代謝酶在嗜鉻細胞瘤/副神經節瘤發病機制中的研究進展*

趙 帆 綜述，何 訸，張 玫 審校

(四川大學華西醫院實驗醫學科，四川成都 610041)

嗜鉻細胞瘤(PCC)和副神經節瘤(PGL)是臨床上少見的神經內分泌腫瘤，其中，PCC來源于腎上腺髓質嗜鉻細胞交感神經譜系，PGL來源包括腎上腺外，胸腹腔和骨盆交感神經(交感神經PGL)和頭頸部副交感神經(副交感神經PGL)，交感神經PGL分泌大量兒茶酚胺并引起高血壓及相關并發癥，而副交感神經PGL通常無功能性，不會引起高血壓等癥狀體征。PCC/PGL統稱為副神經節瘤(PPGL)，大多數為良性，約10%～15%的PCC和25%的PGL惡化并轉移[1]。PPGL是第1個發現攜帶編碼代謝酶基因遺傳突變的人類腫瘤[2]，其中編碼三羧酸循環(TCA)酶基因突變通過激活缺氧信號通路引起代謝改變，從而促進細胞增殖與存活，參與了PPGL的發生發展、侵襲和轉移[3]。因此，代謝酶通路可作為PPGL個性化和靶向治療的依據[4]。

1 TCA酶的突變

細胞增殖和存活取決于線粒體功能，因為線粒體是能量的主要供應者。TCA作為關鍵的代謝途徑，將細胞中糖脂、蛋白質等代謝物質與線粒體連接起來，促進能量生成和合成代謝[5]。一旦TCA發生障礙(酶突變、底物積累或不足)，線粒體呼吸功能受損，即瓦博格效應[6]，會促進腫瘤的發生。目前已知PPGL相關TCA突變酶包括琥珀酸脫氫酶(SDH)、延胡索酸水合酶(FH)、異檸檬酸脫氫酶(IDH)和蘋果酸脫氫酶(MDH)。

1.1 SDH SDH有四種亞基(SDHA、SDHB、SDHC和SDHD)，位于線粒體內膜Ⅱ上。SDHA是黃素蛋白，SDHB是鐵硫蛋白，為親水性亞基，而SDHC和SDHD是疏水性的主要充當錨定蛋白。SDH在TCA中將琥珀酸氧化脫氫成延胡索酸，氧化過程中釋放電子，電子通過黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)傳遞到三磷酸腺苷(ATP)合成期間電子傳遞鏈的泛醌，使泛琨還原為泛醇[7]。當SDH編碼序列發生遺傳缺陷將影響其生理功能，使攜帶者易發生PPGL[8]。此外，裝配因子SDHAF1和SDHAF2輔助SDHA亞基形成完整功能性的SDH，遺傳缺陷也可導致PPGL[9]。SDH亞基相關基因突變特點及基因篩查建議見表1。

表1 SDH亞基基因突變特點及篩查建議

注：-表示無數據。

1.2 其他代謝酶

1.2.1 FH突變 PPGL患者中FH基因突變與SDHB突變型惡性腫瘤有相似的表觀遺傳失調模式，且FH突變患者的轉移表型和多發性腫瘤顯著高于非FH突變的患者，揭示了FH在惡性和多發性PPGL中的作用[20]。因此建議對惡性PPGL的基因檢測除篩查SDHB外還應包括FH。

1.2.2 IDH突變 異檸檬酸脫氫酶1和2(IDH1和IDH2)的點突變多發生在神經膠質瘤的發病早期[21]。IDH催化異檸檬酸氧化脫羧為α-酮戊二酸(αKG)，IDH酶的失活突變在PPGL中非常罕見。GAAL等[22]在一名61歲女性，診斷為散發性頸動脈PGL患者中檢測到體細胞雜合性突變。

1.2.3 MDH2突變 2型蘋果酸脫氫酶(MDH2)催化蘋果酸脫氫生成草酰乙酸，草酰乙酸可再次進入TCA合成檸檬酸。最近在一例診斷為惡性PGL患者中檢測到MDH2基因突變，表明MDH2可作為PPGL的易感基因，甚至可能與惡性轉移相關[23]。

2 代謝酶與假缺氧途徑

PPGL發病機制主要分為3個通路[24]。(1)假缺氧途徑：TCA酶、Von Hippel-Lindau(VHL)抑癌基因和缺氧誘導因子(HIF)等。(2)MAPK、PI3K-AKT和mTOR激酶通路：涉及轉染期間重排(RET)、神經纖維蛋白1(NF1)抑癌基因、轉錄因子(如MYC相關因子X)、內體信號傳導(如跨膜蛋白127)。(3)wnt信號通路：主要為CSDE1突變和MAML3融合基因，也包括過表達Wnt和Hedgehog基因。

PPGL發病機制之一是參與假缺氧途徑，共同特點為HIF穩定激活。HIFs是異二聚體轉錄因子，它們的誘導成分α亞基(HIF1α和HIF2α)由羥基化和蛋白酶體降解調控[25]。羥基化主要取決于在HIF特定脯氨酸殘基處的一類雙加氧酶，脯氨酰羥化酶(PHD)，PHD的活性受氧濃度和αKG的調節。而VHL是E3泛素連接酶的底物識別成分，將底物HIF靶向蛋白酶體降解。生理性低氧水平PHD可誘導HIF轉錄因子活化。在PHD或VHL突變腫瘤中，HIF不能被羥化，蛋白酶體降解減少，導致HIF積聚，或HIF基因本身突變，HIF被誘導穩定化，便可直接激活多個缺氧途徑。此時缺氧途徑的激活與氧濃度水平無關(假缺氧)，HIF靶基因的表達持續激活，引起細胞增殖、能量和代謝的失調、腫瘤侵襲和轉移等。

而代謝酶參與HIF穩定主要為間接激活假缺氧信號通路。SDH基因突變使SDH酶復合物失活，琥珀酸不能氧化脫氫成延胡索酸導致琥珀酸積累，而琥珀酸與αKG結構相似，競爭性抑制PHD活性，間接使得HIF穩定性增加并促進靶基因表達。FH將延胡索酸轉化為蘋果酸，FH失活使得前體代謝物延胡索酸積累，與琥珀酸結構相似，同樣影響αKG依賴性酶，HIF的穩定性增加[26]。此外延胡索酸還通過蛋白質的琥珀化作用，即共價結合蛋白質的半胱氨酸殘基呈現HIF非依賴性的腫瘤發生機制。MDH2失活不能催化蘋果酸生成草酰乙酸，蘋果酸類似于琥珀酸和延胡索酸積累，抑制α-KG依賴性酶，促進HIF靶基因的表達。IDH失活不能將異檸檬酸轉化為αKG，而將αKG還原成D-2-羥基戊二酸，D-2-羥基戊二酸積累，直接競爭αKG而抑制相關酶，激活假缺氧信號通路。

3 代謝酶與表觀遺傳

表觀遺傳是環境與基因間相互作用而致的表型，PPGL伴有表觀遺傳改變，常見類型為DNA甲基化修飾。DNA甲基化受甲基化相關酶如含有JmjC結構域的組蛋白賴氨酸脫甲基酶(KDM)和TET家族的酶調節[27]，TET酶氧化5-甲基胞嘧啶為5-羥甲基胞嘧啶，這兩種酶都屬于αKG依賴性雙加氧酶。當TCA酶基因突變，代謝前體物質積累，競爭抑制αKG依賴性雙加氧酶。KDM失活不能將組蛋白賴氨酸去甲基化，研究證明琥珀酸或延胡索酸的積累導致細胞中組蛋白H3的甲基化增加[28]。積累代謝物質還可通過與鐵-硫結合位點結合抑制TET酶，防止5-甲基胞嘧啶反復氧化，從而抑制去甲基化途徑，使得DNA呈高甲基化狀態，細胞分化停滯并促進惡性轉化[29]。啟動子區高甲基化還使得編碼苯乙醇胺N-甲基轉移酶下調(負責將去甲腎上腺素轉化為腎上腺素)，因此，代謝突變相關腫瘤無法完成兒茶酚胺的加工，不能產生腎上腺素，通常表現為去甲腎上腺素表型。研究表明這種高甲基化可通過加入去甲基化酶抑制劑地西他濱加以糾正[30]，說明代謝酶突變患者的超甲基化過程可逆，可能成為潛在的治療靶點。

CpG島甲基化表型與腫瘤的發生發展、轉移及預后相關，并證實存在于SDHB突變腫瘤中，進一步印證了SDHB突變表型高度惡化的可能性。SDHB突變PPGL中某些基因的高甲基化可通過激活上皮-間質轉化途徑而發揮惡性轉移的作用[31]。一項研究揭露了SDHC甲基化在PPGL中的作用[32]。而SDHD和SDHAF2突變引起的PPGL表觀遺傳修飾通常與母體基因組印記有關。盡管TCA酶突變腫瘤間甲基化譜表型相似，因為它們都是通過積累相似的底物競爭抑制αKG依賴性雙加氧酶，但αKG依賴性雙加氧酶對各種底物的易感性并不相同，表型間也存在一些差異，如SDHB突變腫瘤表型具有惡性轉移的高風險，這可能與SDHB突變導致SDH復合物功能完全喪失，存在更多的底物積累及更強的去甲基化抑制作用，而其他亞基中的突變導致酶活性僅部分降低有關[33]。在FH缺陷中，假缺氧途徑的激活和表觀遺傳修飾依賴于活性氧(ROS)，FH突變腫瘤中ROS水平增加[34]。

總之，代謝酶基因突變使TCA中前體代謝物異常積累，從而抑制αKG依賴性酶，增加HIF的穩定性，間接參與了假缺氧信號通路，促進合成代謝和血管生成，提供了促腫瘤生長以及侵襲轉移的優勢。代謝酶突變還可通過表觀遺傳修飾(蛋白質、DNA高甲基化)影響基因表達并使細胞分化受抑而導致腫瘤形成[35]。

4 靶向治療及未來方向

代謝酶基因突變引起的PPGL通常與惡性轉移相關，尤其是SDHB和FH突變，而目前缺乏有效的治療策略。PPGL靶向治療主要包括：mTOR抑制劑：依維莫司，但觀察到的效果不佳[36]；抗血管生成分子：沙利度胺、舒尼替尼、凡德他尼；熱休克蛋白90；HER2/neu抑制劑；羧肽酶E等[37]。

代謝酶突變誘導假缺氧途徑激活，可作為PPGL的靶向治療。HIF抑制劑在小鼠的各種人類腫瘤異種移植物中顯示出顯著的抗腫瘤活性。選擇性HIF拮抗劑PT2399可誘導VHL缺陷型透明細胞腎癌小鼠模型中腫瘤消退，這個小鼠模型主要特點為VHL基因失活和隨后的HIF活化[38]。此外，PT2385與HIF-2α結合阻止HIF-2α二聚化和形成活性HIF轉錄復合物，也可能為一種治療選擇[39]。HIF間接激活途徑，是由于代謝底物的積累，競爭抑制αKG依賴性酶，HIF的穩定性增加而持續激活。理論上，使用αKG可克服代謝酶失活的結果。在SDHB缺陷型細胞中，通過蛋白抑制調節因子(如組蛋白脫乙酰酶抑制劑)可增加線粒體SDHB蛋白的穩定性[40]。

代謝酶還與PPGL表觀遺傳修飾相關，表明組蛋白和DNA去甲基化劑可用于治療PPGL。理論上通過直接抑制TCA酶的突變也可抑制腫瘤形成。由于腫瘤細胞代謝需要葡萄糖、谷氨酰胺和脂肪酸等能量的供應，通過抑制葡萄糖轉運蛋白和谷氨酰胺轉運蛋白抑制能量的攝取，糖酵解酶、谷氨酰胺分解抑制劑和脂肪酸酶抑制劑等控制能量的代謝，也可用于治療PPGL。此外，代謝突變相關腫瘤ROS水平增加，因此，抑制ROS的產生也成為潛在的治療靶點。綜上，代謝途徑相關作用機制為PPGL患者提供了新的治療方向，這些靶向藥物是否有效還有待進一步研究證實。