TP53 誘導的糖酵解與凋亡調控因子在惡性腫瘤中的研究進展

馮振興，田鐵栓

（天津市胸科醫院/天津市心血管病研究所，天津 300222）

腫瘤細胞代謝是維持細胞生長和存活的必須的、可調控的過程，腫瘤細胞利用其特有的有氧糖酵解（“Warburg 效應”）維持細胞生存，其中代謝酶突變和表達水平異常導致的腫瘤微環境改變在腫瘤發生發展和診斷治療中發揮非常重要的作用[1，2]。目前，已有多項研究表明TP53 誘導的糖酵解及凋亡調控因子（TP53-induced glycolysis and apoptosis regulator，TIGAR）與腦膠質瘤、鼻咽癌、乳腺癌、肺癌、食管癌、胃癌、結腸癌、肝癌及胰腺癌等多種實體腫瘤和血液系統惡性腫瘤的發生發展和臨床預后關系密切，并有望成為新的預測腫瘤預后的分子標志物和潛在的治療靶點[3，4]。本文重點闡述TIGAR 與腫瘤發生發展和放化療敏感性等生物學行為的關系及其調控機制，為后續開展TIGAR 與腫瘤相關臨床和基礎研究提供參考。

1 TIGAR 的功能與調控

TIGAR（曾用名C12orf5 和FR2BP）最初是通過輻射誘導p53 基因活化后的基因表達譜芯片分析被發現的。人類TIGAR 基因位于染色體12P13-3 上，全長約38,835 bp，包含6 個編碼外顯子和兩個p53結合位點[5]。TIGAR 蛋白屬于組氨酸磷酸酶超家族的一名成員，在脊椎動物物種中保持高度保守性[6]。TIGAR 蛋白結構與6-磷酸果糖激酶-2/2,6-二磷酸果糖激酶（PFK-2/FBPase-2）中的2,6-二磷酸果糖激酶的結構序列高度類似，可水解細胞內2,6-二磷酸果糖[5]。TIGAR 將細胞內2,6-二磷酸果糖水解為6-磷酸果糖，降低磷酸果糖激酶-1（PFK-1）活性，進而抑制細胞糖酵解通路，同時6-磷酸果糖進入磷酸戊糖途徑促進NADPH 和5-磷酸核糖核酸的合成，從而發揮抗氧化作用減少活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）誘導的細胞凋亡，產生對生物合成、DNA 修復和細胞增殖至關重要的核苷酸前體[5，7]。

雖然TIGAR 的命名與p53 有關，但其調控機制尚未明確，腫瘤細胞中TIGAR 表達不完全依賴p53的調控。在正常細胞中，p53 快速激活TIGAR 轉錄以應對低水平的細胞應激；在腫瘤細胞中，TIGAR 的表達受p53 依賴和p53 不依賴兩種機制的調控[8]。Qian S 等[9]研究發現在人白血病細胞中TIGAR 的表達及其抗凋亡作用與外源性p53 過表達無關。TIGAR 在小鼠腸腺瘤和腸道損傷模型細胞中抗氧化劑可引起TIGAR 表達下降，說明TIGAR 表達可受細胞代謝和氧化應激水平的調節[10]。另外，有臨床研究發現乳腺癌及胃癌中TIGAR 表達與p53 的表達呈負相關[11]。

文獻報道了其他可調節TIGAR 的分子、藥物和通路機制。轉錄因子SP1 和CREB 在調節肝癌細胞TIGAR 的基礎表達中發揮作用[12]；非編碼RNA 如miRNA-144、miRNA-101 和miRNA-885-5p 可以抑制TIGAR 的表達[13-15]；缺氧因子HIF-1 可誘導TIGAR表達[16]；MUC1-C 亞基抑制劑GO-203 通過抑制AKTS6K1-elF4A 通路阻斷結直腸癌的TIGAR 翻譯[17]；Silvestrol 作為一種elF4A RNA 解旋酶活性的抑制劑，也能抑制TIGAR 蛋白的表達[18]；另外，人T 細胞白血病病毒1 型p30Ⅱ蛋白在病毒致癌過程中激活p53誘導TIGAR 以抑制癌基因誘導的氧化應激[19]。

總之，TIGAR 的表達受p53 依賴和p53 不依賴兩種機制的調節，其主要通過調控細胞糖酵解和磷酸戊糖途徑改變腫瘤代謝微環境，增加NADPH 和5-磷酸核糖核酸的合成，從而發揮抗氧化和促進DNA 修復和細胞增殖的作用。

2 TIGAR 促進腫瘤的發生發展

2.1 TIGAR 對腫瘤細胞的影響及作用機制 抗氧化防御途徑的激活對腫瘤的發生發展至關重要，癌基因激活、腫瘤細胞的無限增殖和異常代謝等致癌事件都可導致ROS 升高，過量的ROS 如果不能及時清除會產生細胞毒性，正常細胞的氧化應激負荷比腫瘤細胞低，腫瘤細胞比正常細胞更依賴抗氧化作用，因此很多腫瘤細胞會誘導抗氧化蛋白（如NRF2[20]）的表達以免受氧化損傷[21，22]。作為ROS 限制性蛋白，TIGAR 在腫瘤細胞中呈高表達，TIGAR 主要通過調節磷酸戊糖途徑產生NADPH 起到抗氧化作用，減少腫瘤細胞氧化損傷誘導的凋亡，促進腫瘤細胞增殖和轉移。

2013 年Cheung EC 教授及其團隊再次報道了關于TIGAR 與腫瘤關系的重要發現[23]：TIGAR 不是小鼠細胞正常生長發育所必需的，但在腸道再生中發揮重要作用；通過建立小鼠腸腺瘤模型發現TIGAR 敲除的小鼠腫瘤生長較慢，生存率高，增加ROS 清除劑和核苷后可恢復TIGAR 缺陷的細胞的生存活力；在缺氧條件下，磷酸戊糖途徑在氧化還原穩態中具有特別重要的作用，與野生型相比，TIGAR敲除的腫瘤細胞對缺氧更敏感；該研究認為TIGAR通過調節代謝和ROS 對細胞的再生和腫瘤的發生發展起到關鍵作用，抑制TIGAR 可能作為抗腫瘤治療的靶點。在淋巴瘤模型中也得到了類似的結論[24]。2016 年，該團隊深入研究了TIGAR 和ROS 在調控腫瘤發生和發展中的復雜作用：TIGAR 限制破壞性ROS，而Ras 相關的C3 肉毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，RAC1）促進增殖性ROS。盡管對ROS 水平調節作用相反，但TIGAR 和RAC1 的缺失協同抑制了腫瘤細胞的增殖，這也體現了TIGAR 限制ROS 在調控腫瘤細胞增殖中的重要作用[10]。2020 年，該團隊最新研究發現[25]TIGAR 通過動態調控ROS 可影響胰腺導管腺癌的發生發展，TIGAR 通過調節ROS 一方面可促進腫瘤的發生，另外一方面卻限制腫瘤的轉移。在KRAS 突變驅動的胰腺導管腺癌小鼠模型中，敲除TIGAR 可抑制胰腺上皮內瘤變的發生，卻促進腫瘤細胞的轉移。TIGAR缺失可通過增加ROS 水平促進胰腺導管腺癌上皮-間質轉化，促進胰腺導管腺癌的侵襲和轉移，該作用依賴于MAPK-ERK 通路信號的激活，并可通過使用抗氧化劑恢復。TIGAR 在胰腺導管癌發生發展過程中是動態變化的，TIGAR 在癌前病變中呈高表達，而在轉移瘤中呈低表達。該研究提示TIGAR 調控的ROS 降低在原發性惡性腫瘤和遠處轉移的建立中發揮作用，而ROS 增加在轉移擴散過程中發揮作用，該結論也有助于解釋抗氧化治療的促癌和抗癌作用的相互矛盾的現象[21]。

TIGAR 促進腫瘤生長除了與抗ROS 作用有關外，還可能存在其他通路機制。Tang Z 等[26]研究發現TIGAR 通過抗氧化和活化AKT 促進膠質母細胞瘤細胞的遷移、侵襲和上皮-間質轉化，而用NADPH處理后可恢復TIGAR 的促癌作用，免疫共沉淀實驗表明TIGAR 可與AKT 結合并促進AKT 的激活。體內、體外實驗研究表明TIGAR 促進腫瘤細胞的侵襲和轉移與Met 和NF-κB 信號通路有關[27-29]。另外，TIGAR 不僅調控腫瘤細胞的代謝，還參與調節腫瘤基質細胞的代謝。Ko Y 等[30]研究發現TIGAR 通過調節成纖維細胞的糖酵解誘導乳腺癌細胞增殖、侵襲和抑制細胞凋亡。劉賽等[31]研究發現乳腺癌微環境中的成纖維細胞可通過上調乳腺癌細胞TIGAR的表達抑制細胞凋亡。此外，有研究報道TIGAR 通過CDK5 增加ATM 磷酸化促進DNA 損傷修復以提高癌細胞的存活率[32]。

2.2 TIGAR 與腫瘤患者臨床預后相關 TIGAR 在原發性結腸癌及其轉移瘤、浸潤性乳腺癌、肺癌、鼻咽癌、胃癌、腎細胞癌、前列腺癌等多種實體腫瘤中呈高表達，TIGAR 高表達的惡性腫瘤侵襲性強，患者預后較差[4，33，34]。Wei M 等[35]研究采用免疫組化技術檢測182 例鼻咽癌組織中TIGAR 和自噬蛋白LC-3B（LC-3Ⅱ）的表達，發現TIGAR 與LC-3B 表達呈顯著相關，生存分析顯示，與TIGAR 陽性或LC3B陰性表達相比，TIGAR 陰性或LC-3B 陽性表達與整體生存率、局部區域無進展生存率、遠處無進展生存率、無進展生存率均有顯著提高。同樣的，在肺癌中，免疫組化和生存分析發現TIGAR 和Met 蛋白表達與肺癌分期晚、淋巴結轉移、遠處轉移和復發呈正相關，TIGAR 與Met 聯合高表達的NSCLC 患者生存率明顯較差[27]。在膠質母細胞瘤中TIGAR 上調與生存率低呈正相關[26]。TIGAR 在胃癌組織中表達上調，TIGAR 高表達患者預后明顯差于低表達患者[36]。在腎透明細胞癌中，TIGAR 表達與SUVmax顯著正相關，TIGAR 高表達和高SUVmax值的患者生存期較短，TIGAR 表達與18F-FDG PET/CT 聯合應用為評價腎透明細胞癌患者的腫瘤糖代謝狀況及預后提供重要參考[33]。此外，在食管鱗癌術后患者中，TIGAR過表達與病理分期晚、遠處轉移和預后差密切相關[4]。與以上結論不同，Lin L 等[37]研究報道血漿中TIGAR 濃度越高，結直腸癌轉移風險越低。

TIGAR 的高表達在多種血液系統惡性腫瘤中也具有普遍性[38]。TIGAR 可通過抑制糖酵解抗氧化等機制參與調節急、慢性髓細胞性白血病，淋巴系統腫瘤的發生發展[19]。TIGAR 高表達的急、慢性淋巴細胞白血病侵襲性強，患者預后較差，同時，TIGAR 也是細胞遺傳學正常的急性髓細胞性白血病預后不良的獨立影響因素[9，39]。

總之，臨床和基礎研究均表明TIGAR 可促進腫瘤的發生發展，TIGAR 高表達與多種實體腫瘤及血液系統惡性腫瘤預后不良相關，其機制與TIGAR 限制ROS 減少腫瘤細胞氧化損傷、MAPK-ERK、AKT、Met 和NF-κB 等信號通路有關。

3 TIGAR 與腫瘤治療

3.1 TIGAR 促進腫瘤細胞的化療耐藥 許多常用的化療藥物以及放射治療都是通過產生大量的ROS殺傷腫瘤細胞的。研究表明抑制TIGAR 主要通過調控細胞代謝過程產生的ROS 及其誘導的細胞凋亡、自噬等多種通路機制發揮抗腫瘤作用，并影響藥物治療的敏感性。TIGAR 通過增加磷酸戊糖途徑和Cdk5-ATM 信號通路調節DNA 損傷修復從而增加HepG2 細胞對表柔比星的耐藥[32]。miR-101 靶向抑制前列腺癌細胞中TIGAR 的表達，通過降低NADPH 水平，抑制腫瘤細胞生存，誘導細胞凋亡，增強順鉑誘導的DNA 損傷[40]。Chu J 等[4]的臨床及基礎研究表明TIGAR 不僅可以通過抑制糖酵解的抗氧化作用影響食管癌鱗細胞對順鉑和5-FU 治療的敏感性，TIGAR 還可通過AMPK 激活谷氨酰胺通路促進化療抵抗。該研究發現TIGAR 是食管鱗癌患者進展和化療耐藥的主要因素，谷氨酰胺酶抑制劑（CB-839）聯合化療處理TIGAR 過表達的食管癌細胞系異種移植瘤和患者源性腫瘤異種移植瘤的療效明顯優于單純化療。有研究報道TIGAR 基因敲除抑制了人白血病細胞的增殖，體外和體內實驗表明TIGAR 基因敲除增加了白血病細胞對糖酵解抑制劑2-DG 的敏感性[9]。另外，TIGAR 通過抗氧化作用促進膠質瘤細胞生長和轉移，TIGAR 敲除可增加U-87MG 細胞對替莫唑胺的敏感性[26]。

自噬與腫瘤關系密切，有研究認為上調自噬水平（至少不是抑制自噬）可以起到抗腫瘤治療增敏的作用[41]。抑制TIGAR 表達可通過增加ROS 水平誘導腫瘤細胞的自噬，然而，自噬在TIGAR 降表達誘導的抗腫瘤及藥物增敏中的作用尚未明確。國內學者的研究表明，中藥提取物藻毒素內酯（Physapubenolide）可通過抑制TIGAR 導致乳腺癌細胞死亡，從而增加藥物的抗腫瘤療效，其機制與抑制TIGAR 增加ROS 水平從而上調自噬引起腫瘤細胞死亡有關[42]。另外，研究表明下調TIGAR 通過增加細胞內ROS水平來促進腫瘤細胞凋亡和自噬上調以提高七葉皂苷（Aescin）和薯蕷皂苷（Dioscin）等中藥的抗腫瘤作用[43，44]。Chen S 等[45]通過miRNA-144 轉染肺癌細胞系A549 和H460 發現miRNA-144 可抑制TIGAR的表達，從而上調自噬抑制腫瘤細胞增殖。

與以上研究結論不同，Xie JM 等[46]關于TIGAR調節凋亡與自噬對肺癌細胞系A549 和肝癌細胞系HepG2 化療敏感性影響的研究發現，抑制TIGAR 可通過增加ROS 水平促進腫瘤細胞凋亡和自噬，加入還原劑NADPH 和乙酰半胱氨酸（N-acetyl cysteine）后可降低ROS 水平抑制細胞凋亡和自噬活性。體內外實驗結果均表明抑制TIGAR 表達后增加了表柔比星的治療敏感性，分析原因是抑制TIGAR 增加了ROS 誘導的凋亡從而起到化療增敏。TIGAR 沉默導致表柔比星誘導的mTOR 通路失活，提示TIGAR 可抑制自噬。但基因或藥物抑制自噬后反而增加了表柔比星誘導的TIGAR 敲低細胞的凋亡，該研究結果表明上調自噬降低了表柔比星化療敏感性。與Xie JM 等[46]的研究結果類似，Kumar B 等[47]的研究表明通過抑制TIGAR 上調自噬沒有起到藥物增敏作用。

3.2 抑制TIGAR 增加放療敏感性 放療可誘導腦膠質瘤細胞TIGAR 水平升高，抑制TIGAR 可增加腦膠質瘤的放療敏感性。NADPH 依賴的氧還蛋白還原酶1（TrxR1）和還原的硫氧還蛋白-1（Trx1）在細胞氧化還原和腫瘤放射抵抗中發揮關鍵作用，TIGAR 敲低可以通過抑制放療誘導的Trx1 核轉運，提高TrxR1 過表達膠質瘤的放療敏感性[48]。ATMNF-κB 軸驅動的TIGAR 在TNFα 存在下可調節膠質瘤細胞對放射治療的敏感性[49]。更進一步的，Maurer G 等[16]通過shRNA 建立TIGAR 穩定降表達的膠質瘤細胞系，并給與缺氧、放療和替莫唑胺處理，結果發現TIGAR 降表達增強了缺氧條件下ROS水平和細胞死亡，以及替莫唑胺和放療敏感性，其作用機制與TIGAR 調節細胞代謝和腫瘤微環境的改變有關。

3.3 TIGAR 影響靶向治療和內分泌治療的敏感性目前TIGAR 與靶向治療相關的研究報道較少。研究發現[50]，在鼻咽癌中核苷類似物抗腫瘤藥Ecyd 通過降低TIGAR-NADPH 通路，增加c-Met 的酪氨酸抑制劑的抗腫瘤效果。Fang P 等[51]通過CRISPR/Cas9基因編輯技術篩選出TIGAR 作為調控PARP 抑制劑奧拉帕尼（Olaparib）的敏感性的靶點。TIGAR 基因敲除通過下調BRCA1 和Fanconi 貧血通路增強卵巢癌細胞對奧拉帕尼的敏感性，并通過影響代謝途徑和增強奧拉帕尼的細胞毒性作用促進細胞的衰老。另外，Fiorillo M 等[52]研究表明ER-α 突變Y537S通過選擇性激活TIGAR 過表達調控線粒體代謝、糖酵解及Rho-GDI/PTEN 信號，導致乳腺癌他莫昔芬內分泌治療的耐藥。以上研究為TIGAR 在腫瘤靶向治療和內分泌治療中的研究提供了新思路。

總之，TIGAR 作為抗腫瘤和治療增敏的可能靶點主要有以下依據：①TIGAR 通過抗氧化作用和增加核苷酸合成促進腫瘤生長；②抑制TIGAR 可誘導腫瘤細胞凋亡；③抑制TIGAR 通過調節自噬、DAN損傷修復等機制通路增加化療、放療、靶向治療和內分泌治療的敏感性。

4 總結

越來越多的證據表明TIGAR 是腫瘤發生發展及化療、放療、靶向治療和內分泌治療敏感性的重要調節因子，因此，TIGAR 有望成為抗腫瘤治療的潛在靶點。未來除了TIGAR 在抑制糖酵解、抗氧化和提供核酸合成的中間產物方面的作用外，TIGAR 在細胞器中的分布、運輸功能和機制、TIGAR 表達的調控機制、與TIGAR 相互作用的蛋白、正常細胞和癌細胞之間的轉錄后修飾等作用及機制仍需要進一步研究。TIGAR 在腫瘤發生、發展和治療抗拒中的復雜作用及其機制有待進一步研究闡明，以便為TIGAR 的藥物開發提供研究基礎。