劉 珂 ，劉穎斌

胰腺癌是一種高度惡性的消化系統(tǒng)腫瘤，胰腺癌細(xì)胞通過(guò)調(diào)整自身的代謝通路以適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)有限、氧氣缺乏的腫瘤微環(huán)境[1]。代謝重編程是惡性腫瘤的特征之一，腫瘤細(xì)胞通過(guò)調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)從腫瘤微環(huán)境中奪取必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以滿足維持生物合成、促進(jìn)增殖和侵襲以及平衡氧化還原狀態(tài)等需求，因此代謝重編程是腫瘤診斷和治療的重要靶點(diǎn)[2-3]。通過(guò)對(duì)胰腺癌代謝重編程機(jī)制的研究和探索，研究者發(fā)現(xiàn)代謝相關(guān)調(diào)控基因、代謝通路酶和代謝產(chǎn)物在胰腺癌發(fā)生和發(fā)展的各階段均發(fā)揮關(guān)鍵作用[4-7]。另一方面，胰腺癌起病隱匿，缺乏有效的疾病篩查手段，并且缺乏有效的靶向藥物，因此預(yù)后不佳[8-9]。如何靶向代謝重編程以改善胰腺癌的預(yù)后，是目前胰腺癌研究的熱點(diǎn)之一。

氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)單元，也是細(xì)胞生命活動(dòng)的能量來(lái)源和代謝底物，是腫瘤發(fā)生和發(fā)展必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[10]。支鏈氨基酸包括亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸，屬于哺乳動(dòng)物必需氨基酸，由于人體無(wú)法合成而僅能從飲食中獲取[11]。這3種支鏈氨基酸在人體內(nèi)的新陳代謝共用同一條代謝通路，因此其在血液循環(huán)和組織細(xì)胞中含量的變化往往呈現(xiàn)相近的趨勢(shì)[11-12]。支鏈氨基酸代謝異常會(huì)影響多種惡性腫瘤的進(jìn)展，并且能夠反映腫瘤患者新陳代謝的總體改變[12-13]。近年來(lái)，已有多項(xiàng)研究報(bào)道了胰腺癌支鏈氨基酸代謝發(fā)生特異性改變，提示支鏈氨基酸代謝可能具有評(píng)估胰腺癌疾病狀態(tài)以及提供新的治療靶點(diǎn)的潛力[14-19]。本文圍繞支鏈氨基酸代謝異常影響胰腺癌發(fā)生和發(fā)展的作用、作為胰腺癌早期診斷指標(biāo)的價(jià)值以及應(yīng)用于胰腺癌靶向治療的嘗試，對(duì)胰腺癌支鏈氨基酸代謝領(lǐng)域的研究進(jìn)行總結(jié)和闡釋。

1 支鏈氨基酸代謝異常促進(jìn)胰腺癌發(fā)生和發(fā)展的作用

支鏈氨基酸在組織細(xì)胞內(nèi)具有重要的生物學(xué)功能，可以直接參與組織蛋白的構(gòu)成，還可以通過(guò)支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶（branched-chain amino acid aminotransferase，BCAT）代謝生成支鏈酮酸和谷氨酸，支鏈酮酸可進(jìn)一步氧化分解，最終為三羧酸循環(huán)提供碳源以及為核苷酸合成提供氮源，也可以參與表觀遺傳的調(diào)控，還可以排出細(xì)胞被其他組織細(xì)胞攝取和利用[13]。正常胰腺組織的支鏈氨基酸代謝相當(dāng)活躍[20]，然而在胰腺癌中則發(fā)生相反的變化，支鏈氨基酸攝取和利用減少，所有代謝酶在mRNA水平的表達(dá)下降，并且在最終發(fā)揮功能的蛋白水平，除BCAT2以外的其他支鏈氨基酸代謝酶的表達(dá)量也一致減少[14-15]。BCAT包含2個(gè)同工酶，即細(xì)胞基質(zhì)中的BCAT1和線粒體中的BCAT2，介導(dǎo)支鏈氨基酸轉(zhuǎn)移1個(gè)氨基至α-酮戊二酸生成支鏈酮酸和谷氨酸的可逆反應(yīng)[21]。BCAT2在胰腺癌中的mRNA表達(dá)量低，但蛋白翻譯水平較高，究其原因是KRAS突變通過(guò)介導(dǎo)SYK和TRIM21調(diào)節(jié)BCAT2的泛素化修飾，從而抑制BCAT2的泛素-蛋白酶體途徑降解[14]。KRAS突變普遍存在于不同組織源性的惡性腫瘤中[22-23]，而大多數(shù)胰腺癌患者均攜帶KRAS突變[24]，由此提示KRAS介導(dǎo)的BCAT2-支鏈氨基酸代謝重編程普遍存在于胰腺癌中。

BCAT2-支鏈氨基酸代謝重編程盡管普遍存在于胰腺癌中，然而究竟是否影響胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展，還是僅僅是KRAS突變的無(wú)意義的副產(chǎn)物，目前學(xué)界對(duì)這一問(wèn)題尚存在爭(zhēng)議。MAYERS等[15]通過(guò)建立小鼠皮下移植瘤和原位移植瘤模型，發(fā)現(xiàn)敲減BCAT基因?qū)σ浦擦龅纳L(zhǎng)幾乎沒(méi)有影響。LI等[14]在小鼠原位胰腺癌模型中發(fā)現(xiàn)基因編輯敲除BCAT2基因后，可以顯著抑制胰腺導(dǎo)管上皮內(nèi)瘤變進(jìn)展為胰腺癌。然而，這2項(xiàng)研究的爭(zhēng)議在于BCAT2-支鏈氨基酸分解代謝是否促進(jìn)了胰腺癌細(xì)胞的增殖或胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展。筆者認(rèn)為，這2項(xiàng)研究得到截然相反的結(jié)論是由于使用了不同的動(dòng)物模型而造就了不同的腫瘤微環(huán)境，因此其結(jié)論并非相互矛盾。胰腺癌腫瘤微環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)有限，腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞之間存在多種代謝交流和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制[25]。近期有研究表明胰腺癌腫瘤微環(huán)境中的腫瘤成纖維細(xì)胞分泌了大量的支鏈酮酸以滿足胰腺癌細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)需求，并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖[16]。MAYERS等[15]建立的移植瘤模型的腫瘤微環(huán)境構(gòu)成比較單一，敲減BCAT基因僅僅阻礙了支鏈酮酸向支鏈氨基酸的可逆反應(yīng)，而腫瘤細(xì)胞或許還可以從循環(huán)中獲取其他組織細(xì)胞分泌的支鏈酮酸，因此敲減BCAT基因可能并不阻礙腫瘤細(xì)胞對(duì)支鏈酮酸的進(jìn)一步氧化分解，也因此并不影響支鏈氨基酸代謝重編程調(diào)控胰腺癌細(xì)胞增殖的作用。胰腺癌細(xì)胞可以從腫瘤微環(huán)境中獲取支鏈酮酸以進(jìn)一步進(jìn)行代謝反應(yīng)，而正常胰腺組織細(xì)胞對(duì)支鏈氨基酸的攝取和利用依賴(lài)于BCAT2的表達(dá)。LI等[14]的動(dòng)物模型處于正常胰腺組織惡性轉(zhuǎn)化、腫瘤微環(huán)境逐漸形成以及營(yíng)養(yǎng)需求急劇增加的特殊階段，此時(shí)敲除BCAT基因等同于徹底斬?cái)嗔思?xì)胞的支鏈氨基酸來(lái)源，阻斷了處于該特殊階段的細(xì)胞的支鏈氨基酸代謝，從而阻止胰腺導(dǎo)管上皮內(nèi)瘤變進(jìn)展為胰腺癌。因此，筆者認(rèn)為這2項(xiàng)研究均支持支鏈氨基酸代謝在胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用，支鏈氨基酸代謝重編程是胰腺癌的顯著特征之一。

2 支鏈氨基酸代謝異常對(duì)早期胰腺癌的診斷價(jià)值

胰腺癌發(fā)病隱匿、早期診斷困難，大多數(shù)胰腺癌患者確診時(shí)已處于臨床晚期，錯(cuò)過(guò)手術(shù)治療的最佳時(shí)機(jī)[26]。盡管已有研究報(bào)道吸煙和胰腺癌家族史是胰腺癌常見(jiàn)的危險(xiǎn)因素[27-28]，但是這些危險(xiǎn)因素僅僅只能提供有限的診斷價(jià)值，而無(wú)助于胰腺癌的早期發(fā)現(xiàn)和早期治療。因此，在胰腺癌的臨床實(shí)踐中，迫切需要找到有助于早期診斷的腫瘤分子標(biāo)志物。代謝重編程是腫瘤疾病的生物學(xué)特征之一，也是判斷腫瘤疾病狀態(tài)的重要線索。胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展也與人體基礎(chǔ)代謝異常密切關(guān)聯(lián)，如肥胖、糖耐量異常和惡病質(zhì)等，均可導(dǎo)致胰腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)升高或病情惡化[6,29-30]。如前文所述，支鏈氨基酸代謝酶在胰腺癌細(xì)胞內(nèi)發(fā)生了顯著變化，并且胰腺癌患者血液循環(huán)中支鏈氨基酸濃度出現(xiàn)顯著升高[31-32]。循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高的機(jī)制可能與組織蛋白分解增加以及基礎(chǔ)代謝異常等有關(guān)[15,17,33]。來(lái)自美國(guó)的病例對(duì)照研究（包含454例胰腺癌患者）和日本的病例對(duì)照研究（包含170例胰腺癌患者）均顯示，胰腺癌患者在確診前數(shù)年就已出現(xiàn)循環(huán)支鏈氨基酸濃度的顯著增加。這2項(xiàng)來(lái)自不同地域和不同人種的前瞻性研究均支持循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高是胰腺癌診斷前事件[17-18]。另一方面，從正常的胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞獲得最初的基因突變至惡性單克隆形成至少需要10年的時(shí)間，再至出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移還需要5年左右的時(shí)間[34]，而循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高在臨床確診胰腺癌之前超過(guò)10年就已出現(xiàn)[17-18]，提示早期胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展與循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高在時(shí)間關(guān)系上存在密切相關(guān)性，這是循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高作為胰腺癌早期診斷指標(biāo)的重要依據(jù)。

3 靶向支鏈氨基酸代謝對(duì)胰腺癌治療的嘗試

目前對(duì)于胰腺癌靶向治療的研究正陷入困境，即可靶向的促癌基因突變較有限，而抑癌基因突變頻繁。抑癌基因的丟失也可能延伸至鄰近基因，造成共同丟失，當(dāng)丟失的“乘客”基因具有維持基本生命活動(dòng)的重要功能，并且當(dāng)該基因具有生物學(xué)功能重復(fù)的“姐妹”基因時(shí)，這一基因突變事件被稱(chēng)為“協(xié)同致死”，靶向該“乘客”基因的“姐妹”基因是腫瘤靶向治療的新策略[35-36]。DEY等[37]報(bào)道近1/3的胰腺癌患者存在SMAD4基因丟失，SMAD4基因座鄰近的ME2基因一并被刪除，在“協(xié)同致死”框架下，靶向其“姐妹”基因ME3將出現(xiàn)BCAT2基因轉(zhuǎn)錄激活減弱，導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞對(duì)支鏈氨基酸的攝取和利用減弱。在胰腺癌特殊的支鏈氨基酸低代謝背景下，即分解代謝酶的表達(dá)普遍受抑、攝取游離支鏈氨基酸減少以及組織蛋白中支鏈氨基酸水平較低等[15]，靶向ME3基因?qū)⑦M(jìn)一步抑制胰腺癌的支鏈氨基酸代謝，導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞的“協(xié)同致死”，從而為具有特定基因型的相當(dāng)一部分胰腺癌患者提供了新的治療策略。

胰腺癌藥物治療的另一個(gè)難點(diǎn)在于其復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境。由于各種基質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)能夠達(dá)到胰腺癌組織總體積的90%，形成腫瘤細(xì)胞抵抗藥物的天然保護(hù)盾，因此要實(shí)現(xiàn)真正有效的藥物治療必須同時(shí)注重殺傷腫瘤細(xì)胞以及改造和重塑腫瘤微環(huán)境[38]。在胰腺癌腫瘤微環(huán)境中，腫瘤成纖維細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞之間代謝往來(lái)密切，尤其是支鏈氨基酸的代謝產(chǎn)物交流，即腫瘤成纖維細(xì)胞攝取和分解細(xì)胞外基質(zhì)中的蛋白質(zhì)，上調(diào)BCAT1催化支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨基生成支鏈酮酸，再分泌大量支鏈酮酸至細(xì)胞外基質(zhì)，然后腫瘤細(xì)胞再攝取這些被分泌的支鏈酮酸，通過(guò)支鏈酮酸脫氫酶進(jìn)一步氧化分解支鏈酮酸以維持生物合成和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖等[16]。支鏈酮酸也可能參與調(diào)控腫瘤成纖維細(xì)胞的表觀遺傳，從而影響其分化和功能[39]。綜上所述，對(duì)于腫瘤間質(zhì)十分豐富的胰腺癌而言，聯(lián)合靶向間質(zhì)細(xì)胞的BCAT1和腫瘤細(xì)胞的支鏈酮酸脫氫酶是一種雙管齊下的治療方案，既能有效中斷間質(zhì)細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)支持，又能直接阻斷腫瘤細(xì)胞的生物合成而導(dǎo)致其死亡，為胰腺癌的靶向治療提供了新的途徑。

BCAT2蛋白表達(dá)量在胰腺癌中顯著升高，并且BCAT2在胰腺導(dǎo)管上皮內(nèi)瘤變惡性轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。LI等[14]報(bào)道在原位胰腺癌小鼠模型中，BCAT2抑制劑可以顯著阻止胰腺導(dǎo)管上皮內(nèi)瘤變向胰腺癌進(jìn)展，并且驗(yàn)證了該抑制劑的安全性。該團(tuán)隊(duì)對(duì)BCAT2蛋白開(kāi)展進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)BCAT2的第44位賴(lài)氨酸位點(diǎn)甲?；揎椇偷?01位酪氨酸位點(diǎn)磷酸化修飾與泛素-蛋白酶體系統(tǒng)介導(dǎo)的BCAT2降解密切相關(guān)[14,19]。循環(huán)支鏈氨基酸水平可以作為胰腺癌早期診斷的依據(jù)，結(jié)合目前已有的BCAT2翻譯后調(diào)控機(jī)制的相關(guān)研究，認(rèn)為對(duì)這部分早期隱匿的胰腺癌開(kāi)展靶向BCAT2的治療或許能夠取得良好的療效[14,17-19]。

4 總結(jié)和展望

支鏈氨基酸代謝重編程是胰腺癌發(fā)生和發(fā)展的重要特征之一，循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高作為胰腺癌的早期標(biāo)志性事件或許有助于胰腺癌的早期發(fā)現(xiàn)和早期診斷，并且靶向支鏈氨基酸代謝也為胰腺癌治療提供了新的方向。胰腺癌細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境基質(zhì)細(xì)胞通過(guò)支鏈氨基酸代謝相輔相成，但在具體的機(jī)制方面仍存在一些疑問(wèn)有待解決，如支鏈氨基酸代謝流在腫瘤微環(huán)境各種細(xì)胞內(nèi)的具體走向以及胰腺癌患者循環(huán)支鏈氨基酸水平較高與腫瘤微環(huán)境攝取和利用支鏈氨基酸之間存在怎樣的相關(guān)性，都有待進(jìn)一步研究。另一方面，循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高的機(jī)制尚不清楚，周?chē)M織蛋白分解與胰腺癌基礎(chǔ)代謝異常這2項(xiàng)假說(shuō)分別支持胰腺癌診斷前超過(guò)10年或2～5年出現(xiàn)循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高[17-18]，因此如果要將循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高作為胰腺癌早期診斷的標(biāo)志物，深入探索循環(huán)支鏈氨基酸濃度升高的具體分子機(jī)制十分必要。最后，依據(jù)支鏈氨基酸代謝重編程為胰腺癌治療提供了數(shù)種頗具潛力的治療策略，目前亟待開(kāi)展新的藥物試驗(yàn)和臨床研究，以及進(jìn)一步開(kāi)展支鏈氨基酸代謝重編程的臨床轉(zhuǎn)化研究，為改善胰腺癌患者的預(yù)后提供新的希望。