牛磺酸代謝在抗腫瘤領域的研究進展*

邢妤佳，蔡習強，季坤，梁俊榮，趙曉迪，王新

（1.西安醫學院，陜西 西安 710021；2.空軍軍醫大學第二附屬醫院 消化內科，陜西 西安710038；3.空軍軍醫大學第一附屬醫院，陜西 西安 710032）

近年來免疫治療的發展改變了癌癥治療模式，其效果取決于腫瘤細胞和腫瘤微環境（tumor microenvironment, TME）之間的動態相互作用。TME由基質成分、細胞成分及可溶性因子3部分構成，包括內皮細胞、脂肪細胞、腫瘤相關成纖維細胞、多種免疫細胞等[1]。腫瘤細胞可以通過招募和重編程非腫瘤性宿主細胞，以及重塑血管系統和細胞外基質，形成免疫抑制性的TME，促進腫瘤免疫逃逸[2-3]。其中，代謝重編程已成為免疫抑制性TME的重要特征[4]。腫瘤細胞和免疫細胞之間對有限營養的競爭是最重要的特征之一，直接影響免疫治療反應。代謝重編程不僅可以滿足腫瘤細胞的營養需求以維持其存活，還能改變免疫細胞的增殖和活化，形成免疫抑制性的TME，從而顯著影響腫瘤的發展[5]。

氨基酸代謝在TME中發揮關鍵作用。有研究發現，蛋氨酸通過影響程序性死亡配體-1等免疫檢查點分子的N6-甲基腺苷修飾，從而影響T細胞免疫功能[6]。限制蛋氨酸攝入能夠顯著提高CD8+T細胞的浸潤和免疫活性。而另一項研究發現，癌癥患者體內L-精氨酸對T細胞的抗腫瘤功能至關重要，L-精氨酸含量較高的患者具有更長的生存期，其原因可能是腫瘤細胞和T細胞在TME中競爭L-精氨酸[7]。因此，L-精氨酸水平有助于預測免疫檢查點治療療效。

牛磺酸是一種條件必需氨基酸，廣泛分布于哺乳動物組織中，其以游離形式存在，不參與蛋白質合成，但具有抗氧化、抗炎、肝腎保護潛能等作用[8]。越來越多的證據表明，牛磺酸可以影響腫瘤細胞的生存和TME的免疫功能。本文旨在對牛磺酸調控TME和腫瘤代謝的潛在機制進行綜述，為腫瘤治療提供新的思路。

1 牛磺酸的生物學特征和生物學功能

牛磺酸是一種含硫氨基酸，存在于哺乳動物的血漿和細胞中，是心臟、視網膜、骨骼肌和白細胞中最豐富的游離氨基酸。作為一種功能性氨基酸，牛磺酸能夠調節骨骼肌、脂肪、肝臟組織的能量代謝[9]，確保組織功能的正常發揮。牛磺酸還可以作為神經保護劑[10]，并調節神經傳遞過程[11]，促進大腦發育。另有研究發現，牛磺酸能夠延緩衰老，彌補端粒酶缺乏帶來的不良后果、防止衰老帶來的促炎狀態[12]。

機體獲得牛磺酸有2種途徑：通過膳食直接攝取和內源性合成，其中，半胱亞磺酸脫羧酶（cysteine sulfinic acid decarboxylase, CSAD）是哺乳動物合成牛磺酸的限速酶[13]。然而，人體內CSAD活性較低，內源性合成牛磺酸有限，當機體攝入不足或者消耗增加時，就會出現牛磺酸缺乏的情況[14]。隨著對牛磺酸生物學功能的深入研究，發現牛磺酸缺乏與多種疾病，尤其是腫瘤的發生及轉歸密切相關。EL AGOUZA等[15]發現，乳腺癌患者的血清牛磺酸水平明顯低于高危乳腺癌患者和健康獻血者，提示血清牛磺酸水平對乳腺惡性病變的早期診斷具有重要價值。HOU等[16]使用液相色譜-質譜測定健康獻血者和結直腸癌（colorectal cancer, CRC）患者的血清牛磺酸水平，結果發現轉移性CRC患者的血清牛磺酸濃度明顯低于原發性CRC患者，提示血清中低水平的牛磺酸可能與CRC患者預后不良相關。另外，PING等[17]通過質譜分析發現，與對程序性死亡受體-1（programmed death 1, PD-1）抑制劑治療無應答的肺癌患者相比，PD-1抑制劑治療應答的肺癌患者血清牛磺酸水平更高，提示牛磺酸可能調節TME，影響免疫治療的療效。因此，闡明腫瘤患者中牛磺酸的代謝變化，對于腫瘤的診治具有重要意義。

2 牛磺酸調控腫瘤微環境的作用機制

2.1 通過調節代謝途徑發揮抗腫瘤作用

在TME中，腫瘤細胞會消耗大量葡萄糖，形成乳酸堆積的酸性環境，為腫瘤的侵襲和轉移提供適宜的條件[18]。NABI等[19]研究發現，與未經牛磺酸處理的HepG-2肝癌細胞相比，在48 h后，經牛磺酸處理的HepG-2肝癌細胞中乳酸脫氫酶和醛縮酶水平顯著降低，這提示牛磺酸可能通過抑制糖酵解速率來抑制HepG2肝癌細胞的增殖。HE等[20]探索了牛磺酸對二甲苯蒽誘導的大鼠乳腺癌模型的影響及機制，結果發現，在牛磺酸干預組中，糖酵解的中間產物丙酮酸和乳酸鹽水平顯著降低，結果表明牛磺酸在大鼠乳腺癌中的抗腫瘤活性至少部分歸因于其對糖酵解的調節和抑制。另有研究探討了牛磺酸對4T1乳腺癌細胞異種移植小鼠腫瘤轉移的影響，結果發現，與對照組相比，牛磺酸干預組小鼠血糖、乳酸升高，肺組織乳酸水平表現出類似的趨勢[21]。這種現象可能是由于乳酸水平升高后，可激活Na+-H+交換體，細胞內Na+濃度增加，進而激活Na+-Ca2+交換體。Na+-Ca2+交換體是一種重要的Ca2+轉運體，可導致Ca2+過載[22]。而牛磺酸可激活牛磺酸轉運蛋白，抑制Na+-Ca2+通道，降低細胞內Ca2+濃度，維持Ca2+穩態[23]，調節糖代謝紊亂，改變有利于腫瘤進展的酸性環境。通過調控代謝途徑可以在體內外觸發牛磺酸抗腫瘤的作用。

2.2 通過調節免疫細胞代謝發揮抗腫瘤作用

氨基酸是腫瘤細胞與免疫細胞的重要代謝物，其可被免疫細胞用于增殖、活化并發揮抗腫瘤功能，也可被腫瘤細胞用于增殖、侵襲及免疫逃逸[24]，兩者之間的代謝平衡直接影響著TME中免疫細胞的狀態。而TME中免疫細胞的代謝狀態又是影響其發揮正常免疫應答的關鍵因素。因此在TME中，某些氨基酸的缺乏及氨基酸的代謝產物會對免疫細胞產生抑制作用，從而影響其發揮功能，特別是效應T細胞的活化和功能。例如天冬氨酸可通過激活淋巴細胞特異性蛋白酪氨酸激酶信號通路而激活CD8+T細胞并發揮抗腫瘤作用[25]，谷氨酰胺代謝可增強CD8+T細胞殺傷作用[26]。

先前已有研究報道，牛磺酸可以增強免疫細胞的功能，從而增強機體免疫力[27]。WANG等[28]發現，經牛磺酸處理后的Lewis肺癌荷瘤小鼠，除了脾臟指數和胸腺指數升高外，T、B淋巴細胞增殖均增加。DONG等[29]通過觀察牛磺酸對T細胞淋巴瘤小鼠化療期間免疫功能的影響發現，化療聯合牛磺酸組治療3周后，小鼠胸腺和脾臟指數顯著高于對照組和化療組，這也說明牛磺酸可增強T細胞淋巴瘤小鼠化療期間的免疫功能。

另外，氨基酸轉運體也在TME中發揮重要作用。氨基酸轉運體具有特異性，不同種類的氨基酸需要借助不同的氨基酸轉運體才能跨越細胞膜進入細胞內。而腫瘤細胞為了維持穩態和逃避免疫殺傷會表現出對氨基酸的特殊需求并改變轉運體的表達[30]。同樣，T細胞也會通過改變氨基酸轉運體的表達來增加對某種氨基酸的攝取。從而導致腫瘤細胞和T細胞之間存在需求競爭。因此，通過靶向氨基酸轉運體實現對腫瘤生長的抑制是一個有效策略。溶質載體家族6成員6（solute carrier family 6 member 6, SLC6A6）轉運體屬于溶質載體6家族，其是牛磺酸的重要轉運體[31]。在先前的研究中，研究人員已經注意到，在某些類型的癌癥如胃癌和結直腸癌中，SLC6A6轉運體過表達[32-33]。如PING等[17]發現，癌癥患者的CD8+T細胞在攝取牛磺酸時SLC6A6高表達，而在SLC6A6敲除后，T細胞的抗腫瘤功能下降。RNA測序數據和體外實驗表明，牛磺酸通過增強氧化磷酸化和刺激磷脂酶Cγ1（phospholipase C-γ1, PLC-γ1）介導的鈣和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）信號通路，增強T細胞的增殖和功能，結果表明牛磺酸可能通過調控CD8+T細胞功能來改善PD-1抑制劑的治療療效。牛磺酸對免疫器官及免疫細胞均有影響，且其轉運體也是進出腫瘤細胞和免疫細胞的關鍵，因此，研究牛磺酸對免疫系統的影響至關重要。

3 牛磺酸在腫瘤治療中的應用

3.1 通過誘導腫瘤細胞凋亡發揮抗腫瘤作用

細胞凋亡對維持機體內環境穩態具有關鍵作用，誘導腫瘤細胞凋亡是臨床抗腫瘤藥物的主要作用機制之一。有研究表明，在某些癌癥中，牛磺酸通過調節凋亡相關分子，從而發揮抗腫瘤作用[34]。其過程涉及調控細胞內外多種蛋白家族、蛋白分子如天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶（cysteine-containing aspartate-specific protease,Caspase）蛋白家族、B細胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma 2, Bcl-2）家族蛋白以及不同的分子通路，如c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）、p53、MAPK信號通路等。ZHANG等[35]研究發現，牛磺酸以濃度和時間依賴的方式抑制MCF-7和MDA-MB-231乳腺癌細胞系的生長并誘導其凋亡。其機制主要是通過上調p53上調凋亡調節因子（p53 up-regulatedmodulator of apoptosis, PUMA）的表達，進而上調促凋亡蛋白Bcl-2相關X蛋白（Bcl-2-associated X protein, Bax）的表達，下調Bcl-2的表達，最終導致Caspase-3在乳腺癌細胞中介導凋亡的活性升高。此外，HE等[36]研究發現，牛磺酸以劑量依賴的方式增加了Caspase-9和Caspase-3的水平，并通過激活腫瘤抑制因子磷酸酶及張力蛋白基因（phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten, PTEN）和p53的線粒體途徑誘導鼻咽癌細胞凋亡。然而，牛磺酸對鼻咽癌細胞在體內生長的影響尚未完全闡明。后續有研究報道，通過體內外實驗發現牛磺酸可能通過誘導自噬和凋亡來發揮抗癌作用[37]。WANG等[38]同樣在體內實驗中發現，與AOM-DSS模型組相比，牛磺酸組小鼠結腸組織中半胱氨酸蛋白酶-9、PTEN基因升高，Ki-67降低。哺乳動物不育系20樣激酶（mammalian sterile line 20-like kinase 1, MST1）是Hippo信號通路上的關鍵位點之一。LI等[39]發現，牛磺酸可增加人宮頸癌細胞系SiHa細胞中MST1和Bax蛋白的表達，下調Bcl-2蛋白的表達，從而誘導SiHa細胞凋亡。其作用機制可能與Hippo通路、p53信號通路和PUMA介導的線粒體凋亡通路有關。MAPK信號通路是哺乳動物細胞中的基本通路，與細胞增殖、分化、凋亡及血管生成等生理活動密切相關。MAPK通路中某些蛋白的異常激活是導致多種癌癥的重要原因。BALIOU等[40]研究發現，牛磺酸通過上調MAPK信號通路成員JNK?,下調p-MEK?和p-ERK?的表達來觸發其細胞毒性，從而誘導人乳腺癌細胞線粒體凋亡。另有研究發現，牛磺酸通過介導Mst1-JNK信號通路，上調Mst1蛋白表達，促進JNK磷酸化從而誘導人結直腸癌Caco-2細胞增殖、凋亡[41]。總而言之，牛磺酸可以通過多種途徑發揮其誘導腫瘤細胞凋亡的作用。

3.2 通過提高機體的抗氧化能力發揮抗腫瘤作用

活性氧（reactive oxygen species, ROS）是細胞代謝的常規產物，當ROS生成過量且機體內抗氧化劑的含量不足以將其清除時，氧化應激作用會導致機體損傷，影響細胞脂質、蛋白質及DNA的正常功能，并導致癌癥等疾病發生。腫瘤細胞處于氧化應激的狀態，與正常細胞相比，腫瘤內ROS水平較高，過高水平的ROS則會誘導細胞的自噬與凋亡。因此，減少ROS的產生對細胞存活至關重要。KIM等[42]使用阿霉素聯合牛磺酸治療小鼠黑色素瘤B16F10細胞，結果發現，通過減少B16F10細胞中ROS的產生可以減弱阿霉素誘導的細胞毒性。NABI等[19]研究發現，與未處理的肝癌HepG2細胞相比，牛磺酸處理的HepG2細胞谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶和一氧化氮的抗氧化活性明顯高于對照組。

3.3 通過聯合化療降低其毒副作用

傳統的化療藥物是抗腫瘤治療的基石，主要通過干預腫瘤的核酸和蛋白質的生物合成及功能，從而抑制腫瘤細胞增殖，誘導腫瘤細胞凋亡。但是由于化療缺乏對正常細胞和腫瘤細胞的選擇性，具有明顯的毒副反應及劑量限制性毒性，從而限制了化療的應用。因此尋找一種能夠降低其毒副作用的且不影響治療療效的輔助藥物至關重要。牛磺酸不但可以減弱經典化療藥物如阿霉素、5-氟尿嘧啶、順鉑等的毒副作用，而且增強治療效果。ISLAMBULCHILAR等[43]研究了處于維持化療期的急性淋巴細胞白血病患者每日口服補充2 g牛磺酸后，對其化療引起的副反應的影響，結果發現，與安慰劑組相比，牛磺酸組的惡心、嘔吐等消化道癥狀明顯減輕，且顯著降低了膽紅素、丙氨酸氨基轉移酶和天門冬氨酸氨基轉氨酶的水平，并減輕了甲氨蝶呤誘導的肝毒性。這與先前已有研究中證實的抗氧化劑牛磺酸可降低甲氨蝶呤誘導的毒性結果相一致。心臟毒性是化療藥物常見的副反應之一。ZHANG等[44]發現，外源性補充牛磺酸通過增強抗氧化能力、減少氧化損傷和細胞凋亡，對阿霉素引起的小鼠心肌損傷具有潛在的保護作用。此外，腎臟參與過濾和濃縮不同的物質，其對化學物質和藥物的不良影響非常敏感。YOUSEF等[45]發現，5-氟尿嘧啶處理的大鼠給予牛磺酸后，可大部分逆轉其腎臟組織學和超微結構改變，表明牛磺酸對其導致的腎毒性具有保護作用。由此可見，牛磺酸不但可以減輕化療藥物引起的心、肝、腎等毒副作用，而且不影響其發揮療效，這可能為臨床上腫瘤患者的治療提供一定的幫助。

4 展望

研究和干預TME已成為提高免疫治療效果的重要策略之一。既往研究顯示，牛磺酸在體內外均具有抗癌作用，其具體應用、機制見表1。并且牛磺酸可以提高患者免疫力，減少化療相關不良反應。牛磺酸可能在TME中具有重要的代謝調控作用，其能否作為TME的調控因子，通過干預免疫細胞與腫瘤細胞之間的相互作用，改變TME的免疫抑制狀態，從而增強免疫治療的效果？目前研究仍處于初步階段，且多局限于細胞或動物實驗，臨床研究較少。在未來的研究中，可以對牛磺酸與TME的關系進行深入探究，包括牛磺酸對免疫細胞活化和功能的具體機制的解析，以及牛磺酸在不同類型和階段的腫瘤中的效應研究。此外，進一步的臨床研究和試驗可以評估牛磺酸在免疫治療中的臨床療效和安全性，并確定最佳的劑量，為免疫治療提供新的策略。

表1 牛磺酸在腫瘤治療中的應用機制