基于代謝重編程探討從痰論治腫瘤細胞上皮間質轉化

徐晶鈺，張璇，張慈安，趙河通，梁嘉昱，裴蓓，魏品康

(1.海軍軍醫大學長征醫院，上海 200003；2.海軍第905醫院，上海 200052)

惡性腫瘤原發灶對周邊組織的侵襲和遠處臟器的轉移是患者生存質量嚴重下降和短期內死亡的主要原因，如何有效干預惡性腫瘤的侵襲轉移成為了世界醫學的難題。盡管中醫學基本概念中并無“腫瘤”的定義，但結合文獻概述和患者臨床表現，該病可歸屬于“癥瘕”“積聚”“腫瘍”“巖”等范疇，與中醫“痰”的概念關系密切。中醫基礎理論提出痰不僅是體內津液代謝失常的病理產物，同時也是致病因素，二者常同時發生、互為因果、相互影響。古代文獻中就有“百病責于痰”“怪病多為痰作祟”的觀點。“痰”具有易聚、易行的特點，這與腫瘤的復發、侵襲、轉移的特性具有相似性。我科根據多年來臨床經驗和實驗研究，已證實從痰論治腫瘤的合理性和可行性[1]。近年來文獻綜述表明上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是腫瘤侵襲轉移的前提，代謝重編程(metabolic reprogramming)為腫瘤侵襲轉移提供能量和物質基礎，二者之間有著緊密聯系[2]。本文從腫瘤發生發展的痰本質入手，結合現代基礎研究，探討代謝重編程在腫瘤細胞上皮間質轉化中的意義，旨在為從痰論治惡性腫瘤提供研究新思路。

1 糖代謝重編程與腫瘤細胞上皮間質轉化關系密切

1.1 糖代謝重編程為腫瘤侵襲轉移提供能量和物質基礎

能量代謝重編程作為腫瘤的十大基本特征之一[3]，在腫瘤發生發展中扮演了重要角色。腫瘤細胞利用代謝重編程不僅可以獲得必需能量，而且能有效合成生物大分子，繼而加速增殖、抑制凋亡及促進侵襲遷移。腫瘤細胞發生代謝重編程的影響因素眾多，常見的如腫瘤微環境改變(缺氧、饑餓等)及細胞內基因突變等。研究表明在多種能量代謝途徑中，葡萄糖代謝最重要，該途徑主要包括線粒體氧化磷酸化(oxidative phosphorylation，OXPHOS)及糖酵解(glycolysis)[4]。常氧下細胞攝取胞外的葡萄糖進入線粒體后進行OXPHOS產生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)，1 mol葡萄糖最終代謝將產生ATP 36 mol。但現有研究表明大多數腫瘤細胞獲得ATP的方式與正常細胞存在差異。常氧狀態下，腫瘤細胞不會選擇能量產生效率更高的OXPHOS途徑，反而會利用糖酵解進行能量代謝，這一現象首先被Otto Warburg發現，進一步實驗后，學術界達成共識，稱為“Warburg 效應(Warburg effect)”[5]。隨著對Warburg effect研究的深入，發現腫瘤細胞糖酵解過程中的許多關鍵限速酶如己糖激酶(hexokinase，HK)、磷酸果糖激酶(phosphofructokinase， PFK)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)等活性和葡萄糖轉運蛋白 (glucose transporters， GLUTs)表達升高明顯[6]。盡管Warburg effect的產能效率低下，但處于加速生長狀態下的腫瘤細胞進行糖酵解的速率是正常細胞的200倍。從分解葡萄糖開始，糖酵解由于不進行三羧酸循環，不僅縮短了產生 ATP的路徑，而且能夠得到大量中末期的代謝產物(乳酸等)以及有利于腫瘤細胞增殖、侵襲遷移的蛋白質、核酸、脂質、生物大分子等[7]。越來越多的研究證實腫瘤糖酵解途徑是腫瘤治療的潛在靶點，多項針對該途徑的檢測技術如PET-CT、同位素示蹤檢測、代謝流等已被廣泛應用于腫瘤臨床診療中。

1.2 上皮間質轉化是腫瘤侵襲轉移的前提

上皮間質轉化是指上皮細胞在特定因素影響下轉化為具有間質表型細胞的生物學過程[8]。它是哺乳動物在胚胎發育過程中存在的一種正常的生理現象，與組織器官的形成、損傷修復和纖維化密切相關，對于維系機體平衡起到重要作用。隨著研究的深入，越來越多實驗發現EMT是腫瘤發生發展過程中的關鍵環節，是腫瘤侵襲轉移的前提，受多種因素影響[9]。研究表明EMT是90%以上的上皮性惡性腫瘤浸潤轉移的重要途徑[10]。腫瘤細胞發生EMT的進程中，上皮細胞與細胞、細胞與間質間的結構連接發生改變，相互之間作用異常，導致細胞的上皮特性逐漸消失，間質特性逐漸增強。EMT的細胞形態(由排列緊密的鵝卵石樣向松散的紡錘體樣轉化)、生物學行為(黏附能力減弱、侵襲遷移能力增強、降解細胞外基質能力提高)、上皮細胞標記物(E-cadherin、β-catenin等表達下調)、間質細胞標記物(Vimentin、N-cadherin、Fibronec-tin及slug等表達上調)等多方面出現改變，進而侵襲周圍正常組織并向遠處器官轉移[11-12]。在乳腺癌、胃癌、腸癌等多項研究中發現，干預EMT相關信號傳導通路或者促使EMT相關因子活化，均可加速腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移[13-15]。

1.3 糖代謝重編程促進腫瘤細胞上皮間質轉化

研究證實腫瘤細胞的代謝重編程與 EMT關系密切[16]。在常見的糖酵解代謝重編程中，由于相關調節酶的改變，可以反饋性地加速EMT進程，進而增強腫瘤細胞的侵襲遷移[17]。糖酵解過程中的第一個關鍵酶是己糖激酶2 (HK2)。葡萄糖被細胞攝取后經由HK催化磷酸化從而啟動細胞糖酵解。腫瘤細胞中HK2表達明顯升高，可提供足量ATP并促進糖酵解。抑制HK2可阻止乳腺癌細胞發生EMT[18]。而6-磷酸果糖被催化成為1,6-二磷酸果糖主要靠PFK完成。目前已經明確的PFK 最強變構激活劑是2,6-二磷酸果糖激酶(phosphofructoki- nase-2/fructose-2,6-bisphosphatase， PFKFB)。它的亞型PFKFB3通過活化磷酸果糖激酶-1(PFK-1)合成2,6-二磷酸果糖，進一步促進腫瘤糖酵解，加速腫瘤細胞增殖，在多種腫瘤呈現高表達[19]。除此以外，PKM作為糖酵解關鍵調節酶負責催化并生成丙酮酸，目前已知其具有4種亞型。其中PKM2在肺癌、肝癌、膠質瘤、腎癌等多種惡性腫瘤中表達提高，并且與腫瘤臨床分期、預后等關系密切[20]。實驗研究也發現其與腫瘤細胞EMT密切相關。PKM2被轉運至核內與TGIF2相互作用，進而乙酰化組蛋白H3K9，干預E-cadherin表達，影響EMT[21]。

除了糖酵解相關酶對腫瘤細胞EMT的影響，腫瘤細胞糖酵解過程中的產物還可成為原料為發生EMT的腫瘤細胞提供充足的能源物質，有利于間質轉化的細胞進一步發生侵襲轉移。在諸多代謝產物中，最重要的是乳酸。相關研究證實乳酸可通過激活糖酵解相關酶活性，上調葡萄糖轉運體蛋白 ( GLUT1、GLUT3等)的表達來加速腫瘤的糖酵解進程從而抑制OXPHOS[22-23]；乳酸還可導致腫瘤細胞所處的局部微環境氧氣供給不足和酸堿失衡(pH值降低)，這將進一步提高缺氧誘導因子 (hypoxia inducible factor，HIF-1)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等細胞因子的表達，從而對EMT發生起到誘導作用并促進腫瘤侵襲轉移[24-25]；除此以外，乳酸可直接對細胞外基質進行重塑并誘導轉化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)活化，進而提高Snail 蛋白表達最終促進EMT發生[26]。綜上所述代謝重編程是惡性腫瘤細胞生物學行為中必不可少的組成部分，糖酵解的增強將為腫瘤細胞的快速增殖、侵襲遷移提供充足的能量。

2 從痰論治腫瘤的理論及基礎研究

2.1 從痰論治腫瘤的理論研究

2.1.1 從痰論治腫瘤的理論研究豐富

腫瘤與痰的密切聯系歷史悠久，古代醫家對此論著頗豐。盡管隨著社會的發展和醫療技術的進步，各種腫瘤手術成功率、患者生存率均有所上升，患者的生活質量也隨之提高，但如何降低腫瘤的發病率才是重中之重，也是現代醫學界面臨的難題。中醫學未病先防的“治未病”思想在早期預防腫瘤發生中發揮的巨大作用，值得我們重視。現代社會人們工作繁重、生活壓力大、飲食結構不合理、睡眠失常等現象時有發生，造成體內氣血津液失調，痰濁內生，停聚于體內臟腑、經絡，反之影響氣血津液運行分布，病程日久形成癥瘕積聚，化毒而成腫瘤。“癥瘕積聚”等病名最早可見于《黃帝內經》，現代醫學所稱的肺癌、胃癌、乳腺癌、食管癌、腸癌等均可以歸入此范疇。痰與癥瘕積聚密不可分。古語有云：“凡人身上中下有塊者，多是痰”(《丹溪心法》)。痰在不同臟腑中形成的癥瘕積聚，古人也做了一定描述。如“老痰郁痰，結成粘塊……肺氣被郁，凝濁郁結而成”(《明醫雜著》)，表達了肺癌與痰的關系；“自熱成積自積成痰，痰挾瘀血，遂成窠囊，此為痞痛噎膈翻胃之次第也”(《醫學正傳》)，闡述了胃癌與痰的關系；“大抵氣血虧損，復因悲思憂慮，則脾胃受傷，血液漸耗，郁氣而生痰，痰則塞而不能，氣由上而不下，妨礙道路，飲食難進，噎塞所由成也”(《醫宗必讀·反胃噎塞》)，解釋了食管癌與痰的關系；“婦人憂怒抑郁，朝夕積累，脾氣消阻，肝氣橫逆，氣血虧損，筋失榮養，郁滯與痰結成隱核”(《馮氏錦囊秘錄》)，說明了乳腺癌與痰的關系；“有所結，氣歸之，衛氣留之，不得復返。津液久留，合而為腸瘤”(《靈樞·刺節真邪》)，闡釋了腸癌與痰的關系。

長征醫院中醫科是國家重點學科、上海市中西醫結合腫瘤特色專科，在古代論著基礎上進一步結合幾十年臨床經驗進行歸納總結，提出腫瘤痰證理論。認為痰既是人體內津液代謝失常的病理產物，同時也是致病因素。痰不僅包括從口鼻而出的“有形之痰”，同時還包括滯留在臟腑、組織、關節、經絡中的病理代謝產物，這也被稱為“無形之痰”。“痰”具有易聚性，這與腫瘤不斷增殖、容易復發的特性相似；痰還具有易行性，隨著全身氣血津液的流動可上達巔頂，下至足底，內到五臟六腑，外至肌表，還可運行于經絡腠理之間，這也與腫瘤具有侵襲轉移的特性相似。“凡人身中有結核，不痛不仁，不作膿者，皆痰注也”(《丹溪心法》)。取類比象是中醫學中的重要概念，很多治則、治法都由此衍生而來。痰與腫瘤相似的特性，從理論上也說明從痰論治腫瘤具有明確的可行性[27-28]。

2.1.2 消痰散結為腫瘤治療的重要治則

長征醫院中醫科在腫瘤痰證理論思想指導下自擬消痰散結方(院內制劑名：金龍蛇顆粒；專利號：ZL200610029063.5)用以治療腫瘤。全方由制南星、制半夏、山慈菇、全蝎、蜈蚣、天龍、干蟾皮、雞內金、甘草等藥物組成。方中南星、半夏合用為治痰之君藥，兩者制用既增化痰之力，又能避免辛燥傷身。山慈菇甘涼入脾，能消臟腑已結之痰；全蝎、蜈蚣、天龍三種蟲類藥物合用可以通達內外，搜剔經絡中痰邪；蟾皮兼有利水消脹作用，可使痰有去路，上五味均攻毒軟堅散結，共為臣藥。雞內金健脾消滯，佐用以絕生痰之源。甘草和中補土以制濕，并緩和諸藥之辛燥為使藥。我科運用消痰散結方抗腫瘤的臨床療效顯著，研究結論表明該藥能延長患者生存時間，提高患者生活質量，配合放化療、靶向等治療能起到增效減毒的作用[29-34]。從理論到臨床實踐，以方測證，證實了腫瘤從痰論治的合理性。

2.2 從痰論治腫瘤的基礎研究

在從痰論治腫瘤理論探討及臨床觀察基礎上，我科還進行了大量基礎實驗對效應機制深入研究。實驗證實從痰論治腫瘤在抗增殖、侵襲轉移過程中具有多靶點作用。消痰散結方能誘導腫瘤細胞周期阻滯(cyclinA2、cyclinB1、CDK2、CDK1)[35-36]、抑制腫瘤細胞增殖(P16基因甲基化、hTERT、PCNA、KDR、COX-2)[37-38]、促進腫瘤細胞凋亡(Caspase-3)[39]、干預腫瘤細胞侵襲遷移(IL-6、IL-8、TGF-β、RUNX3、NF-κB p65)[40-42]、遏制新生血管及淋巴管生成(微血管密度、VEGF-A/VEGF-2、VEGF-C及其受體VEGFR-3)[43-45]、影響腫瘤微衛星不穩定[46-47]、阻止腫瘤血管生成擬態形成(LN-5γ2、MMP-2、MMP-9)等[48]。除此以外，從痰論治腫瘤不僅能阻斷腫瘤能量代謝重編程(HK2)[49]，還能逆轉腫瘤細胞上皮-間質轉化(E-cad、N-cad、Vimentin)[50]。但二者之間的相互關系仍然需要進一步實驗研究。通過實驗數據的挖掘證實了腫瘤的發生發展與痰的密切關聯性，進一步證實了痰為腫瘤侵襲轉移的物質基礎，為運用消痰散結法抗腫瘤提供了實驗佐證，還為腫瘤痰證理論的完善提供了強有力的數據支持，并有助于理論的升華及成果的持續轉化。

3 結論與展望

綜上所述，代謝重編程是惡性腫瘤的基本特征之一，糖酵解作為代謝重編程的重要組成比分，為腫瘤的發生發展提供能量和基本“原材料”，抑制糖酵解可阻斷腫瘤進程。上皮-間質轉化是腫瘤侵襲轉移的前提。糖酵解與腫瘤細胞上皮-間質轉化之間的關系是目前腫瘤學術界研究的熱點，部分機制已經證實。從痰論治腫瘤臨床數據真實可靠，基礎實驗結論正確扎實，如何借助熱點從代謝重編程角度完善從痰論治腫瘤的基礎及實驗研究應得到更進一步的關注。由于痰是腫瘤發生發展的物質基礎，腫瘤細胞糖酵解產生的能量及代謝產物可歸結于痰濁范疇，盡管前期我們已經證實了從痰論治腫瘤能夠多靶點干預腫瘤進程，但該方法是否能通過抑制糖酵解從而達到逆轉腫瘤細胞EMT的作用仍需要進一步明確，這將為完善腫瘤痰證理論及消痰散結方抗腫瘤的機制提供幫助，有利于臨床的推廣運用。