魏珍，阿衣希塔·奴爾江，劉正，杜鵬

新疆醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，烏魯木齊 830000

不受控制的無限增殖是腫瘤的基本特征［1］。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中，代謝重編程發(fā)生在腫瘤細胞及鄰近細胞中，支持腫瘤細胞快速增殖的高能量需求，并幫助腫瘤細胞在某些遺傳或環(huán)境壓力下存活［2］。“瓦伯格效應”是代謝重編程之一，是1924年由德國分子生物學家OTTO WARBURG提出的一種腫瘤獨特的代謝特征。“瓦伯格效應”提示，即使在氧氣充足的情況下，腫瘤細胞都會過度攝取葡萄糖并優(yōu)先轉(zhuǎn)化為乳酸。同時，為避免細胞內(nèi)酸化，腫瘤細胞會通過轉(zhuǎn)運蛋白將乳酸轉(zhuǎn)運至細胞外，并造成酸性微環(huán)境［3］。近些年，隨著人們對腫瘤發(fā)生發(fā)展、免疫抑制及耐藥機制的深入研究，乳酸不再被認為是腫瘤有氧糖酵解的代謝廢物，而是可作為能量底物、信號分子為腫瘤生長提供能量，促進腫瘤細胞免疫逃逸。目前認為，乳酸的過量產(chǎn)生及由此導致的酸性微環(huán)境促進了多個關(guān)鍵的致癌過程，在腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移、免疫抑制和免疫治療抵抗方面發(fā)揮重要作用，現(xiàn)綜述如下。

1 乳酸的來源和轉(zhuǎn)運

腫瘤所處的內(nèi)環(huán)境被稱為腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME），由腫瘤細胞、內(nèi)皮細胞、腫瘤相關(guān)成纖維細胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）和免疫細胞以及非癌性細胞基質(zhì)組成，其中還含有大量由各種細胞分泌的可溶性細胞因子，以上成分相互影響并共同構(gòu)成TME［1-3］。乳酸作為代謝產(chǎn)物被轉(zhuǎn)運至TME中積累，參與構(gòu)成TME，是腫瘤細胞與非腫瘤細胞共同造成的結(jié)果。

1.1 乳酸的來源 OTTO WARBURG［4］在20世紀20年代發(fā)現(xiàn)了腫瘤細胞獨特的代謝特征。正常細胞僅在缺氧條件下通過無氧糖酵解產(chǎn)生乳酸為細胞供能，而腫瘤細胞即使在富含氧的環(huán)境中也優(yōu)先選擇把葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸獲取能量，而非氧化磷酸化途徑，該過程被稱為“有氧糖酵解”或“Warburg effect”，這是TME中乳酸的主要來源。據(jù)估計，腫瘤細胞產(chǎn)生的乳酸是正常細胞的40倍［5］。此外，腫瘤細胞也通過谷氨酰胺代謝為自身供能。腫瘤細胞增加谷氨酰胺的攝取，并通過谷氨酰胺酶促使谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸，谷氨酸隨后進入線粒體，以α-酮戊二酸的形式參與三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環(huán)，后者轉(zhuǎn)化為蘋果酸，然后運輸?shù)郊毎|(zhì)，蘋果酸在細胞質(zhì)中氧化為丙酮酸，最后丙酮酸被乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase isoform A，LDH-A）還原，產(chǎn)生乳酸和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucletide，NAD+）［6］。這是乳酸產(chǎn)生的又一來源。另外，TME中的非腫瘤細胞如CAFs，同樣可攝取葡萄糖進行糖酵解產(chǎn)生乳酸［7］。

1.2 乳酸的轉(zhuǎn)運 腫瘤細胞與非腫瘤細胞代謝產(chǎn)生的乳酸可以為腫瘤細胞生長提供能量來源，單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白（monocarboxylate transporters，MCTs）在其中發(fā)揮重要作用，細胞間乳酸穿梭主要依靠MCTs。MCTs屬于溶質(zhì)運載蛋白家族SLC16A亞家族成員，目前已發(fā)現(xiàn)該家族有14個成員，其中MCT1（SLC16A1）和MCT4（SLC16A3）在癌癥代謝中很重要。低氧區(qū)域腫瘤細胞和非腫瘤細胞為避免細胞內(nèi)酸化，通過MCT4將糖酵解產(chǎn)生的乳酸轉(zhuǎn)運至TME后，被常氧區(qū)域腫瘤細胞和非腫瘤細胞通過過度表達的MCT1攝取為TCA循環(huán)提供原料，而葡萄糖則擴散至低氧區(qū)域繼續(xù)促進腫瘤細胞糖酵解，此種現(xiàn)象為“代謝共生”，滿足不同區(qū)域腫瘤細胞生長的能量需求［8-9］。

2 乳酸在腫瘤生長、轉(zhuǎn)移、免疫抑制和免疫治療中的作用

腫瘤中的血管輸送營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，支持腫瘤細胞的生長、轉(zhuǎn)移。乳酸不但通過介導各種信號通路促進新生血管生成，而且可以重塑免疫細胞表型，是腫瘤細胞重塑TME滿足自我生長的利器。以乳酸信號通路和乳酸代謝為靶點是一種很有前景的治療方法。

2.1 乳酸過量促進腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移 相對于正常細胞而言，腫瘤細胞對于營養(yǎng)物質(zhì)的需求更高，細胞分裂需要更多的養(yǎng)分，轉(zhuǎn)移入侵也需要養(yǎng)分。腫瘤組織中的新生血管為無限增殖、轉(zhuǎn)移的腫瘤細胞提供了充足的養(yǎng)料和氧氣。乳酸不但促進血管生成，還可作為信號分子間接發(fā)揮促腫瘤生長、轉(zhuǎn)移的作用。首先，乳酸通過缺氧誘導因子（hypoxia inducible factor，HIF）依賴和HIF非依賴途徑來促進腫瘤血管生成［10］。在HIF依賴途徑中，乳酸參與腫瘤相關(guān)巨噬細胞（tumor-associated macrophages，TAMs）介導的血管生成作用。TAMs通過生成血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）促進腫瘤血管生長，從而驅(qū)動腫瘤擴增，這一過程的關(guān)鍵在于TAMs中介導VEGF生成的轉(zhuǎn)錄因子HIF-2α的表達。巨噬細胞特異性液泡ATP酶（vacuolar ATPases，V-ATPases）是一種大型蛋白復合體，Atp6v0d2作為V-ATPase的亞基之一，在TAMs中介導溶酶體降解HIF-2α。腫瘤細胞衍生的乳酸通過激活mTORC1來抑制TFEB介導的Atp6v0d2的表達，下調(diào)TAMs中的ATP6V0d2，從而通過維持HIF-2α來增強腫瘤的血管化和生長［10］。在HIF非依賴途徑中，內(nèi)皮細胞通過MCT1攝取乳酸進入胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為丙酮酸的過程導致煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）積累，后者激活NADH氧化酶，從而誘導活性氧（reactive oxygen species，ROS）的增加，并抑制脯氨酸羥化酶（prolyl hydroxylase domain，PHD）。ROS的增加和PHD的抑制導致人核因子κB抑制蛋白α（nuclear factor kappa-B inhibitor alpha，IκBα）降解增加，促發(fā)核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）的活性，激活促血管生成信號白細胞介素-8（interleukin-8，IL-8）途徑達到促進血管生長的目的［11］。其次，乳酸也可與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，作為信號分子發(fā)揮作用。乳酸是G蛋白耦聯(lián)受體81（G-protein-coupled receptor 81，GPR81）的內(nèi)源性配體。有研究［12］發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌中，敲除GPR81降低了癌細胞MCT1與MCT4的表達，同時導致線粒體活性顯著降低，細胞死亡顯著增加。乳酸/GPR81對癌細胞存活的重要性在乳腺癌的研究中也被證實，GPR81可能是乳腺癌潛在的治療靶點［13］。CHEN等［14］發(fā)現(xiàn)，GPR132是另一個乳酸受體，乳酸與TAMs上高表達的GPR132形成配體-受體對，使其向M2型極化，M2巨噬細胞的激活通過分泌多種細胞因子（如CCL17、IL-10、VEGF等）可刺激乳腺癌轉(zhuǎn)移。

2.2 乳酸過量有助于腫瘤免疫抑制 TME中各種各樣的免疫細胞在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，包括T細胞、自然殺傷細胞（natural killer cell，NK）、樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）和TAMs。乳酸可影響T細胞（主要是CD8+T細胞）和NK細胞活化及細胞毒性，抑制效應T細胞數(shù)量、增殖，幫助腫瘤細胞免疫逃逸。在高乳酸環(huán)境中，細胞內(nèi)外形成的乳酸濃度差，促使胞外乳酸通過T細胞與NK細胞上MCT1或其它轉(zhuǎn)運體以及不依賴轉(zhuǎn)運體的擴散方式進入胞內(nèi)，導致胞內(nèi)低pH環(huán)境，致使活化T細胞核因子（nuclear factor of activated T cells，NFAT）上調(diào)受限，從而導致γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）減少，影響T細胞與NK細胞活化［15-16］。有研究［15］得出，胞內(nèi)酸化使T細胞與NK細胞顆粒酶B產(chǎn)生減少，減弱細胞毒性，無法靶向腫瘤細胞凋亡。效應T細胞主要依靠有氧糖酵解途徑獲能，產(chǎn)生的乳酸需有效轉(zhuǎn)運至胞外。當胞外乳酸濃度升高時，阻礙胞內(nèi)乳酸外排，乳酸積累會干擾能量代謝，這可能是效應T細胞數(shù)量減少原因［15］。NAD+在富含乳酸條件下被乳酸脫氫酶還原為NADH，NAD+可用性降低，限制了甘油醛3-磷酸脫氫酶和3-磷酸甘油酸脫氫酶的NAD+依賴性酶促反應，阻礙了糖酵解途徑，影響T細胞增殖［15］。而糖酵解中間產(chǎn)物三磷酸甘油酸的減少導致T細胞增殖所必需的色氨酸減少［17］。

研究［18］顯示，通過細胞上受體或胞內(nèi)信號通路，乳酸可重塑樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）功能。乳酸不僅可以阻斷DCs分化、激活，促進免疫耐受，而且對漿細胞樣樹突狀細胞（plasmacytoid dendritic cells，pDCs）功能也有抑制作用［19］。pDCs是Ⅰ型干擾素的主要生產(chǎn)者。乳酸通過與pDCs表面的GPR81結(jié)合或通過MCT1運輸?shù)絧DCs細胞質(zhì)中誘導胞內(nèi)Ca2+動員，參與鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（calcineurin phosphatase，CALN）信號，調(diào)節(jié)下游基因表達來抑制pDCs對I型IFN的誘導。胞內(nèi)乳酸升高會增加pDCs的色氨酸代謝，導致過度產(chǎn)生犬尿氨酸，增強Treg細胞的擴增［19］。Treg細胞被認為是抗腫瘤免疫的主要障礙。KUMAGAI等［20］發(fā)現(xiàn)，在低葡萄糖高乳酸環(huán)境中效應Treg細胞（effector Treg cells，eTreg）對CD8+T細胞的抑制功能增強，CD8+T細胞既要與腫瘤細胞競爭能量來源，又要受到eTreg細胞的免疫抑制，大大削弱了其抗腫瘤作用。

TAMs由骨髓單核細胞來源的巨噬細胞和組織駐留巨噬細胞組成［21］。TAMs有抗腫瘤M1與促腫瘤M2兩種表型。研究表明，乳酸有利于TAMs極化，從而形成促腫瘤M2表型，促進腫瘤免疫抑制。MU等［22］證明在小鼠乳腺癌模型中，乳酸通過激活ERK/STAT3信號通路誘導M2巨噬細胞極化，該信號通路上調(diào)缺氧誘導因子 1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）、精氨酸酶1（arginase 1，Arg1）M2樣巨噬細胞標志物的表達。ZHANG等［23］在小鼠肺癌和黑色素瘤模型研究中發(fā)現(xiàn)，乳酸在巨噬細胞的表觀遺傳調(diào)控中起重要作用，細胞外和細胞內(nèi)乳酸水平誘導組蛋白乳酸化，導致M1巨噬細胞極化過程中M2樣基因（如ARG1）表達增加。與其它實體腫瘤不同的是，小膠質(zhì)細胞是存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組織駐留巨噬細胞群體，是膠質(zhì)瘤微環(huán)境中TAMs的主要來源。人胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白6（Insulin-like Growth Factor Binding Protein 6，IGFBP6）的表達受膠質(zhì)母細胞瘤（glioblastoma，GBM）細胞中乳酸的產(chǎn)生調(diào)節(jié)，乳酸可使GBM細胞IGFBP6表達增加，而IGFBP6又可激活胞內(nèi)IGFBP6/SHH/TLR4軸使GBM產(chǎn)生乳酸。研究［7］顯示，IGFBP6的表達增加促使小膠質(zhì)細胞M2樣極化，幫助GBM細胞發(fā)生免疫逃逸。

2.3 乳酸過量可引起腫瘤免疫治療抵抗 手術(shù)、化療和放療目前仍然是大多數(shù)腫瘤的主要治療手段，但手術(shù)切除病灶的同時不可避免損傷腫瘤邊緣組織。而一些患者對化療藥物耐藥，使治療遇到瓶頸期。因此需要研究新的治療方法。免疫檢查點抑制劑（Immune checkpoint inhibitors，ICIs）是近年來的研究熱點。ICIs通過靶向特定分子，如程序性死亡受體-1（programmed cell death 1，PD-1）或其配體以及細胞毒性T淋巴細胞抗原4（cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4）等，導致免疫系統(tǒng)的激活和有效的抗腫瘤免疫反應。2011年和2014年靶向CTLA-4、PD-1的ICIs被食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準用于多種腫瘤治療，隨后PD-L1抗體也成為第三組被FDA批準的ICIs。TME中普遍存在著乳酸，有文獻報道乳酸堆積對抗腫瘤免疫治療有不利作用。在小鼠黑色素瘤及結(jié)直腸癌模型中［24］，敲除m6A去甲基化酶ALKBH5后，其下游靶基因MCT4/Slc16a3mRNA水平降低，測定腫瘤間質(zhì)液中乳酸顯著下降，進而減弱TME中Treg細胞、骨髓來源的抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）的招募，上述現(xiàn)象只發(fā)生在抗PD-1治療過程中，這為PD-1抗體治療抵抗機制及提高免疫治療療效研究提供了思路。除此之外，eTreg細胞與CD8+T細胞之間PD-1表達失衡也是PD-1抑制劑失效的機制之一，且乳酸參與其中。高乳酸環(huán)境下，eTreg細胞通過高表達MCT1從TME中攝取乳酸，促進NFAT1入核并誘導eTreg細胞表達PD-1，而抑制CD8+T細胞PD-1表達，導致PD-1阻斷療法失效［20］。GAO等［25］在2019年構(gòu)建了一個負載乳酸氧化酶（LOX）和糖酵解抑制劑（3PO）并包被紅細胞膜（mRBC）的中空MnO2（HMnO2）催化納米系統(tǒng)（PMLR），得益于mRBC的長循環(huán)特性，PMLR逐漸在腫瘤部位累積，細胞外PMLR通過LOX催化乳酸的氧化反應，消耗TME中乳酸，細胞內(nèi)PMLR釋放糖酵解抑制劑阻斷乳酸來源。他們的研究證明，PMLR在與PD-L1療法相結(jié)合時M2巨噬細胞比例下降，檢測到了IFNγ和IL-6兩種免疫激活細胞因子，且實驗小鼠的生存期較單獨使用PD-L1療法延長，這表明乳酸的消耗可以提高PD-L1療法的療效。上述研究結(jié)果反應出乳酸是引起ICIs治療欠佳不容忽視的一個因素。

綜上所述，乳酸作為供能物質(zhì)、信號分子，在腫瘤生長、轉(zhuǎn)移、免疫抑制及治療抵抗等方方面面發(fā)揮著不容忽視的作用。隨著研究的不斷開展，深入挖掘乳酸參與的潛在促腫瘤機制，有利于發(fā)現(xiàn)新的治療靶點。深入探討乳酸引起的腫瘤治療抵抗機制，有助于制訂聯(lián)合治療策略，較單一藥物治療更能延長患者生存期，擴大受益患者范圍。