張 萌，李桂玲，彭 靖，張曉燕，徐叢劍，2，3

(1．復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院，上海 200011；2．復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系，上海 200011；3．上海市女性生殖內(nèi)分泌相關(guān)疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200011)

靶向卵巢癌糖酵解途徑治療的研究進(jìn)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(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院，上海 200011；2．復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院婦產(chǎn)科學(xué)系，上海 200011；3．上海市女性生殖內(nèi)分泌相關(guān)疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yīng)。卵巢癌是死亡率最高的婦科惡性腫瘤，糖酵解的關(guān)鍵酶(HK，PFK，PKM)在包括卵巢癌在內(nèi)的多種腫瘤中表達(dá)增加，轉(zhuǎn)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(guān)鍵酶的生物學(xué)特征和以糖酵解酶為靶標(biāo)治療卵巢腫瘤的研究進(jìn)展進(jìn)行概述。

卵巢癌；Warburg 效應(yīng)；糖酵解途徑關(guān)鍵酶；治療進(jìn)展

卵巢癌是目前死亡率最高的婦科惡性腫瘤，由于其發(fā)病隱匿且進(jìn)展迅速，大多數(shù)患者在診斷時(shí)已發(fā)生盆腹腔轉(zhuǎn)移而處于晚期，此時(shí)的5年生存率僅為20%～30%[1-2]。卵巢癌的標(biāo)準(zhǔn)治療方案是腫瘤減滅術(shù)聯(lián)合鉑類(lèi)為基礎(chǔ)的化療，但大多數(shù)晚期患者都將復(fù)發(fā)，或發(fā)生耐藥使得治療失敗，最終導(dǎo)致死亡[3-4]。因此，尋找新的治療方案來(lái)改善卵巢癌的治療效果顯得非常重要。早在20世紀(jì)20年代，德國(guó)學(xué)者Otto Warburg就發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞偏好于糖酵解途徑進(jìn)行能量代謝，即使在有氧條件下也是如此。其原因是腫瘤細(xì)胞需要通過(guò)糖酵解來(lái)獲取大量代謝中間產(chǎn)物作為原材料，以維持其快速生長(zhǎng)增殖所需的能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。近年來(lái)的研究結(jié)果表明，為了適應(yīng)周?chē)h(huán)境，腫瘤細(xì)胞可能通過(guò)異常信號(hào)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(zhǎng)增殖等惡性生物學(xué)行為[5]。另一方面，為了對(duì)自身起到有效的適應(yīng)性保護(hù)，抵抗藥物殺傷，腫瘤細(xì)胞需要大量能源來(lái)維持高耗能的耐藥通路，對(duì)糖酵解的依賴(lài)進(jìn)一步增加[6]。因此，如果能夠?qū)δ[瘤細(xì)胞的代謝方式進(jìn)行有效轉(zhuǎn)變，就有可能遏制腫瘤細(xì)胞惡性增殖，并改善腫瘤細(xì)胞對(duì)治療藥物的敏感性。目前已有部分針對(duì)糖酵解關(guān)鍵途徑的藥物成功運(yùn)用于臨床，并且取得了一定的治療效果，本文將針對(duì)卵巢癌糖酵解途徑治療的研究進(jìn)展進(jìn)行概述。

1糖酵解途徑

葡萄糖是機(jī)體最重要的供能物質(zhì)，葡萄糖的代謝方式主要有以下3種:無(wú)氧糖酵解、有氧氧化和磷酸戊糖途徑。腫瘤細(xì)胞在有氧條件下更加傾向于糖酵解方式進(jìn)行糖代謝。糖酵解途徑是指在細(xì)胞質(zhì)中葡萄糖分子轉(zhuǎn)變?yōu)楸岱肿?，同時(shí)產(chǎn)生少量ATP的過(guò)程。該過(guò)程包括10步化學(xué)反應(yīng)，每一步都由特定的酶催化，其中有3個(gè)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(yīng)是不可逆的。

1.1己糖激酶

己糖激酶(HK)是糖酵解過(guò)程第一步反應(yīng)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(guò)程中，HKⅣ可能是HKⅠ及HKⅡ形成過(guò)程中的一種轉(zhuǎn)化；然而在高度惡性的腫瘤組織中，HKⅣ不表達(dá)，HKⅡ高表達(dá)；相反在正常的哺乳動(dòng)物中HKⅡ很少表達(dá)[7]。HKⅡ在惡性腫瘤中發(fā)揮作用時(shí)，還有其他的4種重要的蛋白參與該過(guò)程。HKⅡ在線粒體外膜上與小孔樣線粒體外膜電壓依賴(lài)的陰離子通道VDAC(voltage-dependent anion channel，VDAC)結(jié)合。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(glucose transporter，GLUT)作為細(xì)胞膜表面的葡萄糖載體，攜帶葡萄糖通過(guò)VDAC進(jìn)入腫瘤細(xì)胞質(zhì)，可以被迅速磷酸化，形成6-磷酸葡萄糖。ATP合酶是線粒體內(nèi)膜蛋白，可以合成ATP，也可以水解ATP。最后是腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(adenine nucleotide translocator，ANT)，可以運(yùn)輸ATP到VDAC-HKII復(fù)合物上。其中，VDAC允許ATP合酶產(chǎn)生的ATP以及線粒體內(nèi)膜ANT轉(zhuǎn)運(yùn)的ATP與HKⅡ結(jié)合，從而保證惡性腫瘤細(xì)胞中高效率的糖酵解代謝。此外，HKⅡ的功能可能還受Akt調(diào)節(jié)，上調(diào)HKⅡ可以增加其與線粒體的結(jié)合能力，并且加強(qiáng)對(duì)線粒體的保護(hù)，從而維持細(xì)胞的生存，可能的機(jī)制是抑制線粒體途徑的引起的凋亡[8]，也有研究認(rèn)為可能是HK2與TORC1結(jié)合促進(jìn)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(zhuǎn)化為1，6-二磷酸果糖，這是糖酵解第二步不可逆的反應(yīng)。PFK合成時(shí)為不穩(wěn)定無(wú)活性的單體，之后迅速關(guān)聯(lián)，以形成活性最小的用于維持酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)的二聚體，但只有形成四聚體才能充分發(fā)揮活性。 ATP對(duì)PFK有雙重的作用，PFK在ATP濃度為1mM時(shí)被激活，在更高的濃度時(shí)候被抑制。所以PFK上有ATP的兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)是結(jié)合位點(diǎn)，另一個(gè)是變構(gòu)抑制位點(diǎn)[10]。與ATP相反，果糖-2,6-二磷酸(F2, 6BP)是PFK最有效的激活劑。實(shí)驗(yàn)研究表明F2，6BP通過(guò)減少它的基質(zhì)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(shù)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(dá)在肝臟、紅細(xì)胞和骨骼肌中，丙酮酸激酶M2型(PKM2)則主要表達(dá)在胚胎組織，特別是腫瘤細(xì)胞中[12]。Christoflk等[13]在包括肺癌、宮頸癌、腎癌等細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)PKM2表達(dá)量較正常骨骼肌細(xì)胞明顯升高，推測(cè)PKM2可能與腫瘤的發(fā)生有關(guān)系。Luo等人[14]發(fā)現(xiàn)PKM2的基因轉(zhuǎn)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(jìn)HIF-1的反式激活。

2糖酵解途徑關(guān)鍵酶與卵巢腫瘤

2.1己糖激酶

目前已經(jīng)有不少研究以HKⅡ作為治療靶點(diǎn)，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(dá)，從而抑制糖酵解過(guò)程，降低FDG的攝取，抑制卵巢癌細(xì)胞系的增殖。Gandham等[16]使用3-BPA脂質(zhì)體抑制卵巢癌球狀體模型中HKⅡ的表達(dá)，從而提高了藥物的靶向性，減少了藥物的副反應(yīng)。此外，Mondal等[17]發(fā)現(xiàn)沉默卵巢癌細(xì)胞系中HSuf-1表達(dá)可以通過(guò)上調(diào)HKⅡ基因的表達(dá)，可能通過(guò)C-myc途徑，增加葡萄糖的攝取，促進(jìn)糖酵解。為了進(jìn)一步驗(yàn)證，在轉(zhuǎn)染形成的HSuf-1過(guò)表達(dá)的細(xì)胞系中，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)HKⅡ表達(dá)下調(diào)。

2.2 磷酸果糖激酶

Toshiya等早在2002年通過(guò)檢測(cè)包括卵巢癌在內(nèi)的多種腫瘤，發(fā)現(xiàn)PFK-2的表達(dá)量相較正常組織明顯升高，特別是在細(xì)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(nèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)可以在較低濃度下抑制卵巢腫瘤的葡萄糖攝取，誘導(dǎo)生長(zhǎng)抑制。同時(shí)也在體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在相對(duì)缺氧條件下3-PO對(duì)卵巢癌細(xì)胞系的抑制作用，在正常氧氣條件下對(duì)腫瘤的抑制作用更強(qiáng)?？赡艿脑蚴且种芇FK2,導(dǎo)致有絲分裂期細(xì)胞死亡增加，也有可能是通過(guò)磷酸戊糖途徑增加核苷酸的產(chǎn)生，導(dǎo)致更加有效的DNA損傷修復(fù)和細(xì)胞存活[18]。Mondal等[19]采用PFK-158(一種已經(jīng)應(yīng)用于晚期實(shí)體腫瘤的藥物)聯(lián)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(jìn)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(shù)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(fā)表的研究指出在不同種類(lèi)的腫瘤細(xì)胞系，包括宮頸癌、乳腺癌、肺癌等細(xì)胞系，使用shRNA敲除PKM2基因，結(jié)果顯示乳酸產(chǎn)生量明顯減少，氧氣消耗量明顯增加，表明PKM2在無(wú)氧糖酵解中顯示了重要的作用，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)上述腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)明顯受到抑制。除此之外，Talekar等[20]研究發(fā)現(xiàn)使用基于透明質(zhì)酸的納米顆粒包封siPKM-2和siMDR-1, 可以增加耐藥卵巢癌對(duì)紫杉醇的耐藥性。

3結(jié)語(yǔ)

腫瘤細(xì)胞的命運(yùn)與細(xì)胞代謝直接相關(guān)。越來(lái)越多的研究闡釋了糖酵解途徑的代謝過(guò)程，通過(guò)改變代謝途徑進(jìn)而引起腫瘤細(xì)胞的增殖抑制和凋亡。針對(duì)代謝途徑的藥物的具體作用機(jī)制、藥物毒副反應(yīng)及藥物臨床試驗(yàn)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(guò)靶向糖酵解關(guān)鍵酶阻滯糖酵解過(guò)程，進(jìn)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(biāo)和新的治療手段。

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[專(zhuān)業(yè)責(zé)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(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)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(yī)師。

10.3969/j.issn.1673-5293.2017.08.037

R711.7

A

1673-5293(2017)08-0998-03