基于糖酵解途徑的乳腺癌治療研究進展*

李陽 綜述 張瑾 審校

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基于糖酵解途徑的乳腺癌治療研究進展*

李陽 綜述 張瑾 審校

細胞所需的能量主要由葡萄糖的氧化供應，乳腺癌細胞的葡萄糖氧化途徑與正常的乳腺細胞有較大差異，這種差異集中表現在乳腺癌細胞糖酵解顯著增強，并以此作為供能的主要途徑，是乳腺癌向惡性進展的重要特征之一。造成癌細胞糖酵解效應增強的主要原因是細胞中糖酵解酶及糖酵解途徑調節因子活性的增強，通過對這些酶及調節因子的活性靶向抑制，可以抑制癌細胞糖酵解的進行，促使癌細胞死亡。本文主要綜述近些年以糖酵解途徑調節因子和關鍵酶為靶點的乳腺癌治療研究進展。

乳腺癌 糖酵解 糖酵解酶 治療 抑制劑

細胞所需的能量主要由葡萄糖的氧化供應，與大多數癌細胞相似，乳腺癌細胞的糖代謝較相應的正常細胞有很大的差異，其表現的主要特征是糖酵解顯著增強。乳腺癌細胞更加依賴糖酵解途徑產生的ATP供能，這為研發通過抑制糖酵解途徑來優先殺死乳腺癌細胞的藥物提供了生化基礎，也使得以糖酵解途徑中代謝酶為靶點開發抗腫瘤藥物成為一種可行策略。本文對抑制乳腺癌糖酵解途徑中關鍵酶及該途徑調節因子的靶向藥物進行綜述。

1 乳腺癌細胞的能量代謝研究

癌細胞主要依靠葡萄糖氧化供能，其糖代謝與正常組織來源的細胞有較大差異，即使在氧供充足的條件下，也主要通過糖酵解途徑獲得能量，這一現象被稱為“Warburg效應”［1］。糖酵解途徑是指細胞在細胞質中通過一系列酶催化將葡萄糖降解成丙酮酸的過程（圖1）［2］。細胞質中的葡萄糖首先通過己糖激酶（hexokinase，HK）磷酸化為葡萄糖-6-磷酸（glu?cose-6-phosphate，G-6-P），G-6-P又通過磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）、丙酮酸激酶（pyru?vate kinase，PK）等酶的作用轉化為丙酮酸。糖酵解途徑產生的丙酮酸可直接進入三羧酸循環途徑或者由乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）轉化為乳酸。在葡萄糖經糖酵解途徑生成乳酸的過程中，HK、PFK、PK和LDH等關鍵代謝酶與腫瘤有關，且受到致癌因子信號轉導通路中轉錄因子如乏氧誘導因子-1α（hypoxia induciblefactor-1α，HIF-1α）等的調控。

圖1 糖酵解途徑示意圖Figure 1 Illustration of glycolytic pathway

研究表明，乳腺癌細胞的細胞骨架重組及運動轉移所需的能量主要來自糖酵解而非氧化磷酸化［3］。生物化學和分子學研究表明活躍的糖酵解途徑參與乳腺癌細胞增殖的幾個可能代謝途徑：線粒體損傷和功能障礙，對缺氧微環境的適應，腫瘤信號轉導以及代謝酶的異常表達。此外應用免疫熒光技術在PET-CT下測量全身病灶糖酵解總量，還可以作為轉移性乳腺癌患者的一項獨立預后因素［4］。

2 乳腺癌糖酵解途徑靶點及其靶向治療

2.1 抑制HIF-1α

HIF是哺乳動物細胞內一類介導缺氧適應性反應的轉錄因子，在介導缺氧適應性反應和促進糖酵解的過程中起到重要作用。HIF-1α表達可降低線粒體的合成，致使細胞耗氧量減少；HIF-1α啟動的特殊轉錄程序可觸發癌細胞的糖酵解，使處于缺氧狀態下的癌細胞仍能不斷增殖、浸潤；HIF-1α還可直接抑制三羧酸循環和氧化磷酸化。HER-2/neu信號通路可上調HIF-1α，增強細胞糖酵解。

HIF-1α的上述作用為靶點治療乳腺癌提供了理論依據。PX-478抑制癌細胞HIF-1α的翻譯，也可降低HIF-1α的mRNA、蛋白水平的轉錄活性；PX-478在動物實驗中已取得較好的抗癌療效，該藥目前處于臨床Ⅰ期試驗階段［5］。另外，木蝴蝶素A還可以促進SIRT-3介導的HIF-1α去穩態，抑制糖酵解［6］。

2.2 抑制HK

HK是糖酵解途徑的第一個限速酶，與線粒體外膜結合，催化葡萄糖磷酸化生成G-6-P。選擇性抑制HK活性，可抑制G-6-P的產生，從而阻斷癌細胞的糖酵解。

2-脫氧葡萄糖（2-deoxyglucose，2-DG）是一種葡萄糖類似物，能夠競爭性抑制HK2活性。研究表明，2-DG可通過抑制乳腺微球體形成，抑制乳腺癌干細胞糖酵解［7］。2-DG聯合阿霉素可增高細胞內的活性氧水平，并可降低乳腺癌干細胞對阿霉素的化療耐藥性，并還可以提升曲妥單抗耐藥性乳腺癌細胞對曲妥單抗的敏感性，表明聯合用藥可能是一種有效的乳腺癌治療策略［8］。2-DG目前正處于臨床Ⅰ～Ⅱ期試驗階段，其耐受性較佳且毒性較小。

3-溴丙酮酸（3-BrPA）是一種乳糖類似物，能夠將HK2中巰基烷基化而直接抑制HK2活性，阻止ATP產生，誘導癌細胞大量凋亡［9］。3-BrPA在高濃度下有較高的糖酵解抑制作用，雖然3-BrPA不是一個高選擇性的HK2抑制劑，但可單獨使用。動物實驗表明其單獨使用即可對乳腺癌細胞生長發揮抑制作用，聯合阿霉素可進一步增強其誘導乳腺癌細胞的凋亡作用，3-BrPA是一種處于臨床開發中有潛力的抗癌藥物［10］。

氯尼達明是一種選擇性HK2抑制劑。在體外環境中，氯尼達明可抑制HK2與線粒體結合，從而抑制糖酵解，導致癌細胞死亡。該藥目前已進入臨床前研究階段，氯尼達明單獨使用時抑瘤效果不明顯。但研究顯示，在人乳腺癌MCF-7細胞系中，氯尼達明可提高順鉑、4-氫過氧化環磷酰胺、馬法蘭以及卡莫司汀等烷基化藥物的細胞毒性［11］，聯合表柔比星使用可緩解乳腺癌對表柔比星的耐藥性。說明氯尼達明可提高其他抗腫瘤藥物的活性，與其他藥物聯合治療乳腺癌。

2.3 抑制PFK

PFK1是糖酵解途徑3個限速酶中最重要的1個。研究表明PFK-L亞型為PFK的活性亞型，PFK的濃度可以影響其寡聚化反應，低濃度時PFK多以二聚體形式存在，活性低、穩定性差；高濃度時則以四聚體形式存在，活性高、穩定性好，此時藥物對其抑制作用減弱［12］。

白藜蘆醇是植物中提取的一種多元酚，目前已廣泛用于食品、保健品、醫藥等領域，其為一種PFK抑制劑，可抑制PFK1活性，促進該酶從四聚體形式解離為二聚體形式，并降低乳腺癌細胞的生存能力，減少細胞的耗糖量以及降低細胞內ATP水平。

克霉唑是一種廣譜抗真菌藥，作為一種可逆性PKF1抑制劑，可降低ATP和催化底物6-磷酸果糖在該酶分解位點的親和力，提高ATP在該酶抑制位點的親和力，抑制細胞糖酵解。另外，克霉唑還可使PFK1與肌動蛋白絲解離，從而抑制人乳腺癌組織細胞的糖酵解，并且不對正常組織產生影響［13］。研究表明，乳腺癌細胞系的侵襲性越強，克霉唑的有效率越高［14］。

2.4 抑制PK

PK是糖酵解途徑的最后1個關鍵酶。所有癌細胞均表達PKM2亞型。同PFK相似，PKM2也分為高活性的四聚體形式和低活性的二聚體形式［15］。癌細胞中PKM2主要以二聚體形式存在。

PK是糖酵解途徑中另外一個有可能成為靶點的具有亞型選擇性的糖酵解酶。研究發現，將針對PKM2的小干擾RNA聯合阿霉素用于三陰性乳腺癌時，阿霉素的治療效果明顯增強［16］。一些多肽配體能夠選擇性抑制PKM2，并促使其轉化成低活性PK，從而導致能量應激和培養的癌細胞死亡［17］。TT-232是一種生長激素抑制劑類似物，可靶向抑制PKM2，有較好的抑瘤效果。

2.5 抑制LDH

LDH能催化丙酮酸轉化成乳酸。LDH分為A、B、C亞型，LDHA亞型在很多癌細胞中均有表達，但LDHA基因缺乏者在正常情況下卻基本無任何癥狀。提示LDHA有可能成為腫瘤治療中一個有效靶點。研究表明，HER-2陽性乳腺癌患者的糖酵解效應增強，部分原因是HER-2通過熱休克因子1（HSF1）使LDHA表達上調［18］。抑制LDHA有望成為改善乳腺癌患者曲妥珠單抗抵抗的方法之一。

蓋洛黃素是一種新型LDH抑制劑，可介導非侵襲性乳腺癌細胞的凋亡及侵襲性乳腺癌細胞的壞死。其半數抑制濃度（half maximal inhibitory concen?tration，IC50）平均為125 μM，遠高于常用化療藥物的有效劑量［19］。目前，鑒于能夠作用于LDH的藥物相對匱乏，蓋洛黃素仍是一個具有潛力的藥物。

LDHA活化區域高度極化、不易觸及，因此目前以LDHA為靶點，通過抑制其活性治療乳腺癌仍處于理論階段。另外有研究表明，在糖酵解的逆向反應中，正常組織中LDH對底物的親和力高于癌組織中LDH，從酶的動力學角度提示，提高LDH的親和力、促進乳酸轉化為丙酮酸，可抑制依賴乳酸的癌細胞增殖、傳代［20］。

3 結語

乳腺癌細胞中糖酵解酶的活性受腫瘤微環境的影響而產生變化，僅抑制該過程中某一個靶點可能不足以抑制腫瘤增殖，甚至可能引起癌細胞耐藥，因此，以多個糖酵解酶為靶點的聯合治療策略值得關注。細胞的能量供應減少至一定水平才能誘發細胞凋亡及壞死。由于乳腺癌細胞中因線粒體仍然存在，糖酵解途徑受抑后，細胞仍可通過氧化磷酸化途徑產生ATP［21］，這一代償途徑將會削弱糖酵解抑制劑對乳腺癌的治療效果。將多種機制不同的抑制ATP產生的藥物聯合使用可能成為治療乳腺癌的新途徑。一些正常組織如腦、視網膜、睪丸等均以糖酵解途徑為主要的能量來源，應用糖酵解抑制劑治療乳腺癌有可能對這些正常組織產生影響，因此研發更加特異、穩定、高效、安全的藥物成為靶向糖酵解途徑治療乳腺癌的重要研究方向。聯合抑制糖酵解、戊糖循環及硫氧還原蛋白可增強細胞對氧應激的敏感性，導致乳腺癌細胞死亡率增加［22］，且部分糖酵解途徑抑制劑可降低癌細胞的化療耐藥、放療抵抗。因此，以糖酵解酶為靶點的抑制劑聯合放、化療有望成為乳腺癌治療的新方向。

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（2015-06-24收稿）

（2015-08-18修回）

Research progress in breast cancer treatment based on glycolytic pathway

Yang LI,Jin ZHANG

The Third Department of Breast Cancer,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital;National Clinical Research Center for Cancer,Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy;Tianjin Key Laboratory of Breast Cancer Prevention and Therapy,Ministry of Education,Tianjin 300060,China.
This work was supported by the National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China(No.2015BAI12B15)and the Tianjin Municipal Key Project of Scientific Planning(No.12ZCDZSY15700).

Breast cancer cells are largely different in terms of energy metabolism,which refers to energy transformation from mitochondrial oxidative phosphorylation to glycolysis.However,energy supply of breast cancer cells is practically the same as that of normal breast cells.The metabolic pathway is used to generate ATP as a main source of energy supply.This phenomenon is one of the most fundamental metabolic alterations during malignant transformation.This phenomenon mainly contributes to the over-activity of the key enzymes and some regulatory factors involved in the process,the targeting treatment of which provides a potential way to inhibit glycolysis and leads to cell death consequently.This review mainly summarizes the reported modulators and the key enzymes of glycolysis in breast cancer treatment over the past few years.

breast cancer,glycolysis,glycolytic enzymes,treatment,inhibitor

10.3969/j.issn.1000-8179.2015.21.674

天津醫科大學腫瘤醫院乳腺腫瘤三科，國家腫瘤臨床醫學研究中心，天津市腫瘤防治重點實驗室，乳腺癌防治教育部重點實驗室（天津市300060）

*本文課題受天津市科技計劃項目（編號：12ZCDZSY15700）資助

張瑾 zhangjin@tjmuch.com

李陽 專業方向為乳腺腫瘤外科。

E-mail：xiaoliyang_1991@163.com