糖酵解及其關(guān)鍵限速酶在肝細(xì)胞癌中的作用研究進(jìn)展

梁 婷，斯 韜，劉湘慧，覃正萍

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧 530200；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院腫瘤科，廣西 柳州 545001)

腫瘤有別于正常組織的特點(diǎn)之一即代謝重編程，其貫穿了腫瘤發(fā)生與發(fā)展的整個(gè)過(guò)程。近年來(lái)人們研究的腫瘤代謝過(guò)程主要集中在脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝及糖酵解。脂質(zhì)代謝在腫瘤代謝中發(fā)揮了維持氧化還原穩(wěn)態(tài)的作用，氨基酸所具有的氧化還原平衡、能量調(diào)節(jié)、生物合成支持和穩(wěn)態(tài)維持的功能使得氨基酸(谷氨酰胺、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸等支鏈氨基酸)在腫瘤發(fā)展過(guò)程中充當(dāng)燃料的角色。糖酵解則為腫瘤提供了能量來(lái)源。臨床已有研究證實(shí)糖酵解限速酶抑制劑可幫助減少肝細(xì)胞癌(Hepatocellular carcinoma，HCC)靶向藥物索拉菲尼耐藥性，或與二甲雙胍協(xié)同發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。分析糖酵解對(duì)HCC發(fā)生、發(fā)展過(guò)程的影響，探究限速酶的作用機(jī)制及途徑將有助于揭示HCC發(fā)病機(jī)制和潛在治療途徑，為肝癌患者爭(zhēng)取更高的生活質(zhì)量和預(yù)后。

1 糖酵解在HCC中的作用

1924年Otto Warburg發(fā)現(xiàn)了腫瘤可通過(guò)代謝重編程利用糖酵解加速獲取能量。人體正常細(xì)胞通過(guò)線粒體磷酸化產(chǎn)生能量，而腫瘤細(xì)胞傾向于通過(guò)糖酵解獲得能量，即在足夠氧氣的條件下也傾向于將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸鹽，即沃伯格效應(yīng)。其特征在于葡萄糖攝取和乳酸產(chǎn)生增強(qiáng)。盡管在有氧糖酵解過(guò)程中三磷酸腺苷(ATP)的產(chǎn)生效率較低，但在不同腫瘤中仍占ATP供應(yīng)量的50%～70%[1]。乳酸的產(chǎn)生也提供了酸性環(huán)境，以幫助腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[2]。

研究[3]證明了HCC中糖酵解的存在。糖酵解可影響HCC的凋亡[4]、轉(zhuǎn)移[5]、增殖[6]和預(yù)測(cè)肝癌患者的預(yù)后[7]。近年來(lái)，在腫瘤免疫療法當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)了糖酵解的身影，研究證實(shí)提高HCC周圍區(qū)域的糖酵解水平誘導(dǎo)了這些細(xì)胞上的程序性死亡配體1(PD-L1)表達(dá)，隨后減弱了腫瘤組織中的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞反應(yīng)[8]，促進(jìn)了患者腫瘤中嗜中性粒細(xì)胞的積累[9]，兩者都是通過(guò)腫瘤單核細(xì)胞中的果糖-2，6-二磷酸酶3(PFKFB3)作為作用靶點(diǎn)。糖酵解腫瘤微環(huán)境中的乳酸是腫瘤免疫療法的靶點(diǎn)[10]，腫瘤外泌體使得糖酵解代謝重編程增加PD-L1表達(dá)，其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)還可刺激活性氧升高而抑制線粒體氧化磷酸化，促進(jìn)丙酮酸向乳酸的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，乳酸向核因子κB(NF-κB)的反饋使得PD-L1進(jìn)一步表達(dá)增加[11]。

糖酵解第一步是通過(guò)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT)將葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞內(nèi)。GLUT1受胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體(IGF-1R)和絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(AKT)的調(diào)控[12]。GLUT2和GLUT3與HCC患者的預(yù)后相關(guān)[13]。GLUT4則和GLUT1共同作為p53的下游調(diào)控因子，調(diào)節(jié)糖酵解速率[14]。

2 關(guān)鍵限速酶在HCC中的作用

糖酵解有三個(gè)關(guān)鍵限速酶，包括己糖激酶(Hexokinase，HK)、磷酸果糖激酶(Phosphofructokinase，PFK)和丙酮酸激酶(Pyruvate kinase，PK)。HK催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸，并促進(jìn)ATP的產(chǎn)生和細(xì)胞凋亡的抑制。PFK可利用ATP催化果糖6-磷酸轉(zhuǎn)化為果糖1，6-二磷酸，處于糖酵解過(guò)程的中間位置。PK則在最后一步利用少量ATP將磷酸烯醇丙酮酸轉(zhuǎn)換為丙酮酸，同時(shí)產(chǎn)生大量能量供HCC細(xì)胞使用。

2.1 己糖激酶 HK是耗氧糖酵解中的第一個(gè)限速酶，可催化葡萄糖轉(zhuǎn)為葡萄糖-6-磷酸(G-6-P)[15]。HK有四種亞型，即HK1、HK2、HK3和HK4。其中，HK1、HK2和HK3是結(jié)構(gòu)相似的己糖激酶，對(duì)葡萄糖具有高親和力；只有HK4同工酶對(duì)葡萄糖的親和力較低，這與其葡萄糖感應(yīng)功能有關(guān)。HK1無(wú)處不在，在大多數(shù)組織中構(gòu)成主要的HK形式；HK2廣泛存在，但表達(dá)量低于HK1，是胰島素敏感區(qū)(如心臟、骨骼肌和脂肪組織)以及各種腫瘤中的主要同工酶；HK3和己糖激酶結(jié)構(gòu)域蛋白1抗體(HKDC1)的表達(dá)模式較為有限，并且特征較少[16]。HCC細(xì)胞中主要表達(dá)HK2，刪除HCC細(xì)胞中的HK2可抑制HCC細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖及侵襲[17-19]。HK2與HCC患者的預(yù)后同樣密切相關(guān)[20]。作為HK2上游靶標(biāo)的轉(zhuǎn)錄因子有缺氧誘導(dǎo)因子-α(HIF-α)、雷帕霉素(mTOR)、AKT1、腫瘤抑制因子p53、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)、激活鈣調(diào)素依賴蛋白激酶的激酶(CaMKKβ)[6]等。在治療HCC方面，二甲雙胍通過(guò)在體外以腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)依賴性方式靶向c-myc基因來(lái)抑制HK2的表達(dá)，降低HCC細(xì)胞的高能量代謝[21]。

2.2 磷酸果糖激酶 PFK是參與糖酵解的第二種限速酶，可催化果糖-6-磷酸(F-6-P)轉(zhuǎn)化為果糖-1，6-二磷酸(F-1，6-BP)。F-2，6-BP是PFK最有效的激活劑[22]。F-2，6-BP可受HIF-α調(diào)節(jié)[23]，其水平與PFKFB活性密切相關(guān)。PFKFB是一種雙功能酶，負(fù)責(zé)F-2，6-BP的合成與降解。PFKFB有四種同工酶，即PFKFB1、PFKFB2、PFKFB3和PFKFB4。PFKFB1尚未被發(fā)現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)。PFKFB2主要在心臟中表達(dá)，已證實(shí)受表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)[24]、AMPK、HIF、核糖體S6激酶(RSK)[25]調(diào)節(jié)。EGFR促進(jìn)AKT依賴性PFKFB2磷酸化、糖酵解、細(xì)胞增殖和腦腫瘤發(fā)生[25]，缺血或缺氧期間AMPK可誘導(dǎo)PFKFB2磷酸化，從而增加F-2，6-BP水平和刺激糖酵解。PFKFB3可在不同的惡性腫瘤當(dāng)中表達(dá)，HCC生長(zhǎng)也和PFKFB3有關(guān)：PFKFB3可減少葡萄糖消耗和阻礙DNA修復(fù)，誘導(dǎo)G2/M期停滯，影響HCC細(xì)胞生長(zhǎng)。HIF-1α、AKT調(diào)控PFKFB3，影響腫瘤代謝，AKT還可通過(guò)阻斷TP53誘導(dǎo)的糖酵解和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)因子(TIGAR)響應(yīng)PFKFB3。VEGF可誘導(dǎo)PFKFB3，促進(jìn)血管生成和內(nèi)皮遷移，從而增加腫瘤血管生成和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。PFKFB4首先從大鼠和人類睪丸克隆而來(lái)，缺氧條件下受HIF-α調(diào)節(jié)。PFKFB4與HCC患者的預(yù)后密切相關(guān)。

2.3 丙酮酸激酶 PK催化糖酵解的最后一步，產(chǎn)生ATP和丙酮酸。PK包含四種由PKL和PKM基因編碼的亞型，及PKL、PKR、PKM1和PKM2。這四種酶均有催化作用，在不同的組織及器官中表達(dá)水平不同。PKL和PKR主要分別在肝細(xì)胞和紅細(xì)胞中表達(dá)，而PKM1在正常細(xì)胞中表達(dá)，PKM2在HCC組織中高度表達(dá)，與患者病理分期和預(yù)后[26]、腫瘤大小與數(shù)量以及臨床分期[27]相關(guān)。PKM2以四聚體或二聚體兩種形式存在：前者具有高催化活性，以便高速產(chǎn)生ATP；后者催化活性低，可以易位到細(xì)胞核中作為幾種轉(zhuǎn)錄因子如HIF-1α、NF-κB和STAT3的共激活劑[28]。PKM2誘導(dǎo)PD-L1驅(qū)動(dòng)HCC發(fā)展，還可通過(guò)PKM2/mTOR軸影響HCC細(xì)胞的自噬。AKT、HIF-α、CaMKKβ[6]作為PKM2的上游靶標(biāo)，可通過(guò)調(diào)節(jié)PKM2影響HCC細(xì)胞的增殖和糖酵解。

3 結(jié) 語(yǔ)

腫瘤細(xì)胞為何會(huì)選擇產(chǎn)能較低下的糖酵解作為供能方式的原因尚未十分明確，但糖酵解及其關(guān)鍵限速酶在腫瘤發(fā)生與發(fā)展過(guò)程中的作用不可小覷。許多實(shí)驗(yàn)均表明糖酵解可影響HCC進(jìn)展。本文綜述了糖酵解的機(jī)制和影響糖酵解限速酶的上下游靶點(diǎn)，許多已證實(shí)與HCC細(xì)胞增殖、凋亡、侵襲相關(guān)的靶點(diǎn)和通路同樣在糖酵解過(guò)程中發(fā)揮著作用，如HIF-α可作用于糖酵解的三種關(guān)鍵限速酶，但實(shí)際影響力是否相同仍未知。臨床上針對(duì)三種限速酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑如2-DG(葡萄糖的類似物，可被HK2催化成2-脫氧-D-葡萄糖-6-磷酸)、3-溴丙酮酸、二氯乙酸酯(PDK小分子抑制劑)等已經(jīng)被證實(shí)可抑制糖酵解，但關(guān)于如何將糖酵解抑制劑轉(zhuǎn)換成臨床藥物還有待進(jìn)一步研究。鑒于糖酵解的抑制劑已展現(xiàn)出抗腫瘤效應(yīng)和藥物協(xié)同作用[29-30]，探究糖酵解過(guò)程如何影響HCC細(xì)胞的機(jī)制可為治療HCC開發(fā)新的治療靶點(diǎn)和新的治療方法。