脂質代謝在去勢抵抗性前列腺癌中的研究進展

高 杰綜述，丁留成，衛(wèi)中慶審校

0 引 言

前列腺癌(prostate cancer, PCa)是泌尿系統中發(fā)病率最高的一種惡性腫瘤，美國癌癥協會預計，2020年在美國男性中PCa將位居新發(fā)惡性腫瘤榜首，且其癌癥相關死亡率將緊隨肺癌之后位居第二[1]。我國PCa的發(fā)病率也呈現逐年上升的趨勢，因其不良預后及高度惡性，逐漸成為威脅老年男性生存時間和質量的重要問題?，F階段，包括手術去勢和藥物去勢治療在內的雄激素剝奪治療(androgen deprivation therapy, ADT)可有效緩解PCa進程，是所有階段復發(fā)性PCa的標準治療手段[2-3]。但經過初次持續(xù)ADT治療后疾病依然進展，最終將不可避免地發(fā)展成惡性程度更高的去勢抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer, CRPC)[4]，導致患者的惡性預后結果。相關研究發(fā)現，在肺癌[5]、甲狀腺癌[6]、結直腸癌[7]和乳腺癌等腫瘤中均已發(fā)現存在異常的脂質代謝。同樣，在CRPC患者中發(fā)現有諸如2型糖尿病和胰島素抵抗等糖代謝紊亂的臨床表現，以及肥胖和血脂異常等脂代謝紊亂的臨床表現[8]。近年來，脂代謝重編程與CRPC的密切聯系得到廣泛關注，本文主要就脂質代謝在CRPC中的研究進展作一綜述。

1 脂質代謝與PCa的關系

腫瘤能夠自發(fā)產生能量代謝重編程，是其區(qū)別于正常組織的重要特征之一[9-10]，并在腫瘤的進展過程及轉移侵襲等多種生物學行為中起到重要作用[11]。其重要的標志之一是Warburg效應，即盡管腫瘤細胞處于氧氣充足的環(huán)境中，仍可以糖酵解為葡萄糖的主要代謝途徑，從而增強自身增殖、遷移和侵襲等生物學能力[12]。

目前有多個層面的研究已經證實，脂質代謝與PCa的進展、耐藥性以及復發(fā)轉移密切相關。大量研究表明，PCa發(fā)生發(fā)展過程中存在多種途徑的脂代謝異常，包括循環(huán)池中脂質的攝取增加[13]，脂肪酸從基質脂肪細胞更多地轉移到PCa細胞內[14]，脂肪酸和磷脂的從頭合成增加[15]，磷脂[16]以及作為膽固醇酯儲存在胞漿脂滴中的膽固醇積累增加[17]。有趣的是，支鏈脂肪酸氧化過程中的關鍵酶α-甲酰輔酶A消旋酶被發(fā)現在PCa中過表達，并能增加細胞內脂肪酸氧化來為腫瘤生長提供能量[18]。這就暗示在PCa的進展中可能存在一種脂質合成和氧化之間的平衡，其功能是同時為PCa細胞的生長提供所需的脂質原料和必要能量。PCa患者在接受ADT治療12-24周后，可觀察到患者胰島素抵抗增強和血清膽固醇升高的現象[19]。雖然肥胖與PCa發(fā)病風險之間的關系目前尚不清楚，但相關研究提示肥胖和代謝綜合征與CRPC患者生存不良預后有關[20]。在CRPC階段，雄激素受體(androgen receptor, AR)順位基因大部分被保留，特別是AR介導的脂質生物合成在PCa發(fā)展為CRPC的過程中高度保守并被重新激活，高強度的脂質合成狀態(tài)被認為可導致患者的不良預后，這就提示脂質生物合成途徑可依賴AR調節(jié)而重新激活，這在推動PCa進展中起到重要作用，并表明ADT可能通過阻斷脂質生物合成途徑而在治療上得到增強[21]。

2 脂肪酸代謝和CRPC

2.1 脂肪酸合成的基本過程脂肪酸代謝是脂質代謝的關鍵組成部分，其從頭合成的第一步是由檸檬酸合成乙酰CoA，這需要關鍵酶ATP檸檬酸裂解酶(ATP citrate lyase, ACLY)的催化。而乙酰CoA羧化酶可將乙酰CoA縮合成丙二酰CoA，后者再被脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FAS)轉化為16碳脂肪酸棕櫚酸酯。隨后在硬脂酰CoA去飽和酶的作用下生成單不飽和脂肪酸，然后由脂肪酸伸長酶等酶催化合成多不飽和脂肪酸，最終產生三酰甘油。

2.2 脂肪酸代謝紊亂中的重要酶體

2.2.1 ACLY有研究證明在CRPC細胞中，抑制ACLY可增強細胞對AR拮抗劑的敏感性，而同時抑制ACLY和AR則可直接限制細胞增殖并誘導細胞凋亡，這種現象在雄激素缺乏的情況下更加明顯[22]；并且這一抑制劑組合可導致細胞內質網應激狀態(tài)并同時激活AMP依賴的蛋白激酶，從而抑制AR水平[22]；而在CRPC細胞中，AR轉錄水平與ACLY以及其他脂肪酸合成過程中需要的酶基因的表達呈正相關關系。這些研究提示在ACLY與AR的協同作用對維持CRPC細胞耐藥意義重大?？缀Ｈ鸬萚23]在PCa的DU145細胞中使用小干擾RNA片段選擇性敲低ACLY的表達后，發(fā)現細胞增殖水平受到抑制，而胞內乙酰CoA和凋亡蛋白Caspase-3的表達明顯上調，同時早晚期凋亡細胞比例明顯升高。這表明ACLY可能在PCa惡性進展及維持CRPC耐藥性中有著重要作用。綜上，抑制CRPC中ACLY的表達，可顯著提高對CRPC細胞的ADT治療敏感性。ACLY可能是CRPC治療中潛在的新靶點，這些研究為臨床靶向干預和治療CRPC提供了新的思路。

2.2.2 FAS人體內大多數的脂肪酸由日常飲食供應，內生合成通常很少，所以FAS在大多數正常人體組織中以低到不可檢測的水平表達。研究表明隨著PCa組織Gleason評分的增加，FAS的表達量也逐步增加[24],這一發(fā)現今后可能被用于結合FAS水平和Gleason評分的PCa的分級分期，可作為新的診斷和預后的生物標志物。

從頭合成脂肪酸、FAS等關鍵合成酶[25]以及固醇調節(jié)元件結合蛋白(sterol regulatory element binding protein, SREBPs)等轉錄調節(jié)劑表達的顯著上調被認為是CRPC的另一個代謝特征，這些高強度的脂肪酸合成機制為腫瘤轉移性擴散提供了充足的底物和能量[26]。FAS的表達還受到轉錄因子AR的調控，具體機制為通過SREBP1間接激活或與FAS啟動子區(qū)域結合直接激活FAS轉錄，而SREBP1抑制劑又可下調AR-FL(full-length AR)水平[27]，這說明AR信號傳導與FA代謝之間存在相互調節(jié)作用。FAS活性的增強還與多種致癌機制有關，如PI3K / Akt / mTORC1途徑的激活、某些致癌基因(包括Kras和Wnt-1)的棕櫚?；痆28]、內質網功能和抗基因毒性損傷[29]。通過遺傳和藥理學方法抑制FAS活性可導致細胞周期停滯和/或凋亡達到抑制PCa細胞的生長的效果[29]，而FAS的過表達則與PCa細胞對化療的耐藥性相關。這些都提示FAS可能是CRPC抗代謝治療的潛在靶點，這為難治性CRPC的治療指出了新的方向。

2.2.3 HOXA10乙型肝炎病毒激活同源異型盒A10 (Hepatitis B virus activates homeobox A10, HOXA10)是同源盒基因超家族的成員之一，可不依賴雄激素而參與抑制PCa細胞增殖、錨定集落形成和異種移植物生長。另外，HOXA10可結合AR形成蛋白復合物，阻止后者進入FAS基因啟動子，從而抑制FAS基因的轉錄。相關研究提示HOXA10基因在PCa細胞中的表達下調可能促進脂肪生成，并進一步促進PCa細胞生長和腫瘤向去勢抵抗階段發(fā)展[30]。這表明HOXA10在PCa向CRPC發(fā)展的過程中起到重要作用，相關機制值得更加深入的研究。

2.2.4 PPARγ和FABP5當PCa細胞中脂肪酸代謝紊亂時，脂肪酸結合蛋白5(fatty acid binding proteins 5, FABP5)活化，進而轉運過多的脂肪酸，而這一過程能夠激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ, PPARγ)，后者可作用于血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)的啟動子并上調其表達進而促進血管生成[31]。在雄激素依賴的PCa細胞中，VEGF的表達可通過啟動子上Sp1/Sp3結合位點受到雄激素的調節(jié)，但隨著腫瘤的進展，細胞逐漸失去對雄激素的依賴性，這一途徑被FABP5-PPARγ-VEGF信號通路取而代之[31]。這些結果提示，FABP5-PPARγ-VEGF信號轉導軸可能是CRPC血管生成抑制治療的一個更重要的新靶點。臨床證據表明，一些激素治療后復發(fā)的CRPC具有神經內分泌分化(neuroendocrine differentiated, NED)表型，這是一種十分惡性的腫瘤類型。有趣的是，Lin等[32]通過實驗證明了IL-6或ADT可通過PPARγ和脂肪細胞分化相關蛋白在PCa細胞中誘導NED。此外相關實驗證明，抑制高度惡性PCa細胞中的PPARγ可顯著降低細胞的增殖率、侵襲力、和遷移等生物學能力[33]。這些研究結果指出，PPARγ可能與CRPC獲得NED表型進而獲得更加惡性的生物學能力具有密切聯系，有望成為潛在的干預靶點，但仍需要更多的實驗數據和分析加以證實。

3 膽固醇代謝和CRPC

一些證據表明膽固醇代謝和PCa的進展有關：首先，血清膽固醇水平與PCa級別之間存在正相關關系，并且抑制血清膽固醇合成可能有助于改善CRPC對于恩雜魯胺的耐藥性[34]；其次，在體內異種移植和體外腫瘤進展模型中存在大量膽固醇代謝紊亂現象，并由此促進PCa細胞的去勢抵抗性生長[35]；第三，3-羥基-3-甲基戊二酰CoA還原酶是膽固醇代謝的關鍵酶，使用他汀類藥物抑制其活性后測定發(fā)現可改善PCa診斷率和死亡率的低風險相關[36]。這些都證明了膽固醇代謝與CRPC的發(fā)展以及耐藥有著重要關系，盡管美國食品藥品監(jiān)督管理局關于人膽固醇管理的建議近年來有所改變，但對于特定腫瘤中的膽固醇密切監(jiān)測和管理，仍有可能決定腫瘤患者的預后和最終走向。

3.1 膽固醇代謝與細胞增殖膽固醇代謝在細胞膜合成和甾體生成中起重要作用，后者對腫瘤細胞增殖和腫瘤維持至關重要[37-38]。膽固醇是構成質膜和膜微區(qū)的主要成分，能與鞘脂、糖脂組成小的異質膜結構域，又稱“脂筏”，參與調節(jié)對PCa生長和存活至關重要的特定蛋白質[39]，同時依賴于磷脂雙分子層中脂肪酸的飽和度以及脂筏中膽固醇濃度的共同作用；另外，亦存在一些信號途徑可直接調節(jié)膽固醇代謝來實現調節(jié)脂筏成分的效果[40]。在筏內發(fā)現的Akt亞群表現出與非筏 Akt截然不同的底物特異性，參與細胞的生長及存活，并可在轉錄水平調控與脂質及膽固醇合成相關的重要基因；同時Akt功能還可受膜內膽固醇濃度的調控而變化[41]。肝臟X受體(liver X receptors，LXRs)的信號轉導通過下調筏內磷酸化Akt的水平而導致PCa細胞凋亡，該過程由LXR刺激的膽固醇外流引起，而加入外源性膽固醇后該效果可以得到回復。綜合數據表明，膽固醇調節(jié)脂筏動力學，進而影響重要的信號傳導途徑，增加的膽固醇通過對脂筏的作用而保護細胞免于凋亡。另外膽固醇的合成與細胞周期進程緊密相關，通過合成阻滯劑降低膽固醇水平可能會導致細胞生長的停滯，進而誘導PCa細胞的大量凋亡[42]。這些均暗示膽固醇代謝與細胞增殖之間關系密切，通過干預膽固醇代謝而影響細胞增殖，進而延緩PCa向CRPC的進展，可能是治療過程中的一種新思路。

3.2 膽固醇代謝與類固醇生成長鏈?；鵆oA合成酶3(long-chain acyl-coenzyme A synthetase 3, ACSL3) 是一個參與脂肪酰CoA酯生成的雄激素反應基因，相較于激素敏感性PCa，其在CRPC中的表達水平中明顯升高，并能夠促進腎上腺雄激素脫氫表雄酮硫酸鹽中雄激素的合成，防止活性雄激素的分解代謝[43]。這提示ACSL3通過調節(jié)類固醇生成基因來促進腫瘤內類固醇生成，進而促進CRPC的生長，可能是CRPC未來治療的潛在分子靶標。

相關研究證實，低密度脂蛋白受體(low density lipoprotein reporter, LDLR)水平的升高與腫瘤細胞攝取LDL量增多并同時維持細胞內膽固醇穩(wěn)態(tài)有關[44]。PCa細胞能將脂滴中的膽固醇酯化，以避免細胞內高膽固醇水平造成的細胞毒性，并保持膽固醇水平獨立于游離膽固醇濃度。通過這種方式，腫瘤細胞可使SREBP始終保持活躍，而SREBP1或SREBP2可直接控制LDLr基因轉錄并維持高膽固醇水平。SREBP1蛋白在PCa組織中較正常組織升高，而在接受ADT后降低[11,45]，并且SREBP也受AR調節(jié)，在細胞系向CRPC的轉變過程中能夠隨之發(fā)生改變。提示這可能是一個潛在的治療靶點。約70%的晚期PCa有PTEN基因的丟失[17,46]，而隨后PI3K/Akt/mTOR通路可被激活。有趣的是，該途徑可不依賴于雄激素信號，而參與PCa中細胞存活、轉移和抗去勢生長，以及SREBP和LDLr的激活，且與脂質代謝產物膽固醇酯的儲存和積聚相關[47]。綜上，這些蛋白和基因作為類固醇合成過程中的重要調節(jié)因子，可能是促進PCa向CRPC進展的重要因素，是重要的治療標志物。

4 磷脂代謝和CRPC

磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine, PC)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine, PE)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol, PI)、磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine, PS)和鞘磷脂(sphingomyelin, SM)這五種磷脂構成了組成質膜的主要成分。

目前有關磷脂與PCa關系的研究大部分主要集中在將磷脂作為診斷和預后的生物標志物方面。通常情況下，PS錨定于細胞膜的內側面，而在腫瘤細胞中PS在磷脂轉位蛋白酶失活等多種情況下，能夠被轉運到胞膜的外側面。針對PS的這一特性，目前已經有許多靶向腫瘤PS的分子被開發(fā)以豐富治療腫瘤的手段和效果[48]。Randall等[49]將質譜成像技術用于鑒定和繪制Gleason評分為6至9的已知前列腺癌患者的前列腺組織中的脂質和代謝產物，發(fā)現PC、PS、PI、磷脂酸和心磷脂等多種脂質強度的變化梯度與Gleason評分的增加相關。這表明磷脂可能是PCa侵襲性的標志，可能用作支持影像引導的前列腺活檢的臨床工具以及PCa的生物標志物。

此外，膜聯蛋白A3 (Annexin A3) 屬于膜聯蛋白的一種，許多研究證據提示惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉移以及侵襲，甚至耐藥性等多種生物學能力的改變中多伴隨Annexin A3表達水平的改變[50], 因此Annexin A3可能對CRPC的前期診斷和預后監(jiān)測具有重要意義。此外，有研究指出膜聯蛋白A3的表達水平可能與 Gleason 評分分值存在一定相關性，兩者呈負相關關系，故可作為一種高度特異性的新型PCa無創(chuàng)性生物標志物。這提示聯合檢測Annexin A3和血清前列腺特異性抗原的含量，能夠有效提高PCa臨床診斷的精確度，從而減少不必要的前列腺穿刺活檢等侵入性檢查。

Lin等[51]用液相色譜-串聯質譜法對96例CRPC患者的血漿樣本進行了脂質組譜分析，并將結果在另外獨立隊列的63名CRPC患者中進行了驗證，發(fā)現46種脂類水平可單獨預測預后，尤其是高水平的鞘脂與不良預后相關；并且提示預測預后的三脂信號(包括神經酰胺、鞘磷脂和磷脂酰膽堿)與較短的生存期有關。這提示血漿脂質與CRPC預后有相關性，并且神經酰胺、鞘磷脂和磷脂酰膽堿等脂質在疾病進展中可能起重要作用。

線粒體2,4-二烯酰-CoA還原酶(mitochondrial 2,4-dienoyl-CoA reductase, DECR1)，是β-氧化的輔助酶，也是CRPC的臨床相關生物標志物。研究表明DECR1可以通過控制飽和磷脂和不飽和磷脂之間的平衡參與氧化還原動態(tài)平衡，敲除DECR1后可誘導內質網應激，并增加CRPC細胞對肥大癥敏感性；在體內，DECR1缺失會削弱脂質代謝并降低CRPC腫瘤的生長[52]，這暗示了DECR1可能在治療CRPC耐藥性發(fā)展中具有重要作用。

5 結 語

脂質代謝的改變對早期PCa向CRPC的進展等多方面發(fā)揮著至關重要的作用，也是近年來研究的熱點，尤其是各類脂質代謝途徑中的關鍵酶和AR、GR等各類固醇類受體之間的互相調控關系，涉及諸如PI3K、Akt和mTOR等多種復雜信號通路。在細胞水平上，脂質代謝途徑的異常激活對于CRPC細胞更新胞膜、核苷酸、能量和DNA的需求增加是必不可少的；在機體水平上，諸如胰島素抵抗、肥胖、代謝綜合征和糖尿病等代謝相關疾病狀態(tài)可改變PCa的腫瘤代謝微環(huán)境，這些均與CRPC的進展緊密相關。研究脂質代謝相關基因以及酶體的表達，可能對于CRPC今后的早期診斷、精確靶向治療及獲得更好的預后具有重要意義。另外，目前新型示蹤劑整合影像學技術，包括代謝譜、轉錄組分析、高通量測序和成像等技術，正逐漸成為各類臨床腫瘤診斷、治療和監(jiān)測的新規(guī)范，結合這些新技術，今后可以開發(fā)脂代謝相關的CRPC理想生物標志物，相信這些將會極大改善CRPC的診療現狀。