閆 娜 王金花

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院病理科，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010

運(yùn)輸ATPase存在于真核生物和部分微生物體內(nèi)，能夠水解ATP，釋放能量用于跨膜運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)等，參與人體生命活動(dòng)。他包含四種類型，即P型、V型、F型及ABC運(yùn)輸?shù)鞍?。其中，V型ATPase，即液泡質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶（vacuolar protontranslocating ATPase，V-ATPase），是細(xì)胞膜以及各種膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞器上的一種質(zhì)子泵，負(fù)責(zé)向細(xì)胞外或者細(xì)胞器內(nèi)輸送氫離子。V-ATPase參與多種物質(zhì)的膜轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過程，在細(xì)胞糖酵解中也起到很重要的作用。而腫瘤細(xì)胞，是利用糖酵解作為能量代謝的主要來源，獲得更高的糖分解能力，使得葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗岵a(chǎn)生ATP，這被稱為Warburg效應(yīng)[1]。另外，在不同的腫瘤中發(fā)現(xiàn)了V-ATPase基因的差異表達(dá)模式[2]，侵襲性強(qiáng)的腫瘤細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了V-ATPase的高表達(dá)[3]。

1 V-ATPase的結(jié)構(gòu)和功能

V-ATPase由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，即膜周邊結(jié)構(gòu)域V1和膜整體結(jié)構(gòu)域V0。當(dāng)細(xì)胞外葡萄糖濃度下降時(shí)，V1、V0分解，V-ATPase失活，進(jìn)而能夠防止能量消耗。這一能力使細(xì)胞能夠?qū)δ芰繝顟B(tài)的變化作出快速反應(yīng)。在細(xì)胞內(nèi)V-ATPase的功能主要包括蛋白質(zhì)的加工和分泌，內(nèi)吞作用和囊泡運(yùn)輸，而其最固有的功能是酸化細(xì)胞內(nèi)區(qū)室的能力[4]。V-ATPase依賴性酸化在細(xì)胞中起重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，內(nèi)體中V-ATPase的功能是提供所需的酸性環(huán)境以解離內(nèi)化的配體-受體復(fù)合物。各種細(xì)胞類型的質(zhì)膜上都存在V-ATPase，如腎間質(zhì)細(xì)胞膜中的V-ATPase在腎酸化中起作用，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的質(zhì)膜上的V-ATPase有助于在面對(duì)酸負(fù)荷時(shí)保持中性的細(xì)胞質(zhì)pH[5]。在癌細(xì)胞膜上的V-ATPase可以為各種酶及其他物質(zhì)的活性提供必要的酸性細(xì)胞外環(huán)境，亦可通過各種方式協(xié)助腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移。

2 V-ATPase對(duì)糖酵解途徑的影響

糖酵解是在缺氧條件下，將葡萄糖或糖原最終分解為乳酸，并產(chǎn)生少量ATP的過程，而V-ATPase又可通過多種途徑影響糖酵解。

2.1 通過HIF-1α信號(hào)傳導(dǎo)影響糖酵解

在細(xì)胞中，V-ATPase活性的變化可通過缺氧誘導(dǎo)型因子1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）影響下游糖酵解。V-ATPase活性喪失或抑制，破壞了溶酶體內(nèi)PH穩(wěn)定，損害了轉(zhuǎn)鐵蛋白受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，從而導(dǎo)致全細(xì)胞鐵缺乏，因此HIF-1α不能被羥基化，其降解被阻止，進(jìn)而增加了HIF-1α蛋白的表達(dá)及其穩(wěn)定性[6]。另外，V-ATPase的抑制會(huì)導(dǎo)致胞質(zhì)酸中毒，通過誘導(dǎo)Von Hippel-Lindau（VHL）的核酸螯合來增加HIF-1α的表達(dá)[7]，從而使HIF-1α逃避降解。而HIF-1α的激活，一方面，正調(diào)控糖酵解的限速酶葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（Glucose Transporter-1，GLUT 1）的表達(dá)，這導(dǎo)致細(xì)胞攝取葡萄糖增加[8]；另一方面，還使糖酵解酶和乳酸脫氫酶的表達(dá)增加，并降低了檸檬酸代謝和氧化磷酸化[9]。但是，乳酸脫氫酶-A介導(dǎo)的乳酸發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生其中所需的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)，從而促進(jìn)糖酵解的發(fā)生，因此推動(dòng)了Warburg效應(yīng)。

2.2 通過蛋白質(zhì)復(fù)合物影響糖酵解

2.2.1 AMPK復(fù)合物 在葡萄糖缺乏時(shí)，醛縮酶檢測(cè)到1，6-二磷酸果糖缺乏，進(jìn)而改變與V-ATPase之間的相互作用[10]。而溶酶體內(nèi)形成AMP依賴的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）復(fù)合物，包含V-ATPase、Ragulator、軸蛋白抑制蛋白（Axis Inhibition Protein，AXIN）、肝 激 酶B1（liver kinase B1，LKB1），以充當(dāng)內(nèi)體對(duì)接位點(diǎn)[11]，從而激活A(yù)MPK。而后，通過組蛋白去乙?；?（Histone Deacetylase，HDAC4）/肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2（Myocyte Enhancer Factor，MEF2）軸和MEF2-GEF的相互作用調(diào)節(jié)GLUT4的表達(dá)，導(dǎo)致其啟動(dòng)子上的組蛋白高度乙?；?，并增加GLUT4轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞，以及通過己糖激酶和磷酸果糖激酶2[12]的上調(diào)進(jìn)行糖酵解[13]。同時(shí)AMPK的激活抑制下游絲氨酸/蘇氨酸激酶（serine-threonine protein kinase，AKT）、雷 帕 霉 素 靶 蛋 白（mammalian Target of Rapamycin，mTOR）以及HIF-1α表達(dá)，從而抑制糖酵解[14]。在腫瘤細(xì)胞和健康細(xì)胞中，V-ATPase抑制均在AMPK下游誘導(dǎo)了獨(dú)特的代謝級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而影響ATP水平和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）水平，以及影響葡萄糖攝取和活性氧的產(chǎn)生[15]。2.2.2 mTORC1復(fù)合物 在葡萄糖存在下，Rag GTPases（或稱Ragulator）以及溶酶體V-ATPase 將mTORC1吸引至溶酶體的表面，并與其相互作用形成V-ATPase-Ragulator-mTORC1復(fù)合物，進(jìn)而激活mTORC1的活性[16]。而mTORC1抑制葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，所以增多的葡萄糖通過磷酸戊糖途徑來引導(dǎo)進(jìn)入糖酵解中，進(jìn)而刺激細(xì)胞生長(zhǎng)，并整合多種營(yíng)養(yǎng)和能量信號(hào)以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[17]。葡萄糖不足時(shí)，AXIN/LKB1可通過V-ATPase-Ragulator復(fù)合物激活A(yù)MPK，同時(shí)AXIN抑制Ragulator對(duì)鳥嘌呤核苷酸交換因子的活性，從而導(dǎo)致mTORC1與內(nèi)體的解離和失活[18]。另外，mTOR的上調(diào)激活了HIF-1α，使代謝程序切換到有氧糖酵解。因此，在致癌信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中，mTOR直接磷酸化下游效應(yīng)因子，進(jìn)而翻譯HIF-1α以促進(jìn)糖酵解，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的存活[19]。

綜上，V-ATPase活性的喪失或抑制會(huì)誘導(dǎo)糖酵解，以在低氧環(huán)境中存活，但無活性的V-ATPase無法處理糖酵解增加所致細(xì)胞酸中毒的后果，進(jìn)而又會(huì)觸發(fā)細(xì)胞死亡。

3 V-ATPase參與腫瘤細(xì)胞發(fā)生發(fā)展及侵襲

Warburg效應(yīng)是癌癥的標(biāo)志，由于營(yíng)養(yǎng)缺乏。氧化應(yīng)激，缺氧，高水平無氧糖酵解和乳酸水平升高等多種因素影響，致使腫瘤組織中產(chǎn)生較高的酸負(fù)荷[20]。上調(diào)V-ATPase的表達(dá)，或者通過表達(dá)特定的V-ATPase亞基，并將泵定位到質(zhì)膜上，有助于跨質(zhì)膜的pH梯度的轉(zhuǎn)變。相反，當(dāng)V-ATPase被抑制時(shí)，質(zhì)子在細(xì)胞質(zhì)中積累，從而導(dǎo)致酸中毒和細(xì)胞死亡。

腫瘤細(xì)胞對(duì)于V-ATPase抑制更為敏感。V-ATPase活性喪失或受到抑制時(shí)，一些糖酵解相關(guān)的致癌基因如HIF-1升高，導(dǎo)致細(xì)胞缺氧嚴(yán)重；另一方面，又會(huì)直接或通過激活A(yù)MPK間接抑制mTORC1信號(hào)，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬并引起自噬體的積累，使腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)停滯甚至凋亡[21]。而在腫瘤細(xì)胞侵襲過程中，V-ATPase可能是通過分泌活化組蛋白酶，直接降解基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)的成分[22]，或者與肌動(dòng)蛋白相互作用并改變其肌動(dòng)蛋白動(dòng)力學(xué)，增強(qiáng)促遷移因子的運(yùn)輸，改變離子通道電導(dǎo)以促進(jìn)遷移。上述均表明特異性地靶向過度表達(dá)質(zhì)膜V-ATPase的癌細(xì)胞，可以抑制癌細(xì)胞的侵襲[23]。

4 V-ATPase作為靶向治療藥物進(jìn)展

有研究表明，巴非霉素A1能夠抑制多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤質(zhì)膜上的V-ATPase，增加細(xì)胞外pH值并導(dǎo)致胞漿pH值降低，從而抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)[24]；ECDD-S27是一種天然芳基萘內(nèi)酯型木脂素類糖苷，用其處理各種癌細(xì)胞后，V-ATPase活性被有效抑制，導(dǎo)致溶酶體酸化的喪失，從而抑制自噬途徑并抑制癌細(xì)胞的存活[25]；小分子天然產(chǎn)物Verucopeptin靶向V-ATPase的V1G亞基，有效的抑制V-ATPase的活力和mTORC1信號(hào)通路從而導(dǎo)致多重耐藥腫瘤細(xì)胞死亡，并揭示V-ATPase可以作為一個(gè)潛在的多重耐藥腫瘤治療靶點(diǎn)[26]。另外，抑制V-ATPase表達(dá)亦可抑制磷脂酰肌醇-3激酶（Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/AKT/mTOR/HIF-1α信號(hào)通路，促進(jìn)多藥耐藥細(xì)胞對(duì)抗腫瘤藥物的化學(xué)敏感性[27]。

腫瘤細(xì)胞能量的產(chǎn)生大部分依賴糖酵解功能，V-ATPase可以通過多種途徑調(diào)節(jié)HIF-1α、AMPK以及mTORC1的活性影響糖酵解，進(jìn)而影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。侵襲及耐藥，甚至是凋亡。由此可知，了解V-ATPase的信息如何流向腫瘤細(xì)胞，并理清兩者之間的相互作用很重要。在癌癥治療中尤其如此。V-ATPase有可能意味著一種用于開發(fā)抗癌療法的特別有力的藥物靶標(biāo)。而證據(jù)表明，V-ATPase抑制劑能夠靶向抑制腫瘤細(xì)胞中的V-ATPase，從而有效的抑制某些腫瘤的生長(zhǎng)及侵襲。因此，V-ATPase可能是腫瘤新的關(guān)鍵靶向治療點(diǎn)，并有待進(jìn)一步探索。