以异常能量代谢为靶点治疗恶性肿瘤的研究进展

刘小军（综述） 赵 达（审校）

（兰州大学第一医院肿瘤内科 兰州 730000）

充足的能量和营养供应是癌细胞得以无限增殖、进而浸润和转移的前提。癌细胞的糖、脂肪和蛋白质代谢都存在一定程度的异常改变，尤以糖代谢异常为主要特征。恶性肿瘤对葡萄糖的利用和摄取增多，这种特性被应用于癌症患者的正电子发射体层扫描检查中。早在20世纪20年代，Warburg等［1］就已发现即使在有氧环境下，癌细胞优先进行糖酵解，称之为“有氧糖酵解（aerobic glycolysis）”，亦称为“Warberg效应”。

癌细胞可通过多种方式实现这种能量代谢的转变，如癌细胞膜葡萄糖转运蛋白的活性增强、糖酵解关键酶活性增强。原癌基因的异常活化或抑癌基因的失活往往是这种转变的始动因素。癌组织中普遍存在的缺氧微环境会进一步增加这些基因和酶的活性。近年来，以异常能量代谢过程中的载体或酶为靶点对各种恶性肿瘤进行的体内、外治疗研究取得了积极进展，分述如下。

以糖酵解关键酶或载体为靶点

以葡萄糖转运载体为靶点 研究表明，癌细胞葡萄糖的摄取增加，而葡萄糖转运体－1（glucose transport 1，GluT－1）在癌细胞葡萄糖转运和代谢中扮演着重要角色［2］。GluT－1在多种肿瘤中呈高表达，并且与不良预后相关［3－4］。Amann等［5－6］研究发现，GluT－1在肝癌组织和肝癌细胞系均呈高表达，并与分期晚、分化差、Ki－67标记指数高等因素相关，运用RNA干扰技术沉默GluT－1基因后肝癌细胞的生长增殖及黏附能力下降；并导致葡萄糖摄取和乳酸生成减少；缺氧可通过缺氧诱导因子－1α上调GluT－1的表达。因此认为GluT－1有望成为肝癌新的治疗靶标。Liu等［7］应用针对GluT－1的反义寡核苷酸对HepG－2细胞进行转染，发现癌细胞GluT－1mRNA和蛋白含量减少，葡萄糖摄取减少。

以乳酸脱氢酶－A为靶点 乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）催化乳酸脱氢生成丙酮酸，是糖酵解关键酶之一，几乎存在于所有组织细胞中。乳酸脱氢酶存在5种同工酶，其中LDH－A与恶性肿瘤关系密切。LDH－A的抑制剂有草氨酸、二氯乙酸及丙醇二酸等。

Fiume等［8］研究发现，使用LDH－A抑制剂草氨酸和丙醇二酸可抑制人肝癌细胞HepG2及PLC／PRF／5的生长，通过减少癌细胞ATP水平而增加化疗药物的敏感性，同时不影响正常细胞的糖代谢。Fiume等［9］另外研究还发现，使用 LDH－A抑制剂草氨酸可增加体外培养PLC／PRF／5细胞对酪氨酸激酶抑制剂，如索拉非尼、舒尼替尼及伊马替尼的敏感性；草氨酸不影响正常细胞三磷酸腺苷（triphosadenine，ATP）的合成，再次证明正常细胞不依赖于有氧糖酵解产生能量，所以阻断LDH不影响正常细胞的代谢。

Xie等［10］研究发现，遗传性平滑肌瘤和肾癌LDH－A表达增高，而这两种肿瘤的发生均为延胡索酸水合酶缺失所致，使用LDH－A抑制剂可诱导癌细胞凋亡，在FH缺失情况下敲除LDH－A基因可使相应裸鼠移植肿瘤的生长减慢。

以己糖激酶－2为靶点 己糖激酶（hexokinase，HK）催化己糖的磷酸化反应，存在2种同工酶——HK－1和HK－2。3－溴丙酮酸是丙酮酸的类似物，传统认为可抑制HK－2活性、抑制糖酵解，对线粒体氧化磷酸化也具有抑制作用，具体作用机制不详［11］。也有报道认为3－溴丙酮酸不是HK－2的抑制剂，而是3－磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂。

3－溴丙酮酸具有烷化作用，在体内具有强大的抗肿瘤效应。Pereira等［12］的研究则表明，3－溴丙酮酸对肝癌细胞的琥珀酸脱氢酶和糖酵解都具有抑制作用，继而抑制葡萄糖的氧化磷酸化，诱导癌细胞死亡。

以丙酮酸脱氢酶激酶为靶点 丙酮酸脱氢酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK）具有调节线粒体丙酮酸脱氢酶复合体、催化丙酮酸脱羧氧化的活性，进一步将糖酵解与三羧酸循环及ATP的生成联系在一起。临床上二氯乙酸（dichloroacetic acid，DCA）用于治疗人乳酸酸中毒，因其具有抑制PDK活性而用于抗肿瘤治疗研究。Bonnet等［13］对此进行了大量研究，结果表明，DCA可通过“正常化”癌细胞异常能量代谢而杀伤癌细胞。研究也表明，DCA可抑制癌细胞糖酵解，促进氧化磷酸化，增加线粒体H2O2，激活电压门控K＋通道［14］。

Michelakis等［15］研究了DCA对人脑恶性胶质细胞瘤的治疗作用。发现DCA可在体外或体内逆转胶质瘤细胞线粒体的超极化，增加线粒体活性氧水平，诱导肿瘤细胞凋亡。DCA也可抑制HIF－α活性，增加P53表达，抑制血管新生。DCA的剂量限制性毒性为剂量依赖的、可逆性外周神经病变，无肝、肾及心脏等毒性发生。总之，DCA是脑胶质细胞瘤非常有希望的治疗药物，值得进一步研究。

同理，糖酵解的其他关键酶如磷酸果糖激酶Ⅰ也可作为治疗的潜在靶点［16］。

以氨基酸代谢为靶点

以天冬氨酸氨基转移酶为靶点 天冬氨酸氨基转移酶（aspartic acid amino transferase，AAT）催化氨基从天冬氨酸转移到α－酮戊二酸上的转氨基反应。前述的草氨酸不仅可抑制LDH，也可抑制AAT，羟乙酸氨也被认为可抑制AAT活性。

Thornburg等［17］研究了草氨酸、羟乙酸氨及AAT特异性的siRNA对体外培养乳腺癌细胞株MDA－MB－231的作用，以及前两者对乳腺癌裸鼠抑制模型的作用。结果表明，草氨酸无助于降低乳酸的产生，但确有抗代谢效应；羟乙酸氨也具有抗代谢效应；两者均可降低葡萄糖的摄取和利用，降低氧消耗；两者均可抑制体外培养和裸鼠抑制模型癌细胞的生长；AAT特异性的siRNA可抑制体外培养乳腺癌细胞的增殖。

使用绿茶中的表没食子儿茶素有可能抑制转氨酶的活性，体内实验证实可发挥抗肿瘤作用，但具体分子靶点仍不明确［18］。

以谷氨酰胺酶为治疗靶点 谷氨酰胺与癌细胞的代谢密切相关。谷氨酰胺酶（glutaminase，GLS）催化谷氨酰胺转化为谷氨酸，进而分解为α－酮戊二酸，进入三羧酸循环。小分子化合物968可通过抑制GLS活性，对myc诱导的人类伯基特淋巴瘤模型产生治疗作用［19］。

以脂肪代谢为靶点 脂质对细胞膜的合成和一些蛋白质的转录后修饰至关重要。ATP柠檬酸裂合酶（ATP citrate lyase，ACL）催化柠檬酸分解为乙酰辅酶A的反应，是连接糖代谢和脂肪合成的关键酶。

Hatzivassiliou等［20］运用ACL特异性RNA干扰对肺腺癌细胞系A549进行瞬时转染，发现细胞活力下降，增殖减少，同时细胞乙酰辅酶A减少；运用shRNA对肺腺癌细胞系A549裸鼠移植模型进行稳定敲除，发现肿瘤生长减慢，同时还可诱导癌细胞发生分化；应用ACL特异性shRNA作用于白血病细胞系K562，发现可诱导癌细胞发生分化；无论对体外培养肿瘤细胞，还是相应细胞的裸鼠抑制模型，ACL特异性化学抑制剂SB－204990都体现了抗肿瘤效应。

以线粒体复合体I为靶点甲福明本为治疗非胰岛素依赖糖尿病的药物，但该药的作用机制一直未明。Owen等［21］的研究表明，甲福明可抑制肝脏糖异生，增加糖的利用，并探明其机制至少部分是通过抑制线粒体呼吸链复合体I来发挥作用。

DeCensi等［22］针对2型糖尿病患者使用甲福明的癌症发病和死亡情况进行了荟萃分析，共有11个原始研究纳入其中，共计分析4042例癌症患者，其中529例患者因癌症死亡。与使用其他降糖药物相比，甲福明可使癌症发生和死亡的总相对危险性下降31%（RR：0．69，95%CI：0．61～0．79）。这种相反关系存在于胰腺癌、肝细胞肝癌，且存在剂量依赖性关系的趋势，在结肠癌、乳腺癌和前列腺癌中未能得到体现。与其他降糖药相比，甲福明可降低糖尿病患者癌症发生率。但考虑到纳入的原始研究多为回顾性分析，且对照组的治疗药物亦有可能升高癌症发病率，所以未来需要进行设计良好的前瞻性Ⅱ期临床试验进一步验证。

小结 能量代谢异常是癌细胞普遍存在的特征。早在20世纪20年代，癌细胞的能量代谢研究就曾引起广泛关注，此后分子生物学研究异军突起，癌细胞能量代谢研究似乎被人们所遗忘。近年来此类研究又引起人们的广泛关注，Hanahan等［23］在2011年将能量代谢异常归为癌细胞的十大特征之一。此外，癌细胞异常能量代谢的遗传和环境背景，以及与信号转导通路的关系也得到广泛的研究。这为以异常能量代谢为靶点对癌症进行分子靶向治疗提供了理论依据。

近年来，一些学者进行了以癌细胞能量代谢为靶点的治疗研究，对一些糖、氨基酸和脂肪代谢的关键酶进行治疗干预，取得了一定的成果，其中尤以针对糖酵解的治疗研究引人注目。甲福明治疗恶性肿瘤的研究甚至进入了临床试验阶段，对一些目前仍缺乏有效治疗手段的恶性肿瘤治疗带来了希望。当然，癌细胞的能量代谢存在着巨大的异质性，即使是同一种恶性肿瘤也会存在差异，这又给以能量代谢为靶点进行治疗带来了挑战。一些分子靶向药物，如哺乳动物雷帕霉素靶点抑制剂等，对癌细胞能量代谢的影响也有待进一步研究。

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