靶向卵巢癌糖酵解途徑治療的研究進展

張 萌，李桂玲，彭 靖，張曉燕，徐叢劍，2，3

(1．復旦大學附屬婦產科醫院，上海 200011；2．復旦大學上海醫學院婦產科學系，上海 200011；3．上海市女性生殖內分泌相關疾病重點實驗室，上海 200011)

靶向卵巢癌糖酵解途徑治療的研究進展

張 萌1,3，李桂玲1，彭 靖1，張曉燕1,3，徐叢劍1，2，3

(1．復旦大學附屬婦產科醫院，上海 200011；2．復旦大學上海醫學院婦產科學系，上海 200011；3．上海市女性生殖內分泌相關疾病重點實驗室，上海 200011)

既往研究表明即使在充足的氧氣條件下，腫瘤代謝依然更加傾向于糖酵解途徑，即Warburg 效應。卵巢癌是死亡率最高的婦科惡性腫瘤，糖酵解的關鍵酶(HK，PFK，PKM)在包括卵巢癌在內的多種腫瘤中表達增加，轉變腫瘤的糖酵解途徑可以改善化療藥物的耐藥，抑制腫瘤的增殖。該文就糖酵解途徑中關鍵酶的生物學特征和以糖酵解酶為靶標治療卵巢腫瘤的研究進展進行概述。

卵巢癌；Warburg 效應；糖酵解途徑關鍵酶；治療進展

卵巢癌是目前死亡率最高的婦科惡性腫瘤，由于其發病隱匿且進展迅速，大多數患者在診斷時已發生盆腹腔轉移而處于晚期，此時的5年生存率僅為20%～30%[1-2]。卵巢癌的標準治療方案是腫瘤減滅術聯合鉑類為基礎的化療，但大多數晚期患者都將復發，或發生耐藥使得治療失敗，最終導致死亡[3-4]。因此，尋找新的治療方案來改善卵巢癌的治療效果顯得非常重要。早在20世紀20年代，德國學者Otto Warburg就發現腫瘤細胞偏好于糖酵解途徑進行能量代謝，即使在有氧條件下也是如此。其原因是腫瘤細胞需要通過糖酵解來獲取大量代謝中間產物作為原材料，以維持其快速生長增殖所需的能量和營養物質。近年來的研究結果表明，為了適應周圍微環境，腫瘤細胞可能通過異常信號通路重排代謝方式，重排的代謝方式有利于維持腫瘤的生長增殖等惡性生物學行為[5]。另一方面，為了對自身起到有效的適應性保護，抵抗藥物殺傷，腫瘤細胞需要大量能源來維持高耗能的耐藥通路，對糖酵解的依賴進一步增加[6]。因此，如果能夠對腫瘤細胞的代謝方式進行有效轉變，就有可能遏制腫瘤細胞惡性增殖，并改善腫瘤細胞對治療藥物的敏感性。目前已有部分針對糖酵解關鍵途徑的藥物成功運用于臨床，并且取得了一定的治療效果，本文將針對卵巢癌糖酵解途徑治療的研究進展進行概述。

1糖酵解途徑

葡萄糖是機體最重要的供能物質，葡萄糖的代謝方式主要有以下3種:無氧糖酵解、有氧氧化和磷酸戊糖途徑。腫瘤細胞在有氧條件下更加傾向于糖酵解方式進行糖代謝。糖酵解途徑是指在細胞質中葡萄糖分子轉變為丙酮酸分子，同時產生少量ATP的過程。該過程包括10步化學反應，每一步都由特定的酶催化，其中有3個限速酶，分別是己糖激酶(hexokinase, HK)、 磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase, PK)，上述限速酶催化的反應是不可逆的。

1.1己糖激酶

己糖激酶(HK)是糖酵解過程第一步反應的限速酶，催化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖。HK有4種亞型，分別是HKⅠ、HKⅡ、HKⅢ和HKⅣ，在早期的腫瘤形成過程中，HKⅣ可能是HKⅠ及HKⅡ形成過程中的一種轉化；然而在高度惡性的腫瘤組織中，HKⅣ不表達，HKⅡ高表達；相反在正常的哺乳動物中HKⅡ很少表達[7]。HKⅡ在惡性腫瘤中發揮作用時，還有其他的4種重要的蛋白參與該過程。HKⅡ在線粒體外膜上與小孔樣線粒體外膜電壓依賴的陰離子通道VDAC(voltage-dependent anion channel，VDAC)結合。葡萄糖轉運蛋白(glucose transporter，GLUT)作為細胞膜表面的葡萄糖載體，攜帶葡萄糖通過VDAC進入腫瘤細胞質，可以被迅速磷酸化，形成6-磷酸葡萄糖。ATP合酶是線粒體內膜蛋白，可以合成ATP，也可以水解ATP。最后是腺嘌呤核苷酸轉運蛋白(adenine nucleotide translocator，ANT)，可以運輸ATP到VDAC-HKII復合物上。其中，VDAC允許ATP合酶產生的ATP以及線粒體內膜ANT轉運的ATP與HKⅡ結合，從而保證惡性腫瘤細胞中高效率的糖酵解代謝。此外，HKⅡ的功能可能還受Akt調節，上調HKⅡ可以增加其與線粒體的結合能力，并且加強對線粒體的保護，從而維持細胞的生存，可能的機制是抑制線粒體途徑的引起的凋亡[8]，也有研究認為可能是HK2與TORC1結合促進了自噬引起的[9]。

1.2 磷酸果糖激酶

磷酸果糖激酶(PFK)將6-磷酸果糖轉化為1，6-二磷酸果糖，這是糖酵解第二步不可逆的反應。PFK合成時為不穩定無活性的單體，之后迅速關聯，以形成活性最小的用于維持酶的三級結構的二聚體，但只有形成四聚體才能充分發揮活性。 ATP對PFK有雙重的作用，PFK在ATP濃度為1mM時被激活，在更高的濃度時候被抑制。所以PFK上有ATP的兩個結合位點，一個是結合位點，另一個是變構抑制位點[10]。與ATP相反，果糖-2,6-二磷酸(F2, 6BP)是PFK最有效的激活劑。實驗研究表明F2，6BP通過減少它的基質F1，6BP的Km值從而激活PFK[11]。

1.3 丙酮酸激酶M2型

在糖酵解途徑的倒數第二步，丙酮酸激酶(PK)催化磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸。PK共有4種同工酶，PKL、PKR、PKM1分別表達在肝臟、紅細胞和骨骼肌中，丙酮酸激酶M2型(PKM2)則主要表達在胚胎組織，特別是腫瘤細胞中[12]。Christoflk等[13]在包括肺癌、宮頸癌、腎癌等細胞中發現PKM2表達量較正常骨骼肌細胞明顯升高，推測PKM2可能與腫瘤的發生有關系。Luo等人[14]發現PKM2的基因轉錄是由HIF-1激活的，PKM2與脯氨酸羥化酶3的相互作用可以正反饋的促進HIF-1的反式激活。

2糖酵解途徑關鍵酶與卵巢腫瘤

2.1己糖激酶

目前已經有不少研究以HKⅡ作為治療靶點，并取得了一定的效果。如Xintaropoulou等[15]使用3-溴丙酮酸(3-BPA)抑制HKII的表達，從而抑制糖酵解過程，降低FDG的攝取，抑制卵巢癌細胞系的增殖。Gandham等[16]使用3-BPA脂質體抑制卵巢癌球狀體模型中HKⅡ的表達，從而提高了藥物的靶向性，減少了藥物的副反應。此外，Mondal等[17]發現沉默卵巢癌細胞系中HSuf-1表達可以通過上調HKⅡ基因的表達，可能通過C-myc途徑，增加葡萄糖的攝取，促進糖酵解。為了進一步驗證，在轉染形成的HSuf-1過表達的細胞系中，通過檢測發現HKⅡ表達下調。

2.2 磷酸果糖激酶

Toshiya等早在2002年通過檢測包括卵巢癌在內的多種腫瘤，發現PFK-2的表達量相較正常組織明顯升高，特別是在細胞周期的S期。Xintaropoulou等[15]使用較低濃度的3-(3-吡啶基)-1-(4-吡啶基)-2-丙烯-1-酮，即3-PO，為PFK的一種新型小分子抑制劑，體內實驗時可以在較低濃度下抑制卵巢腫瘤的葡萄糖攝取，誘導生長抑制。同時也在體外實驗驗證了在相對缺氧條件下3-PO對卵巢癌細胞系的抑制作用，在正常氧氣條件下對腫瘤的抑制作用更強。可能的原因是抑制PFK2,導致有絲分裂期細胞死亡增加，也有可能是通過磷酸戊糖途徑增加核苷酸的產生，導致更加有效的DNA損傷修復和細胞存活[18]。Mondal等[19]采用PFK-158(一種已經應用于晚期實體腫瘤的藥物)聯合卡鉑或者紫杉醇可以改善卵巢癌的耐藥性，可能的途徑是核糖聚合酶裂解片段 和caspase-3/7激活的增加，進而抑制PKF2的活性，抑制糖酵解的效率。

2.3丙酮酸激酶M2型

在糖酵解途徑的倒數第二步，丙酮酸激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸。Christofk等在Nature發表的研究指出在不同種類的腫瘤細胞系，包括宮頸癌、乳腺癌、肺癌等細胞系，使用shRNA敲除PKM2基因，結果顯示乳酸產生量明顯減少，氧氣消耗量明顯增加，表明PKM2在無氧糖酵解中顯示了重要的作用，同時也發現上述腫瘤細胞的生長明顯受到抑制。除此之外，Talekar等[20]研究發現使用基于透明質酸的納米顆粒包封siPKM-2和siMDR-1, 可以增加耐藥卵巢癌對紫杉醇的耐藥性。

3結語

腫瘤細胞的命運與細胞代謝直接相關。越來越多的研究闡釋了糖酵解途徑的代謝過程，通過改變代謝途徑進而引起腫瘤細胞的增殖抑制和凋亡。針對代謝途徑的藥物的具體作用機制、藥物毒副反應及藥物臨床試驗的效果仍然不是十分明確，這是目前研究欠缺之處。但是，通過靶向糖酵解關鍵酶阻滯糖酵解過程，進而抑制卵巢癌的增殖還是給予研究者很大的希望，也為卵巢癌的治療提供了潛在的治療靶標和新的治療手段。

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[專業責任編輯：韓曉兵]

Progress in targeting glycolysis pathway in ovarian cancer

ZHANG Meng1,3，LI Gui-ling1，PENG Jing1，ZHANG Xiao-yan1,3，XU Cong-jian1,2,3

(1.ObstetricsandGynecologyHospitalofFudanUniversity,Shanghai200011,China; 2.DepartmentofObstetricsandGynecology,ShanghaiMedicalSchool,Shanghai200011,China; 3.KeyLaboratoryofFemaleReproductiveEndocrineRelatedDiseases,Shanghai200011,China)

Previous studies have shown that even under the conditions of sufficient oxygen, tumor metabolism is still more inclined to glycolysis, which is known as Warburg effect. Ovarian cancer is the leading cause of death of gynecologic malignancies. The key enzymes of glycolysis (HK, PFK, PKM) are overexpressed in a variety of tumors, including ovarian cancer, and the transformation of tumor’s glycolysis can improve the resistance of chemotherapy drugs and thus inhibit tumor proliferation. In this paper, the biological characteristics of these key enzymes in the glycolysis pathway and the progress on targeting these glycolysis enzymes in ovarian cancer therapy were summarized.

ovarian cancer; Warburg effect; key enzymes of glycolysis pathway; progress in therapy

2016-10-23

國家自然科學基金資助項目(81472424)

張 萌(1988—),女,博士研究生在讀，主要從事婦科腫瘤的研究。

張曉燕 副研究員；徐叢劍，主任醫師。

10.3969/j.issn.1673-5293.2017.08.037

R711.7

A

1673-5293(2017)08-0998-03