CYP51A1介導的CYP17A1旁路途徑：前列腺癌中雄激素生物合成的新機制

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

【字體： 大 中 小 】 時間：2025年12月05日 來源：Nature Communications 15.7

　　

在性類固醇研究領域，一個長期存在的謎團困擾著科學家和臨床醫生：為什么針對關鍵酶CYP17A1的藥物治療無法完全阻斷前列腺癌患者的雄激素合成？傳統理論認為，所有性類固醇的生物合成都必須經過CYP17A1這一"瓶頸"酶的作用。然而臨床觀察發現，即使使用高效的CYP17A1抑制劑，腫瘤組織仍能檢測到雄激素信號通路的激活。這一矛盾現象暗示著，可能存在一條不為人知的"旁路"途徑，能夠繞過CYP17A1的阻斷繼續產生雄激素。

近日發表在《Nature Communications》上的研究解開了這個謎團。由Ziqi Zhu和Nima Sharifi領導的研究團隊發現，另一個原本被認為與膽固醇合成相關的酶——CYP51A1，竟然能夠通過氧化固醇介質實現雄激素的從頭合成。這一發現不僅改寫了性類固醇生物合成的教科書知識，更為前列腺癌的治療提供了新的靶點思路。

關鍵技術方法

研究團隊運用了多種前沿技術：通過穩定同位素示蹤（13C₃-膽固醇）驗證代謝通路；利用CRISPR/Cas9技術構建CYP51A1和HSD3B1基因敲除細胞模型；采用液相色譜-串聯質譜（LC-MS/MS）進行類固醇定量分析；使用異種移植瘤模型（去勢小鼠）評估體內雄激素信號；通過RNA測序分析基因表達譜。人源前列腺癌組織樣本來自醫院倫理委員會批準的病例庫。

Androgen biosynthesis does not require CYP17A1

研究人員首先在前列腺癌細胞模型中發現，即使在不表達CYP17A1蛋白和活性的C4-2細胞中，仍能檢測到睪丸酮和雙氫睪酮（DHT）的合成。使用非甾體CYP17A1抑制劑ASN001和TAK700處理，并不影響細胞內雄激素水平。更重要的是，通過13C₃-膽固醇同位素示蹤實驗，證實了從膽固醇到睪丸酮的完整合成途徑確實存在，且這一轉化依賴于3β-羥基類固醇脫氫酶-1（3βHSD1）。

Selective oxysterol conversion to androgens and estrogens

研究團隊測試了多種氧化固醇，發現僅有(20R)-17α,20-二羥基膽固醇（DHC）能夠作為底物合成脫氫表雄酮（DHEA）、睪丸酮和DHT。這一轉化過程呈現劑量和時間依賴性，且需要3βHSD1的參與。在表達芳香化酶的JEG3細胞中，DHC還能進一步轉化為雌激素，表明該通路具有合成兩類性類固醇的完整能力。

Androgen biosynthesis from DHC is independent of CYP17A1

為了確證該通路不依賴CYP17A1，研究人員合成了氘標記的DHC（d₂-DHC）。實驗顯示，d₂-DHC能夠轉化為d₂-DHEA、d₂-睪丸酮和d₂-DHT，且這一過程不受CYP17A1特異性抑制劑的影響。相反，能夠抑制多種細胞色素P450酶的酮康唑則顯著降低了所有雄激素的生成，提示可能存在其他P450酶的參與。

CYP51A1 is required for CYP17A1-independent androgen biosynthesis

通過系統性篩選57種人類細胞色素P450酶，研究發現僅有CYP51A1能夠將DHC轉化為DHEA。體外實驗證實，純化的人CYP51A1酶在NADPH存在下可直接催化DHC生成DHEA，穩態動力學分析顯示其k_cat為3.74±0.08×10^-3min^-1，K_m值為12.4±0.8μM。系統進化分析表明，這一活性在脊椎動物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

在去勢小鼠模型中，CYP51A1敲除顯著延緩了C4-2異種移植瘤的生長，并降低了前列腺特異性抗原（PSA）的表達。基因集富集分析顯示，DHC誘導的雄激素應答基因表達依賴于CYP51A1。盡管未能直接檢測到內源性DHC，但13C₃-膽固醇同位素示蹤實驗證實，CYP51A1是膽固醇向睪丸酮轉化所必需的。

研究結論與意義

該研究首次揭示了CYP51A1介導的CYP17A1非依賴性雄激素生物合成通路。這一發現具有多重重要意義：首先，它解釋了為什么CYP17A1抑制無法完全阻斷前列腺癌中的雄激素信號，為去勢抵抗性前列腺癌的治療耐藥提供了機制解釋；其次，CYP51A1在脊椎動物中的保守性表明，這一通路可能在正常生理條件下也發揮作用，重塑了我們對性類固醇生物合成的認知；最后，該研究為開發針對CYP51A1的新型治療策略奠定了理論基礎。

值得注意的是，與高效的CYP17A1相比，CYP51A1的雄激素合成效率較低，這可能解釋了為什么在正常生理狀態下該通路未被較早發現。然而，在CYP17A1被藥理抑制的病理條件下，這一"旁路"途徑的重要性便凸顯出來。未來研究需要進一步闡明內源性DHC的來源及其調控機制，以及該通路在其他固醇依賴性疾病中的潛在作用。

這項研究不僅解決了一個長期的科學難題，更重要的是開辟了一個全新的研究方向——針對CYP51A1的治療策略可能為前列腺癌患者提供新的希望，同時也在更廣泛的類固醇生理學和病理學領域引發了新的思考。