張自輝，洪 莉

(武漢大學人民醫(yī)院婦產科，武漢 430060)

卵巢癌是婦科最常見的惡性腫瘤之一，據報道，2020年全球新增卵巢癌患者313959例，我國新發(fā)病例55342例，占17.62%，而全球卵巢癌患者死亡207252例，占女性腫瘤死亡人數的4.7%，其中我國死亡病例數為37519，占18.10%[1-2]。目前卵巢癌的標準治療包括腫瘤細胞減滅術及鉑類聯合紫杉烷類藥物化療。一線治療后多數患者會復發(fā)并產生鉑耐藥，最終導致預后不良。因此，研究卵巢癌的惡性進展及耐藥相關機制，對于卵巢癌的治療及改善預后具有重要意義。

氨基酸是哺乳動物合成蛋白質的最重要前體物質之一，人類八種氨基酸(Thr、Met、Phe、Trp、Val、Ile、Leu和Lys)不能自我合成，因此被認為是必需氨基酸。谷氨酰胺是許多蛋白質、核苷酸和其他生物大分子合成的重要前體，并生成煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)和谷胱甘肽(GSH)以維持氧化還原穩(wěn)態(tài)。因此，谷氨酰胺在細胞存活和生長中具有關鍵作用。谷氨酰胺不是必需氨基酸，但是被認為是條件必需氨基酸，特別是在分解代謝應激條件下，如手術后、創(chuàng)傷或敗血癥等，腎臟、胃腸道和免疫系統(tǒng)等對谷氨酰胺的需求急劇增加。此外，谷氨酰胺與腫瘤惡性進展亦密切相關。由于腫瘤細胞快速增殖，谷氨酰胺作為腫瘤細胞能源的基本底物，以及合成核苷酸、脂質、蛋白質和GSH生物合成等重要前體，谷氨酰胺從頭合成不能滿足腫瘤細胞的需求，此時谷氨酰胺轉變?yōu)闂l件性必需氨基酸，即“谷氨酰胺成癮”。研究顯示，腫瘤細胞通過谷氨酰胺轉運蛋白攝取利用谷氨酰胺，滿足腫瘤細胞能量和生物合成需求，從而促進腫瘤的惡性進展[3]。近年研究表明，谷氨酰胺代謝廣泛參與卵巢癌的增殖[4]、侵襲轉移[5]、耐藥[6]及免疫逃逸[7]等環(huán)節(jié)，是卵巢癌的潛在治療靶標。因此，本文將谷氨酰胺代謝參與卵巢癌的最新研究做一綜述。

1 腫瘤谷氨酰胺代謝

代謝重編程是腫瘤的重要特征之一。既往研究認為，腫瘤細胞即使在氧充足的情況下進行糖酵解獲取能量，并且產生大量的乳酸，即“Warburg效應”，被認為是腫瘤能量代謝的主要方式。但是脂肪酸和氨基酸，尤其是谷氨酰胺、絲氨酸和甘氨酸等代謝失調，也與腫瘤能量代謝密切相關[8]。2021年4月，美國范德堡大學醫(yī)學中心Reinfeld等在《Nature》上發(fā)表最新研究，利用兩種不同的PET示蹤劑，一種用于追蹤葡萄糖，另一種用于追蹤谷氨酰胺，在結直腸癌、腎癌、乳腺癌等6種不同腫瘤模型中進行了驗證，結果表明，髓系免疫細胞(主要是巨噬細胞)都吸收葡萄糖最多，其次是T細胞和癌細胞，相反，癌細胞吸收谷氨酰胺最多[9]。研究揭示腫瘤微環(huán)境中的不同細胞傾向于吸收不同的營養(yǎng)，這有助于進一步開發(fā)特異性靶向腫瘤代謝療法。

研究表明，谷氨酰胺通過谷氨酰胺轉運蛋白(SLC1、SLC6、SLC7和SLC38等4個家族)轉運入細胞內[10]。線粒體谷氨酰胺酶(GLS)是催化谷氨酰胺轉化為谷氨酸的關鍵酶，谷氨酸可通過兩種方式產生α-酮戊二酸：谷氨酸脫氫酶(GDH)或轉氨酶(ALT/AST)反應。通過這些途徑，谷氨酰胺以α-酮戊二酸進入三羧酸循環(huán)，參與檸檬酸的合成并生成乙酰輔酶A，促進脂質代謝，草酰乙酸可轉化為天冬氨酸促進核苷酸的合成。α-酮戊二酸參與三羧酸循環(huán)產生ATP為細胞提供能量。此外，三羧酸循環(huán)中的蘋果酸產生丙酮酸和NADPH。谷氨酸通過胱氨酸-谷氨酸逆向轉運體(System Xc-)可介導細胞外胱氨酸與細胞內谷氨酸交換，從而促進細胞內GSH的合成和維持細胞內氧化還原平衡穩(wěn)定，保護細胞免受氧化應激損傷。其中System Xc-由SLC3A2和SLC7A11組成的異二聚體，可促進細胞攝入胱氨酸并排出谷氨酸，GSH是一種含有巰基的小分子活性肽，主要由谷氨酸、半胱氨酸以及甘氨酸構成，GSH含有的巰基結構可被氧化脫氫，使GSH成為機體內重要的抗氧化劑以及自由基清除劑。谷氨酰胺代謝，見圖1。靶向谷氨酰胺轉運及代謝途徑在抗腫瘤能量代謝治療方面具有巨大潛力。谷氨酰胺轉運蛋白是谷氨酰胺進入細胞進行代謝的最重要的環(huán)節(jié)，本文總結了目前發(fā)現的谷氨酰胺轉運蛋白共15種，見表1[10-11]。

表1 谷氨酰胺轉運蛋白基本特征

圖1 谷氨酰胺代謝示意圖

2 谷氨酰胺代謝與卵巢癌的臨床病理相關性

谷氨酰胺代謝對于腫瘤的惡性進展至關重要。一項關于卵巢癌患者和正常人群的血清代謝組學研究發(fā)現，卵巢癌患者血清谷氨酰胺水平顯著升高，ROC曲線AUC值為0.778[12]。另一項關于卵巢癌代謝組學的系統(tǒng)性評價發(fā)現，高水平谷氨酰胺與卵巢癌患者預后不良或復發(fā)相關[13]，原因可能與癌細胞增殖和侵襲過程的代謝譜變化有關。此外，多項研究表明，谷氨酰胺代謝與卵巢癌的臨床病理、預后不良以及化療耐藥等密切相關。Guo等[14]發(fā)現SLC1A5與p-mTOR在卵巢癌高表達，與FIGO分期、病理分級、CA125及Ki-67顯著相關，SLC1A5和p-mTOR高表達是預測卵巢癌患者預后不良的重要因素，卵巢癌中SLC1A5和p-mTOR表達水平呈正相關(r=0.385，P<0.001)。提示SLC1A5可能通過mTOR通路促進卵巢癌的進展。另一項研究亦表明，SLC1A5陽性是卵巢癌復發(fā)的獨立預測因素[15]。SLC7A5高表達與卵巢癌患者較差的預后和化療耐藥性顯著相關[16]。此外，谷氨酸-氨連接酶(GLUL)在卵巢癌高表達，且與較差的無病生存期(disease-free survival，DFS)和總生存期(overall survival，OS)密切相關[17]。另一項多組學研究分析顯示，GLS2過表達與結腸癌、血液系統(tǒng)腫瘤、卵巢癌和胸腺癌的總體存活率較差密切相關[18]。目前還沒有SLC38A1和SLC1A6等與卵巢癌的相關研究。但SLC38A1在多種腫瘤高表達，且與預后不良有關[19-20]。因此，研究谷氨酰胺代謝在卵巢癌中的作用機制，靶向谷氨酰胺代謝治療有望提高卵巢癌患者的預后，具有重要的積極意義。

3 谷氨酰胺代謝與卵巢癌惡性進展的作用機制

3.1 谷氨酰胺代謝與卵巢癌的增殖、侵襲和轉移 谷氨酰胺代謝與卵巢癌的侵襲和轉移密切相關。Yang等[21]利用同位素示蹤劑和生物能量分析技術發(fā)現低侵襲性卵巢癌細胞(OVCAR3、IGROV1和OVCA429)不依賴谷氨酰胺，而高侵襲性卵巢癌細胞(SKOV3、SKOV3ip和Hey8)增殖和侵襲明顯依賴谷氨酰胺，其機制可能與谷氨酰胺激活STAT3通路有關。此外，Prasad等[5]研究顯示，谷氨酰胺可能通過上調轉錄因子ETS1促進MMP2、MMP9、波形蛋白(VIMENTIN)和VEGF表達，從而參與卵巢癌的侵襲和轉移。另有研究顯示，敲低GLUL顯著抑制卵巢癌OVCAR-3和ES-2細胞的增殖，其機制可能與抑制p38 MAPK信號通路有關[17]。而miR-450a過表達抑制卵巢癌A2780和SKOV-3細胞遷移和侵襲，促進癌細胞凋亡，其機制亦與抑制谷氨酰胺代謝密切相關[22]。因此，谷氨酰胺代謝密切參與卵巢癌的惡性增殖、侵襲及轉移，是卵巢癌惡性進展的重要機制之一。

3.2 谷氨酰胺與卵巢癌的耐藥 細胞代謝的改變不僅促進腫瘤的惡性進展，而且還參與腫瘤的化療耐藥。耐藥細胞中某些代謝基因或相關通路的表達失調，導致谷氨酰胺分解、糖酵解和脂肪酸氧化等途徑的激活，耐藥細胞對葡萄糖和谷氨酰胺的攝取利用增加，從而生成抗氧化劑以及線粒體的代謝重編程是腫瘤耐藥的重要機制之一。研究表明，卵巢癌A2780/DDP細胞中谷氨酰胺、谷氨酸和GSH顯著高于A2780細胞，谷氨酰胺饑餓則抑制A2780/DDP細胞中的GSH水平和CDDP抗性[6]。有研究顯示，與敏感細胞系相比，順鉑耐藥細胞系中谷氨酰胺轉運蛋白ASCT2和谷氨酰胺酶(GLS)表達增加，而抑制ASCT2和GLS表達則可逆轉順鉑耐藥[23]。此外，System Xc-系統(tǒng)在A2780/DDP高表達，胱氨酸攝取率及GSH均高于A2780細胞[24]。這些研究表明高谷氨酰胺代謝對于卵巢癌化療抗性具有重要作用。相反，使用谷氨酰胺酶抑制劑雙-2-(5-苯基乙酰氨基-1,3,4-噻二唑-2-基)乙基硫醚(BPTES)靶向谷氨酰胺酶(GLS)通過抑制卵巢癌細胞谷氨酰胺代謝使紫杉醇和順鉑耐藥癌細胞系對化療重新敏感[25]。另有研究顯示，谷氨酰胺酶1(GLS1)抑制劑化合物968通過誘導人卵巢癌HEY、SKOV3和IGROV-1細胞系G1期細胞周期停滯、細胞凋亡和細胞應激來抑制卵巢癌細胞的生長，同時增強紫杉醇化療敏感性[26]。因此，靶向化療耐藥代謝重編程和代謝調控對于增強卵巢癌化療敏感性、逆轉化療耐藥具有重要意義。

3.3 谷氨酰胺與卵巢癌的免疫逃逸 腫瘤細胞代謝重編程導致的低氧、酸性、營養(yǎng)耗盡的腫瘤微環(huán)境(TME)是產出腫瘤免疫逃逸的一個重要因素。Ma等[27]研究表明，腫瘤細胞攝取谷氨酰胺通過促進腎癌ERK1和2(ERK1/2)磷酸化和c-Jun激活EGFR信號傳導誘導PD-L1表達，從而促進腫瘤免疫逃逸。另一項研究表明，腎透明細胞癌(ccRCC)消耗谷氨酰胺導致細胞外谷氨酰胺的局部剝奪，從而通過激活缺氧誘導因子1α(hypoxia inducible factor 1α，HIF1α)，并誘導腫瘤浸潤巨噬細胞分泌IL-23，IL-23激活調節(jié)性T細胞增殖并促進IL-10和轉化生長因子β表達，從而抑制細胞毒性淋巴細胞對腫瘤細胞的殺傷[28]。腫瘤代謝治療策略面臨的主要問題是如何特異性靶向腫瘤代謝而不影響正常細胞代謝和抑制TME中抗腫瘤免疫效應細胞的功能。2021年4月，美國范德堡大學醫(yī)學中心Reinfeld等研究可能解答了這一難題[9]。另一項研究亦證實，阻斷癌細胞谷氨酰胺代謝后，活化的CD8+T細胞通過上調乙酸鹽代謝，從而產生高水平的乙酰輔酶A(作為雙碳源)，間接(作為通過增加丙酮酸羧化酶活性來激活葡萄糖回補)利用乙酸鹽為OXPHOS提供能量并產生ATP，維持NADP(H)穩(wěn)態(tài)[26]。因此，靶向腫瘤谷氨酰胺代謝并不會抑制抗腫瘤免疫功能。在卵巢癌相關研究中，卵巢癌谷氨酰胺代謝通過調節(jié)CD11b+Gr1+骨髓細胞的免疫抑制功能從而介導免疫逃逸[7]。GLS抑制劑968和PD-L1阻斷劑的聯合治療可增強對卵巢癌的免疫反應，其機制可能與968增強CD4+和CD8+T細胞的顆粒酶B表達，從而與抗PD-L1抗體協(xié)同激活T細胞殺傷腫瘤細胞[29]。此外，BPTES衍生物CB-839促進CD4+T輔助1(Th1)細胞和CD8+細胞毒性T淋巴細胞(CTL)，從而促進免疫細胞殺傷腫瘤細胞[30]。以上研究均表明，靶向谷氨酰胺代謝并不會影響TME中抗腫瘤免疫效應細胞的功能，同時聯合免疫檢查點阻斷可顯著增強免疫細胞殺傷腫瘤細胞，因此抗谷氨酰胺代謝是卵巢癌免疫治療的一種重要輔助策略。

4 靶向谷氨酰胺代謝在抗卵巢癌方面具有重大價值和潛力

4.1 靶向谷氨酰胺轉運 在腫瘤谷氨酰胺代謝重編程中，腫瘤細胞通過細胞膜谷氨酰胺轉運蛋白攝取谷氨酰胺，因此，靶向谷氨酰胺轉運是抗腫瘤代謝的一種途徑。L-γ-谷氨酰對硝基苯胺(GPNA)是谷氨酰胺類似物。研究表明，GPNA可顯著抑制多種腫瘤細胞系中谷氨酰胺轉運蛋白，如SLC1A5、SLC7A5、SLC38A1、SLC38A2等，從而發(fā)揮抗腫瘤作用[31]。此外，V-9302是SLC1A5的特異性小分子抑制劑，亦可通過阻斷SLC1A5、SLC38A1或SLC38A2等谷氨酰胺轉運蛋白發(fā)揮抗腫瘤作用，包括頭頸部鱗狀細胞癌、肝癌、結直腸癌等[32]。此外，針對SLC1A5的mAb可通過阻斷谷氨酰胺轉運，抑制AKT和ERK磷酸化，從而對于KRAS突變的人結直腸癌細胞也具有抗腫瘤作用[33]。δ-生育三烯酚亦可通過抑制SLC1A5和SLC7A5表達，從而抑制非小細胞肺癌的生長并誘導癌細胞凋亡，其機制可能與抑制mTOR通路蛋白(p-mTOR和p-4EBP1)有關[34]。BCH是SLC7A5的競爭性抑制劑，可通過抑制mTOR通路p70S6K(T389)磷酸化顯著抑制卵巢癌細胞系(SKOV3、IGROV1)集落形成能力，提示谷氨酰胺代謝可能對于卵巢癌的錨定非依賴性生長至關重要[35]。谷氨酰胺轉運蛋白在卵巢癌的臨床病理及預后具有重要意義，但目前靶向卵巢癌谷氨酰胺轉運蛋白研究有限。

4.2 靶向谷氨酰胺代謝 研究表明，谷氨酰胺酶抑制劑CB-839可通過阻斷谷氨酰胺代謝增強卵巢癌細胞對PI3K/mTOR通路抑制劑PP242的敏感性，發(fā)揮協(xié)同作用促進癌細胞凋亡，其機制可能與抑制STAT3磷酸化相關[36]。CB-839與PARP抑制劑聯合對于耐藥型卵巢癌具有更顯著抗腫瘤作用，可顯著延長荷瘤鼠生存期，這與阻斷谷氨酰胺代謝、抑制GSH合成，擾亂癌細胞氧化還原穩(wěn)態(tài)和核苷酸合成有關[37]。此外，谷氨酰胺酶1抑制劑化合物968亦可抑制卵巢癌細胞增殖，并增強紫杉醇化療敏感性[26]，同時與PD-L1阻斷劑聯用可增強免疫殺傷腫瘤細胞[29]。另外，谷氨酸脫氫酶1(GDH1)抑制劑R-162通過抑制谷氨酰胺分解，增加線粒體ROS水平等機制具有抗肺癌及乳腺癌的作用[38]。System Xc-系統(tǒng)抑制劑柳氮磺胺吡啶(SASP)可抑制卵巢癌細胞中Xc-系統(tǒng)活性，抑制GSH生成，增加ROS水平，從而抑制卵巢癌細胞生長，促進其凋亡[39]。此外，氨基氧乙酸(AOA)和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)抗神經母細胞瘤的機制與抑制GDH活性，阻斷谷氨酰胺代謝有關[40]。但AOA和EGCG是否通過阻斷谷氨酰胺代謝發(fā)揮抗卵巢癌的作用仍有待進一步研究。因此，通過靶向谷氨酰胺代謝或聯合其他抗腫瘤療法，是抗卵巢癌代謝治療的一種潛在新策略。見圖2。

圖2 靶向谷氨酰胺代謝途徑示意圖

5 小結與展望

綜上所述，谷氨酰胺代謝廣泛參與卵巢癌的增殖、侵襲和轉移，并且與腫瘤免疫逃逸以及化療耐藥密切相關。谷氨酰胺代謝對于卵巢癌的惡性進展及預后不良具有重要意義，靶向谷氨酰胺代謝是抗卵巢癌的一種潛在新策略。從機制上來說，靶向谷氨酰胺代謝的相關基因或通路，可阻斷卵巢癌細胞的能量代謝和抑制氧化還原穩(wěn)態(tài)，并增強化療敏感性及逆轉化療耐藥，同時與免疫檢查點阻斷聯用能更好地發(fā)揮免疫殺傷腫瘤細胞作用，從而達到更好的抗腫瘤效應。