有氧糖酵解在乳腺癌中的研究進(jìn)展

翁秀珍 符策崗

(1中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬?？卺t(yī)院乳腺甲狀腺外科，海南 ?？?570208；2上海市第六人民醫(yī)院-?？诠强婆c糖尿病醫(yī)院骨科)

世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，全球每年有上百萬女性被診斷出患有乳腺癌〔1〕。2012年世界癌癥發(fā)病和死亡報告表示乳腺癌的發(fā)病率和死亡率在女性惡性腫瘤中排名第一，乳腺癌已成為威脅婦女健康的重大疾病〔2〕。乳腺癌常發(fā)生于30歲以后，在45～50歲時達(dá)到高峰〔3〕。近年來，在中國乳腺癌成為診斷最多見的女性癌癥〔4〕?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為乳腺癌的高危因素包括乳腺癌家族史、絕經(jīng)后肥胖和放射性物質(zhì)接觸史等。其發(fā)病機(jī)制可能與病毒感染和內(nèi)分泌紊亂等有關(guān)〔5〕。目前，乳腺癌的主要治療方式包括手術(shù)、術(shù)后化療和放療，而化療是治療乳腺癌最積極、最有效的治療手段。但化療同樣也會帶來如上肢腫脹、脫發(fā)、嘔吐和免疫力降低等不良反應(yīng)〔6〕。因此，深入了解乳腺癌的發(fā)病機(jī)制，尋求新的治療靶點(diǎn)有助于減輕乳腺癌治療過程的不良反應(yīng)，提高患者的生活質(zhì)量。

腫瘤細(xì)胞的葡萄糖代謝主要表現(xiàn)為葡萄糖攝取和有氧糖酵解增加。有氧糖酵解是指癌細(xì)胞利用糖的效率遠(yuǎn)高于正常細(xì)胞，即使在氧充足條件下，癌細(xì)胞仍主要利用糖酵解產(chǎn)生能量〔7〕。其可能的原因是，雖然糖酵解生成的三磷酸腺苷(ATP)量低于線粒體氧化磷酸化，但是糖酵解中葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸的速度更快，因此產(chǎn)生更多ATP。其次，除ATP外，腫瘤細(xì)胞還需要對大分子的生物合成至關(guān)重要的代謝中間產(chǎn)物和前體，是腫瘤生長過程中不可或缺的〔8〕。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中，有氧糖酵解增多，致癌性突變誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白上調(diào)，癌細(xì)胞利用葡萄糖增多，有利于癌細(xì)胞的生長〔9〕。此外，糖酵解可促進(jìn)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生對脂類和核酸的生物合成至關(guān)重要的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和核糖-5-磷酸，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸能使癌細(xì)胞谷胱甘肽維持還原形式，谷胱甘肽通過抵消化療藥物的某些作用，在保護(hù)癌細(xì)胞對抗腫瘤藥物方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。已有研究證明耐化學(xué)性細(xì)胞株表現(xiàn)為活躍的有氧糖酵解，表示抗性與糖酵解之間存在生化聯(lián)系〔10〕。宮頸癌細(xì)胞糖酵解途徑的關(guān)鍵酶丙酮酸脫氫酶激酶對化療產(chǎn)生抵抗力，誘導(dǎo)耐藥〔11〕。也有研究證實(shí)有氧糖酵解對放射治療存在抵抗，糖酵解或能量代謝途徑的調(diào)節(jié)影響腫瘤細(xì)胞的敏感性〔12〕。由此可見，有氧糖酵解可為癌細(xì)胞提供多種益處，如促進(jìn)腫瘤生長和對治療的抵抗。

1 糖酵解在乳腺癌中的作用

有氧糖酵解在乳腺癌細(xì)胞骨架重塑和細(xì)胞運(yùn)動中起著基礎(chǔ)作用〔13〕。此外，糖酵解能促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞遷移〔14〕、增殖和抑制凋亡〔15〕。說明有氧糖酵解在乳腺癌細(xì)胞中發(fā)揮著重要作用。

1.1己糖激酶(HK)與乳腺癌 HK催化葡萄糖磷酸化為葡萄糖-6-磷酸酶。在哺乳動物中HK家族有4種亞型，分別為HK1，HK2，HK3和HK4。其中，HK2除了參與糖酵解外，還能與線粒體中的膜蛋白電壓依賴性陰離子通道相互作用，從而調(diào)節(jié)凋亡過程〔16〕。據(jù)研究，乳腺癌組織HK2的特異性活性明顯高于正常乳腺組織，HK2的過度表達(dá)除了能夠促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖，還能抑制癌細(xì)胞的凋亡〔17〕。而敲除HK2可抑制乳腺癌小鼠腫瘤的發(fā)生和發(fā)展〔18〕。微小核糖核酸(miRNA)是一種負(fù)性調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)編碼基因的微小非編碼RNA，在腫瘤治療中被證實(shí)具有很好的抗癌作用，如腫瘤抑制性小RNA(miRNA-143)。研究表明miRNA-143通過下調(diào)乳腺癌細(xì)胞中HK2的表達(dá)，降低葡萄糖的攝取和乳酸的產(chǎn)生，發(fā)揮抑制乳腺癌細(xì)胞糖酵解的作用〔19〕。鼠源淋巴插入性病毒2是絲氨酸/蘇氨酸激酶家族成員之一，能直接與HK2結(jié)合使其磷酸化，從而增加HK2蛋白的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌組織中鼠源淋巴插入性病毒2與磷酸化的HK2呈正相關(guān)，磷酸化的HK2能促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞生長所必需的糖酵解。此外磷酸化的HK2還能誘導(dǎo)葡萄糖饑餓時的自噬，從而增強(qiáng)對紫杉醇治療腫瘤的抵抗〔20〕。因此，鼠源淋巴插入性病毒2介導(dǎo)的HK2的磷酸化可為乳腺癌治療提供了依據(jù)。

1.26-磷酸果糖激酶(PFK)與乳腺癌 PFK催化糖酵解的另一個限速步驟，PFK的翻譯后修飾是引起癌細(xì)胞糖酵解增加的因素之一。PFK1酶利用ATP作為磷酸供體催化果糖-6-磷酸為果糖-1，6-磷酸。果糖-2，6-二磷酸，二磷酸腺苷/ATP和銨離子是PFK1的激活劑，而檸檬酸鹽和ATP則是PFK1的抑制劑〔21〕。在人類細(xì)胞中，存在3種PFK1基因，分別為肌肉型(PFK-M)，肝臟型(PFK-I)和血小板型(PFK-P)。在不同的侵襲性水平的乳腺癌細(xì)胞系中，可檢測到不同比例的PFK1亞型〔22〕。研究表明，非致瘤性乳腺癌細(xì)胞和致瘤性乳腺癌細(xì)胞的PFK1同工酶存在差異，即PFK1的表達(dá)與侵襲性和糖酵解效率相關(guān)。人類乳腺癌組織中的大多數(shù)PFK1位于肌動蛋白富集部分，這種分布的改變可能與糖酵解的增加有關(guān)，而糖酵解的增加又與癌變和腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)乳腺組織中的總PFK1水平明顯高于癌旁組織，且人類乳腺組織和癌旁組織中的PFK1同工酶表達(dá)模式存在差異。乳腺癌組織中糖酵解活性的增強(qiáng)主要取決于PFK1從PFK-I到PFK-P的轉(zhuǎn)化〔23〕。表沒食子兒茶素沒食子酸酯是綠茶中豐富的多酚，通過劑量依賴性方式抑制PFK的活性和信使RNA水平，降低乳腺腫瘤的重量及葡萄糖和乳酸水平，從而發(fā)揮抗腫瘤作用〔24〕。白藜蘆醇是一種通過降低癌細(xì)胞的葡萄糖代謝和生存能力來發(fā)揮抗腫瘤作用的藥物。它使PFK從完全活性的四聚體分解成活性較低的二聚體，從而減弱人乳腺癌細(xì)胞的活力，降低葡萄糖利用率和ATP的生成，以達(dá)到破壞葡萄糖代謝和降低癌細(xì)胞生存能力的目的〔25〕。

1.3丙酮酸激酶(PK)與乳腺癌 PK能催化磷酸烯醇丙酮酸和二磷酸腺苷轉(zhuǎn)化為丙酮酸和ATP。PFK共有4種同工酶形式：L型，R型，M1型和M2型〔26〕。PKM1具有組成性活性，通常在分化細(xì)胞中表達(dá)，而PKM2具有調(diào)節(jié)活性，通常在癌癥中表達(dá)。PKM2可被上游糖酵解中間產(chǎn)物果糖-1，6-二磷酸激活，而與酪氨酸磷酸化蛋白相互作用后失活〔27〕。乳腺癌組織分析證實(shí)了PKM2在乳腺癌中表達(dá)上調(diào)，其表達(dá)升高與乳腺癌的不良結(jié)局和預(yù)后相關(guān)〔28〕。拉帕替尼是一種小分子酪氨酸激酶抑制劑，它能降低PKM2的表達(dá)水平，抑制糖酵解途徑，從而抑制乳腺癌細(xì)胞分化〔26〕。二烯丙基硫化物是一種脂溶性有效成分，研究發(fā)現(xiàn)它能靶向作用于乳腺癌干細(xì)胞中的PKM2，抑制葡萄糖代謝，繼而阻礙乳腺癌干細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移〔29〕。β-連環(huán)蛋白是胰島素樣生長因子的下游分子，是細(xì)胞膜上的一個重要連接成分。β-連環(huán)蛋白表達(dá)異常的激活突變可引起經(jīng)典Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路的失調(diào)，失調(diào)的信號通路被認(rèn)為是乳腺癌發(fā)生和發(fā)展的標(biāo)志之一。研究表明，miRNA參與Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，如miRNA-152通過抑制β-連環(huán)蛋白和PKM2使乳腺癌細(xì)胞對紫杉醇治療敏感度增加。因此，將miRNA-152與紫杉醇聯(lián)合應(yīng)用可為今后克服乳腺癌對紫杉醇的耐藥性提供一種新的治療策略〔30〕。

1.4甘油醛-3-磷酸脫氫酶與乳腺癌 甘油醛-3-磷酸脫氫酶能夠可逆地催化甘油醛-3-磷酸氧化磷酸化為1，3-二磷酸甘油酯。研究表明，缺氧可上調(diào)甘油醛-3-磷酸脫氫酶的轉(zhuǎn)錄活性，甘油醛-3-磷酸脫氫酶表達(dá)增加的乳腺癌患者的總生存率與普通乳腺癌患者相比較低，其可能的原因是甘油醛-3-磷酸脫氫酶的過度表達(dá)可能與乳腺癌細(xì)胞的增殖和侵襲有關(guān)〔31〕。

1.5乳酸脫氫酶(LDH)與乳腺癌 LDH在糖酵解途徑中將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，通常被認(rèn)為是組織損傷、炎癥和心肌損傷的標(biāo)志物。此外，高含量的血清LDH可作為惡性腫瘤的預(yù)測指標(biāo)，如LDH與乳腺癌骨轉(zhuǎn)移患者的生存率密切相關(guān)〔32〕。此外，高水平的LDH可預(yù)測非轉(zhuǎn)移性Ⅱ期和Ⅲ期乳腺癌患者具有更差的5年生存率〔33〕。檢測119例三陰乳腺癌患者組織中LDH表達(dá)及血清LDH表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中LDH的表達(dá)明顯高于正常組織，血清LDH表達(dá)水平明顯升高。說明腫瘤LDH和血清LDH的升高可能是三陰乳腺癌的兩個預(yù)測指標(biāo)〔34〕。對28例晚期三陰性乳腺癌患者進(jìn)行化療，治療后LDH水平高于基線(第1組)患者的無進(jìn)展生存期明顯低于LDH降至正常(第2組)患者和治療LDH正常(第3組)患者，并且第1組患者的總生存率明顯低于第3組和第4組。說明LDH可能對晚期三陰性乳腺癌患者的生存和化療反應(yīng)具有重要的預(yù)測價值〔35〕。檢測分化良好型，侵襲性三陰性腫瘤和具有他莫昔芬抗性的人乳腺癌細(xì)胞系(MCF)-7的亞系三種乳腺癌細(xì)胞之間的差異，發(fā)現(xiàn)侵襲性三陰性腫瘤和具有他莫昔芬抗性的MCF-7的亞系細(xì)胞的LDH水平和葡萄糖攝取量均高于分化良好型乳腺癌細(xì)胞，而兩者的耗氧量卻低于分化良好型乳腺癌細(xì)胞。對上述3種乳腺癌細(xì)胞給予LDH抑制劑黃素處理后，結(jié)果顯示即使是不同病理類型的乳腺癌細(xì)胞，黃素均能抑制三種乳腺癌細(xì)胞的LDH水平，阻斷糖酵解途徑和降低ATP的產(chǎn)生，從而抑制癌細(xì)胞的增殖〔36〕。

2 乳腺癌中與糖酵解相關(guān)通路

參與乳腺癌糖酵解途徑的信號通路異常復(fù)雜，包括雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路等。

2.1mTOR信號通路與乳腺癌糖酵解 mTOR是磷酸肌醇3激酶相關(guān)激酶家族成員之一，表達(dá)于大多數(shù)哺乳動物中。它除了是營養(yǎng)和生長因子的細(xì)胞傳感器，也是磷脂肌醇3-激酶信號途徑的重要分子。mTOR的活化能夠增加蛋白質(zhì)合成量，抑制自噬，促進(jìn)腫瘤生長，最終降低患者生存率〔37〕。mTOR蛋白是兩種結(jié)構(gòu)和功能不同的蛋白復(fù)合物(mTORC1和mTORC2)的催化亞單位。mTORC1抑制轉(zhuǎn)錄因子真核起始因子4b結(jié)合蛋白和激活S6核糖體蛋白，促進(jìn)調(diào)節(jié)細(xì)胞蛋白生長所必需的蛋白質(zhì)的表達(dá)。mTORC2通過磷酸化調(diào)節(jié)AKT的活性，參與細(xì)胞存活和增殖，誘導(dǎo)糖酵解酶和谷氨酰胺酶的表達(dá)〔38〕。研究表明，與正常乳腺癌組織相比，mTOR在乳腺癌中表達(dá)更多，并且與乳腺癌預(yù)后惡化相關(guān)〔39〕。槲皮素是一種有生物活性的黃酮類化合物，能抑制葡萄糖攝取水平和乳酸的產(chǎn)生，降低糖酵解相關(guān)蛋白PKM2、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1和LDH的表達(dá)，進(jìn)而阻礙乳腺癌細(xì)胞糖酵解過程。說明槲皮素通過降低腫瘤微環(huán)境的酸度，抑制糖酵解，最終限制乳腺癌細(xì)胞的遷移。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素通過抑制AKT/mTOR信號通路介導(dǎo)的自噬來阻礙細(xì)胞遷移和糖酵解，從而抑制乳腺癌發(fā)生發(fā)展〔40〕。據(jù)報道，乳腺癌細(xì)胞長期缺乏雌激素或暴露于他莫昔芬中可出現(xiàn)激素抵抗現(xiàn)象及對細(xì)胞毒性藥物的敏感性增加，其原因可能與mTOR信號通路受到抑制和乳腺癌細(xì)胞糖酵解降低有關(guān)〔41〕。維生素D3是膽固醇氧化生成7-脫氫膽固醇后經(jīng)紫外線照射后生成的一種脂溶性維生素，研究發(fā)現(xiàn)維生素D3能夠降低mTOR介導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞葡萄糖的攝入，影響糖酵解途徑，從而發(fā)揮抗腫瘤作用〔42〕。

2.2MAPK信號通路與乳腺癌糖酵解 MAPK信號通路參與細(xì)胞凋亡、分化、增殖和其他應(yīng)激反應(yīng)，可被腫瘤壞死因子、滲透應(yīng)激、熱休克、脫氧核糖核酸損傷和超氧化物刺激?；罨腗APK信號通路能夠調(diào)節(jié)增殖和凋亡細(xì)胞，MAPK的表達(dá)和活性的增加與癌細(xì)胞的預(yù)后不良有關(guān)，因此MAPK可作為腫瘤抑制因子發(fā)揮作用〔43〕。Sonic是一種與動物發(fā)育有關(guān)的蛋白質(zhì)，Sonic信號通路的活化首先由Sonic配體啟動，隨后細(xì)胞表面受體smo將信號傳遞至細(xì)胞中，最后由Gli家族因子將信號傳遞到細(xì)胞核中。研究發(fā)現(xiàn)Sonic信號通路在乳腺癌組織過度活化，根據(jù)生存分析結(jié)果認(rèn)為這種現(xiàn)象是乳腺癌預(yù)后不良的指標(biāo)。此外，Sonic信號通路能夠激活MAPK介導(dǎo)的PFK，活化的PFK可誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞的糖酵解增多和刺激癌細(xì)胞增殖〔44〕。腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞是指乳腺腫瘤微環(huán)境中的激活的成纖維細(xì)胞，在腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移中起著不可或缺的作用。由于腫瘤的血液供應(yīng)不良常導(dǎo)致缺氧，低氧又能促進(jìn)癌細(xì)胞的糖酵解，因此糖酵解的增強(qiáng)和氧化磷酸化的降低被認(rèn)為是腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞的一個特征。研究發(fā)現(xiàn)缺氧能夠誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1的磷酸化及PKM2表達(dá)增加，導(dǎo)致乳腺癌相關(guān)成纖維細(xì)胞糖酵解增多。此外，乳腺癌相關(guān)成纖維細(xì)胞通過激活MAPK信號通路促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞侵襲并增加腫瘤細(xì)胞中的線粒體活性，揭示了腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞在侵襲性乳腺癌中的新作用，可為治療乳腺癌提供新策略〔45〕。

2.3其他信號通路與乳腺癌糖酵解 腺嘌呤核糖核苷酸依賴蛋白激酶(AMPK)，受體酪氨酸激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子和AKT/葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1等信號通路參與乳腺癌糖酵解的發(fā)生發(fā)展?？固莿┠芤种迫橄侔┘?xì)胞糖酵解和生長，然而抗糖劑也可激活A(yù)MPK，活化的AMPK可以部分恢復(fù)乳腺癌細(xì)胞內(nèi)ATP的水平，從而抵消抗糖劑對乳腺癌細(xì)胞生長的抑制作用。抑制AMPK可增強(qiáng)抗糖劑對ATP產(chǎn)生的抑制作用，并導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性增加〔46〕。因此，抑制糖酵解聯(lián)合使AMPK抑制劑是一種潛在的、安全有效的乳腺癌治療策略。抑制miR-155-5p介導(dǎo)的受體酪氨酸激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子信號通路能降低乳腺癌細(xì)胞的葡萄糖消耗、ATP的產(chǎn)生和LDH生成的能力，抑制受體酪氨酸激酶和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子的磷酸化可抑制乳腺癌細(xì)胞的糖酵解〔47〕。研究發(fā)現(xiàn)AKT的活性與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1在乳腺癌細(xì)胞中呈正相關(guān)性，激活A(yù)KT/葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1信號通路可促進(jìn)葡萄糖的攝取，有助于乳腺腫瘤的生長〔48〕。

3 糖酵解在乳腺癌中的診斷與治療價值

已有許多研究證實(shí)了糖酵解途徑在乳腺癌中的診斷和治療價值。如高濃度的LDH可作為乳腺癌的預(yù)測因子，與乳腺癌患者的存活率存在相關(guān)性〔32〕。Yu等〔49〕發(fā)現(xiàn)乳腺癌糖酵解相關(guān)蛋白與生物學(xué)上的侵襲性表型顯著相關(guān)，如腫瘤體積大、腫瘤分化差、腫瘤晚期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性和血管浸潤陽性。此外，乳腺癌總生存率與糖酵解相關(guān)蛋白之間也存在相關(guān)性。如前所述，一方面可利用外源性小分子調(diào)節(jié)糖酵解酶，如miRNA-143通過抑制HK2的磷酸化，抑制乳腺癌細(xì)胞的糖酵解〔19〕；另一方面外源性藥物如白藜蘆醇也可通過抑制PFK來降低乳腺癌細(xì)胞糖酵解〔25〕。此外，外源性藥物也可抑制糖酵解相關(guān)信號通路如AKT/mTOR介導(dǎo)的自噬來阻礙乳腺癌的發(fā)展〔40〕。糖酵解抑制在乳腺癌中的保護(hù)作用機(jī)制尚未闡明，外源性小分子和藥物的發(fā)揮作用的具體機(jī)制和不良反應(yīng)等仍需進(jìn)一步研究。

4 展 望

乳腺癌是一種具有高發(fā)病率和死亡率的女性腫瘤，目前乳腺癌的治療方式主要集中在手術(shù)和放化療等。雖然這些治療方式取得一定成效，但由于乳腺癌發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，乳腺癌患者的總生存率提高的并不明顯。糖酵解途徑作為腫瘤細(xì)胞利用ATP的主要來源，在乳腺癌細(xì)胞生長、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用，為今后乳腺癌的治療提供可靠策略。