劉小軍（綜述） 趙 達(dá)（審校）

（蘭州大學(xué)第一醫(yī)院腫瘤內(nèi)科 蘭州 730000）

充足的能量和營養(yǎng)供應(yīng)是癌細(xì)胞得以無限增殖、進(jìn)而浸潤和轉(zhuǎn)移的前提。癌細(xì)胞的糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝都存在一定程度的異常改變，尤以糖代謝異常為主要特征。惡性腫瘤對(duì)葡萄糖的利用和攝取增多，這種特性被應(yīng)用于癌癥患者的正電子發(fā)射體層掃描檢查中。早在20世紀(jì)20年代，Warburg等［1］就已發(fā)現(xiàn)即使在有氧環(huán)境下，癌細(xì)胞優(yōu)先進(jìn)行糖酵解，稱之為“有氧糖酵解（aerobic glycolysis）”，亦稱為“Warberg效應(yīng)”。

癌細(xì)胞可通過多種方式實(shí)現(xiàn)這種能量代謝的轉(zhuǎn)變，如癌細(xì)胞膜葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性增強(qiáng)、糖酵解關(guān)鍵酶活性增強(qiáng)。原癌基因的異?；罨蛞职┗虻氖Щ钔沁@種轉(zhuǎn)變的始動(dòng)因素。癌組織中普遍存在的缺氧微環(huán)境會(huì)進(jìn)一步增加這些基因和酶的活性。近年來，以異常能量代謝過程中的載體或酶為靶點(diǎn)對(duì)各種惡性腫瘤進(jìn)行的體內(nèi)、外治療研究取得了積極進(jìn)展，分述如下。

以糖酵解關(guān)鍵酶或載體為靶點(diǎn)

以葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體為靶點(diǎn) 研究表明，癌細(xì)胞葡萄糖的攝取增加，而葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體－1（glucose transport 1，GluT－1）在癌細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝中扮演著重要角色［2］。GluT－1在多種腫瘤中呈高表達(dá)，并且與不良預(yù)后相關(guān)［3－4］。Amann等［5－6］研究發(fā)現(xiàn)，GluT－1在肝癌組織和肝癌細(xì)胞系均呈高表達(dá)，并與分期晚、分化差、Ki－67標(biāo)記指數(shù)高等因素相關(guān)，運(yùn)用RNA干擾技術(shù)沉默GluT－1基因后肝癌細(xì)胞的生長增殖及黏附能力下降；并導(dǎo)致葡萄糖攝取和乳酸生成減少；缺氧可通過缺氧誘導(dǎo)因子－1α上調(diào)GluT－1的表達(dá)。因此認(rèn)為GluT－1有望成為肝癌新的治療靶標(biāo)。Liu等［7］應(yīng)用針對(duì)GluT－1的反義寡核苷酸對(duì)HepG－2細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)染，發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞GluT－1mRNA和蛋白含量減少，葡萄糖攝取減少。

以乳酸脫氫酶－A為靶點(diǎn) 乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）催化乳酸脫氫生成丙酮酸，是糖酵解關(guān)鍵酶之一，幾乎存在于所有組織細(xì)胞中。乳酸脫氫酶存在5種同工酶，其中LDH－A與惡性腫瘤關(guān)系密切。LDH－A的抑制劑有草氨酸、二氯乙酸及丙醇二酸等。

Fiume等［8］研究發(fā)現(xiàn)，使用LDH－A抑制劑草氨酸和丙醇二酸可抑制人肝癌細(xì)胞HepG2及PLC／PRF／5的生長，通過減少癌細(xì)胞ATP水平而增加化療藥物的敏感性，同時(shí)不影響正常細(xì)胞的糖代謝。Fiume等［9］另外研究還發(fā)現(xiàn)，使用 LDH－A抑制劑草氨酸可增加體外培養(yǎng)PLC／PRF／5細(xì)胞對(duì)酪氨酸激酶抑制劑，如索拉非尼、舒尼替尼及伊馬替尼的敏感性；草氨酸不影響正常細(xì)胞三磷酸腺苷（triphosadenine，ATP）的合成，再次證明正常細(xì)胞不依賴于有氧糖酵解產(chǎn)生能量，所以阻斷LDH不影響正常細(xì)胞的代謝。

Xie等［10］研究發(fā)現(xiàn)，遺傳性平滑肌瘤和腎癌LDH－A表達(dá)增高，而這兩種腫瘤的發(fā)生均為延胡索酸水合酶缺失所致，使用LDH－A抑制劑可誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，在FH缺失情況下敲除LDH－A基因可使相應(yīng)裸鼠移植腫瘤的生長減慢。

以己糖激酶－2為靶點(diǎn) 己糖激酶（hexokinase，HK）催化己糖的磷酸化反應(yīng)，存在2種同工酶——HK－1和HK－2。3－溴丙酮酸是丙酮酸的類似物，傳統(tǒng)認(rèn)為可抑制HK－2活性、抑制糖酵解，對(duì)線粒體氧化磷酸化也具有抑制作用，具體作用機(jī)制不詳［11］。也有報(bào)道認(rèn)為3－溴丙酮酸不是HK－2的抑制劑，而是3－磷酸甘油醛脫氫酶的抑制劑。

3－溴丙酮酸具有烷化作用，在體內(nèi)具有強(qiáng)大的抗腫瘤效應(yīng)。Pereira等［12］的研究則表明，3－溴丙酮酸對(duì)肝癌細(xì)胞的琥珀酸脫氫酶和糖酵解都具有抑制作用，繼而抑制葡萄糖的氧化磷酸化，誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡。

以丙酮酸脫氫酶激酶為靶點(diǎn) 丙酮酸脫氫酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK）具有調(diào)節(jié)線粒體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、催化丙酮酸脫羧氧化的活性，進(jìn)一步將糖酵解與三羧酸循環(huán)及ATP的生成聯(lián)系在一起。臨床上二氯乙酸（dichloroacetic acid，DCA）用于治療人乳酸酸中毒，因其具有抑制PDK活性而用于抗腫瘤治療研究。Bonnet等［13］對(duì)此進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明，DCA可通過“正?；卑┘?xì)胞異常能量代謝而殺傷癌細(xì)胞。研究也表明，DCA可抑制癌細(xì)胞糖酵解，促進(jìn)氧化磷酸化，增加線粒體H2O2，激活電壓門控K＋通道［14］。

Michelakis等［15］研究了DCA對(duì)人腦惡性膠質(zhì)細(xì)胞瘤的治療作用。發(fā)現(xiàn)DCA可在體外或體內(nèi)逆轉(zhuǎn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞線粒體的超極化，增加線粒體活性氧水平，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。DCA也可抑制HIF－α活性，增加P53表達(dá)，抑制血管新生。DCA的劑量限制性毒性為劑量依賴的、可逆性外周神經(jīng)病變，無肝、腎及心臟等毒性發(fā)生?？傊珼CA是腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤非常有希望的治療藥物，值得進(jìn)一步研究。

同理，糖酵解的其他關(guān)鍵酶如磷酸果糖激酶Ⅰ也可作為治療的潛在靶點(diǎn)［16］。

以氨基酸代謝為靶點(diǎn)

以天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶為靶點(diǎn) 天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（aspartic acid amino transferase，AAT）催化氨基從天冬氨酸轉(zhuǎn)移到α－酮戊二酸上的轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)。前述的草氨酸不僅可抑制LDH，也可抑制AAT，羥乙酸氨也被認(rèn)為可抑制AAT活性。

Thornburg等［17］研究了草氨酸、羥乙酸氨及AAT特異性的siRNA對(duì)體外培養(yǎng)乳腺癌細(xì)胞株MDA－MB－231的作用，以及前兩者對(duì)乳腺癌裸鼠抑制模型的作用。結(jié)果表明，草氨酸無助于降低乳酸的產(chǎn)生，但確有抗代謝效應(yīng)；羥乙酸氨也具有抗代謝效應(yīng)；兩者均可降低葡萄糖的攝取和利用，降低氧消耗；兩者均可抑制體外培養(yǎng)和裸鼠抑制模型癌細(xì)胞的生長；AAT特異性的siRNA可抑制體外培養(yǎng)乳腺癌細(xì)胞的增殖。

使用綠茶中的表沒食子兒茶素有可能抑制轉(zhuǎn)氨酶的活性，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)可發(fā)揮抗腫瘤作用，但具體分子靶點(diǎn)仍不明確［18］。

以谷氨酰胺酶為治療靶點(diǎn) 谷氨酰胺與癌細(xì)胞的代謝密切相關(guān)。谷氨酰胺酶（glutaminase，GLS）催化谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸，進(jìn)而分解為α－酮戊二酸，進(jìn)入三羧酸循環(huán)。小分子化合物968可通過抑制GLS活性，對(duì)myc誘導(dǎo)的人類伯基特淋巴瘤模型產(chǎn)生治療作用［19］。

以脂肪代謝為靶點(diǎn) 脂質(zhì)對(duì)細(xì)胞膜的合成和一些蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄后修飾至關(guān)重要。ATP檸檬酸裂合酶（ATP citrate lyase，ACL）催化檸檬酸分解為乙酰輔酶A的反應(yīng)，是連接糖代謝和脂肪合成的關(guān)鍵酶。

Hatzivassiliou等［20］運(yùn)用ACL特異性RNA干擾對(duì)肺腺癌細(xì)胞系A(chǔ)549進(jìn)行瞬時(shí)轉(zhuǎn)染，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞活力下降，增殖減少，同時(shí)細(xì)胞乙酰輔酶A減少；運(yùn)用shRNA對(duì)肺腺癌細(xì)胞系A(chǔ)549裸鼠移植模型進(jìn)行穩(wěn)定敲除，發(fā)現(xiàn)腫瘤生長減慢，同時(shí)還可誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生分化；應(yīng)用ACL特異性shRNA作用于白血病細(xì)胞系K562，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)癌細(xì)胞發(fā)生分化；無論對(duì)體外培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞，還是相應(yīng)細(xì)胞的裸鼠抑制模型，ACL特異性化學(xué)抑制劑SB－204990都體現(xiàn)了抗腫瘤效應(yīng)。

以線粒體復(fù)合體I為靶點(diǎn)甲福明本為治療非胰島素依賴糖尿病的藥物，但該藥的作用機(jī)制一直未明。Owen等［21］的研究表明，甲福明可抑制肝臟糖異生，增加糖的利用，并探明其機(jī)制至少部分是通過抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合體I來發(fā)揮作用。

DeCensi等［22］針對(duì)2型糖尿病患者使用甲福明的癌癥發(fā)病和死亡情況進(jìn)行了薈萃分析，共有11個(gè)原始研究納入其中，共計(jì)分析4042例癌癥患者，其中529例患者因癌癥死亡。與使用其他降糖藥物相比，甲福明可使癌癥發(fā)生和死亡的總相對(duì)危險(xiǎn)性下降31%（RR：0．69，95%CI：0．61～0．79）。這種相反關(guān)系存在于胰腺癌、肝細(xì)胞肝癌，且存在劑量依賴性關(guān)系的趨勢，在結(jié)腸癌、乳腺癌和前列腺癌中未能得到體現(xiàn)。與其他降糖藥相比，甲福明可降低糖尿病患者癌癥發(fā)生率。但考慮到納入的原始研究多為回顧性分析，且對(duì)照組的治療藥物亦有可能升高癌癥發(fā)病率，所以未來需要進(jìn)行設(shè)計(jì)良好的前瞻性Ⅱ期臨床試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

小結(jié) 能量代謝異常是癌細(xì)胞普遍存在的特征。早在20世紀(jì)20年代，癌細(xì)胞的能量代謝研究就曾引起廣泛關(guān)注，此后分子生物學(xué)研究異軍突起，癌細(xì)胞能量代謝研究似乎被人們所遺忘。近年來此類研究又引起人們的廣泛關(guān)注，Hanahan等［23］在2011年將能量代謝異常歸為癌細(xì)胞的十大特征之一。此外，癌細(xì)胞異常能量代謝的遺傳和環(huán)境背景，以及與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)系也得到廣泛的研究。這為以異常能量代謝為靶點(diǎn)對(duì)癌癥進(jìn)行分子靶向治療提供了理論依據(jù)。

近年來，一些學(xué)者進(jìn)行了以癌細(xì)胞能量代謝為靶點(diǎn)的治療研究，對(duì)一些糖、氨基酸和脂肪代謝的關(guān)鍵酶進(jìn)行治療干預(yù)，取得了一定的成果，其中尤以針對(duì)糖酵解的治療研究引人注目。甲福明治療惡性腫瘤的研究甚至進(jìn)入了臨床試驗(yàn)階段，對(duì)一些目前仍缺乏有效治療手段的惡性腫瘤治療帶來了希望。當(dāng)然，癌細(xì)胞的能量代謝存在著巨大的異質(zhì)性，即使是同一種惡性腫瘤也會(huì)存在差異，這又給以能量代謝為靶點(diǎn)進(jìn)行治療帶來了挑戰(zhàn)。一些分子靶向藥物，如哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)抑制劑等，對(duì)癌細(xì)胞能量代謝的影響也有待進(jìn)一步研究。

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