糖酵解誘導腫瘤靶向藥物耐藥的相關分子及機制研究進展

趙亞，付靖，張鈞碩，王韜，仝玉陽，倉順東

鄭州大學人民醫院 河南省人民醫院腫瘤科，鄭州 450000

數據顯示，我國惡性腫瘤發病率及病死率仍持續上升［1］。靶向治療是多種腫瘤的主要治療手段。目前常用的靶向藥物包括小分子靶向藥（抗EGFR、ALK、MET等抑制劑）、多靶點的多激酶抑制劑、單克隆抗體（抗CD20 的利妥昔單抗，抗HER2 的曲妥珠單抗等）及免疫抑制劑［2］。但大部分患者在治療一段時間后會出現耐藥，如何克服耐藥性已成為當前抗腫瘤藥物研究面臨的主要問題。腫瘤細胞特征性的糖酵解是影響靶向藥物耐藥的重要因素之一［3］。正常情況下，機體攝入的葡萄糖經葡萄糖轉運蛋白（GLUT）1 進入細胞質后首先通過糖酵解途徑產生丙酮酸，隨后經過三羧酸循環最終產生大量ATP 為機體供能，當機體供氧不足時，細胞則通過無氧糖酵解產生大量乳酸以維持能量供應。腫瘤細胞為滿足快速增殖需要，即使在氧氣充足的情況下，仍優先進行糖酵解［4-5］。糖酵解過程的中間產物也有助于腫瘤細胞快速增殖［6］。多項研究表明，腫瘤糖酵解活性增強可引起乳酸脫氫酶（LDH）水平升高，導致抗腫瘤免疫抑制劑效果減弱［7］。糖酵解過程中的轉運蛋白、關鍵限速酶及代謝產物等可通過不同機制影響腫瘤進展及耐藥產生，其中主要包括抑制細胞凋亡、促進腫瘤細胞上皮—間質轉化（EMT）、誘導自噬等。本綜述討論了糖酵解途徑中誘導耐藥產生的相關分子，并介紹糖酵解誘導腫瘤靶向藥物耐藥的相關機制，為腫瘤靶向藥物的基礎研究和臨床治療研究提供參考。

1 糖酵解過程中參與腫瘤靶向藥物耐藥的相關分子

糖酵解過程是復雜的酶促反應鏈，涉及多個反應步驟及限速酶，并產生大量的中間代謝產物。其中參與誘導腫瘤耐藥的分子包括GLUT、糖酵解酶及糖酵解代謝產物等。這些分子與腫瘤細胞復雜的信號通路相互作用，在調控腫瘤的生長代謝及誘導腫瘤靶向藥物耐藥方面發揮重要作用。

1.1 GLUT 人體編碼GLUT 的基因包括編碼鈉非依賴性GLUT 蛋白的SLC2A 基因，編碼鈉依賴性GLUT 蛋白的SLC5A 基因和編碼葡萄糖單向轉運蛋白的SLC50A 基因［8］。研究發現，GLUT1、GLUT3、GLUT4 和GLUT5 可誘導抗腫瘤靶向藥物產生耐藥性。長鏈非編碼RNA SLC2A1-AS1是抑制GLUT1表達的重要因子。SLC2A1-AS1 可與轉錄因子STAT3競爭性結合，使肝癌細胞中的FOXM1/GLUT1 軸失活，通過負調控GLUT1表達來抑制肝癌細胞糖酵解。而SHANG等［9］研究發現，SLC2A1-AS1在肝癌組織中表達下調，其失活肝癌細胞中FOXM1/GLUT1 軸的能力減弱，促使肝癌細胞中GLUT1表達增高，誘導細胞對靶向藥物產生耐藥性。

1.2 糖酵解關鍵酶 糖酵解途徑的關鍵酶包括己糖激酶、磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶及LDH 等，其中前三者是糖酵解途徑中重要的限速酶。YOO等［10］研究發現，肝細胞癌中過表達的己糖激酶2 可抑制索拉非尼誘導的肝癌細胞凋亡，且己糖激酶2的表達和活性與肝癌細胞對索拉非尼耐藥有關，己糖激酶2抑制劑聯合索拉非尼可增強體內抗腫瘤作用。在糖酵解過程中，磷酸果糖激酶-2/果糖-2，6-二磷酸酶（PFKFB）合成果糖-2，6-二磷酸，后者是磷酸果糖激酶1的變構激活劑。研究表明，抑制PFKFB3的表達可顯著增強腫瘤細胞對厄洛替尼的敏感性［11］。丙酮酸激酶負責催化糖酵解途徑的最后一步反應，它可將磷酸烯醇式丙酮酸和ADP 轉化為丙酮酸和ATP［12］。丙酮酸激酶包括紅細胞/肝型丙酮酸激酶和肌肉型丙酮酸激酶（PKM），其中PKM 有兩種同工酶，分別為PKM1 和PKM2，PKM2 通常以低活性的二聚體形式廣泛存在于腫瘤細胞中，促進腫瘤的發生發展。研究表明，PKM2 與EGFR-TKI 耐藥相關，PKM2 能夠促進乳腺癌和肺癌組織中熱休克蛋白90 表達，后者可通過維持突變的EGFR 構象促進T790M 突變的腫瘤細胞耐藥［13］。LDH 可將丙酮酸轉化成乳酸，在LDH的兩種亞型中，LDHA在腫瘤細胞中廣泛表達，其不僅可以促進糖酵解過程，還可促進乳酸產生，重塑腫瘤微環境，抑制免疫系統，促進免疫逃逸。有學者對比了西妥昔單抗治療敏感和耐藥的尤因肉瘤細胞中LDHA 的表達水平，結果顯示耐藥組腫瘤細胞LDHA mRNA 及蛋白表達上調，該研究從腫瘤細胞代謝角度揭示了西妥昔單抗耐藥的機制，有助于新型抗腫瘤藥物的研發［14］。

除上述直接參與糖酵解的酶外，一些間接對糖酵解有影響的其他酶也與腫瘤耐藥有關。糖酵解與線粒體氧化磷酸化之間的一個關鍵限速步驟是丙酮酸脫氫酶復合物（PDHC）將丙酮酸脫羧為乙酰輔酶A，乙酰輔酶A 進入線粒體中的三羧酸循環。丙酮酸脫氫酶激酶作為PDHC 的上游負調節因子，可通過磷酸化Ser293、Ser300、Ser232上的PDHE1而降低PDHC活性。有研究報道，丙酮酸脫氫酶激酶1過表達與不同類型惡性腫瘤耐藥的發生有關［15］。因此，抑制PDHC 表達或過表達丙酮酸脫氫酶激酶可促進糖酵解，進而誘導耐藥性產生［16-18］。

1.3 糖酵解代謝物 糖酵解代謝物中的丙酮酸、乳酸及ATP 本身就與耐藥性有關。丙酮酸是糖酵解過程中重要的中間體。研究發現，腫瘤細胞轉移需要丙酮酸驅動細胞外基質的膠原蛋白羥基化。具體機制為攝入丙酮酸促使α-酮戊二酸產生，后者通過增加膠原蛋白脯氨酰-4-羥化酶A 活性以激活膠原蛋白羥基化。抑制丙酮酸代謝可抑制膠原蛋白羥基化過程，進而抑制腫瘤細胞轉移灶的生長［19］。乳酸最早被認為是機體代謝產生的廢物，隨著研究的深入，研究者發現，乳酸能在各種條件下作為能源物質被使用，當腫瘤細胞快速增殖消耗大量葡萄糖時，乳酸能夠為其供能。高濃度乳酸形成的pH 6.0 ～ 6.6的酸性環境對腫瘤細胞的轉移、血管生成、耐藥性的產生都非常重要。有研究表明，乳酸能促進腫瘤轉移，亦可作為關鍵調控分子影響腫瘤細胞對靶向藥物治療產生耐受［20］。有學者發現，連續或長時間應用EMT 抑制劑+EGFR-TKI 治療會導致腫瘤細胞中的Warburg 代謝加劇，釋放大量乳酸，導致肝細胞生長因子產生，激活腫瘤細胞中的MET 擴增，從而導致腫瘤細胞對EGFR-TKI耐藥［21］。

2 糖酵解誘導腫瘤靶向藥物耐藥的機制

2.1 抑制腫瘤細胞凋亡 誘導細胞凋亡是腫瘤靶向藥物的主要治療機制。腫瘤細胞抗凋亡作用主要通過幾種方式實現。首先是DNA損傷修復。腫瘤靶向藥物可直接或間接損傷腫瘤細胞的DNA，當基因組出現損傷時，DNA 的損傷修復能力決定了腫瘤細胞對靶向藥物的敏感程度。研究表明，腫瘤細胞受到遺傳毒性刺激時，糖酵解增強，通過非同源染色體末端連接促進DNA 修復，促進腫瘤細胞存活［22］。其次是預防DNA損傷。細胞的氧化磷酸化通常伴隨著大量的活性氧（ROS）產生，進而導致DNA 損傷，ROS在超過一定閾值時可誘導細胞凋亡［23］。研究表明，糖酵解中間產物進入磷酸戊糖途徑，產生的核糖-5-磷酸用于核苷酸合成，并再生成還原型輔酶Ⅱ以提供谷胱甘肽和硫氧還原蛋白的還原能力，后兩者都能夠清除ROS 以避免DNA 損傷［24］。此外，丙酮酸還可直接清除自由基，發揮抗凋亡作用［25-26］。最后，糖酵解也可以通過直接影響凋亡過程中的單個因子來抑制細胞凋亡。例如，PKM2通過調節B細胞特大淋巴瘤因子轉錄來影響細胞存活［27］。己糖激酶2 也可以通過直接插入線粒體外膜來抑制促凋亡蛋白（如Bax）誘導的線粒體功能障礙和細胞死亡［28］。

2.2 促進EMT 在EMT 期間，腫瘤細胞通過抑制上皮E-鈣黏蛋白表達和獲取間充質標志物而失去細胞間的黏性，從而達到遠處轉移的目的。EMT 是腫瘤轉移和靶向耐藥的關鍵驅動因素，如EGFR 突變型肺腺癌向小細胞肺癌的表型轉化被認為是EGFR抑制劑耐藥的機制之一［29］。EMT 過程還賦予腫瘤細胞耐藥性及腫瘤干細胞樣特性［30］。LEE等［31］建立了吉非替尼耐藥的PC9 和HCC827 細胞系，發現它們沒有EGFR-T790M 突變和MET 擴增，但出現了EMT 表型。利用EMT 誘導劑使上述細胞系中EMT表型增加，可促進它們對吉非替尼的耐藥性。另有學者研究了肺癌微環境中氧氣感受器與低氧信號通路和EMT 之間的聯系，結果顯示，脯氨酸羥化酶3（PHD3）是EMT 的關鍵調節因子，PHD3 缺失可促進腫瘤細胞中EMT 的發生。有研究表明，降低PHD3的表達可導致非小細胞肺癌患者對厄洛替尼治療產生耐受，患者預后更差。而在肺癌細胞中重新表達PHD3 能夠抑制肺癌細胞的EMT 及轉移，增強肺癌細胞對厄洛替尼治療的敏感性［32］。研究發現，糖酵解可以誘導EMT，從而誘發耐藥表型產生［33］。在腫瘤細胞EMT 期間，PKM2易位到細胞核，可直接與結腸癌細胞中TGF-β 誘導的因子同源盒2 相互作用，招募組蛋白脫乙酰化酶3 以抑制E-鈣黏蛋白轉錄，促進腫瘤細胞轉移［34］。

2.3 誘導自噬 自噬誘導也是糖酵解促進腫瘤對靶向藥物耐藥的機制。自噬是一種細胞自我消化和分解代謝的過程，為細胞提供營養，以便在遇到禁食或其他形式的刺激（包括抗腫瘤藥物誘導的應激）期間維持重要的細胞功能［35］。在自噬過程中，線粒體和破碎細胞器中未折疊的蛋白被自噬相關蛋白清除，自噬相關蛋白也可以通過調節糖酵解關鍵酶表達以調節腫瘤細胞糖酵解過程。當自噬活性受損時，腫瘤細胞可通過增加糖酵解來存活［36］。研究者發現，自噬可促進HER2 陽性乳腺癌細胞對拉帕替尼的耐藥性［37］。另有研究表明，自噬已成為EGFRTKI 治療的腫瘤細胞獲得性耐藥的潛在機制之一。EGFR-TKI 和EGFR 單克隆抗體治療可誘導多種腫瘤細胞自噬，包括膠質母細胞瘤、外陰鱗癌、結直腸腺癌和非小細胞肺癌等，導致腫瘤對EGFR-TKI 治療產生耐藥性［38］。研究表明，糖酵解可通過不同方式誘導自噬，從而誘導自噬相關耐藥的產生。己糖激酶2 被證實可與mTOR 相互作用并抑制后者在乳腺癌MCF-7 細胞中的活性［39］。mTOR 是自噬的負調節劑［35］，通過己糖激酶2降低其活性可增強自噬，從而使腫瘤細胞對雌激素受體拮抗劑他莫昔芬產生耐藥。Beclin-1 是參與自噬體形成的關鍵蛋白質，LDHA 通過與Beclin-1 相互作用并激活Beclin-1 來促進乳腺癌細胞自噬，進而導致乳腺癌細胞對他莫昔芬產生耐藥性［40］。

腫瘤細胞對靶向藥物耐藥的產生機制十分復雜，是各種因素相互作用的結果，但具體機制尚未完全闡明。越來越多的證據表明，腫瘤細胞糖酵解過程與靶向藥物耐藥密切相關。腫瘤細胞異常的糖酵解過程有助于其快速增殖以適應營養受限的條件并形成耐藥性表型。未來抗腫瘤治療研究中，可將靶向糖酵解的藥物與現有的抗腫瘤靶向藥物聯合應用，可能有助于克服腫瘤耐藥性，對提高治療效果具有重要意義。