代谢酶在嗜铬细胞瘤/副神经节瘤发病机制中的研究进展*

赵 帆 综述，何 訸，张 玫 审校

(四川大学华西医院实验医学科，四川成都 610041)

嗜铬细胞瘤(PCC)和副神经节瘤(PGL)是临床上少见的神经内分泌肿瘤，其中，PCC来源于肾上腺髓质嗜铬细胞交感神经谱系，PGL来源包括肾上腺外，胸腹腔和骨盆交感神经(交感神经PGL)和头颈部副交感神经(副交感神经PGL)，交感神经PGL分泌大量儿茶酚胺并引起高血压及相关并发症，而副交感神经PGL通常无功能性，不会引起高血压等症状体征。PCC/PGL统称为副神经节瘤(PPGL)，大多数为良性，约10%～15%的PCC和25%的PGL恶化并转移[1]。PPGL是第1个发现携带编码代谢酶基因遗传突变的人类肿瘤[2]，其中编码三羧酸循环(TCA)酶基因突变通过激活缺氧信号通路引起代谢改变，从而促进细胞增殖与存活，参与了PPGL的发生发展、侵袭和转移[3]。因此，代谢酶通路可作为PPGL个性化和靶向治疗的依据[4]。

1 TCA酶的突变

细胞增殖和存活取决于线粒体功能，因为线粒体是能量的主要供应者。TCA作为关键的代谢途径，将细胞中糖脂、蛋白质等代谢物质与线粒体连接起来，促进能量生成和合成代谢[5]。一旦TCA发生障碍(酶突变、底物积累或不足)，线粒体呼吸功能受损，即瓦博格效应[6]，会促进肿瘤的发生。目前已知PPGL相关TCA突变酶包括琥珀酸脱氢酶(SDH)、延胡索酸水合酶(FH)、异柠檬酸脱氢酶(IDH)和苹果酸脱氢酶(MDH)。

1.1 SDH SDH有四种亚基(SDHA、SDHB、SDHC和SDHD)，位于线粒体内膜Ⅱ上。SDHA是黄素蛋白，SDHB是铁硫蛋白，为亲水性亚基，而SDHC和SDHD是疏水性的主要充当锚定蛋白。SDH在TCA中将琥珀酸氧化脱氢成延胡索酸，氧化过程中释放电子，电子通过黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)传递到三磷酸腺苷(ATP)合成期间电子传递链的泛醌，使泛琨还原为泛醇[7]。当SDH编码序列发生遗传缺陷将影响其生理功能，使携带者易发生PPGL[8]。此外，装配因子SDHAF1和SDHAF2辅助SDHA亚基形成完整功能性的SDH，遗传缺陷也可导致PPGL[9]。SDH亚基相关基因突变特点及基因筛查建议见表1。

表1 SDH亚基基因突变特点及筛查建议

注：-表示无数据。

1.2 其他代谢酶

1.2.1 FH突变 PPGL患者中FH基因突变与SDHB突变型恶性肿瘤有相似的表观遗传失调模式，且FH突变患者的转移表型和多发性肿瘤显著高于非FH突变的患者，揭示了FH在恶性和多发性PPGL中的作用[20]。因此建议对恶性PPGL的基因检测除筛查SDHB外还应包括FH。

1.2.2 IDH突变 异柠檬酸脱氢酶1和2(IDH1和IDH2)的点突变多发生在神经胶质瘤的发病早期[21]。IDH催化异柠檬酸氧化脱羧为α-酮戊二酸(αKG)，IDH酶的失活突变在PPGL中非常罕见。GAAL等[22]在一名61岁女性，诊断为散发性颈动脉PGL患者中检测到体细胞杂合性突变。

1.2.3 MDH2突变 2型苹果酸脱氢酶(MDH2)催化苹果酸脱氢生成草酰乙酸，草酰乙酸可再次进入TCA合成柠檬酸。最近在一例诊断为恶性PGL患者中检测到MDH2基因突变，表明MDH2可作为PPGL的易感基因，甚至可能与恶性转移相关[23]。

2 代谢酶与假缺氧途径

PPGL发病机制主要分为3个通路[24]。(1)假缺氧途径：TCA酶、Von Hippel-Lindau(VHL)抑癌基因和缺氧诱导因子(HIF)等。(2)MAPK、PI3K-AKT和mTOR激酶通路：涉及转染期间重排(RET)、神经纤维蛋白1(NF1)抑癌基因、转录因子(如MYC相关因子X)、内体信号传导(如跨膜蛋白127)。(3)wnt信号通路：主要为CSDE1突变和MAML3融合基因，也包括过表达Wnt和Hedgehog基因。

PPGL发病机制之一是参与假缺氧途径，共同特点为HIF稳定激活。HIFs是异二聚体转录因子，它们的诱导成分α亚基(HIF1α和HIF2α)由羟基化和蛋白酶体降解调控[25]。羟基化主要取决于在HIF特定脯氨酸残基处的一类双加氧酶，脯氨酰羟化酶(PHD)，PHD的活性受氧浓度和αKG的调节。而VHL是E3泛素连接酶的底物识别成分，将底物HIF靶向蛋白酶体降解。生理性低氧水平PHD可诱导HIF转录因子活化。在PHD或VHL突变肿瘤中，HIF不能被羟化，蛋白酶体降解减少，导致HIF积聚，或HIF基因本身突变，HIF被诱导稳定化，便可直接激活多个缺氧途径。此时缺氧途径的激活与氧浓度水平无关(假缺氧)，HIF靶基因的表达持续激活，引起细胞增殖、能量和代谢的失调、肿瘤侵袭和转移等。

而代谢酶参与HIF稳定主要为间接激活假缺氧信号通路。SDH基因突变使SDH酶复合物失活，琥珀酸不能氧化脱氢成延胡索酸导致琥珀酸积累，而琥珀酸与αKG结构相似，竞争性抑制PHD活性，间接使得HIF稳定性增加并促进靶基因表达。FH将延胡索酸转化为苹果酸，FH失活使得前体代谢物延胡索酸积累，与琥珀酸结构相似，同样影响αKG依赖性酶，HIF的稳定性增加[26]。此外延胡索酸还通过蛋白质的琥珀化作用，即共价结合蛋白质的半胱氨酸残基呈现HIF非依赖性的肿瘤发生机制。MDH2失活不能催化苹果酸生成草酰乙酸，苹果酸类似于琥珀酸和延胡索酸积累，抑制α-KG依赖性酶，促进HIF靶基因的表达。IDH失活不能将异柠檬酸转化为αKG，而将αKG还原成D-2-羟基戊二酸，D-2-羟基戊二酸积累，直接竞争αKG而抑制相关酶，激活假缺氧信号通路。

3 代谢酶与表观遗传

表观遗传是环境与基因间相互作用而致的表型，PPGL伴有表观遗传改变，常见类型为DNA甲基化修饰。DNA甲基化受甲基化相关酶如含有JmjC结构域的组蛋白赖氨酸脱甲基酶(KDM)和TET家族的酶调节[27]，TET酶氧化5-甲基胞嘧啶为5-羟甲基胞嘧啶，这两种酶都属于αKG依赖性双加氧酶。当TCA酶基因突变，代谢前体物质积累，竞争抑制αKG依赖性双加氧酶。KDM失活不能将组蛋白赖氨酸去甲基化，研究证明琥珀酸或延胡索酸的积累导致细胞中组蛋白H3的甲基化增加[28]。积累代谢物质还可通过与铁-硫结合位点结合抑制TET酶，防止5-甲基胞嘧啶反复氧化，从而抑制去甲基化途径，使得DNA呈高甲基化状态，细胞分化停滞并促进恶性转化[29]。启动子区高甲基化还使得编码苯乙醇胺N-甲基转移酶下调(负责将去甲肾上腺素转化为肾上腺素)，因此，代谢突变相关肿瘤无法完成儿茶酚胺的加工，不能产生肾上腺素，通常表现为去甲肾上腺素表型。研究表明这种高甲基化可通过加入去甲基化酶抑制剂地西他滨加以纠正[30]，说明代谢酶突变患者的超甲基化过程可逆，可能成为潜在的治疗靶点。

CpG岛甲基化表型与肿瘤的发生发展、转移及预后相关，并证实存在于SDHB突变肿瘤中，进一步印证了SDHB突变表型高度恶化的可能性。SDHB突变PPGL中某些基因的高甲基化可通过激活上皮-间质转化途径而发挥恶性转移的作用[31]。一项研究揭露了SDHC甲基化在PPGL中的作用[32]。而SDHD和SDHAF2突变引起的PPGL表观遗传修饰通常与母体基因组印记有关。尽管TCA酶突变肿瘤间甲基化谱表型相似，因为它们都是通过积累相似的底物竞争抑制αKG依赖性双加氧酶，但αKG依赖性双加氧酶对各种底物的易感性并不相同，表型间也存在一些差异，如SDHB突变肿瘤表型具有恶性转移的高风险，这可能与SDHB突变导致SDH复合物功能完全丧失，存在更多的底物积累及更强的去甲基化抑制作用，而其他亚基中的突变导致酶活性仅部分降低有关[33]。在FH缺陷中，假缺氧途径的激活和表观遗传修饰依赖于活性氧(ROS)，FH突变肿瘤中ROS水平增加[34]。

总之，代谢酶基因突变使TCA中前体代谢物异常积累，从而抑制αKG依赖性酶，增加HIF的稳定性，间接参与了假缺氧信号通路，促进合成代谢和血管生成，提供了促肿瘤生长以及侵袭转移的优势。代谢酶突变还可通过表观遗传修饰(蛋白质、DNA高甲基化)影响基因表达并使细胞分化受抑而导致肿瘤形成[35]。

4 靶向治疗及未来方向

代谢酶基因突变引起的PPGL通常与恶性转移相关，尤其是SDHB和FH突变，而目前缺乏有效的治疗策略。PPGL靶向治疗主要包括：mTOR抑制剂：依维莫司，但观察到的效果不佳[36]；抗血管生成分子：沙利度胺、舒尼替尼、凡德他尼；热休克蛋白90；HER2/neu抑制剂；羧肽酶E等[37]。

代谢酶突变诱导假缺氧途径激活，可作为PPGL的靶向治疗。HIF抑制剂在小鼠的各种人类肿瘤异种移植物中显示出显著的抗肿瘤活性。选择性HIF拮抗剂PT2399可诱导VHL缺陷型透明细胞肾癌小鼠模型中肿瘤消退，这个小鼠模型主要特点为VHL基因失活和随后的HIF活化[38]。此外，PT2385与HIF-2α结合阻止HIF-2α二聚化和形成活性HIF转录复合物，也可能为一种治疗选择[39]。HIF间接激活途径，是由于代谢底物的积累，竞争抑制αKG依赖性酶，HIF的稳定性增加而持续激活。理论上，使用αKG可克服代谢酶失活的结果。在SDHB缺陷型细胞中，通过蛋白抑制调节因子(如组蛋白脱乙酰酶抑制剂)可增加线粒体SDHB蛋白的稳定性[40]。

代谢酶还与PPGL表观遗传修饰相关，表明组蛋白和DNA去甲基化剂可用于治疗PPGL。理论上通过直接抑制TCA酶的突变也可抑制肿瘤形成。由于肿瘤细胞代谢需要葡萄糖、谷氨酰胺和脂肪酸等能量的供应，通过抑制葡萄糖转运蛋白和谷氨酰胺转运蛋白抑制能量的摄取，糖酵解酶、谷氨酰胺分解抑制剂和脂肪酸酶抑制剂等控制能量的代谢，也可用于治疗PPGL。此外，代谢突变相关肿瘤ROS水平增加，因此，抑制ROS的产生也成为潜在的治疗靶点。综上，代谢途径相关作用机制为PPGL患者提供了新的治疗方向，这些靶向药物是否有效还有待进一步研究证实。