李悅，林春華

1濱州醫(yī)學(xué)院第二臨床醫(yī)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264003

2煙臺(tái)毓璜頂醫(yī)院泌尿外科，山東 煙臺(tái) 264000

腎細(xì)胞癌每年影響全球超過(guò)40 萬(wàn)人，男性發(fā)病率約為女性的2 倍，其中約70%的患者被診斷為腎透明細(xì)胞癌（clear cell renal cell carcinoma，ccRCC），并以von Hippel-Lindau 腫瘤抑制基因（von Hippel-Lindau tumor suppressor，VHL）失活和低氧相關(guān)信號(hào)異常為特征[1]。ccRCC 是一種代謝性疾病，通常伴隨葡萄糖代謝、脂代謝及色氨酸、精氨酸和谷氨酰胺等氨基酸代謝的重編程過(guò)程，這些物質(zhì)的代謝過(guò)程促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生發(fā)展。本文主要對(duì)ccRCC代謝重編程的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 葡萄糖代謝與ccRCC

人體正常細(xì)胞中，葡萄糖通過(guò)糖酵解轉(zhuǎn)化為丙酮酸，然后進(jìn)入線粒體，進(jìn)行三羧酸循環(huán)。在線粒體中，丙酮酸通過(guò)氧化磷酸化驅(qū)動(dòng)腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）產(chǎn)生。與正常細(xì)胞不同，腫瘤細(xì)胞利用乳酸發(fā)酵和乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸[2]。參與糖酵解的酶如己糖激酶1（hexokinase 1，HK1）、丙酮酸激酶2（pyruvate kinase 2，PK2）和乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）在ccRCC 組織和細(xì)胞中的表達(dá)顯著升高，這與惡性腫瘤有氧糖酵解增強(qiáng)有關(guān)。RNA 結(jié)合蛋白（RNA-binding protein，RBP）Musashi-2 是一種保守蛋白，主要表達(dá)于正常遠(yuǎn)端腎小管細(xì)胞和集合管細(xì)胞中，而在ccRCC 細(xì)胞中表達(dá)明顯減少；Musashi-2 表達(dá)水平越高，ccRCC 患者的總生存期就越長(zhǎng)，Musashi-2 在三羧酸循環(huán)和其他碳代謝相關(guān)通路中表達(dá)上調(diào)，但在細(xì)胞因子受體相互作用和白細(xì)胞遷移調(diào)控通路中表達(dá)下調(diào)，這些發(fā)現(xiàn)提示Musashi-2 可能通過(guò)影響ccRCC 代謝重編程調(diào)節(jié)腫瘤免疫和侵襲[3]。de Carvalho 等[4]應(yīng)用培養(yǎng)的ccRCC 細(xì)胞進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞均表達(dá)單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（monocarboxylate transporter，MCT）1 和MCT4，其可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。此外，抑制MCT 的活性會(huì)降低細(xì)胞外乳酸含量，減少腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。MCT1 是MYC 轉(zhuǎn)錄因子的直接靶點(diǎn)，MYC是一種重要的致癌基因，可促進(jìn)多種基因的表達(dá)。MYC 通過(guò)誘導(dǎo)LDH 和MCT1 的表達(dá)，在腫瘤代謝重編程、促進(jìn)乳酸生成過(guò)程中發(fā)揮重要作用。Lucarelli 等[5]采用免疫組化法檢測(cè)MUC1基因在正常組織和腫瘤組織中的表達(dá)情況，根據(jù)染色強(qiáng)度將標(biāo)本分為MUC1 高表達(dá)腫瘤（MUC1H）和MUC1 低表達(dá)腫瘤（MUC1L），MUC1H的糖原分解被部分抑制，糖原降解產(chǎn)物明顯減少。MUC1H中發(fā)現(xiàn)的乳酸生成增加可能與該腫瘤中表達(dá)的特殊LDH 亞型有關(guān)，其中LDHA 和LDHB 兩種亞基的四聚體作用不同，LDHA 對(duì)丙酮酸具有親和力，優(yōu)先將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，而LDHB 對(duì)乳酸具有親和力，優(yōu)先將乳酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸[6]。MUC1H中LDHB 表達(dá)減少，而LDHA 表達(dá)增加，從而提高了LDH5（LDHA4）水平，而LDH5 是產(chǎn)生乳酸最有效的同工酶。正常情況下，在線粒體膜內(nèi)，呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ將電子從還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）轉(zhuǎn)移到泛素，這一關(guān)鍵反應(yīng)能夠?qū)⑻墙徒夂腿人嵫h(huán)與氧化磷酸化聯(lián)系起來(lái)，但在ccRCC 中，這種反應(yīng)被抑制[6]。在ccRCC 患者中，不活躍的VHL 與組蛋白乳糖化呈正相關(guān)，高水平的組蛋白乳糖化提示患者預(yù)后不良。VHL 觸發(fā)的組蛋白乙?；ㄟ^(guò)激活血小板衍生生長(zhǎng)因子受體β（platele derived growth factor receptor β，PDGFRβ）的轉(zhuǎn)錄促進(jìn)ccRCC 發(fā)展。反過(guò)來(lái)，PDGFRβ信號(hào)通路可刺激組蛋白乳酸化，從而在ccRCC 中形成致癌的正反饋。Zheng 等[7]通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析將賴氨酸去甲基化酶5C（lysine demethylase 5C，KDM5C）基因與代謝相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，KDM5C 主要通過(guò)組蛋白去甲基化酶活性，特異性調(diào)控幾個(gè)參與糖原生成或分解的缺氧誘導(dǎo)因子相關(guān)基因和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PD）的表達(dá)。值得注意的是，KDM5C基因敲除小鼠腎臟組織中糖原水平升高，脂質(zhì)過(guò)氧化水平降低，提示鐵死亡具有抗腫瘤作用。

2 氨基酸代謝與ccRCC

氨基酸的體內(nèi)代謝主要包括兩個(gè)方面，一方面用來(lái)合成機(jī)體自身所需要的蛋白質(zhì)、多肽及其他含氮物質(zhì)，另一方面可通過(guò)脫氨作用、轉(zhuǎn)氨作用、聯(lián)合脫氨或脫羧作用分解成α-酮酸、胺類及二氧化碳。氨基酸是所有生物細(xì)胞所必需的生物活性物質(zhì)，其代謝水平受到嚴(yán)格調(diào)控，腎臟在氨基酸代謝過(guò)程中發(fā)揮重要作用，包括氨基酸合成轉(zhuǎn)運(yùn)、排泄及重吸收等。谷氨酰胺分解可產(chǎn)生能量，并通過(guò)為谷胱甘肽的生物合成提供谷氨酸來(lái)調(diào)節(jié)氧化還原平衡。丙氨酸-絲氨酸-半胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2（alanine- serine- cysteine transporter 2，ASCT2，又稱SLC1A5）是許多類型腫瘤中過(guò)表達(dá)的主要谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。在ccRCC 患者中，ASCT2 高表達(dá)與較短的總生存期有關(guān)，并被確定為獨(dú)立的預(yù)后因子。Pollard 等[8]研究報(bào)道了一種新型ASCT2 抑制劑V-9302，它可抑制結(jié)直腸動(dòng)物模型中的腫瘤生長(zhǎng)，但其在腎癌中的應(yīng)用有待開發(fā)。Wang 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺來(lái)源的氮在缺氧條件下不用于精氨酸、天冬酰胺或天冬氨酸的合成。Czyzyk-Krzeska 等[10]研究確定了蘋果酸-天冬氨酸穿梭（malate-aspartate shuttle，MAS）處于氨基酸代謝重編程的中心。MAS 在代謝途徑中定位于線粒體氧化磷酸化、細(xì)胞質(zhì)糖酵解和尿素循環(huán)的交叉點(diǎn)，有助于細(xì)胞質(zhì)和線粒體之間煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）/NADH的轉(zhuǎn)移，以及為生物合成途徑輸出天冬氨酸。谷氨酰胺不僅是腫瘤細(xì)胞必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還為己糖胺、核苷酸和氨基酸的合成提供氮原子，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活和生長(zhǎng)，并且天冬酰胺合成酶的表達(dá)與神經(jīng)膠質(zhì)瘤和神經(jīng)母細(xì)胞瘤的不良預(yù)后相關(guān)，主要是因?yàn)榭焖僭鲋车哪[瘤細(xì)胞對(duì)蛋白質(zhì)合成的需求增加。L-天冬酰胺酶已被用于腫瘤治療，因此，選擇性抑制氨基酸代謝在腫瘤治療中顯示出很好的潛力[11]。4-氨基丁酸氨基轉(zhuǎn)移酶（4-aminobutyrate aminotransferase，ABAT）基因編碼γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶（γ-aminobutyric acid，GABA），它是線粒體基質(zhì)分解代謝GABA 的關(guān)鍵酶，GABA 是一種主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，ABAT 在神經(jīng)代謝紊亂中具有重要作用，ccRCC 中ABAT 表達(dá)下調(diào)，從而抑制成瘤能力[12]。此外，在代謝組學(xué)中最重要的發(fā)現(xiàn)之一是ccRCC 可調(diào)節(jié)谷胱甘肽代謝，這有助于細(xì)胞防御氧化應(yīng)激，這可能是為了應(yīng)對(duì)腫瘤的高代謝及其產(chǎn)生的活性氧負(fù)擔(dān)，而還原型谷胱甘肽呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這表明，為了達(dá)到最高的Fuhrman分級(jí)，ccRCC 巧妙地增加其氧化應(yīng)激耐受性，而削弱其耐受性將具有治療潛力[13]。Fang 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，GA 結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)錄因子α亞基（GA binding protein transcription factor alpha subunit，GABPA）可作為腫瘤抑制因子，刺激轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β受體2（transforming growth factor beta receptor 2，TGFBR2）基因轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而腫瘤代謝產(chǎn)物L(fēng)-2-羥基戊二酸（L-2-hydroxyglutarate，L-2-HG）可在表觀遺傳學(xué)上抑制GABPA 的表達(dá)，阻斷GABPA/TGF-β信號(hào)通路，從而驅(qū)動(dòng)ccRCC 的侵襲性，臨床上較高水平的GABPA 與ccRCC 患者較長(zhǎng)的生存期顯著相關(guān)，這些發(fā)現(xiàn)可能對(duì)了解ccRCC 的發(fā)病機(jī)制具有重要意義。

3 脂代謝與ccRCC

脂類是三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，具有儲(chǔ)存和提供能量的作用，也是細(xì)胞膜的重要組成成分之一。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，脂質(zhì)代謝發(fā)生了重編程，并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移。脂質(zhì)代謝的改變會(huì)影響細(xì)胞膜的流動(dòng)性及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，并參與細(xì)胞增殖、黏附和運(yùn)動(dòng)[15]。Chen 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，抑制原始廣泛存在蛋白1（ancient ubiquitous protein 1，AUP1）的表達(dá)可顯著降低細(xì)胞內(nèi)甘油三酯和膽固醇含量，并通過(guò)阻滯細(xì)胞周期、促進(jìn)細(xì)胞凋亡和逆轉(zhuǎn)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)。AUP1 通過(guò)調(diào)控ccRCC 細(xì)胞中膽固醇酯和脂肪酸合成，部分促進(jìn)ccRCC 的進(jìn)展。AUP1 還可以促進(jìn)脂肪酸從頭合成，抑制脂肪酸β氧化的限速酶肉毒堿棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶1A（carnitine palmitoyltransferase 1A，CPT1A），調(diào)節(jié)脂質(zhì)分解的關(guān)鍵酶單甘油酯脂肪酶（monoglyceride lipase，MGLL），抑制StAR 相關(guān)脂質(zhì)轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)域蛋白5（StAR related lipid transfer domain containing 5，STARD5）表達(dá)，從而誘導(dǎo)ccRCC中脂質(zhì)積累。Liao 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，脂肪酸受體CD36 在ccRCC 中高表達(dá)，CD36 過(guò)表達(dá)促進(jìn)了ccRCC細(xì)胞的脂肪酸攝取和脂滴形成，并以二酰甘油O-?；D(zhuǎn)移酶1（diacylglycerol O-acyltransferase 1，DGAT1）依賴的方式促進(jìn)ccRCC 細(xì)胞增殖和遷移。在ccRCC 中，脂肪酸被延長(zhǎng)酶或去飽和酶進(jìn)一步修飾為更復(fù)雜的脂肪酸，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和侵襲。ccRCC 細(xì)胞通過(guò)提高關(guān)鍵酶的活性，如ATP 檸檬酸裂解酶（ATP citrate lyase，ACLY）、乙酰輔酶A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）、脂肪酸合酶（fatty acid synthase，F(xiàn)ASN）和硬脂酰輔酶A去飽和酶1（stearoyl-CoA desaturase 1，SCD1），形成脂肪酸代謝機(jī)制[18]。研究表明，肥胖與體重指數(shù)（body mass index，BMI）正常的腎細(xì)胞癌患者的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)程度無(wú)明顯差異，但肥胖患者腫瘤中免疫分子表達(dá)水平較低，且程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）表達(dá)水平也較低[19]。在脂肪酸β氧化過(guò)程中，脂肪酸與細(xì)胞質(zhì)中的輔酶A 結(jié)合后被激活和降解，抑制脂肪酸β氧化可降低脂質(zhì)代謝，脂肪酸通過(guò)依賴谷胱甘肽或谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的方式防止氫過(guò)氧化物形成和鐵死亡[20]。Xu 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ASN 表達(dá)水平與腎癌細(xì)胞增殖、遷移、凋亡、脂滴形成均呈正相關(guān)，并調(diào)控ccRCC 微環(huán)境的代謝紊亂。此外，F(xiàn)ASNmRNA 表達(dá)升高與腹部肥胖顯著相關(guān)，這也是ccRCC 患者預(yù)后不良的重要預(yù)測(cè)因素。

4 其他代謝重編程與ccRCC

早中期腎癌以外科手術(shù)治療為主，晚期轉(zhuǎn)移性腎癌以內(nèi)科治療為主。沉默調(diào)節(jié)蛋白3（sirtuin 3，SIRT3）是一種長(zhǎng)壽蛋白，能夠調(diào)控人體衰老。過(guò)表達(dá)的SIRT3 可以降低葡萄糖攝取速率并增強(qiáng)線粒體的膜電位，過(guò)表達(dá)SIRT3 與抗腫瘤藥物（白藜蘆醇、依維莫司和Temsirolimus）聯(lián)合使用時(shí)，進(jìn)一步提高了對(duì)ccRCC 細(xì)胞的致死效果，SIRT3 通過(guò)代謝重編程改善了ccRCC 患者線粒體的能量代謝功能，提高了其對(duì)抗腫瘤藥物的敏感性[22]。鐵氧化還原蛋白1（ferredoxin 1，F(xiàn)DX1）基因表達(dá)與免疫細(xì)胞浸潤(rùn)呈負(fù)相關(guān)，包括活化的CD4+T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、自然殺傷T 細(xì)胞、骨髓源性抑制細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞和輔助性T 細(xì)胞2[23]。Xiong 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，醛氧化酶1（aldehyde oxidase 1，AOX1）基因在ccRCC 中是一種抑癌基因，與正常腎組織相比，AOX1 在ccRCC 組織中表達(dá)下調(diào)，AOX1 低表達(dá)預(yù)示ccRCC患者的總生存期更短。AOX1基因在ccRCC 中表達(dá)下調(diào)可能是AOX1DNA 缺失和高甲基化所致。Li 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，MCT1 在腎細(xì)胞癌中高表達(dá)，且初步揭示了MCT1 是腎細(xì)胞癌介導(dǎo)乙酸轉(zhuǎn)運(yùn)的重要促進(jìn)因子。谷氨酰胺代謝在ccRCC 免疫微環(huán)境形成中具有關(guān)鍵作用，吡咯啉-5-羧酸還原酶1（pyrroline-5-carboxylate reductase 1，PYCR1）基因由于具有免疫抑制作用可能成為治療ccRCC 的潛在靶點(diǎn)[26]。Ma 等[27]研究證實(shí)，formin 樣蛋白1（formin like 1，F(xiàn)MNL1）在ccRCC 組織中的表達(dá)水平高于鄰近正常腎組織，F(xiàn)MNL1 表達(dá)水平與腫瘤的臨床分期及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移情況顯著相關(guān)。Nguyen-Tran等[28]研究發(fā)現(xiàn)，抑瘤素M（oncostatin M，OSM）可介導(dǎo)VHL 缺失腎小管細(xì)胞與上皮細(xì)胞相互作用，激活的上皮細(xì)胞又可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞募集和極化。依賴OSM 的微環(huán)境也能夠促進(jìn)外源性腫瘤的轉(zhuǎn)移。因此，OSM 信號(hào)通路通過(guò)VHL 缺失的腎小管細(xì)胞啟動(dòng)炎癥性和致瘤性微環(huán)境的重建，這在ccRCC的發(fā)生和進(jìn)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，在過(guò)去的幾年中，許多研究成果已經(jīng)評(píng)估了腫瘤標(biāo)志物特定的分子特征、腫瘤微環(huán)境和臨床預(yù)后之間的相關(guān)性。隨著研究者對(duì)ccRCC 分子生物學(xué)理解的不斷加深及診斷、成像和治療工具的發(fā)展，相信未來(lái)能夠?qū)⑦@些進(jìn)展進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為ccRCC 預(yù)防、早期檢測(cè)和治療方面的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。