1、DDAH1参与调控精氨酸代谢介导肿瘤发展的研究进展梁飞腾1,2，邓 琼2，王 铸2，梁 辉1,2*(1广东医科大学第一临床医学院，湛江 524000；2深圳市龙华区人民医院泌尿外科，深圳 518000)摘要：代谢重编程是恶性肿瘤的标志之一。调控肿瘤的代谢重编程过程可以用来诊断、监测和治疗癌症。精氨酸在肿瘤生长中发挥重要作用，精氨酸代谢紊乱可能影响肿瘤的进展。双甲基精氨酸水解酶亚基1N(G),N(G)-dimethylarginine dimethylamino hydrolase 1，DDAH1可以通过DDAH1/不对称二甲基精氨酸(asymmetric dimethylarginine，AD
2、MA)/一氧化氮(nitric oxide，NO)通路参与调控精氨酸的代谢，进而影响肿瘤的进展。本文主要综述DDAH1代谢通路及其调节机制、DDAH1在肿瘤中的研究进展，以及针对DDAH1靶向分子抑制剂的临床转化研究，旨在系统地展示DDAH1在肿瘤诊断、监测和治疗中的分子病理机制研究进展与临床转化领域的应用前景。关键词：DDAH1；精氨酸代谢；肿瘤Progress of DDAH1 involvement in argininemetabolism in tumorsLIANG Feiteng1,2,DENG Qiong2,WANG Zhu2,LIANG Hui1,2*(1The First
3、Clinical College of Guangdong Medical University,Zhanjiang 524000,China;2Department of Urology,Longhua District Peoples Hospital,Shenzhen 518000,China)Abstract:Metabolic reprogramming represents a characteristic feature of malignancy,which can beexploited for the diagnosis,monitoring,and treatment o
4、f cancer.Dysregulation of the L-arginine metabolicpathway has been consistently detected in tumors,and DDAH1 is involved in the metabolism of argininethrough the DDAH1/ADMA/NO pathway,by affecting tumor progression.This review primarily elucidatesthe DDAH1 metabolic pathway,the regulation of DDAH1,a
5、nd the research progress in DDAH1 with respectto tumors.Additionally,the latest progress in the clinical translation of DDAH1-targeted molecular inhibitorsis discussed,which provides novel insights for cancer treatment.Key Words:DDAH1;arginine metabolic;tumor肿瘤的细胞代谢与正常组织的细胞代谢不同，其中，代谢重编程是公认的癌症标志之一，在此
6、过程中代谢酶、上游调节分子和下游代谢产物的特征发生改变1。这些代谢重编程过程中的酶在肿瘤的细胞周期、DNA损伤修复、细胞增殖、存活、凋亡以及肿瘤微环境调控中起到重要作用2。研究发现，精氨酸在肿瘤中代谢紊乱3,4。另外，研究发现，双甲基精氨酸水解酶亚基1N(G),N(G)-dimethylarginine dimethylamino hydrolase 1，DDAH1可以通过ADMA/NO通路参与调控精氨酸生命的化学,2023,43(5):728-doi:10.13488/j.smhx.20230022收稿日期：2023-01-16基金项目：广东省医学科学技术研究基金项目(B2022065)第一
7、作者：E-mail:*通信作者：E-mail:代谢，进而影响肿瘤的进展5。本文对DDAH1代谢通路及其调节机制、DDAH1在肿瘤中的研究进展，以及针对DDAH1靶向分子抑制剂临床转化的应用进展进行综述。1 DDAH1简介双 甲 基 精 氨 酸 水 解 酶 N(G),N(G)-dimethylarginine dimethylamino hydrolase，DDAH是代谢ADMA的一种酶，首次是在大鼠体内发现并被纯化的6。DDAH有2个亚基，分别命名为DDAH1和DDAH2。人类DDAH1和DDAH2的基因结构编码区高度保守，分别位于1p22和6p21.36。研究者检测了50个人体组织中DDAH
8、1和DDAH2mRNA的表达水平，发现DDAH1主要表达在大脑区域、免疫细胞和发育过程中，而DDAH2主要表达在含有内皮型一氧化氮合酶的高度血管化组织和含诱导性一氧化氮合酶的免疫组织中7。两种亚型中，DDAH1(而非DDAH2)主要负责ADMA代谢的同工酶，原因如下5：(1)DDAH1敲除小鼠的组织无DDAH1活性；(2)沉默血管内皮细胞中的DDAH1会导致ADMA积累和NO产生减少，而沉默DDAH2则无影响。最初有研究报道，纯化的重组DDAH2可代谢单甲基精氨酸，但后续研究未能在体外重现DDAH2的代谢活性。2 DDAH参与调控精氨酸代谢生成NONO是一氧化氮合成酶(nitric oxide
9、 synthase，NOS)催化反应的产物。NO在肿瘤中有双面性，既可促进肿瘤进展又可抑制肿瘤进展，取决于NO浓度、作用时间和肿瘤类型8。NO被证实参与调控不同的癌症相关事件，包括血管生成、细胞凋亡、细胞周期、侵袭和转移等，相关综述已有大量文献参考，在此不再赘述。NOS催化蛋白源氨基酸中的精氨酸转化为NO和瓜氨酸。所有3种NOS异构体(内皮型NOS、神经元型NOS和诱导型NOS)都被ADMA和L型单甲基精氨酸内源性抑制9。这些内源性抑制剂在体内合成如下5：翻译后的蛋白质在蛋白甲基转移酶催化下，在精氨酸氨基端甲基化，然后释放到细胞质中。精氨酸氨基端甲基化的蛋白质在蛋白水解酶的催化下水解成单甲基精
10、氨酸和ADMA。这两种游离的甲基化精氨酸是NOS抑制剂。DDAH1负责细胞内的ADAM代谢，将其转化为瓜氨酸和二甲胺(图1)。3 DDAH1的调节3.1 DDAH1活性的翻译后调节剂对牛脑中提取的DDAH1进行研究发现，磷酸盐或咪唑可去除DDAH1中结合的锌离子导致其活性增加，从而证明锌离子是DDAH1的抑制剂10。NO是一种可逆的DDAH1活性抑制剂。NO通过DDAH1活性位点半胱氨酸残基的S-亚硝基化，抑制DDAH1活性，随后DDAH1底物ADMA和单甲基精氨酸(monomethyl arginine，NMMA)累积到一定程度，可反过来可逆地抑制NOS酶，形成一个反馈回路11。迄今为止，有
11、大量内源性化合物、维生素和治疗剂被鉴定为DDAH1激活剂或抑制剂，但不改变基因表达，如17-雌二醇、胰岛素、维生素E和抗氧化剂普罗布考可作为DDAH1激活剂5，而细胞因子TNF-、葡萄糖、s-亚硝基同型半胱氨酸、促红细胞生成素以及一些氨基酸衍生物12(NG-羟基-L-精氨酸、N,N-二甲基-L-瓜氨酸和N,N-二甲基-N-羟基-L-瓜氨酸)是DDAH1活性的重要抑制剂5(表1)。3.2 DDAH1转录和转录后调控由于DDAH1 3UTR特别长，约2971 bp，可能受多个microRNA的调控。一项研究发现，与正常图1DDAH参与精氨酸代谢示意图梁飞腾,等.DDAH1参与调控精氨酸代谢介导肿瘤
12、发展的研究进展 729 乳腺上皮细胞相比，侵袭性MDA-MB-231、MDA-MB-453和BT549乳腺癌细胞系中DDAH1表达增高，并且其表达与miR-193b表达呈负相关13。随后，在DDAH1+MDA-MB-231细胞中，miR-193b的异位表达降低了DDAH1的表达水平并抑制ADMA向瓜氨酸的转化，同时在DDAH1-MCF7细胞中，靶向抑制miR-193b导致DDAH1的表达水平上升。最后，荧光素酶报告基因实验结果表明，DDAH1是miR-193b的靶基因。另外一项研究报道，miR-193b为乳腺癌的肿瘤抑制因子，并且在黑色素瘤、肝癌和前列腺癌等其他实体瘤中表达下调 5。因此，mi
13、R-193b可能是多种癌症中DDAH1表达的重要调节因子。除miR-193b外，miR-21也参与调节DDAH1表达。研究表明，miR-21可以直接调节DDAH1表达14，在人脐静脉内皮细胞(human umbilic vein endothelial cells，HUVECs)中，抑制miR-21导致DDAH1表达增加，同理，过表达miR-21对DDAH1表现出抑制作用15。在慢性缺氧引起肺动脉高压的研究中，缺氧抑制了肺血管细胞中DDAH1的表达而miR-21的表达增加，反向验证发现，抑制miR-21的表达使DDAH1表达增加并且缓解了低氧诱导肺动脉高压的进展16。此外，另一项研究发现，在H
14、UVECs中，NRP1通过miR-219-5p的转录介导机制对DDAH1表达进行调节17。尽管miR219-5p尚未在癌症相关机制中有过详细的研究报道，但其在结肠癌 1 8,1 9 和卵巢癌 2 0 中的肿瘤抑制作用可能与DDAH1相关。进一步研究发现，白介素1刺激大鼠平滑肌细胞后，DDAH1蛋白表达水平以时间和剂量依赖性方式增加 2 1。叉头转录因子O亚型1可作为DDAH1的负调节剂调节内皮细胞活化22。法尼醇X受体的激动剂通过启动子FXR反应元件诱导肝DDAH1转录，导致血浆ADMA减少23。此外，金属反应因子1可通过DDAH1启动子中的直接结合位点促进DDAH1表达24，如在肝癌HepG
15、2细胞中缺氧会诱导DDAH1表达水平升高25，但其分子机制仍有待阐明。甾醇反应元件结合蛋白2可与DDAH1启动子结合并激活转录26，其敲低导致DDAH1mRNA表达减少。蓝莓花青素提取物处理小鼠显著降低了其横主动脉中的ADMA浓度，并显著促进了DDAH1的表达和NO的产生27。在HUVEC中，二氢杨梅素(dihydromyricetin，DMY)能够降低miR-21并增加其靶基因DDAH1的表达，这种作用降低了ADMA水平，并促进eNOS磷酸化和NO产生28(表1)。4 DDAH1与肿瘤的关系4.1 DDAH1与乳腺癌的关系在三阴性乳腺癌细胞系中，特异性敲低DDAH1抑制了细胞迁移，但不影响细
16、胞增殖，随后在检测细胞血管生成模拟物(vasculogenicmimicry，VM)中发现，VM的形成和VEGF表达也显著降低13，同时，miR-193b模拟物(DDAH1的抑制剂)完全抑制了血管通道的形成。这可能暗示miR-193b能调节与VM相关的基因网络。相反，在DDAH1缺失的乳腺癌细胞系中，DDAH1的过表达不足以诱导VM，表明DDAH1虽然是必需的，但对于乳腺癌中的VM来说还不够。DDAH1通过ADMA依赖性或非依赖性过程调节乳腺癌VM的程度尚未确定。另外，有研究发现，在人类胎儿肺微血管内皮细胞中，DDAH1调节NO介导的表1参与DDAH1调节的分子分类项目类别名称翻译后调节剂激动剂17-雌二醇胰岛素维生素E普罗布考抑制剂锌NOTNF-葡萄糖S-亚硝基同型半胱氨酸促红细胞生成素氨基酸衍生物转录及转录后调控正调控法尼醇X受体金属反应因子1甾醇反应元件结合蛋白2负调控MiR-193bMiR-21MiR219-5p叉头转录因子O亚型1 730 生命的化学 2023年43卷5期综述caspase-3活化，进而诱导细胞凋亡和血管生成29。这些研究表明，DDAH1促进肿瘤进展与肿瘤血管
