cys394-Cys397)组成,直接参与二硫键的形成和转移。这些残基在催化过程中经历可逆的氧化还原变化。酶的活性通过其氧化还原状态决定的不同二硫键组合(Cys94-Cys99和Cys94-Cys131)引起的构象变化来调节:氧化态增强氧化能力(“超活化”状态),而还原态完全抑制活性(“失活”状态)。ERO1A的β-发夹结构域负责结合PDI的b′结构域。PDI的氧化态(a′结构域中的二硫键)通过构象重排增强其对ERO1A的亲和力,形成功能性复合物。这种相互作用不仅提高了PDI的氧化效率,还确保了二硫键形成的准确性和特异性。ERO1A的活性受到其自身结构域的严格调控,包括FAD结合域、β-发夹结构和氧化还原活性位点。这些结构域的协同作用确保了ERO1A在氧化性蛋白质折叠中的高效功能。虽然同源性为60%,但ERO1A及其旁系同源物ERO1B在N端调节域上存在差异,这可能导致它们不同的组织表达模式和对抑制剂的敏感性。
2.2 ERO1A的核心功能
2.2.1 参与氧化性蛋白质折叠和二硫键形成
作为氧化还原酶,ERO1A的主要功能是催化二硫键形成。在氧化性蛋白质折叠过程中,ERO1A通过氧化PDI的活性位点半胱氨酸来驱动新生多肽链中二硫键的生成,从而确保正确的蛋白质结构和功能。具体而言,PDI将底物蛋白硫醇氧化为二硫键后,自身被还原。然后ERO1A利用FAD辅酶重新氧化PDI,完成催化循环。该过程伴随H
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2生成,约占细胞总H
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2的25%,可充当信号分子或加剧氧化应激。在缺氧条件下,ERO1A可通过替代电子受体维持其功能,确保促癌蛋白如VEGF的分泌。然而,ERO1A与PDI之间的相互作用受多种因素调节,包括pH、离子强度和氧化还原状态。
2.2.2 维持ER氧化还原稳态
ERO1A在维持ER氧化还原稳态中发挥重要作用,这对于正确蛋白质折叠和正常细胞功能至关重要。在氧化应激或ER应激条件下,ERO1A表达显著上调,以应对增加的氧化负荷。ERO1A通过调节谷胱甘肽(GSH)氧化还原电位帮助维持ER的氧化环境,从而影响蛋白质折叠效率和细胞存活。敲除ERO1A导致ER内GSH氧化还原电位显著降低,引起还原性应激并损害蛋白质折叠效率。此外,ERO1A可通过调节线粒体-ER接触位点的钙离子释放和氧化还原信号影响凋亡和代谢。在肿瘤细胞中,高表达的ERO1A还通过增强抗氧化能力支持存活。ERO1A和ERO1B表现出不同的表达模式和调控机制。ERO1A广泛表达,而ERO1B主要存在于分泌需求高的组织中。功能上,ERO1B的氧化还原调控比ERO1A宽松,维持更持续的活性状态。这种功能冗余对癌症治疗有影响:在ERO1A被抑制的肿瘤中,ERO1B可能部分补偿氧化折叠,尽管补偿程度似乎具有组织特异性。
2.2.3 ERO1A在更广泛的ER应激和UPR网络中的作用
ERO1A紧密整合到ER应激反应网络中。ERO1A与三个UPR传感器通路之间存在调控串扰:ERO1A表达通过PERK/真核起始因子2α(eIF2α)/ATF4/CHOP分支上调,反过来,ERO1A通过影响CHOP和Bcl-2水平调节UPR的促存活/促凋亡平衡。ERO1A生成的H
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2约占细胞总H
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2的25%,既作为氧化折叠的副产物,也作为影响氧化还原敏感通路(包括调节凋亡和代谢的通路)的信号分子。功能上,ERO1A在ER氧化折叠系统网络中运作,替代氧化酶如过氧化物还蛋白4(PRDX4)、谷胱甘肽过氧化物酶8(GPX8)和维生素K环氧化物还原酶提供部分冗余。癌症中该整合网络的失调产生了特定的脆弱性。当ERO1A被抑制时,补偿能力弱的肿瘤细胞会经历加剧的ER应激和凋亡。这种脆弱性构成了靶向ERO1A治疗的基础。
3 肿瘤中调控ERO1A的机制
3.1 转录调控
3.1.1 转录因子
缺氧是恶性肿瘤进展的核心驱动因素。缺氧诱导因子1α(HIF-1α)是一个关键转录因子,其活性受细胞内氧浓度的精细调节。在缺氧条件下,HIF-1α激活众多基因的转录,帮助肿瘤适应低氧环境并确保存活。在缺氧TME中,HIF-1α通过直接结合ERO1A启动子区域激活其转录。研究表明,缺乏HIF-1α的细胞在缺氧下无法上调ERO1A,确认HIF-1α为核心调节因子。该机制已在多种癌症中观察到,尤其是在代谢需求高、增殖快的癌症中。在乳腺癌中,缺氧通过HIF-1α/ERO1A轴促进程序性死亡配体1(PD-L1)的氧化折叠,增强免疫逃逸。此外,HIF-1α和ERO1A的共表达与肝细胞癌(HCC)患者血管浸润和预后不良显著相关。在结直肠癌中,缺氧下的ERO1A与肿瘤细胞形态、接触和运动性密切相关。核因子IB(NFIB)已被鉴定为ERO1A的直接转录激活因子。NFIB结合ERO1A启动子的特定区域,驱动其表达并促进乳腺癌转移。此外,转录因子信号转导和转录激活因子3(STAT3)可通过缺氧或炎症信号间接调节ERO1A,形成促肿瘤网络,促进肿瘤进展。
3.1.2 启动子甲基化
基因启动子区域CpG岛的甲基化可影响转录因子结合,从而调节基因表达。在多种癌症中,ERO1A基因启动子区域的低甲基化导致转录增加。ERO1A启动子低甲基化与其在肺癌中的高表达密切相关。全基因组甲基化分析表明,DNA甲基转移酶1活性降低导致启动子去甲基化,解除对ERO1A转录的抑制。
3.1.3 组蛋白修饰
在哺乳动物基因组中,组蛋白可经历多种修饰——如甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化和ADP-核糖基化——由特定酶催化,从而影响基因转录活性。组蛋白H3赖氨酸9二甲基化(H3K9me2)可通过组蛋白甲基转移酶G9a介导的染色质压缩抑制ERO1A转录。在HCC中,G9a抑制剂可逆转H3K9me2修饰并上调ERO1A,提示表观遗传药物可能通过调节ERO1A影响肿瘤进展。此外,组蛋白乙酰转移酶的异常激活也可能参与ERO1A表达调控,但具体机制尚需进一步研究。
3.2 翻译后修饰
3.2.1 FAM20C激酶介导的磷酸化
在成功的氧化性蛋白质折叠后,一部分ERO1A可转位至高尔基体,并与激酶家族序列相似性20成员C(FAM20C)相互作用。FAM20C于2012年被鉴定为分泌型激酶,主要磷酸化分泌型酪蛋白。分泌型激酶FAM20C通过识别S-x-E/pS基序磷酸化ERO1A的Ser145,增强其氧化酶活性并调节其亚细胞定位。磷酸化的ERO1A可被ERp44捕获并重新定向至ER,或通过外泌体分泌到细胞外。这种修饰在哺乳动物泌乳期和肿瘤缺氧条件下显著上调,表明其与病理条件的相关性。这种磷酸化不仅影响ERO1A的催化活性,还可能影响其与其他蛋白质的相互作用。
3.2.2 氧化还原状态依赖的活性调控
ERO1A和PDI构成催化ER中氧化性蛋白质折叠的主要通路。ERO1A活性受关键二硫键动态调节:Cys94-Cys99形成导致超活化状态,而Cys94-Cys131形成导致完全失活。ER氧化还原电位通过影响这些二硫键之间的平衡来精细调节ERO1A的催化循环。在还原性应激下,Cys94-Cys131占主导,抑制ERO1A功能以减轻氧化损伤。
3.3 替代氧化酶的补偿机制
尽管ERO1A是ER中主要的氧化折叠引擎,但其功能丧失可被替代氧化酶部分补偿,这种冗余机制在肿瘤耐药中尤为重要。过氧化物还蛋白4(PRDX4)是一种硫氧还蛋白依赖的过氧化物酶,可利用H
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2直接氧化PDI,绕过ERO1A催化循环。研究表明,在ERO1A敲除的胰腺癌细胞中,PRDX4通过增强VEGF和基质金属蛋白酶9(MMP9)分泌部分恢复肿瘤侵袭性。类似地,GPX8将H
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2还原为H
2O,同时氧化PDI,维持ER氧化环境。此外,维生素K环氧化物还原酶作为另一条替代通路,通过醌介导的电子转移支持二硫键形成,尤其在缺氧条件下。然而,这些替代系统的表达水平和功能效率在肿瘤中表现出组织特异性差异。在HCC中,PRDX4的补偿能力较弱,使得ERO1A抑制剂更容易诱导凋亡。
4 ERO1A在肿瘤进展中的分子机制
4.1 ERO1A促进肿瘤细胞恶性表型的机制
4.1.1 促进肿瘤增殖和抗凋亡
肿瘤特异性调控机制导致ERO1A活性升高,进而驱动细胞水平的多种恶性表型。ERO1A通过调节UPR的平衡增强肿瘤细胞在应激下的增殖和存活。已证明ERO1A在多种癌症中促进增殖,包括胰腺癌、胆管癌和结直肠癌。在肺癌中,ERO1A通过Wnt2/β-catenin信号通路促进肿瘤增殖。此外,ERO1A介导的肿瘤增殖和进展可能涉及细胞周期调控。在持续ER应激下,高ERO1A表达选择性抑制促凋亡因子CHOP的表达,同时通过激活PERK/eIF2α/ATF4信号轴促进抗凋亡蛋白Bcl-2的合成。在肺癌模型中,ERO1A缺失导致CHOP依赖的凋亡显著增加,伴随caspase-12激活。此外,ERO1A可通过抑制IRE1-c-Jun N端激酶(JNK)通路减少促凋亡信号,并通过调节钙离子释放(1,4,5-三磷酸肌醇受体[IP3R]信号)抑制凋亡通路。这种双重调控机制使肿瘤细胞能在化疗或缺氧应激下维持增殖优势。
4.1.2 促进肿瘤迁移和侵袭
ERO1A通过氧化折叠调节ECM重塑蛋白的功能,直接驱动肿瘤细胞迁移和侵袭。整合素和MMPs是肿瘤迁移的关键分子;整合素介导肿瘤细胞与ECM的粘附,而MMPs是ECM降解的主要贡献者。整合素β1的正确折叠和功能依赖于ERO1A的氧化还原活性。在结肠癌中,ERO1A缺失导致整合素β1的N-糖基化异常,阻止其膜锚定,从而损害其介导细胞-ECM粘附的能力。在HCC中,ERO1A通过氧化MMP2/9催化结构域中的二硫键增强其蛋白酶活性,促进基底膜降解,为肿瘤细胞侵袭和转移创造有利条件。体内实验显示,过表达ERO1A的HCC细胞在小鼠模型中表现出显著更高的肺转移率,而shRNA敲低后转移灶减少。此外,ERO1A依赖的VEGF分泌通过激活内皮细胞中的PI3K/Akt通路促进肿瘤血管生成,为转移提供微环境支持。
4.1.3 促进上皮-间充质转化
上皮-间充质转化(EMT)是转移前TME的关键特征。EMT涉及上皮细胞向间充质样细胞的转化,表现为形态和功能的双重变化,导致细胞间粘附减弱、迁移和侵袭能力增强。已在多种恶性肿瘤中证明ERO1A促进EMT。在肺癌中,ERO1A通过影响二硫键形成促进白细胞介素6(IL-6)分泌,从而激活核因子κB(NF-κB)信号通路,导致Mucin 16(MUC16)过表达和EMT表型。在胰腺癌中调节ERO1A表达导致EMT相关蛋白波形蛋白和E-钙黏蛋白显著变化,表明EMT是ERO1A促进胰腺癌侵袭和转移的关键通路。在胆管癌中,ERO1A通过蛋白激酶B(AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路促进脂质代谢和EMT,并通过上调GPX4抑制铁死亡介导的EMT。ERO1A还参与HCC、结直肠癌和宫颈癌的EMT。
4.2 ERO1A重塑TME的机制
4.2.1 参与肿瘤血管生成
ERO1A在肿瘤血管生成中的作用产生了看似矛盾的发现。May等人的早期工作表明,缺氧诱导的ERO1A可能通过抑制VEGF介导的血管生成来抑制肿瘤生长,基于某些细胞系的观察。然而,后续多个研究组的研究表明,ERO1A促进VEGF的氧化折叠和分泌,且其表达与微血管密度正相关。这种差异可能由实验模型、缺氧暴露程度和持续时间或补偿机制的存在来解释。近期文献的共识支持ERO1A在大多数实体瘤中具有促血管生成作用。在肿瘤ER应激条件下,ERO1A通过负调控ATF4选择性促进VEGF的氧化折叠。在HCC中,ERO1A依赖的VEGF氧化折叠通过激活鞘氨醇1磷酸受体1(S1PR1)/STAT3轴显著增强内皮细胞增殖和血管通透性。此外,ERO1A可抑制VEGF的N-糖基化,进一步促进血管生成。尽管如此,早期矛盾的报道强调了ERO1A功能的上下文依赖性,并强调需要在不同实验设置下进行谨慎解释。
4.2.2 参与肿瘤免疫逃逸
PD-L1广泛表达于肿瘤细胞、免疫细胞和一些正常组织细胞表面。通过过表达PD-L1,肿瘤细胞结合T细胞上的PD-1,逃避免疫监视并促进肿瘤生长和转移。ERO1A通过氧化PD-L1的链内二硫键增强肿瘤细胞的免疫逃逸能力,确保其正确折叠和膜定位。在三阴性乳腺癌(TNBC)中,ERO1A通过促进PD-L1的氧化折叠增强其表达,导致肿瘤免疫逃逸。此外,ERO1A通过激活HIF-1α间接上调PD-L1 mRNA和蛋白水平,在转录和翻译水平发挥双重调控。在肺癌中,ERO1A和PD-L1的共表达与患者对免疫检查点抑制剂(ICIs)的耐药密切相关。
TME内CD8
+ T细胞的耗竭是肿瘤免疫逃逸的主要原因。肿瘤细胞中的ERO1A已被证明可诱导CD8
+ T细胞功能障碍,表现为耗竭标志物(PDCD1、LAG3和HAVCR2)增加以及炎症细胞因子(干扰素γ[IFN-γ]和肿瘤坏死因子α[TNF-α])和效应分子(颗粒酶B)分泌减少。肿瘤细胞中的ERO1A可将ER应激传递给T细胞,触发CHOP依赖的凋亡并导致T细胞功能障碍。然而,当肿瘤抗原呈递给T细胞时,T细胞自身也会因蛋白质合成的巨大负担而诱导ER应激。Hurst等人报道,CD8
+ T细胞中的ER应激通过UPR的PERK/ATF4/CHOP分支上调ERO1A表达,其中ERO1A被鉴定为ATF4/CHOP促进全局蛋白质合成的关键下游效应子。然而,上调的ERO1A产生的高水平H
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2超出细胞处理能力,最终导致CD8
+ T细胞线粒体耗竭。有趣的是,肿瘤细胞和T细胞在面临上调的ERO1A和H
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2时表现出不同结果,表明肿瘤细胞比T细胞具有更强的抗氧化能力。
多形核髓源性抑制细胞(PMN-MDSCs)是在病理条件下从骨髓异常分化而来的多形核髓系细胞亚群。它们通过直接抑制免疫效应细胞和重塑微环境参与肿瘤免疫逃逸。ERO1A通过氧化折叠粒细胞集落刺激因子(G-CSF)和趋化因子C-X-C基序趋化因子配体1/2(CXCL1/2)促进PMN-MDSCs的分泌和募集,从而抑制抗肿瘤免疫反应。此外,G-CSF依赖的PMN-MDSCs浸润与转移灶形成显著相关,且ERO1A抑制剂EN460可逆转此效应。
此外,在高ERO1A表达的肿瘤中,癌症相关成纤维细胞(CAFs)的激活标志物如FAP和PDGFRβ显著上调,并与患者预后不良相关,表明ERO1A与CAFs的相互作用共同促进肿瘤免疫逃逸。ERO1A还影响巨噬细胞极化。来自公共数据库和单细胞RNA测序的相关性分析提示,但未明确建立因果关系,ERO1A可能影响巨噬细胞极化,ERO1A表达与M2样巨噬细胞浸润正相关,与M1样巨噬细胞浸润负相关。比较ERO1A敲除和野生型小鼠模型的单细胞RNA测序分析也提示ERO1A促进肿瘤相关巨噬细胞从M1型向M2型表型转变。此外,ERO1A可影响单核细胞浸润和分化。胰腺癌模型的初步发现表明,虽然需要其他肿瘤类型的验证,ERO1A沉默促进单核细胞浸润及其分化为树突状细胞。上述观察虽然有趣,但多为相关性或初步研究。需要严格验证以下核心假设:(1)使用条件性敲除模型直接评估ERO1A对肿瘤相关巨噬细胞表型的细胞自主与非细胞自主效应;(2)鉴定介导巨噬细胞极化的特定ERO1A依赖分泌因子或代谢物;(3)功能验证药理学ERO1A抑制是否能在体内重编程免疫微环境;(4)解析ERO1A如何影响单核细胞募集和树突状细胞分化的机制研究。
总之,ERO1A上调是肿瘤细胞应对不良微环境的重要适应机制。通过调节PD-1/PD-L1通路、触发T细胞功能障碍以及影响免疫抑制细胞的募集和分化,ERO1A促进免疫抑制性TME的形成,从而促进肿瘤免疫逃逸。
4.2.3 参与葡萄糖代谢重编程
有氧糖酵解是肿瘤细胞的主要能量代谢途径。增强的有氧糖酵解是肿瘤细胞代谢重编程的关键特征。ERO1A已被证明在多种恶性肿瘤中增强有氧糖酵解。在宫颈癌中,circ-ACACA被认为通过靶向miR-582-5p/ERO1A信号轴促进肿瘤发生和糖酵解。在胰腺癌中,ERO1A通过增强有氧糖酵解促进肿瘤生长,抑制糖酵解可部分消除ERO1A的促肿瘤效应。ERO1A可通过其氧化还原活性调节肿瘤细胞中糖酵解酶的活性,从而促进糖酵解。H
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2被认为是ERO1A影响有氧糖酵解的介质。有氧糖酵解为磷酸戊糖途径(PPP)提供丰富的代谢中间产物(葡萄糖-6-磷酸),PPP生成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)和还原型GSH——这些是H
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2解毒所必需的还原剂。因此,ERO1A可通过促进有氧糖酵解增强肿瘤细胞的抗氧化能力。ERO1A驱动的代谢重编程不仅仅是细胞自主现象。它深刻塑造了TME。增强的有氧糖酵解导致乳酸积累,已证明乳酸可促进M2样巨噬细胞极化、抑制T细胞功能并刺激血管生成。这种代谢串扰创造了一个营养和氧化还原适应的微环境,支持肿瘤进展和免疫逃逸。因此,ERO1A介导的代谢改变代表了肿瘤细胞代谢与TME重塑之间的关键联系。这些机制共同使肿瘤细胞能够高效利用葡萄糖,产生足够的能量和生物合成中间体。
尽管有氧糖酵解是肿瘤代谢的显著特征,但某些情况下肿瘤细胞仍依赖氧化磷酸化(OXPHOS)产生能量。OXPHOS是一种线粒体ATP生成过程,可触发肿瘤的化疗耐药和侵袭性。因此,调节线粒体生物能学的分子信号可能影响肿瘤的发生和进展。ERO1A富集于ER-线粒体接触区域,通过刺激钙离子输出受体IP3R增强ER-线粒体Ca
2+转移,促进线粒体生物学功能。在ERO1A敲除的乳腺癌中,OXPHOS被鉴定为最显著扰动的基因集之一。虽然这些发现需在体内进一步验证,但现有证据表明ERO1A可能通过影响OXPHOS参与肿瘤代谢重编程,从而促进肿瘤进展。这种代谢灵活性使肿瘤细胞能够根据动态微环境中不同的代谢需求快速调整能量产生模式,以支持生长和存活。
除直接效应外,ERO1A通过各种信号机制调节肿瘤细胞能量代谢以支持快速增殖和存活。在胆管癌中,ERO1A通过AKT/mTOR信号通路促进肿瘤细胞脂质代谢。该通路的激活不仅增强能量代谢,还增强抗凋亡和抗应激能力。鉴于ERO1A在胃肠道肿瘤中的突出作用及其参与代谢和免疫调节,ERO1A是否直接或间接影响肠道菌群是一个有趣但尚未探索的途径,值得未来研究。除这些细胞内在效应外,ERO1A还重塑肿瘤微环境,这构成了其作为生物标志物和治疗靶点的临床相关性的基础。
4.3 ERO1A在不同癌症类型中的机制异质性及治疗意义
ERO1A的功能贡献在不同癌症类型中表现出显著的异质性,这对治疗靶向具有重要影响。ERO1A驱动的下游通路不同:VEGF-血管生成轴在HCC中更为突出,而PD-L1介导的免疫逃逸通路在TNBC中受到强调。替代氧化酶(PRDX4、GPX8和维生素K环氧化物还原酶)的补偿能力在不同肿瘤类型间差异很大。HCC显示出较弱的PRDX4补偿能力,这可能使其更易受ERO1A抑制影响,而胰腺癌显示出更强的补偿能力,因此具有更大的潜在耐药性。组织特异性的基线ER应激水平可能影响ERO1A对肿瘤进展的相对贡献,处于慢性ER应激下的肿瘤对ERO1A的依赖性更高。这些机制差异具有直接的临床意义。未来ERO1A抑制剂的试验将需要生物标志物驱动的患者分层,以及根据每种癌症类型的主要致癌通路选择联合治疗方案。
5 ERO1A的潜在临床价值
5.1 ERO1A作为预后和诊断生物标志物
5.1.1 肿瘤中高ERO1A表达与预后不良相关
ERO1A在多种实体瘤中显著过表达,包括肺癌、乳腺癌和肝癌,并与患者预后不良密切相关。在肺腺癌中,高ERO1A表达预测更差的总生存期(OS)和无复发生存期(RFS),并与肿瘤复发、病理分期、组织学类型和TNM分期显著相关。乳腺癌研究表明,高ERO1A表达与三阴性亚型复发风险增加相关,并与PD-L1水平和PMN-MDSCs浸润正相关。与低ERO1A表达的HCC患者相比,高表达者显示出更短的5年OS和RFS。此外,ERO1A在其他胃肠道肿瘤如胰腺癌、结直肠癌、食管癌和胃癌中也具有预后预测价值。
5.1.2 ERO1A在多变量模型中作为独立预后因素
在多变量Cox回归模型中,ERO1A已被确认为肿瘤的独立预后因素。在肺腺癌预后评分中,基于ERO1A的风险评分模型达到了最高的曲线下面积(AUC = 0.984)。此外,ERO1A、CDC25C和ITGB4的过表达是肺腺癌患者预后不良的独立风险因素。另一个由与生存相关的六基因特征(ERO1A、CDC25C、GRIA1、TERT、CAV1和BDNF)构建的肺腺癌预后模型也显示出良好的OS预测能力。对于接受新辅助免疫治疗的肺癌患者,高ERO1A表达水平与低临床反应相关,提示其作为治疗评估分子标志物的潜力。类似地,在胰腺癌中,结合ERO1A与年龄、淋巴结转移和分化程度的预后模型可有效区分高风险和低风险患者。作为独立预后因素,ERO1A为临床诊断和治疗提供了重要参考。
5.1.3 ERO1A在液体活检中的潜力
ERO1A最初被报道与PDI共定位于ER腔中。在氧化和常氧条件下,ERO1A也存在于高尔基体或线粒体相关ER膜附近。近期研究还在膀胱癌、HCC和鳞状细胞癌细胞的外泌体中检测到ERO1A,表明其作为非侵入性液体活检标志物的潜力。ERO1A作为伴随诊断标志物在分层靶向或免疫治疗中的应用价值需在未来的研究中进一步验证,这将为制定个体化治疗策略提供重要依据。
5.1.4 ERO1A作为生物标志物的挑战
尽管ERO1A具有有前景的生物标志物潜力,但在临床实施前仍需解决若干挑战。需要跨机构标准化的免疫组化方案和统一的表达评分系统,因为迄今为止大多数预后研究使用了不同的检测方法。对于液体活检应用,标准化外泌体ERO1A检测的技术障碍仍然存在,包括样本处理、分离方法和定量方法等前分析变量。需要进行大规模、多中心前瞻性验证研究,以确认回顾性队列中显示的预后和预测价值。需要与已建立的生物标志物进行直接比较,以确定ERO1A是否提供独立和附加的预测信息。鉴于其与ICI耐药性的关联,ERO1A具有作为伴随诊断的潜力,用于分层可能受益于ERO1A靶向治疗或特定免疫治疗方案的患者;然而,这一应用有待临床验证。
5.2 ERO