糖酵解途徑靶向治療惡性腫瘤研究進展

李 爍 高進良綜述 高春生審校

目前針對惡性腫瘤的主要治療方法是放療和化療。盡管隨著醫學科學技術的進步，放療設備及技術、化療藥物及方法不斷更新，但很多惡性腫瘤患者的治愈率及生存質量還是沒有得到明顯提高，其根本原因是惡性腫瘤的的發病機制還遠未闡明。因此，對惡性腫瘤發生、發展和轉移機制的進一步研究有助于發現更為有效的治療措施。

1 惡性腫瘤的能量代謝研究

1.1 研究現狀

Weinberg[1]在2000年提出癌細胞有6個標志，曾被廣泛引用。癌細胞的六大特征：自我增殖能力,凋亡抵抗,無限的復制潛能，對抗生長信號的不敏感性,持續的血管生成能力和組織侵襲轉移能力。近來研究發現，惡性腫瘤中不但存在基因異常，而且常常存在代謝異常，尤其是能量代謝的異常。關于腫瘤細胞能量代謝特性，德國生化和生理學家Otto Warburg早在20世紀20年代就提出了著名的瓦伯格效應[2]：腫瘤細胞比正常細胞需要更多的能量和核酸維持其生長增殖，而能量代謝不但為腫瘤細胞的生長提供能量，而且為腫瘤細胞增殖所需核酸的合成提供原材料,即使在有氧情況下，腫瘤細胞仍偏好于糖酵解方式進行葡萄糖代謝，而不采用能產生更多ATP的線粒體氧化磷酸化方式進行能量代謝[3，4]。但是，上世紀中期，隨著分子生物學技術的興起,腫瘤是基因疾病的觀念在學界得到普遍認可,因此腫瘤能量代謝的研究陷入低谷。20世紀90年代，隨著氟化去氧葡萄糖正電子攝影斷層掃描(fluorodeoxygucose positron emission tomography，FDG- PET)技術的應用，組織標本的葡萄糖攝取量可檢測并成像，瓦伯格效應在越來越多的腫瘤類型中得以證實。在2006年美國癌癥研究協會年會上Gottlieb預言能量代謝異常將成為癌細胞的第7個標志[5]，近年來,探索通過阻斷糖酵解途徑而抑制癌細胞中能量的生成從而治療惡性腫瘤的策略正備受關注[6]。

1.2 糖酵解途徑在腫瘤細胞能量代謝中的作用

正常細胞生長增殖所需的能量主要是由葡萄糖的有氧氧化獲得，而惡性腫瘤細胞所需能量主要是靠糖酵解途徑獲得(既使在有氧的條件下也是如此)。隨著生物能學的發展，近來發現惡性腫瘤細胞中普遍存在糖酵解途徑的增強。腫瘤細胞增殖不但需要 ATP，也需要脂肪酸、核酸、蛋白質和膜磷脂。在腫瘤細胞中，隨著葡萄糖攝入增加，通過糖酵解途徑產生大量代謝中間產物，以滿足腫瘤細胞增殖的需求。其中，為滿足腫瘤細胞快速的 DNA 復制，6-磷酸葡萄糖通過磷酸戊糖途徑合成核酸，并產生大量的丙酮酸，刺激合成脂類，用于合成快速分裂的腫瘤細胞膜。有研究表明，磷脂的合成是腫瘤形成必備的，甚至能有效促進惡性腫瘤的形成。在腫瘤組織中脂肪酸合成酶表達上調，但在正常組織中表達下調[2]。

1.3 糖酵解酶

惡性腫瘤細胞的能量代謝途徑在較大程度上依賴活性和表達水平上調的糖酵解酶。因此,特異性地阻斷糖酵解途徑而不影響正常細胞的生長就必須抑制特異性高表達的糖酵解代謝酶，從而切斷腫瘤細胞能量供應。因為即使在糖酵解途徑受抑制的情況下,正常細胞也可通過其它途徑利用氨基酸和脂肪酸產生能量。糖酵解途徑是依賴細胞膜上的葡萄糖轉運體將胞外的葡萄糖轉運進胞內，通過己糖激酶(HK)、丙酮酸激酶(PK)、乳酸脫氫酶(LDH)、磷酸果糖激酶(PFK)和磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)、煙酰胺磷酸核糖轉移酶(NAMPT)等糖酵解酶分解代謝，生成終產物丙酮酸。研究表明也這些糖酵解酶在惡性腫瘤中高表達[7]，它們均有可能成為通過糖酵解途徑靶向治療惡性腫瘤的靶點。可以推測，如果能阻斷腫瘤細胞中糖酵解途徑，即可減少腫瘤細胞中大部分能量的生成，就可能會阻滯腫瘤細胞的生長增殖。Xu等[8]研究發現用一些糖酵解途徑的抑制劑如2-去氧葡萄糖、砷化物、3-溴化丙酮酸等作用于癌細胞，使癌細胞的增殖和侵襲性受到了抑制。

2 針對糖酵解途徑酵解酶的靶向治療

2.1 己糖激酶

己糖激酶(hexokinase,HK)是糖酵解途徑的第1個酶，也是糖酵解途徑的限速酶。人類細胞有 4種 HK亞型,它們分布于不同的組織和細胞內。研究表明4種亞型中，HK2與惡性腫瘤的相關性最大。在正常情況下,HK2主要分布于骨骼肌和脂肪組織中。HK2在許多生長迅速的惡性腫瘤細胞中高表達[9]。它與線粒體結合可以促進蛋白的合成,特別是在增生活躍的細胞中[10]。同時，與線粒體結合的 HK2 能有效地利用 ADP，產生更多的ATP以進行三羧酸循環,調控保護細胞免凋亡[11]。

在體外培養中，氯尼達明可以抑制 HK2和線粒體的結合,使腫瘤細胞死亡[12]。3 -溴化丙酮酸( 3 -bromopyruvate)和2 -去氧葡糖均為 HK2的抑制劑,兩者聯用在動物試驗中能抑制兔肝癌細胞模型的糖酵解水平。2 -去氧葡糖主要抑制被 HK 磷酸化的產物進一步代謝，而3 -溴化丙酮酸則直接消耗HK，從而影響腫瘤代謝，促進細胞死亡[13]。但也有學者認為[14]，3-溴化丙酮酸促進腫瘤細胞死亡的劑量并不足以抑制HK，因此，以3 -溴化丙酮酸通過抑制HK的機制來解釋其促進腫瘤細胞死亡仍有爭論。

2.2 丙酮酸激酶

丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)是另外1種重要的糖酵解限速酶，在哺乳動物中，有2種不同的基因及產物。人體的大部分組織表達為pyruvate kinase M (PKM)中的2種亞型PKM1或 PKM2，所有的腫瘤細胞都表達PKM2，而分化組織多表達PKM-1。PKM2能促進細胞糖酵解。

有研究表明，在體外實驗中，通過PKM2的一些小分子抑制劑，如磷酸酪氨酸蛋白(tyrosine-phosphorylated proteins)等,能抑制糖酵解和腫瘤細胞增殖，并促進腫瘤細胞死亡[15～17]。但是,這種抑制作用能否同樣在體內起作用還有待證實,而且,因為有許多正常組織也表達PKM2，因此對PKM2的抑制是否對正常組織產生副作用也值得關注。

2.3 6-磷酸果糖激酶

6-磷酸果糖激酶(phosphofructo-kinase，PFK)是糖酵解途徑中第2個限速酶，它是糖酵解途徑3個限速酶中最重要的1個。其中6-磷酸果糖激酶2(PFK2)為雙功能糖酵解酶,有2個獨立的催化中心,分別催化6-磷酸果糖2位磷酸化及果糖2 ,6-二磷酸 2位去磷酸化，以下調2 ,6-二磷酸果糖水平和6-磷酸果糖激酶1(PFK1)活性來實現對糖酵解通路的調節[18]。其中，PFK2的FB3亞型(PFKFB3)在許多惡性腫瘤中都有高表達，而PFKFB3幾乎沒有磷酸酶活性而只有激酶活性，PFKFB3通過其激酶活性調控腫瘤細胞的代謝水平。已有動物實驗表明，通過PFKFB3的一些小分子抑制劑能夠下調2 ,6-二磷酸果糖水平，抑制動物腫瘤細胞的增殖[19]。

近來研究發現，在6-磷酸果糖激酶幾個亞型中與惡性腫瘤關系密切的還有6-磷酸果糖激酶-1。在一些糖酵解途徑增強的腫瘤組織中，6-磷酸果糖激酶-1表達明顯增強,且通過改變6-磷酸果糖激酶-1的活性，可以調節糖酵解途徑的強弱[20]。目前，最亟待解決的問題是如何在惡性腫瘤細胞中通過沉默6-磷酸果糖激酶-1的表達特異性阻斷糖酵解途徑。

2.4 乳酸脫氫酶

乳酸脫氫酶(lactic dehydrogenase， LDH)能催化丙酮酸轉化成乳酸，同時伴有 NADH向 NAD+氧化的過程。由于 NAD+在由磷酸甘油醛脫氫酶催化的糖酵解過程中是必需的,因此通過 LDH催化反應產生 NAD+對于維持糖酵解過程持續是重要的[21]。NADH和NAD+除了參與能量代謝過程，還作為一些酶的底物參與DNA的修復、蛋白的乙酰化以及炎癥反應過程[22]。

2.5 煙酰胺磷酸核糖轉移酶

煙酰胺磷酸核糖轉移酶(nicotinamide phosphoribosyltransferase，NAMPT)是糖酵解途徑的另一重要酶。有報道[22]，NAMPT抑制劑在癌癥模型的實驗中有抗腫瘤活性，但由于NAMPT在旁路途徑聚集NAD+的過程中起關鍵作用，因此也發現了動物因NAD+耗竭而死亡的副作用。

3 問題與展望

目前發現的部分糖酵解途徑的抑制劑，要么抑制效率低，要么對正常細胞有較強的毒副作用，很多不能特異性地抑制腫瘤細胞的生長。如何特異性地阻斷糖酵解途徑，有效抑制惡性腫瘤細胞生長及增殖，而不影響正常細胞生長，亟待進一步研究。

RNA干擾是近年來發現的1種研究基因表達調控的強有力工具，具有高度的序列專一性，可使特定基因表達沉默，而不影響其它基因的表達。利用RNA干擾技術特異性的沉默某些糖酵解途徑光解酶的基因表達，值得探討。因為正常細胞生長增殖所需能量主要通過糖的有氧分解獲得，而腫瘤細胞即使在有氧的情況下也主要是靠糖酵解途徑獲得能量，故特異性阻斷糖酵解途徑對正常細胞及組織無明顯影響，而主要抑制腫瘤細胞的生長和增殖。因此，糖酵解途徑的靶向治療研究將為調控惡性腫瘤侵襲、轉移提供新的研究靶點，為惡性腫瘤的臨床治療提供新的思路。

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