腎透明細胞癌代謝重編程的研究進展△

李悅，林春華

1濱州醫(yī)學院第二臨床醫(yī)學院，山東 煙臺 264003

2煙臺毓璜頂醫(yī)院泌尿外科，山東 煙臺 264000

腎細胞癌每年影響全球超過40 萬人，男性發(fā)病率約為女性的2 倍，其中約70%的患者被診斷為腎透明細胞癌（clear cell renal cell carcinoma，ccRCC），并以von Hippel-Lindau 腫瘤抑制基因（von Hippel-Lindau tumor suppressor，VHL）失活和低氧相關信號異常為特征[1]。ccRCC 是一種代謝性疾病，通常伴隨葡萄糖代謝、脂代謝及色氨酸、精氨酸和谷氨酰胺等氨基酸代謝的重編程過程，這些物質的代謝過程促進了腫瘤的發(fā)生發(fā)展。本文主要對ccRCC代謝重編程的研究進展進行綜述。

1 葡萄糖代謝與ccRCC

人體正常細胞中，葡萄糖通過糖酵解轉化為丙酮酸，然后進入線粒體，進行三羧酸循環(huán)。在線粒體中，丙酮酸通過氧化磷酸化驅動腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）產生。與正常細胞不同，腫瘤細胞利用乳酸發(fā)酵和乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）將丙酮酸轉化為乳酸[2]。參與糖酵解的酶如己糖激酶1（hexokinase 1，HK1）、丙酮酸激酶2（pyruvate kinase 2，PK2）和乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）在ccRCC 組織和細胞中的表達顯著升高，這與惡性腫瘤有氧糖酵解增強有關。RNA 結合蛋白（RNA-binding protein，RBP）Musashi-2 是一種保守蛋白，主要表達于正常遠端腎小管細胞和集合管細胞中，而在ccRCC 細胞中表達明顯減少；Musashi-2 表達水平越高，ccRCC 患者的總生存期就越長，Musashi-2 在三羧酸循環(huán)和其他碳代謝相關通路中表達上調，但在細胞因子受體相互作用和白細胞遷移調控通路中表達下調，這些發(fā)現(xiàn)提示Musashi-2 可能通過影響ccRCC 代謝重編程調節(jié)腫瘤免疫和侵襲[3]。de Carvalho 等[4]應用培養(yǎng)的ccRCC 細胞進行體外實驗，結果表明，腫瘤細胞和內皮細胞均表達單羧酸轉運體（monocarboxylate transporter，MCT）1 和MCT4，其可誘導腫瘤細胞增殖、遷移和侵襲。此外，抑制MCT 的活性會降低細胞外乳酸含量，減少腫瘤細胞增殖、遷移和侵襲。MCT1 是MYC 轉錄因子的直接靶點，MYC是一種重要的致癌基因，可促進多種基因的表達。MYC 通過誘導LDH 和MCT1 的表達，在腫瘤代謝重編程、促進乳酸生成過程中發(fā)揮重要作用。Lucarelli 等[5]采用免疫組化法檢測MUC1基因在正常組織和腫瘤組織中的表達情況，根據(jù)染色強度將標本分為MUC1 高表達腫瘤（MUC1H）和MUC1 低表達腫瘤（MUC1L），MUC1H的糖原分解被部分抑制，糖原降解產物明顯減少。MUC1H中發(fā)現(xiàn)的乳酸生成增加可能與該腫瘤中表達的特殊LDH 亞型有關，其中LDHA 和LDHB 兩種亞基的四聚體作用不同，LDHA 對丙酮酸具有親和力，優(yōu)先將丙酮酸轉化為乳酸，而LDHB 對乳酸具有親和力，優(yōu)先將乳酸轉化為丙酮酸[6]。MUC1H中LDHB 表達減少，而LDHA 表達增加，從而提高了LDH5（LDHA4）水平，而LDH5 是產生乳酸最有效的同工酶。正常情況下，在線粒體膜內，呼吸鏈復合體Ⅰ將電子從還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）轉移到泛素，這一關鍵反應能夠將糖酵解和三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化聯(lián)系起來，但在ccRCC 中，這種反應被抑制[6]。在ccRCC 患者中，不活躍的VHL 與組蛋白乳糖化呈正相關，高水平的組蛋白乳糖化提示患者預后不良。VHL 觸發(fā)的組蛋白乙?；ㄟ^激活血小板衍生生長因子受體β（platele derived growth factor receptor β，PDGFRβ）的轉錄促進ccRCC 發(fā)展。反過來，PDGFRβ信號通路可刺激組蛋白乳酸化，從而在ccRCC 中形成致癌的正反饋。Zheng 等[7]通過轉錄組學和代謝組學分析將賴氨酸去甲基化酶5C（lysine demethylase 5C，KDM5C）基因與代謝相關的生物學過程聯(lián)系起來，KDM5C 主要通過組蛋白去甲基化酶活性，特異性調控幾個參與糖原生成或分解的缺氧誘導因子相關基因和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PD）的表達。值得注意的是，KDM5C基因敲除小鼠腎臟組織中糖原水平升高，脂質過氧化水平降低，提示鐵死亡具有抗腫瘤作用。

2 氨基酸代謝與ccRCC

氨基酸的體內代謝主要包括兩個方面，一方面用來合成機體自身所需要的蛋白質、多肽及其他含氮物質，另一方面可通過脫氨作用、轉氨作用、聯(lián)合脫氨或脫羧作用分解成α-酮酸、胺類及二氧化碳。氨基酸是所有生物細胞所必需的生物活性物質，其代謝水平受到嚴格調控，腎臟在氨基酸代謝過程中發(fā)揮重要作用，包括氨基酸合成轉運、排泄及重吸收等。谷氨酰胺分解可產生能量，并通過為谷胱甘肽的生物合成提供谷氨酸來調節(jié)氧化還原平衡。丙氨酸-絲氨酸-半胱氨酸轉運蛋白2（alanine- serine- cysteine transporter 2，ASCT2，又稱SLC1A5）是許多類型腫瘤中過表達的主要谷氨酰胺轉運蛋白。在ccRCC 患者中，ASCT2 高表達與較短的總生存期有關，并被確定為獨立的預后因子。Pollard 等[8]研究報道了一種新型ASCT2 抑制劑V-9302，它可抑制結直腸動物模型中的腫瘤生長，但其在腎癌中的應用有待開發(fā)。Wang 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺來源的氮在缺氧條件下不用于精氨酸、天冬酰胺或天冬氨酸的合成。Czyzyk-Krzeska 等[10]研究確定了蘋果酸-天冬氨酸穿梭（malate-aspartate shuttle，MAS）處于氨基酸代謝重編程的中心。MAS 在代謝途徑中定位于線粒體氧化磷酸化、細胞質糖酵解和尿素循環(huán)的交叉點，有助于細胞質和線粒體之間煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）/NADH的轉移，以及為生物合成途徑輸出天冬氨酸。谷氨酰胺不僅是腫瘤細胞必需的營養(yǎng)物質，還為己糖胺、核苷酸和氨基酸的合成提供氮原子，促進腫瘤細胞的存活和生長，并且天冬酰胺合成酶的表達與神經(jīng)膠質瘤和神經(jīng)母細胞瘤的不良預后相關，主要是因為快速增殖的腫瘤細胞對蛋白質合成的需求增加。L-天冬酰胺酶已被用于腫瘤治療，因此，選擇性抑制氨基酸代謝在腫瘤治療中顯示出很好的潛力[11]。4-氨基丁酸氨基轉移酶（4-aminobutyrate aminotransferase，ABAT）基因編碼γ-氨基丁酸轉氨酶（γ-aminobutyric acid，GABA），它是線粒體基質分解代謝GABA 的關鍵酶，GABA 是一種主要的抑制性神經(jīng)遞質，ABAT 在神經(jīng)代謝紊亂中具有重要作用，ccRCC 中ABAT 表達下調，從而抑制成瘤能力[12]。此外，在代謝組學中最重要的發(fā)現(xiàn)之一是ccRCC 可調節(jié)谷胱甘肽代謝，這有助于細胞防御氧化應激，這可能是為了應對腫瘤的高代謝及其產生的活性氧負擔，而還原型谷胱甘肽呈指數(shù)級增長，這表明，為了達到最高的Fuhrman分級，ccRCC 巧妙地增加其氧化應激耐受性，而削弱其耐受性將具有治療潛力[13]。Fang 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，GA 結合蛋白轉錄因子α亞基（GA binding protein transcription factor alpha subunit，GABPA）可作為腫瘤抑制因子，刺激轉化生長因子β受體2（transforming growth factor beta receptor 2，TGFBR2）基因轉錄和轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）信號轉導，而腫瘤代謝產物L-2-羥基戊二酸（L-2-hydroxyglutarate，L-2-HG）可在表觀遺傳學上抑制GABPA 的表達，阻斷GABPA/TGF-β信號通路，從而驅動ccRCC 的侵襲性，臨床上較高水平的GABPA 與ccRCC 患者較長的生存期顯著相關，這些發(fā)現(xiàn)可能對了解ccRCC 的發(fā)病機制具有重要意義。

3 脂代謝與ccRCC

脂類是三大營養(yǎng)物質之一，具有儲存和提供能量的作用，也是細胞膜的重要組成成分之一。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，脂質代謝發(fā)生了重編程，并促進腫瘤細胞侵襲和轉移。脂質代謝的改變會影響細胞膜的流動性及細胞內信號轉導，并參與細胞增殖、黏附和運動[15]。Chen 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，抑制原始廣泛存在蛋白1（ancient ubiquitous protein 1，AUP1）的表達可顯著降低細胞內甘油三酯和膽固醇含量，并通過阻滯細胞周期、促進細胞凋亡和逆轉上皮-間充質轉化來調節(jié)細胞生長。AUP1 通過調控ccRCC 細胞中膽固醇酯和脂肪酸合成，部分促進ccRCC 的進展。AUP1 還可以促進脂肪酸從頭合成，抑制脂肪酸β氧化的限速酶肉毒堿棕櫚?；D移酶1A（carnitine palmitoyltransferase 1A，CPT1A），調節(jié)脂質分解的關鍵酶單甘油酯脂肪酶（monoglyceride lipase，MGLL），抑制StAR 相關脂質轉移結構域蛋白5（StAR related lipid transfer domain containing 5，STARD5）表達，從而誘導ccRCC中脂質積累。Liao 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，脂肪酸受體CD36 在ccRCC 中高表達，CD36 過表達促進了ccRCC細胞的脂肪酸攝取和脂滴形成，并以二酰甘油O-?；D移酶1（diacylglycerol O-acyltransferase 1，DGAT1）依賴的方式促進ccRCC 細胞增殖和遷移。在ccRCC 中，脂肪酸被延長酶或去飽和酶進一步修飾為更復雜的脂肪酸，促進腫瘤細胞增殖和侵襲。ccRCC 細胞通過提高關鍵酶的活性，如ATP 檸檬酸裂解酶（ATP citrate lyase，ACLY）、乙酰輔酶A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）、脂肪酸合酶（fatty acid synthase，F(xiàn)ASN）和硬脂酰輔酶A去飽和酶1（stearoyl-CoA desaturase 1，SCD1），形成脂肪酸代謝機制[18]。研究表明，肥胖與體重指數(shù)（body mass index，BMI）正常的腎細胞癌患者的免疫細胞浸潤程度無明顯差異，但肥胖患者腫瘤中免疫分子表達水平較低，且程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）表達水平也較低[19]。在脂肪酸β氧化過程中，脂肪酸與細胞質中的輔酶A 結合后被激活和降解，抑制脂肪酸β氧化可降低脂質代謝，脂肪酸通過依賴谷胱甘肽或谷胱甘肽過氧化物酶的方式防止氫過氧化物形成和鐵死亡[20]。Xu 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ASN 表達水平與腎癌細胞增殖、遷移、凋亡、脂滴形成均呈正相關，并調控ccRCC 微環(huán)境的代謝紊亂。此外，F(xiàn)ASNmRNA 表達升高與腹部肥胖顯著相關，這也是ccRCC 患者預后不良的重要預測因素。

4 其他代謝重編程與ccRCC

早中期腎癌以外科手術治療為主，晚期轉移性腎癌以內科治療為主。沉默調節(jié)蛋白3（sirtuin 3，SIRT3）是一種長壽蛋白，能夠調控人體衰老。過表達的SIRT3 可以降低葡萄糖攝取速率并增強線粒體的膜電位，過表達SIRT3 與抗腫瘤藥物（白藜蘆醇、依維莫司和Temsirolimus）聯(lián)合使用時，進一步提高了對ccRCC 細胞的致死效果，SIRT3 通過代謝重編程改善了ccRCC 患者線粒體的能量代謝功能，提高了其對抗腫瘤藥物的敏感性[22]。鐵氧化還原蛋白1（ferredoxin 1，F(xiàn)DX1）基因表達與免疫細胞浸潤呈負相關，包括活化的CD4+T 細胞、B 細胞、自然殺傷T 細胞、骨髓源性抑制細胞、調節(jié)性T 細胞和輔助性T 細胞2[23]。Xiong 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，醛氧化酶1（aldehyde oxidase 1，AOX1）基因在ccRCC 中是一種抑癌基因，與正常腎組織相比，AOX1 在ccRCC 組織中表達下調，AOX1 低表達預示ccRCC患者的總生存期更短。AOX1基因在ccRCC 中表達下調可能是AOX1DNA 缺失和高甲基化所致。Li 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，MCT1 在腎細胞癌中高表達，且初步揭示了MCT1 是腎細胞癌介導乙酸轉運的重要促進因子。谷氨酰胺代謝在ccRCC 免疫微環(huán)境形成中具有關鍵作用，吡咯啉-5-羧酸還原酶1（pyrroline-5-carboxylate reductase 1，PYCR1）基因由于具有免疫抑制作用可能成為治療ccRCC 的潛在靶點[26]。Ma 等[27]研究證實，formin 樣蛋白1（formin like 1，F(xiàn)MNL1）在ccRCC 組織中的表達水平高于鄰近正常腎組織，F(xiàn)MNL1 表達水平與腫瘤的臨床分期及遠處轉移情況顯著相關。Nguyen-Tran等[28]研究發(fā)現(xiàn)，抑瘤素M（oncostatin M，OSM）可介導VHL 缺失腎小管細胞與上皮細胞相互作用，激活的上皮細胞又可誘導巨噬細胞募集和極化。依賴OSM 的微環(huán)境也能夠促進外源性腫瘤的轉移。因此，OSM 信號通路通過VHL 缺失的腎小管細胞啟動炎癥性和致瘤性微環(huán)境的重建，這在ccRCC的發(fā)生和進展中發(fā)揮了關鍵作用。

5 小結與展望

綜上所述，在過去的幾年中，許多研究成果已經(jīng)評估了腫瘤標志物特定的分子特征、腫瘤微環(huán)境和臨床預后之間的相關性。隨著研究者對ccRCC 分子生物學理解的不斷加深及診斷、成像和治療工具的發(fā)展，相信未來能夠將這些進展進一步轉化為ccRCC 預防、早期檢測和治療方面的實質性改進。