徐欣元，沈嵐，藥立波

(第四軍醫(yī)大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，陜西 西安 710032)

腫瘤代謝重編程中的癌基因與抑癌基因

徐欣元，沈嵐，藥立波Δ

(第四軍醫(yī)大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，陜西 西安 710032)

目前對腫瘤特有的代謝模式的認(rèn)識日益廣泛深入，尤其是腫瘤細(xì)胞代謝重編程的過程和機制受到關(guān)注。癌基因與抑癌基因在影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程中也不斷改變著腫瘤的物質(zhì)代謝途徑和流量，使之適應(yīng)腫瘤生長需求。本文討論c-MYC、TP53、HIF-1α等癌基因或抑癌基因及其相關(guān)通路在腫瘤代謝重編程中的作用。

腫瘤；代謝重編程；癌基因；抑癌基因

20世紀(jì)30年代，德國科學(xué)家Otto Warburg發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞在有氧條件下依然主要依賴葡萄糖酵解提供能量，稱為Warburg效應(yīng)。近年來，隨著分子生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展，對腫瘤細(xì)胞的多種代謝特征的認(rèn)識日益深入，代謝途徑催化酶的含量或活性的改變在腫瘤診斷和治療中的靶標(biāo)意義也愈加突顯[1-2]。Weinberg將腫瘤細(xì)胞“異常的代謝表型”與“自主增殖信號、凋亡抵抗、逃避增殖抑制、持續(xù)血管生成、浸潤和遷移、無限復(fù)制能力、免疫逃逸等”共同列為惡性腫瘤的特征[3-4]。腫瘤細(xì)胞異常的代謝表型是腫瘤代謝重編程(tumor metabolic reprogramming)的結(jié)果，代謝重編程使得腫瘤細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)在代謝網(wǎng)絡(luò)中的流向和通量被重新界定，以滿足腫瘤細(xì)胞對能量和物質(zhì)合成代謝的需求。

腫瘤細(xì)胞的代謝異常主要表現(xiàn)為：葡萄糖以有氧酵解為主，氧化磷酸化減弱，磷酸戊糖代謝途徑增強；谷氨酰胺分解代謝活躍；脂肪酸從頭合成及β-氧化反應(yīng)活躍等等[5-6]。

早期認(rèn)為，Warburg效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因是腫瘤細(xì)胞線粒體功能減弱導(dǎo)致的氧化磷酸化抑制，但后續(xù)研究表明，這是一個為滿足腫瘤細(xì)胞快速增殖需求而主動發(fā)生的過程，即代謝重編程過程。在新的代謝模式下，線粒體的功能更趨向于脂肪酸和谷氨酰胺的氧化分解代謝，而不再是進(jìn)行糖的有氧氧化[7]。同時，腫瘤細(xì)胞中磷酸戊糖途徑(pentose phosphate pathway，PPP)高度活躍，這些代謝改變?yōu)榧?xì)胞提供核酸、蛋白質(zhì)等大分子合成所需要的中間代謝物，對于腫瘤細(xì)胞增殖至關(guān)重要。

腫瘤代謝重編程發(fā)生的分子機制非常復(fù)雜，腫瘤微環(huán)境改變、癌基因(oncogene)激活以及抑癌基因(tumor suppressor gene)失活等都會造成細(xì)胞及機體代謝平衡穩(wěn)態(tài)的打破，引起代謝重編程的發(fā)生。本文以癌基因c-MYC、抑癌基因TP53為主要切入點，綜述癌基因或抑癌基因表達(dá)產(chǎn)物在腫瘤代謝重編程中的作用和意義。

1 c-MYC與腫瘤代謝重編程

MYC是最早被發(fā)現(xiàn)和鑒定、也是研究最為廣泛的癌基因之一。原癌基因c-MYC在正常細(xì)胞中的表達(dá)受到嚴(yán)格控制，由于染色體易位、基因擴增或轉(zhuǎn)錄增強而導(dǎo)致的其異常活化在多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。Myc作為轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)E2F、CDK4、RNA聚合酶Ⅲ等多種細(xì)胞增殖相關(guān)的靶基因的表達(dá)，因此其在細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)將導(dǎo)致細(xì)胞過度增殖，并使得染色體構(gòu)象、核糖體生物合成等發(fā)生改變以適應(yīng)細(xì)胞增殖需求。此外，Myc在腫瘤細(xì)胞黏附、凋亡抵抗及腫瘤血管生成等諸多方面都具有正向調(diào)節(jié)作用，其在腫瘤組織中的表達(dá)水平與腫瘤進(jìn)展和預(yù)后密切相關(guān)。近年來，越來越多的證據(jù)表明，惡性腫瘤中異常過表達(dá)的Myc可以動態(tài)調(diào)控腫瘤細(xì)胞物質(zhì)代謝和能量代謝相關(guān)的多個基因，增加腫瘤細(xì)胞的能量供應(yīng)和合成代謝，可滿足腫瘤細(xì)胞快速增殖的需求[8]。

Myc對腫瘤細(xì)胞糖代謝的影響目前的認(rèn)識較為明確。首先，Myc可激活葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1(glucose transporter1，GLUT1)基因的轉(zhuǎn)錄，增加腫瘤細(xì)胞對葡萄糖的攝入[9-10]；其次，Myc還可促進(jìn)一系列酵解途徑關(guān)鍵代謝酶的基因表達(dá)，包括己糖激酶2(hexokinase 2，HK2)、磷酸果糖激酶(muscle type phosph of ructokinase，PFKM)、丙酮酸激酶M2亞型(M2 isoform of pyruvate kinase，PKM2)、乳酸脫氫酶A(lactate dehydrogenase A，LDHA)及丙酮酸脫氫酶激酶1(pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDK1)等[11-12]。通過促進(jìn)GLUT1及相關(guān)代謝酶的基因表達(dá)，Myc提高了腫瘤細(xì)胞的糖酵解流量，即葡萄糖分解為三碳糖和丙酮酸，繼之生成乳酸的代謝過程反應(yīng)加速，為腫瘤細(xì)胞快速增殖提供了所需的能量和物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，Myc還可直接激活單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1/2(monocarboxylate transporter 1/2，MCT1/ MCT2)的基因轉(zhuǎn)錄，或通過抑制miRNA，如miR-29a和miR-29c(2者均可抑制MCT1的表達(dá))的表達(dá)而間接增加MCT1的基因表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞將乳酸轉(zhuǎn)運進(jìn)入細(xì)胞，并將乳酸作為能源物質(zhì)進(jìn)行利用，避免了低氧狀態(tài)下局部葡萄糖缺乏造成的損傷，從而發(fā)揮促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長的作用[13-14]。

Myc同時影響糖分解代謝及合成代謝兩方面，通過對有氧酵解的促進(jìn)作用，Myc還能促進(jìn)調(diào)節(jié)PPP途徑，增加核糖的生成，同時提高NADPH產(chǎn)量而促進(jìn)脂類合成等[12,15]。

Myc在腫瘤細(xì)胞谷氨酰胺的轉(zhuǎn)運和代謝中亦發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。與葡萄糖一樣，細(xì)胞需要特殊的轉(zhuǎn)運分子，才能攝取胞外的谷氨酰胺。c-Myc可直接轉(zhuǎn)錄激活SLC1A5(solute carrier family 1 member 5，亦稱為ASCT2)和SLC7A25等多種谷氨酰胺轉(zhuǎn)運蛋白的編碼基因，促進(jìn)細(xì)胞對谷氨酰胺的攝取[16-17]；c-Myc還可通過轉(zhuǎn)錄抑制miR-23a和miR-23b，從而導(dǎo)致它們的靶蛋白谷氨酰胺酶1(glutaminase 1，GLS1)表達(dá)增強，促進(jìn)谷氨酰胺的分解代謝[17]。此外，c-MYC基因擴增的腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的谷氨酰胺依賴(glutamine addiction)現(xiàn)象，即細(xì)胞生長依賴于谷氨酰胺，當(dāng)培養(yǎng)條件去除谷氨酰胺時，細(xì)胞會大量凋亡[18]。這一現(xiàn)象更體現(xiàn)了谷氨酰胺對腫瘤細(xì)胞生長與存活的重要性。

對于脂代謝來說，c-Myc也發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。脂肪酸從頭合成的關(guān)鍵酶如乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，ACC)，脂肪酸合酶(fatty acid synthase，F(xiàn)AS)和硬脂酰輔酶A去飽和酶(stearoyl-CoA desaturase，SCD)等，都可以在c-Myc誘導(dǎo)之下顯著增加[19]。因此，通過促進(jìn)多種關(guān)鍵酶的基因表達(dá)，c-Myc在調(diào)節(jié)脂肪酸從頭合成的過程中發(fā)揮著重要作用。

除了對脂肪酸從頭合成的影響之外，在三陰性乳腺癌(triple-negative breast cancer)中常常出現(xiàn)c-Myc過表達(dá)的現(xiàn)象，并伴隨著脂肪酸氧化(fatty acid oxidation，F(xiàn)AO)中間產(chǎn)物酰基肉堿(acylcarnitines)的水平升高，提示FAO在c-Myc過表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞中顯著增強[20]。此外，通過利用特異的c-Myc/Max抑制劑10058-F4，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞間出現(xiàn)明顯脂滴累積，這也從另一角度證明c-Myc可促進(jìn)FAO過程[21-22]。

Myc對上述代謝酶的調(diào)節(jié)一方面依靠直接的轉(zhuǎn)錄激活作用，例如對糖酵解途徑中重要代謝酶基因的表達(dá)上調(diào)。另一方面則是通過調(diào)控miRNA的基因表達(dá)而間接調(diào)控代謝相關(guān)酶的細(xì)胞內(nèi)水平，例如Myc通過對miR-17-92簇的激活，下調(diào)細(xì)胞中PTEN的水平，從而激活A(yù)KT通路；可以通過下調(diào)Let-7，影響胰島素信號通路；通過抑制miR-23a/b的轉(zhuǎn)錄，解除其對GLS1 mRNA的翻譯抑制作用，上調(diào)細(xì)胞中GLS1水平，促進(jìn)谷氨酰胺分解代謝；通過抑制miR-34a的表達(dá)，上調(diào)LDHA含量，促進(jìn)糖酵解[23]。上述Myc對miRNA的抑制作用是通過直接結(jié)合于miRNA的啟動子區(qū)域，抑制miRNA的轉(zhuǎn)錄而實現(xiàn)的，從而促進(jìn)了腫瘤代謝重編程的發(fā)生[24]。

2 TP53與腫瘤代謝重編程

除了癌基因的過度活化，抑癌基因的失活亦是腫瘤代謝重編程的重要始動因素。腫瘤抑制基因TP53、LKB1、TSC2對于癌基因過度活化導(dǎo)致的細(xì)胞代謝改變都具有負(fù)向調(diào)節(jié)作用，抑制細(xì)胞的生物合成代謝和能量供應(yīng)途徑。

TP53是研究最廣泛的抑癌基因，調(diào)節(jié)很多靶基因的轉(zhuǎn)錄。在細(xì)胞應(yīng)激早期，出現(xiàn)DNA損傷時，p53通過轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)基因P21WAF1/CIP1和GADD45等，促進(jìn)G1期細(xì)胞捕獲和損傷修復(fù)；而當(dāng)損傷修復(fù)完成后，細(xì)胞就會重新進(jìn)入正常細(xì)胞周期，發(fā)揮正常作用。此外，p53發(fā)揮促進(jìn)凋亡的作用以清除損傷嚴(yán)重或不可修復(fù)的細(xì)胞[25-26]。因此，p53通過促進(jìn)DNA損傷修復(fù)、促進(jìn)細(xì)胞存活，也可促進(jìn)凋亡、清除不能修復(fù)的細(xì)胞，從而維持基因組完整性，發(fā)揮抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，p53在抑制腫瘤代謝重編程的過程中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

p53對腫瘤細(xì)胞葡萄糖代謝的調(diào)控涉及糖的轉(zhuǎn)運、糖酵解、糖有氧氧化、磷酸戊糖途徑等多條代謝途徑。

對于腫瘤細(xì)胞的葡萄糖酵解途徑，p53可在多個靶點發(fā)揮負(fù)性調(diào)節(jié)作用。首先，p53可直接在轉(zhuǎn)錄水平抑制GLUT1、GLUT4的基因表達(dá)[27]，或通過抑制NF-κB(nuclear factor-κB)信號通路，間接抑制GLUT3的表達(dá)，從而減少腫瘤細(xì)胞對葡萄糖的攝入，降低了糖酵解代謝的流量[28-29]。其次，p53通過轉(zhuǎn)錄激活作用誘導(dǎo)TIGAR(TP53-induced glycolysis and apoptosis regulator)基因的表達(dá)，TIGAR編碼的蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)和功能上與細(xì)胞內(nèi)的雙功能酶，6-磷酸果糖激酶-2/果糖-2,6-磷酸酶(PFK-2/FBPase-2, 6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase)的果糖-2,6-二磷酸酶區(qū)域具有相似性，能夠催化2,6-二磷酸果糖(fructose-2,6-bisphosphate，F(xiàn)ru-2,6-P2)去磷酸化，從而降低細(xì)胞內(nèi)2,6-二磷酸果糖的含量。2,6-二磷酸果糖是糖酵解途徑重要的限速酶6-磷酸果糖激酶-1(phosphofructose kinase 1，PFK1)的高效別構(gòu)激活劑。TIGAR通過降低細(xì)胞內(nèi)2,6-二磷酸果糖的含量從而減少了糖酵解的限速酶果糖-6-磷酸激酶-1的活性并抑制糖酵解代謝[30]。此外，p53還可以通過泛素化降解磷酸甘油酸變位酶(phosphoglycerate mutase，PGM)，抑制酵解通路[31]。因此，TP53的失活會促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的糖酵解速率。

p53對于線粒體內(nèi)氧化磷酸化具有正向調(diào)節(jié)作用，其作用是通過直接轉(zhuǎn)錄激活細(xì)胞色素c氧化酶裝配蛋白2(cytochrome c oxidase assembly protein，SCO2)而實現(xiàn)的。SCO2在線粒體呼吸鏈重要的氧利用位點細(xì)胞色素c氧化酶COX(cytochrome c oxidase)復(fù)合體的裝配中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[32]；p53還可以轉(zhuǎn)錄激活凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis-inducing factor，AIF)，后者參與維持電子傳遞鏈復(fù)合體I的完整性[33-34]。因此，通過維持線粒體電子傳遞鏈的完整性，p53能增強腫瘤細(xì)胞線粒體的氧化磷酸化作用。

在磷酸戊糖(PPP)代謝途徑上，p53可通過與PPP途徑的限速酶葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase，G-6-PD)結(jié)合而抑制其活性，從而抑制PPP通路，降低5-磷酸核糖和NADPH的生成，減少腫瘤惡性生長所需的原材料生成[35]。而TP53家族的成員TP73，則發(fā)揮相反作用。TP73很少發(fā)生基因突變，并在多種腫瘤中高表達(dá)；TP73可轉(zhuǎn)錄激活G-6-PD，從而增加PPP途徑的流量，并促使葡萄糖產(chǎn)生大量NADPH和核糖，為生物大分子合成及清除ROS提供了保證[36-37]。

對于谷氨酰胺代謝，p53通過持續(xù)轉(zhuǎn)錄激活GLS2，增加了谷氨酸和α-酮戊二酸(α-KG)的含量，增強了線粒體氧化呼吸，提高了ATP產(chǎn)量。此外，GLS2還通過增加谷胱甘肽GSH的含量降低細(xì)胞ROS水平，保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷。研究還發(fā)現(xiàn)，GLS2在肝癌細(xì)胞中缺失或者低表達(dá)；過表達(dá)GLS2則能夠抑制腫瘤細(xì)胞克隆形成，提示GLS2發(fā)揮抑癌基因作用[38-39]。換句話說，作為p53的靶基因，GLS2通過調(diào)節(jié)能量代謝、抗氧化應(yīng)激發(fā)揮抑癌基因作用。

癌基因促進(jìn)脂肪酸從頭合成，而抑癌基因TP53則具相反作用。ACC是乙酰輔酶A從頭合成脂肪酸的限速酶，在受到AMPK(AMP-activated protein kinase)磷酸化后會失去活性，后者是由一個催化亞基α和調(diào)節(jié)亞基β組成的異二聚體，而p53可轉(zhuǎn)錄激活其β亞基。因此，p53通過促進(jìn)AMPK的表達(dá)水平使ACC失活，從而抑制脂肪酸從頭合成。

此外，p53還可通過lipin-1(一種磷脂酸磷酸酶異構(gòu)體，催化甘油三脂合成的倒數(shù)第二步反應(yīng))影響脂肪酸氧化(FAO)，并且這種調(diào)節(jié)與腫瘤微環(huán)境中的葡萄糖濃度相關(guān)。正常濃度(25 mM)時，lipin-1抑制FAO；而低濃度(1 mM)時，lipin-1促進(jìn)FAO。因此，p53作為營養(yǎng)物質(zhì)的感受器，通過誘導(dǎo)其應(yīng)答基因lipin-1，調(diào)節(jié)脂肪酸的代謝[40]。

因此，p53可通過調(diào)控相關(guān)代謝酶的表達(dá)或活性，抑制葡萄糖有氧酵解、抑制PPP途徑、增強葡萄糖氧化磷酸化、抑制脂肪酸從頭合成等代謝途徑，發(fā)揮抑制腫瘤的作用。

3 HIF-1與腫瘤代謝重編程

低氧微環(huán)境是實體瘤腫瘤組織的重要特征，對于腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)、免疫應(yīng)答、血管新生等過程均有重要影響[41-42]。糖酵解亢進(jìn)及氧化磷酸化減弱是低氧環(huán)境引起的腫瘤代謝重編程的主要適應(yīng)性改變。低氧誘導(dǎo)因子HIF(hypoxia inducible factor)是這一代謝重編程的主要調(diào)控因子之一。HIF-1的轉(zhuǎn)錄因子作用形式是HIF-1α和HIF-1β異源二聚體，其活性受細(xì)胞內(nèi)氧含量控制。HIF-1α的C末端含有一個氧依賴降解結(jié)構(gòu)域(oxygen-dependent degradation domain，ODDD)，常氧下可迅速發(fā)生泛素化并降解，其半衰期僅數(shù)分鐘。當(dāng)細(xì)胞處于低氧環(huán)境時，ODDD中的脯氨酸發(fā)生羥基化而阻斷泛素化反應(yīng)，穩(wěn)定的HIF-1α和HIF-1β形成復(fù)合體，結(jié)合于其靶基因的順式元件HRE(HIF-1 regulatory elements)，激活靶基因的轉(zhuǎn)錄。

HIF-1在許多腫瘤組織中含量顯著增加。HIF-1全程增強腫瘤細(xì)胞的糖酵解反應(yīng)。由于糖酵解代謝途徑中的酶的編碼基因啟動子區(qū)域幾乎都含有HRE[43]，所以HIF-1可以上調(diào)糖酵解途徑中幾乎所有的代謝酶。HIF-1可直接激活葡萄糖轉(zhuǎn)運子GLUT1，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞對葡萄糖的攝入[43]；HIF-1還可以與c-Myc協(xié)同作用，增強靶基因(如PDK1，HK2)的表達(dá)，共同促進(jìn)酵解的發(fā)生。其中，值得一提的是丙酮酸脫氫酶激酶PDK1，PDK1通過使丙酮酸脫氫酶(pyruvate dehydrogenase，PDH)的E1α亞基發(fā)生磷酸化修飾而抑制其活性，使得丙酮酸脫氫生成乙酰輔酶A的反應(yīng)減弱，從而導(dǎo)致可進(jìn)入TCA循環(huán)的原料減少[44]。PDK1作為聯(lián)系糖酵解和氧化磷酸化的重要分子，發(fā)揮重要作用[45]，針對PDK1的抑制劑二氯乙酸(dichloroacetic acid，DCA)，可能具有很好的臨床前景[46-47]。

除了對葡萄糖代謝影響外，HIF-1也調(diào)節(jié)脂代謝。低氧條件下活化的HIF-1可以上調(diào)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白SREBP-1(sterol regulatory element binding protein 1)活性，進(jìn)而激活脂肪酸合酶FAS的基因表達(dá)，促進(jìn)脂肪酸合成[48-49]；并且可以通過增強lipin-1，促進(jìn)甘油三脂的合成[50]。

需要指出的是，一些中間代謝產(chǎn)物對HIF-1的穩(wěn)定性也有著重要影響，如丙酮酸和乳酸都可以抑制脯氨酰羥化酶(prolyl hydroxylase，PHD)的活性，使得HIF-1α的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性增強，從而激活HIF-1下游的靶點，增強腫瘤細(xì)胞的糖酵解途徑[42,51]。

此外，HIF-1的功能還受到葡萄糖異生作用的代謝酶1,6-二磷酸果糖酶(fructose-1,6-bisphosphatase，F(xiàn)BP1)的影響，后者可結(jié)合于HIF的抑制結(jié)構(gòu)域(inhibitory domain)，阻止其核轉(zhuǎn)位、抑制其轉(zhuǎn)錄激活能力，從而抑制腫瘤發(fā)生[52]。

HIF-1除獨立調(diào)控腫瘤細(xì)胞的代謝重編程過程以外，還與Myc和p53存在著多方位的相互調(diào)節(jié)，3者被認(rèn)為是腫瘤代謝重編程調(diào)控的最重要的轉(zhuǎn)錄因子，甚至有人給予“triad”(三合會)之稱[43,53]。3者共同協(xié)調(diào)了腫瘤細(xì)胞從氧化磷酸化向有氧酵解的代謝模式轉(zhuǎn)變。Myc是促進(jìn)細(xì)胞增殖的關(guān)鍵節(jié)點分子，Myc與HIF-1在低氧條件下腫瘤細(xì)胞增殖和代謝適應(yīng)性過程中往往既存在著相互拮抗，亦存在著協(xié)同和整合以維系細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和存活。這些相互作用主要表現(xiàn)為以下幾種形式：① Myc-Miz 1復(fù)合體阻遏內(nèi)源性細(xì)胞周期進(jìn)程抑制分子CDKN1A等的基因表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程。在低氧條件下，HIF-1α可以競爭性替換這些基因啟動子區(qū)域所結(jié)合的Myc，恢復(fù)CDKN1A等的基因表達(dá)，減緩細(xì)胞周期進(jìn)程，維持細(xì)胞存活；② Myc-MAX(MYC associated factor X)復(fù)合體正向調(diào)控MSH2等DNA修復(fù)基因的轉(zhuǎn)錄，低氧條件下，HIF-1α對Myc的替換導(dǎo)致這些基因的表達(dá)下調(diào)；③HIF-2α通過促進(jìn)MAX與c-Myc的二聚體形成，從而增強CCND2和E2F1等轉(zhuǎn)錄，加速細(xì)胞周期進(jìn)程；④HIF-1α通過結(jié)合MAX及誘導(dǎo)MAX相互作用蛋白MXI 1(MAX interacting protein 1)與MAX結(jié)合，抑制Myc靶基因的轉(zhuǎn)錄。

在代謝調(diào)節(jié)酶方面，HIF-1α可與Myc發(fā)揮協(xié)同作用，增強多種糖代謝酶(如PDK1、HK2、LDHA等)編碼基因的表達(dá)，提高腫瘤細(xì)胞糖酵解能力[43,53]。LDHA是細(xì)胞內(nèi)丙酮酸含量調(diào)節(jié)的關(guān)鍵酶之一，其編碼基因啟動子的碳水化合物反應(yīng)元件ChoRE(carbohydrate response element)和E-box(5-CAGGTG-3)分別與HIF-1和c-Myc相結(jié)合，上調(diào)LDHA的表達(dá)。

當(dāng)出現(xiàn)低氧時，HIF-1α促進(jìn)血管生成并誘導(dǎo)細(xì)胞適應(yīng)低氧環(huán)境，而p53介導(dǎo)低氧誘導(dǎo)的凋亡[54]。首先，HIF-1α可以結(jié)合并穩(wěn)定p53，在HIF-1α的氧依賴降解結(jié)構(gòu)域ODDD上有2個p53結(jié)合位點；其次，低水平p53通過競爭性結(jié)合p300，減弱HIF-1α的轉(zhuǎn)錄激活作用，但高水平的p53會降解HIF-1α蛋白，而當(dāng)p53缺失時，HIF-1活性不受影響[55]；此外，可調(diào)節(jié)p53蛋白質(zhì)水平的泛素連接酶MDM2(mouse double minute 2 homolog)亦可與HIF-1α相互作用，過表達(dá)MDM2可以增加低氧環(huán)境下細(xì)胞的HIF-1α蛋白質(zhì)水平并增強其轉(zhuǎn)錄活性[56]。

當(dāng)然，與腫瘤代謝重編程相關(guān)的癌基因與抑癌基因不僅僅局限于HIF-1、c-Myc和p53，其它腫瘤相關(guān)基因也參與其中。譬如：抑癌基因PTEN，通過抑制PI3K通路，發(fā)揮抑制有氧酵解的作用[57]；K-Ras通過激活Raf/Mek/Erk通路，引起c-Myc的增強，發(fā)揮促進(jìn)有氧酵解的作用[58-59]。

腫瘤細(xì)胞中抑癌基因的失活和(或)癌基因的激活，引起多種細(xì)胞內(nèi)信號通路變化，導(dǎo)致代謝重編程，形成了新的有利于腫瘤生長的新的代謝模式，以滿足腫瘤細(xì)胞快速生長、低分化狀態(tài)維持和相應(yīng)微環(huán)境對原材料和生物能量的需求。

4 問題與展望

盡管目前對于腫瘤代謝重編程方式及其機制已經(jīng)有不少新的認(rèn)識，但是這些研究相對集中在葡萄糖和谷氨酰胺代謝，對于腫瘤增殖和表型的維持所需要的其他營養(yǎng)物質(zhì)的代謝變化認(rèn)識還很有限，如含硫氨基酸半胱氨酸和甲硫氨酸、絲氨酸、營養(yǎng)必需脂肪酸、膽堿、微量元素和維生素等。這些物質(zhì)在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中的重要性已經(jīng)得到關(guān)注，其模式變化和機制需要更多的研究。人體內(nèi)微生態(tài)對腫瘤代謝的影響亦應(yīng)得到重視。

腫瘤代謝研究的深入不僅將闡明腫瘤形成和發(fā)展的機制，同時也將揭示正常細(xì)胞增殖分化所需合成代謝的生物化學(xué)新原理，這將為認(rèn)識人體生殖、發(fā)育、運動適應(yīng)等正常生理過程提供新的契機。

腫瘤重要代謝途徑和關(guān)鍵代謝酶的研究對于腫瘤的診斷和治療具有重要意義，靶向代謝變化應(yīng)是有效的抗腫瘤治療策略[60]。迄今已有一些靶向腫瘤代謝的相關(guān)藥物研究，并顯示出較好的前景。例如，氯尼達(dá)明(lonidamine)、2-脫氧葡萄糖(2-deoxyglucose，2-DG)、二氯乙酸鹽(dichloroacetate，DCA)和3-溴丙酮酸(3-bromopyruvate，3-BP)等，都已經(jīng)進(jìn)入了臨床試驗階段，有望成為有效的抗腫瘤藥物。雖然一些初步研究結(jié)果表明靶向抑制酵解關(guān)鍵酶有很好的抗腫瘤效果，但還是有很多問題有待解決。首先，需要在眾多的靶點中明確找到調(diào)控某一代謝途徑的關(guān)鍵節(jié)點，并且要確保其腫瘤組織特異性，在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時，避免損傷正常組織細(xì)胞，這是很多糖酵解通路抑制劑能否成功被核準(zhǔn)上市的關(guān)鍵。其次，癌基因的活化和抑癌基因的失活對腫瘤代謝重編程的始動發(fā)揮著重要作用，去除導(dǎo)致癌基因活化的基因突變等基因組變異，或恢復(fù)抑癌基因功能，有可能從根源上改變腫瘤代謝模式，基因治療、尤其是新近出現(xiàn)的基因編輯新策略或?qū)⒂兴鳛椤?/p>

[1] Vander Heiden MG,Cantley LC,Thompson,CB.Understanding the Warburg effect: the metabolic requirements of cell proliferation[J].Science, 2009,324(5930):1029-1033.

[2]Liberti MV, Locasale JW.The Warburg effect: how does it benefit cancer cells?[J].Trends Biochem Sci,2016,41(3):211-218.

[3]Hanahan D,Weinberg RA.The hallmarks of cancer[J].Cell,2000,100(1):57-70.

[4]Hanahan D,Weinberg RA.Hallmarks of cancer: the next generation[J].Cell,2011,144(5):646-674.

[5]Kroemer G,Pouyssegur J.Tumor cell metabolism: cancer’s Achilles’heel[J].Cancer cell,2008,13(6):472-482.

[6]Pavlova NN,Thompson CB.The emerging hallmarks of cancer metabolism[J].Cell Metab, 2016,23(1):27-47.

[7]SamudioI,Fiegl M,Andreeff M.Mitochondrial uncoupling and the Warburg effect: molecular basis for the reprogramming of cancer cell metabolism[J].Cancer Res,2009,69(6):2163-2166.

[8]Lin CY,Lovén J,Rahl PB,et al.Transcriptional amplification in tumor cells with elevated c-Myc[J].Cell,2012,151(1):56-67.

[9]Osthus RC,Shim H,Kim S,et al.Deregulation of glucose transporter 1 and glycolytic gene expression by c-Myc[J].J Biol Chem,2000,275(29):21797-21800.

[10]Li B,Simon MC.Molecular pathways: targeting MYC-induced metabolic reprogramming and oncogenic stress in cancer[J].Clin Cancer Res,2013,19(21):5835-5841.

[11]Dang CV,Le A,Gao P.MYC-induced cancer cell energy metabolism and therapeutic opportunities[J].Clin Cancer Res, 2009,15(21) 6479-6483.

[12]Morrish F,Isern N,Sadilek M,et al.c-Myc activates multiple metabolic networks to generate substrates for cell-cycle entry[J].Oncogene,2009,28(27):2485-2491.

[13]GanL,Xiu R,Ren P,et al.Metabolic targeting of oncogene MYC by selective activation of the proton-coupled monocarboxylate family of transporters[J].Oncogene,2016,35(23):3037-3048.

[14]Sonveaux P,Végran F,Schroeder T,et al.Targeting lactate-fueled respiration selectively kills hypoxic tumor cells in mice[J].J Clin Invest,2008,12(118):3930-3942.

[15]Manganelli G,Fico A,Masullo U,et al.Modulation of the pentose phosphate pathway induces endodermal differentiation in embryonic stem cells[J].Plos One,2012,1(7):1-10.

[16]Gao P,Tchernyshyov I,Chang TC,et al.c-Myc suppression of miR-23a/b enhances mitochondrial glutaminase expression and glutamine metabolism[J].Nature,2009,458(7239):762-765.

[17]Dang CV.Rethinking the Warburg effect with Myc micromanaging glutamine metabolism[J]. Cancer Res,2010,70(3):859-862.

[18]Wise DR,DeBerardinis RJ,Mancuso A,et al.Myc regulates a transcriptional program that stimulates mitochondrial glutaminolysis and leads to glutamine addiction[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2008,105(48):18782-18787.

[19]Wahlstr?m T, Arsenian HM.Impact of MYC in regulation of tumor cell metabolism[J]. Biochim Biophys Acta,2015,1849(5):563-569.

[20]Camarda R,Zhou AY,Kohnz RA,et al.Inhibition of fatty acid oxidation as a therapy for MYC-overexpressing triple-negative breast cancer[J].Nat Med,2016,22(4):427-432.

[21]Zirath H,Frenzel A,Oliynyk G,et al.MYC inhibition induces metabolic changes leading to accumulation of lipid droplets in tumor cells[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2013,110(25):.10258-10263.

[22]Müller I,Larsson K,Frenzel A,et al.Targeting of the MYCN protein with small molecule c-MYC inhibitors[J]. Plos One, 2014,9(5):1-12.

[23]Dang CV.MYC on the path to cancer[J]. Cell, 2012,149(1):22-35.

[24]Chang T,Yu D,Lee YS,et al.Widespread microRNA repression by Myc contributes to tumorigenesis[J]. Nat Genetics, 2007,40(1):43-50.

[25]Shen L,Sun X,Fu Z,et al.The fundamental role of the p53 pathway in tumor metabolism and its implication in tumor therapy[J]. Clin Cancer Res,2012,18(6):1561-1567.

[26]Lacroix M,Toillon RA,Leclercq G.p53 and breast cancer, an update[J]. Endocr Relat Cancer, 2006,13(2): 293-325.

[27]Schwartzenberg-Bar-Yoseph F,Armoni M,Karnieli E.The tumor suppressor p53 down-regulates glucose transporters GLUT1 and GLUT4 gene expression[J].Cancer Res, 2004,64(7):2627-2633.

[28]Kawauchi K,Arali K,Tobiume K,et al.Loss of p53 enhances catalytic activity of IKK through O-linked-N-acetyl glucosamine modification[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2009,106(9): 3431-3436.

[29]KawauchiK,Arali K,Tobiume K,et al.p53 regulates glucose metabolism through an IKK-NF-κB pathway and inhibits cell transformation[J]. Nat Cell Biol,2008,10(5):611-618.

[30]Bensaad K,Tsuruta A,Selak MA,et al.TIGAR, a p53-inducible regulator of glycolysis and apoptosis[J]. Cell, 2006,26(1):107-120.

[31]Kondoh H,Lleonart ME,Gil J,et al.Glycolytic enzymes can modulate cellular life span[J]. Cancer Res,2005,65(1):177-185.

[32]Matoba S.p53 regulates mitochondrial respiration[J]. Science, 2006,312(5780):1650-1653.

[33]Stambolsky P, Weisz LI, Klein Y,et al.Regulation of AIF expression by p53[J]. Cell Death Differ, 2006,13(12):2140-2149.

[34]Kook SH,Son YO,Chung SW,et al.Caspase-independent death of human osteosarcoma cells by flavonoids is driven by p53-mediated mitochondrial stress and nuclear translocation of AIF and endonuclease G[J]. Apoptosis, 2007,12(7):1289-1298.

[35]Jiang P,Du W,Wang X,et al.p53 regulates biosynthesis through direct inactivation of glucose-6-phosphate dehydrogenase[J]. Nat Cell Biol, 2011,13(3):310-316.

[36]Jiang P,Du W,Yang X.A critical role of glucose-6-phosphate dehydrogenase in TAp73-mediated cell proliferation[J]. Cell Cycle, 2014,12(24):3720-3726.

[37]Du W,Jiang P,Mancuso A,et al.TAp73 enhances the pentose phosphate pathway and supports cell proliferation[J]. Nat Cell Biol, 2013,15(8):991-1000.

[38]Suzuki S,Tanaka T,Poyurovsky MV,et al.Phosphate-activated glutaminase(GLS2), a p53-inducible regulator of glutamine metabolism and reactive oxygen species[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010,107(16):7461-7466.

[39]Hu W,Zhang C,Wu R,et al.Glutaminase 2, a novel p53 target gene regulating energy metabolism and antioxidant function[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010,107(16):7455-7460.

[40]Assaily W, Rubinger DA,Wheaton K,et al.ROS-mediated p53 induction of lpin1 regulates fatty acid oxidation in response to nutritional stress[J]. Mol Cell, 2011,44(3): 491-501.

[41]Vaupel P,Mayer A.Hypoxia in cancer: significance and impact on clinical outcome[J]. Cancer Metastasis Rev, 2007,26(2): 225-239.

[42]LaGory EL,Giaccia AJ.The ever-expanding role of HIF in tumour and stromal biology[J]. Nat Cell Biol, 2016,18(4):356-365.

[43]Yeung SJ,Pan J, Lee MH.Roles of p53, Myc and HIF-1 in regulating glycolysis—the seventh hallmark of cancer[J]. Cell Mol Life Sci, 2008,65(24):3981-3999.

[44]Korotchkina LG,Patel MS.Site specificity of four pyruvate dehydrogenase kinase isoenzymes toward the three phosphorylation sites of human pyruvate dehydrogenase[J]. J Biol Chem, 2001,276(40):37223-37229.

[45]Pate KT,Stringari C,Sprowl-Tanio S,et al.Wnt signaling directs a metabolic program of glycolysis and angiogenesis in colon cancer[J]. EMBO J, 2014,33(13):1454-1473.

[46]Gerriets VA,Kishton RJ,Nichols AG,et al.Metabolic programming and PDHK1 control CD4+T cell subsets and inflammation[J]. J Clin Invest, 2015,125(1):194-207.

[47]Zhang W,Zhang SL,Hu X,et al.Targeting tumor metabolism for cancer treatment: is pyruvate dehydrogenase kinases(PDKs) a viable anticancer target?[J].Int J Biol Sci, 2015,11(12):1390-1400.

[48]Bensaad K,Favaro E,Lewis CA,et al.Fatty acid uptake and lipid storage induced by HIF-1αcontribute to cell growth and survival after hypoxia-reoxygenation[J]. Cell Rep, 2014,9(1):349-365.

[49]Furuta E,Pai SK,Zhan R,et al.Fatty acid synthase gene is up-regulated by hypoxia via activation of Akt and sterol regulatory element binding protein-1[J]. Cancer Res, 2008,68(4):1003-1011.

[50]Mylonis I,Sembongi H,Befani C,et al.Hypoxia causes triglyceride accumulation by HIF-1-mediated stimulation of lipin 1 expression[J]. J Cell Sci, 2012,125(Pt 14):3485-3493.

[51]Lu H,Dalgard CL,Mohyeldin A,et al.Reversible inactivation of HIF-1 prolyl hydroxylases allows cell metabolism to control basal HIF-1[J]. J Biol Chem, 2005,280(51):41928-41939.

[52]Li B,Qiu B,Lee DS,et al.Fructose-1,6-bisphosphatase opposes renal carcinoma progression[J]. Nature, 2014,513(7517):251-255.

[53]Huang LE.Carrot and stick: HIF-a engages c-Myc in hypoxic adaptation[J]. Cell Death Differ, 2008,15(4):672-677.

[54]Fels DR,Koumenis C.HIF-1a and p53: the ODD couple?[J].Trends Biochem Sci, 2005,8(30):426-429.

[55]Schmid T,Zhou J,K?hl R,et al.p300 relieves p53-evoked transcriptional repression of hypoxia-inducible factor-1(HIF-1)[J]. Biochem J, 2004,380(Pt 1):289-295.

[56]Nieminen AL,Qanungo S,Schneider EA,et al.Mdm2 and HIF-1α interaction in tumor cells during hypoxia[J]. J Cell Physiol, 2005,204(2):364-369.

[57]Cairns RA,Harris IS,Mak TW.Regulation of cancer cell metabolism[J]. Nat Rev Cancer, 2011,11(2):85-95.

[58]Ying H,Kimmelman AC,Lyssiotis CA,et al.Oncogenic Kras maintains pancreatic tumors through regulation of anabolic glucose metabolism[J]. Cell, 2012,3(149):656-670.

[59]Kimmelman AC.Metabolic dependencies in RAS-driven cancers[J]. Clin Cancer Res, 2015,21(8):1828-1834.

[60]Fantin VR, St-Pierre J,Leder P.Attenuation of LDH-A expression uncovers a link between glycolysis, mitochondrial physiology, and tumor maintenance[J]. Cancer Cell, 2006,9(6):425-434.

(編校：吳茜)

Role of oncogene and tumor suppressor gene in tumor metabolic reprogramming

XU Xin-yuan, SHEN Lan, YAO Li-boΔ

(Academy of Basic Medicine, Fourth Military Medical University, Xi’an 710032, China)

With the understanding of tumor metabolism, the process and mechanism of tumor metabolic reprogramming gradually attracted much attention in recent years.Oncogenes and tumor suppressor genes are constantly changing the pathway and flux of tumor metabolism in tumorigenesis to meet the needs of tumor growth and proliferation.The role ofc-MYC,TP53,HIF-1αas well as the related signal pathways in tumor metabolic reprogramming would be discussed.

tumor; metabolic reprogramming; oncogene; tumor suppressor gene

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.09.001

徐欣元，男，博士，研究方向：腫瘤代謝重編程，E-mail：xyxu0010@21cn.com；藥立波，通信作者，女，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：腫瘤分子生物學(xué)，E-mail：bioyao@fmmu.edu.cn。

R730

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