암의 잠재적인 치료 표적으로서의 지방산 합성효소

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3197858/

Fatty acid synthase as a potential therapeutic target in cancer

지방산 합성 효소(FASN)는 신생물 지방 생성에 관여하는 핵심 효소입니다. 

FASN의 과발현은 많은 암에서 흔히 발생하며 축적된 증거에 따르면 이것이 종양 성장과 생존에 중요한 역할을 하는 대사 종양 유전자이므로 암 치료의 매력적인 표적이 됩니다. 

cerulenin, C75 및 orlistat와 같은 초기 소분자 FASN 억제제는 여러 암 세포주에서 세포자멸사를 유도하고 여러 암 이종이식 모델에서 종양 성장 지연을 유도하는 것으로 나타났지만 그 메커니즘은 아직 잘 이해되지 않았습니다. 

이들 분자는 전신 약물로의 개발을 방해하는 부작용으로 약리학적 한계와 체중 감소를 겪는다. 

가까운 장래에 암 치료의 표적으로서 FASN의 완전한 잠재력을 밝히고 활용하는 데 도움이 될 수 있는 몇 가지 강력한 억제제가 최근 보고되었습니다. 

또한, 녹차 및 식이 콩과 같은 FASN 억제제의 새로운 공급원은 식이 조작 및 화학 예방을 미래에 잠재적인 대체 요법 모드로 만듭니다.

 

지방산 합성효소(FASN)는 지방 생성 및 아세틸-코엔자임 A(CoA) 및 말로닐-CoA로부터 장쇄 지방산 생성에 관여하는 주요 생합성 효소입니다. 

포도당이 암세포로 흡수되면 해당 경로를 통해 피루브산이 생성됩니다. 

피루브산은 미토콘드리아의 크렙스 회로를 통해 ATP를 생산하는 데 사용됩니다. 

차례로, 생성물 중 하나인 아세틸-CoA는 종양 지방 생성의 기질로 작용합니다 (그림 1) . 

정상 세포(간 및 지방 조직 제외)는 FASN의 발현 및 활성 수준이 낮으며, 이는 식이, 호르몬 및 성장 인자에 의해 엄격하게 조절됩니다([ 1 ] 에서 검토 ). 

그러나 빠르게 증식하는 암세포에서 지방산 은 단백질의 β-산화 및 지질 변형을 통해 막 형성 및 에너지 생산을 위한 지질을 제공하기 위해 새로 합성될 수 있습니다 . 

이처럼 FASN은 전립선암, 난소암, 유방암, 자궁내막암, 갑상선암, 결장직장암, 방광암, 폐암, 갑상선암, 구강암, 혀암, 식도암, 간암, 췌장암, 위암, 악성 흑색종, 중피종 등 많은 암에서 많이 발현된다. , 신모세포종 및 망막모세포종, 연조직 육종([ 1 – 7 에서 검토됨]), 위장관 기질 종양[ 8 ], 외음부의 파제트병[ 9 ] 및 다발성 골수종[ 10 ]. 흥미롭게도 전립선, 유방, 폐, 위, 결장(이상 음와 병소) 및 피부 모반의 일부 양성 및 침습 전 병변에서도 FASN 발현의 증가가 관찰되었습니다[ 2 , 11 – 14 ].

그림 1

 

악성 종양에서의 지방산 생합성

포도당은 세포로 흡수되고 혐기성 해당과정을 통해 피루브산으로 전환됩니다. 

Pyruvate는 ATP를 생성하기 위해 Krebs 회로를 통해 미토콘드리아에서 시트르산으로 전환됩니다. 

과량의 시트르산은 아세틸-CoA로 대사되어 지방 생성 경로에 들어가 궁극적으로 장쇄 아실-CoA를 생성합니다.

ACACA: 아세틸 조효소 A 카르복실라제; ACLY: ATP 시트레이트 리아제; ACS: 아실 조효소 A 합성효소; CoA: 조효소 A; FASN: 지방산 합성효소; NADPH: 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트.

 

FASN의 증가된 발현은 많은 암 유형에서 불량한 예후 및 감소된 무병 생존율과 관련이 있습니다[ 15 – 19 ]. 

또한 여러 보고서에서 FASN이 siRNA 녹다운 또는 FASN의 약리학적 억제로 인해 암세포의 세포자멸사 및 이종이식 종양의 연장된 생존과 함께 종양 세포 발달 및 생존에 중요한 역할을 한다는 것이 입증되었습니다FASN 발암성의 잠재적 기전은 Wnt-1의 팔미토일화 및 WNT/β-카테닌 경로의 후속 활성화와 함께 β-카테닌의 세포질 안정화를 포함할 수 있습니다[ 26 ]. 

 

암에서 FASN의 조절

암에서 FASN 발현의 조절은 복잡하며 여러 미세 환경 영향과 함께 작용하는 전사 및 번역 후 제어를 포함합니다([ 1 , 3 , 27 ] 에서 검토됨) .그림 2). 

ERBB-2 및 EGF 수용체와 같은 성장 인자 수용체는 FASN 발현의 후속 전사 활성화와 함께 하류 PI3K/AKT 및 MAPK 신호 전달 경로와 상호 작용하고 활성화합니다(전립선암 조직에서 PTEN의 손실은 AKT를 활성화하여 FASN 수준을 간접적으로 조절할 수도 있습니다) [ 28 ]. 

유사하게, AKT 및 MAPK의 비정상적인 활성화는 에스트로겐, 프로게스테론 및 안드로겐에 의한 성 호르몬 수용체의 활성화를 통해 호르몬에 민감한 기관(유방, 자궁내막, 난소 및 전립선)에서 발생할 수 있습니다. 

업스트림 레귤레이터 간의 상호 누화: 성장 인자, 성 호르몬 및 해당 수용체도 발생할 수 있으며, 이는 FASN 과발현을 증폭시킵니다. [ 27]. 

궁극적으로, AKT 및 MAPK 형질도입 경로는 모두 FASN 프로모터의 조절 요소에 결합하는 스테롤 조절 요소 결합 단백질(SREBP)-1c의 발현 조절을 통해 FASN 발현을 조절합니다 .

 

그림 2

악성종양에서 지방산 합성효소 발현 조절

 

일단 성장 인자 또는 스테로이드 호르몬 수용체가 해당 리간드에 의해 활성화되면 이는 PI3K/AKT 또는 MAPK 경로의 다운스트림 활성화로 이어집니다. 

두 형질 도입 경로 모두 FASN 프로모터의 조절 요소에 결합하는 SREBP-1c 및 FBI-1의 발현 조절을 통해 FASN 발현을 조절합니다.

FASN: 지방산 합성효소; FBI-1: 포켓몬; GF: 성장 인자; GFR: 성장 인자 수용체; SR: 스테로이드 호르몬 수용체; SREBP-1c: 스테롤 조절 요소 결합 단백질 1c.

 

S14는 대부분의 유방암에서 과발현되는 지방 생성 관련 핵 단백질입니다.

p53 전사 패밀리 단백질은 또한 FASN 발현을 조절하는 역할을 할 수 있습니다. 

유사하게, pre-proteosomal deubinquinating 효소인 ubiquitin-specific protease 2a(USP2a)는 ubiquitin의 제거를 통해 FASN과 상호작용하고 FASN을 안정화시킬 수 있습니다[ 21 ]. USP2a는 전립선암에서 조절되고 과발현되는 안드로겐입니다. 

앞서 언급했듯이 미세 환경 스트레스는 FASN 발현을 조절하는 역할도 합니다. 

Oliveras-Ferraros et al . FASN의 세포외 수준은 세포의 대사 상태에 따라 달라지며, 이에 따라 AMP:ATP 비율 증가에 대한 반응으로 AMPK는 세포외 FASN 방출 및 세포 에너지 상태의 복원을 유도합니다[ 34 ]. AMPK 활성화 약물인 아미노이미다졸 카복사미드 리보뉴클레오타이드(AICAR)는 유방암 세포에서 AMP:ATP 비율의 상승을 자극함으로써 세포외 FASN 수준의 용량 ​​및 시간 의존적 증가를 유도합니다. 

반대로, AMPK의 siRNA 차단은 FASN의 방출을 약화시켰다. 

후루타 외. FASN이 인간 유방암 세포주에서 저산소증에 의해 유의하게 상향조절된다는 것을 입증했습니다

그들은 또한 저산소증이 AKT의 인산화에 이어 HIF1의 활성화를 통해 SREBP-1c를 유의하게 상향 조절한다는 것을 발견했습니다. .

더욱이, 리포터 분석 및 염색질 면역침전 분석의 결과는 SREBP-1c가 저산소 상태에서 FASN 프로모터의 SREBP-결합 부위/E-박스 서열에 강하게 결합됨을 나타낸다. 

그들의 이종 이식 마우스 모델에서 FASN은 종양의 저산소 영역에서 강하게 발현되었습니다. 

또한, 그들은 FASN 억제제와 사이클로포스파미드의 조합에 의해 사이클로포스파미드에 대한 저산소증 유발 화학 내성이 부분적으로 차단된다는 것을 발견했으며, 이는 명백한 치료적 의미를 가지고 있습니다.

암 치료에서 잠재적인 약물 표적으로서의 FASN

지방산 합성효소는 암 치료의 매력적인 잠재적 표적입니다. 이전 섹션에서 설명했듯이 FASN은 많은 유형의 암에서 선택적으로 과발현되며 이러한 상승된 수준은 나쁜 예후와 관련이 있습니다. 

RNAi 녹다운 실험은 여러 암세포주가 증식과 생존을 위해 FASN에 의존한다는 것을 보여주었습니다. 

지방산 합성 효소 억제제(A) 세룰레닌. (B) C75. (C) 올리스타트.(D) GSK837149A. (E) AstraZeneca 비스아미드 스캐폴드. (F) 머크 히드록시퀴놀린-2(1H)-온 스캐폴드. (G) 플라텐시마이신. (H) 에피갈로카테킨 갈레이트 유사체.

Cerulenin은 Cephalosporium caerulens 에서 분리되었습니다 .

그것의 세포 독성 효과는 FASN 활성 수준에 따라 다릅니다[ 45 , 46 ]. 

 

C75는 화학적 불안정성을 극복하기 위해 세룰레닌 이후에 설계되었습니다. [ 47]. C75는 β-케토아실 합성효소, 에노일 환원효소 및 티오에스테라제 도메인과 상호작용하는 FASN의 약하고 비가역적인 억제제입니다

최근에 C75의 보다 강력한 유사체가 FASN 억제제로 설계되었습니다[ 50 ].

체중 감소는 카르니틴 팔미토일트랜스퍼라제 I의 자극을 통한 미토콘드리아 지방산 산화의 활성화와 시상하부 내에서 신경 펩티드 Y의 생성 억제를 통한 식욕 부진의 유도를 통해 발생하는 것으로 보입니다

이러한 효과의 결과로 FASN은 비만 치료의 잠재적 표적으로도 고려되고 있다[ 54 ].

 

에피갈로카테킨-3-갈레이트(EGCG) 및 플라보노이드 루테올린, 텍시폴린, 캠페롤, 케르세틴 및 아피게닌을 포함한 여러 천연 식물 유래 폴리페놀이 FASN을 억제하는 것으로 나타났습니다[ 55 – 57 ]. 

가장 잘 특성화된 폴리페놀 FASN 억제제 중 하나는 녹차의 천연 성분인 EGCG입니다. 

EGCG는 FASN 케토아실 환원효소 도메인의 (EGCG is a high micromolar time-dependent inhibitor of FASN ketoacyl reductase domain) 입니다[ 58 ]. 

EGCG가 여러 신호 전달 경로를 표적으로 하는 무차별적인 억제제[ 59 ] 이지만, EGCG 의 세포자멸사 유도 효과는 FASN에서의 활성과 상관관계가 있는 것으로 보입니다[ 60]. 

또 다른 화합물인 루테올린은 폴리페놀의 지방 생성에 가장 큰 영향을 미치며 FASN을 직접적으로 억제합니다. 

그것은 PI3K 억제제와 구조적 상동성을 가지며 강력한 항산화 활성을 가지고 있습니다[ 56 ]. 

최근에 EGCG의 보다 강력한 유사체가 개발되었으며 유방암 이종이식 모델에서 종양 성장을 억제하는 것으로 나타났습니다[ 61 ].

 

Orlistat는 원래 항비만제로 개발된 미국 FDA 승인 췌장 리파제 억제제이며 FASN의 강력한 억제제입니다.

Orlistat는 최근에 발표된 공결정 구조에서 볼 수 있듯이 FASN 티오에스테라제 도메인의 활성 세린과 공유 부가물을 형성하는 비가역적 억제제입니다[ 43 ]. 

원래 보고서 외에도 orlistat는 생체 내 에서 약간의 항암 활성을 보였습니다.모델.

추가 증거는 orlistat가 높은 농도의 배양액에서 종양 세포의 세포자멸사를 가속화할 수 있고 생체 내 위 종양 보유 마우스 에서 생존율을 어느 정도 증가시킬 수 있음을 나타냅니다 [ 64 ]. 

그러나 오르리스타트는 낮은 세포 투과성, 낮은 용해도, 선택성 결여 등 전신 약물로의 개발을 가로막는 몇 가지 한계를 안고 있다.65 ], 열악한 경구 생체이용률 및 열악한 대사 안정성 [ 66 ]. 이러한 한계를 개선하기 위해 여러 orlistat 유사체가 개발되었습니다[ 67 – 70 ].

 

C93(또는 FAS93)은 세균성 FabB 억제제인 ​​thiolactomycin을 따라 설계된 합성 FASN 억제제로 C75의 효능 부족과 부작용을 극복하기 위한 노력의 일환으로 최근 개발되었습니다[ 71 ].

 

최근 FAS93을 개발한 팀은 새로운 경구용 FASN 억제제인 ​​FAS31을 보고했습니다. FAS31은 체중에 영향을 미치지 않는 난소암 이종이식 모델에서 종양 감소를 보여주었습니다. 예비 독성 연구에서 FAS31은 랫트 또는 마우스의 정상 조직에 대해 관찰 가능한 독성을 나타내지 않았습니다[ 76 ]. 

 

불행히도 C93, C247 및 FAS31 구조는 아직 릴리스되지 않았습니다.

 

Merck의 연구 그룹은 일련의 3-아릴-4-하이드록시퀴놀린-2(1H)-온 유도체를 개발한 반면

AstraZeneca의 다른 연구 그룹은 FASN 억제제로서 일련의 비스아미드 유도체를 개발했습니다두 그룹 모두 각각의 FASN 생화학적 분석에서 낮은 나노몰 범위의 활성을 갖는 화합물을 얻었지만 세포 또는 생체 내 관련 데이터는 보고하지 않았습니다.활동. 

디벤젠설폰아미드 우레아 GSK837149A는 GlaxoSmithKline에서 높은 처리량 스크리닝에 의해 낮은 나노몰 FASN 억제제로 확인되었습니다. 생화학 적 연구는 GSK837149A FASN β-ketoacyl 환원 도메인의 가역적 억제제이지만, 그 불량한 세포 침투성 세포 [에서 기전 연구를 방지 것으로 나타났다 (78) ]. 

 

250,000개의 천연물 추출물에 대한 체계적인 스크리닝은 광범위한 그람 양성 항균 활성을 갖는 박테리아 FabF/B의 강력한 억제제로서 플라텐시마이신의 분리로 이어졌습니다[ 79 ]. 플라텐시마이신은 또한 생화학적 분석에서 포유동물의 FASN을 강력하게 억제한다고 주장되었지만, 우리가 아는 한 암 세포주에 대한 연구는 보고되지 않았습니다

FASN 억제제의 작용 메커니즘

여러 소분자 FASN 억제제의 작용 방식은 완전히 이해되지 않았습니다. 그들의 연구는 효능, 선택성 또는 세포 투과성의 부족으로 인해 방해받을 수 있습니다 [ 48 , 59 , 65 , 78 ]. 

FASN 억제는 생체 내 및 시험관 내 모두 에서 암세포의 선택적 아폽토시스를 시작 하는데, 이는 세포막 합성 및 인지질 기능 모두의 감소와 함께 독성 중간 대사 산물 malonyl-CoA의 축적을 수반할 수 있어 세포 증식 억제 및 세포 독성 효과를 유발할 수 있습니다[ 23 , 80 ]. 

실제로, 최근 증거는 말로닐-CoA 탈탄산효소 억제가 암 치료를 위한 잠재적인 새로운 표적이 될 수 있음을 시사합니다[ 81]. 

FASN의 억제는 종양 세포에서 소포체 스트레스를 유도하는 것으로 나타났으며[ 82 ], 추가 작용 기전은 세포자멸사를 향상시키기 위해 소포체 스트레스 유도제와의 협력을 포함할 수 있습니다[ 83 ]. 

또한, FASN의 siRNA 억제에 따른 세라마이드 축적은 유방암 세포에서 종양 세포 사멸로 이어지는 세포독성 효과를 가질 수 있습니다(세라마이드 합성 억제로 구제될 수 있음) [ 84 ]. 

 

특정 화합물에 초점을 맞춘 세룰레닌은 DNA 복제를 방해하는 것으로 나타났으며 p53 축적과 미토콘드리아 매개 세포자멸사 모두가 종양 세포 사멸에 중요한 역할을 하는 것으로 보입니다 [ 85 – 87]. C75는 빠른 말로닐-CoA 및 p53 축적과 유사한 효과를 나타냅니다. 유사하게, 유두 갑상선 암종의 하위 집합에서 C75를 사용한 FASN 억제는 성장 정지를 유도하고 카스파제 캐스케이드의 후속 활성화와 함께 세포자멸 경로의 미토콘드리아 팔의 활성화를 통해 세포자멸사를 촉진합니다[ 88 ]. 

 

Orlistat는 G1/S 정지를 유도하는 세포 주기 효과가 있는 것으로 보이며, 결과적으로 p27kip1이 축적되고 망막모세포종 경로가 활성화되는 Skp2의 조절 장애를 초래합니다[ 89 ]. 또한, 내피 세포 증식을 방지하고 생체 외에서 인간의 혈관 신생을 중요하게 억제합니다.분석 결과 항혈관신생제로 유용할 수 있음을 시사합니다. 이러한 효과는 내피 세포 표면에서 VEGF 수용체 출현의 방지를 통해 매개됩니다[ 90 ]. Knowles et al . siRNA를 사용한 녹다운 또는 소분자 약물 orlistat으로의 억제에 의한 FASN의 억제는 수용체 매개 아폽토시스 캐스케이드(카스파제-8 매개)의 활성화 및 궁극적으로 세포 사멸로 이어진다는 것을 보여주었습니다. FASN 억제의 독특한 세포자멸사 효과는 스트레스 반응 유전자 DDIT4 (DNA 손상 유도성 전사물 4) 를 통한 mTOR 경로의 음성 조절로 인해 발생합니다[ 91 ].

 

여러 발암성 신호 전달 경로가 FASN 억제에 의해 영향을 받습니다.

 

C75를 사용한 FASN 억제는 항-ErbB 약물(예: 펠린티닙, 카네르티닙, 에를로티닙, 세툭시맙, 마투주맙 및 트라스투주맙)에 대해 종양 세포를 감작시킬 수 있습니다. 

AKT는 ErbB/FASN 상호작용에 중요한 것으로 보이며 여러 연구에서 FASN 억제와 PI3K 경로 사이의 연결을 나타냅니다.

PI3K/AKT 경로의 억제는 유방암 세포를 세룰레닌 유도 세포 사멸에 민감하게 만듭니다[ 95 , 96 ]. 유사하게, C93의 작용 방식은 잠재적으로 AKT 신호 전달 경로 또는 AMPK를 통해 매개될 수 있습니다[ 73 , 74 ]. 

FASN 및 다제 내성

다제 내성은 암 화학 요법에서 중요한 문제이며, 중요하게는 FASN 과발현이 최근에 확인된 암에서 다제 내성 기전인 것으로 보입니다.

 

orlistat의 사용은 이러한 세포를 항암 요법에 민감하게 만들었습니다. 제안된 메커니즘은 FASN의 과발현이 팔미트산의 과잉 생산으로 인해 약물 유발 세포자멸사를 감소시킬 수 있다는 것입니다 [ 98]. 

이러한 FASN 유도 약물 내성 현상은 FASN 억제제를 단독으로 사용하거나 다른 화학 요법제와 함께 사용함으로써 치료적으로 이용될 수 있습니다. 

예를 들어, FASN 차단은 도세탁셀, 파클리탁셀 및 비노렐빈과 같은 미세소관 간섭 물질에 대한 유방암 세포의 상승적인 화학감작을 유도할 수 있습니다. 

또한, cerulenin과 5-fluorouracil은 일정에 따라 상승적인 상호작용을 나타내어 유방암 세포에서 항대사물질 치료의 효능을 향상시킵니다[ 99 ]. 

실제로, FASN의 약리학적 차단은 고용량 트라스투주맙 조건 SKBR3/Tzb100 유방암 세포에서 발생하는 HER2 '과다발현'을 전사적으로 억제함으로써 트라스투주맙에 대한 자가내성을 역전시킵니다[ 100]. 

 

orlistat가 생체 내에서 내피 세포 증식을 억제하는 것으로 밝혀졌기 때문에 FASN 억제는 항혈관신생 역할을 할 수도 있습니다 [ 90 ].

이동 :

결론

지방산 합성효소는 많은 악성 종양의 종양 개시 및 증식에 핵심적인 역할을 하는 것으로 보이며, 따라서 암 치료의 매력적인 표적이 됩니다. 

미래 전망

cerulenin, C75 및 orlistat와 같은 초기 소분자 FASN 억제제는 여러 암 세포주에서 세포자멸사를 유도하고 여러 암 이종이식 모델에서 종양 성장 지연을 유도하는 것으로 나타났지만 그 기전은 여전히 ​​잘 알려져 있지 않습니다. 

많은 침습 전 병변에서 FASN의 과발현은 화학 예방을 위한 FASN 억제제의 잠재적 유용성을 나타냅니다[ 12 – 14 , 102 ]. 

식이 조절은 실제 가능성이 될 수 있습니다.

녹차 카테킨은 지방산 산화의 교차 활성화를 자극하고 체중 감소를 유도하지 않고 FASN을 억제합니다[ 103 , 104 ]. 

또한 Xiao et al . 식이 콩 단백질이 FASN의 약화된 발현과 순환 인슐린 수치 감소를 통해 결장 상피 세포의 DNA 손상과 세포 생존을 억제한다는 것을 발견했습니다. [ 105]. 

지중해 식단에서 발견되는 주요 올리브 오일 단일불포화 지방산 올레산(18:1n-9)의 항종양 효과도 입증되었습니다[ 106 ]. 올레산 처리는 FASN 활성을 효율적으로 차단하고 단백질 발현을 하향 조절하여 FASN 기질 말로닐-CoA가 축적되어 HER2 발현을 억제합니다.

Box 1

Potential fatty acid synthase inhibitors

 

Small-molecule inhibitors

▪ Cerulenin

▪ C75

▪ Orlistat

▪ C93 (FAS93)

▪ FAS31

▪ C247

▪ GSK837149A

▪ Platensimycin

▪ Merck 3-aryl-4-hydroxyquinolin-2(1H)-one scaffold

▪ AstraZeneca bisamide scaffold

 

Naturally occuring polyphenols

▪ Epigallocatechin

▪ Luteolin

▪ Taxifolin

▪ Kaempferol

▪ Quercetin

▪ Apigenin

 

Dietary compounds

▪ Catechin

▪ Soy protein

▪ Monounsaturated fatty acid oleic acid (18:1n-9)