脂質(zhì)代謝在前列腺癌進展中的作用機制

田震 胡文鑫 黃玉華

前列腺癌(prostate cancer, PCa)的發(fā)病率在男性惡性腫瘤中位居第二[1]，我國PCa發(fā)病率逐年上升，嚴重影響老年男性的生活質(zhì)量。雖然PCa的診斷和治療已經(jīng)標準化，但隨著代謝組學的深入研究，脂質(zhì)代謝被證明與PCa密切相關。未來有望通過脂質(zhì)代謝作為診斷和治療PCa的突破點，本文主要就脂質(zhì)代謝在PCa各個階段如何發(fā)揮作用做一綜述。

一、脂質(zhì)及其生物學作用

脂類被定義為可溶于非極性有機溶劑而不能溶于水，在化學成分及結構上非均一的化合物，其物理性質(zhì)從高度疏水到親水及親脂各不相同。根據(jù)其結構和功能的不同，脂質(zhì)被分為8類，即脂肪酸(fatty acid, FA)、甘油脂、甘油磷脂、甾醇與甾醇衍生物、鞘磷脂、戊烯醇脂、糖脂和聚酮[2]。脂質(zhì)合成的主要場所位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和線粒體，在參與調(diào)節(jié)多種生命活動過程中，脂質(zhì)不僅作為細胞及細胞器膜的重要組成成分，還在能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)運輸、信息識別與信號傳遞、細胞發(fā)育和分化及維持細胞穩(wěn)態(tài)等方面起到重要作用[3]。例如FA，作為復雜脂類的主要構成成分，其代謝過程主要包括從頭合成氧化、去飽和及加長而生成不同飽和程度、不同碳鏈長度的FA。FA代謝過程中的關鍵酶均在脂代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用[4-5]。FA的來源除了通過脂解酶將甘油酯、磷脂、鞘脂、固醇脂等脂類水解。一些必需FA因無法在體內(nèi)合成，飲食便成為其主要來源。同樣在脂質(zhì)中占據(jù)一席之地的甾醇，其代表主要為膽固醇，在維持真核細胞生存和細胞膜完整上有著不可或缺的作用。過多游離甾醇可能會對細胞產(chǎn)生毒性，所以甾醇合成的平衡和調(diào)節(jié)非常重要[6]。其他的脂質(zhì)也通過各自不同的代謝途徑，在細胞代謝過程中發(fā)揮著重要作用。

二、正常前列腺細胞內(nèi)脂質(zhì)代謝

FA作為構成脂質(zhì)的主要成分，參與多種細胞活動過程，如細胞膜的構建、蛋白質(zhì)在膜上的定位、脂質(zhì)第二信使前體的合成以及作為儲存能量的介質(zhì)，還可參與肺表面活性物質(zhì)和乳脂的產(chǎn)生等特殊的功能活動。正常細胞中的FA是從食物中獲得的，在正常的有機個體中，F(xiàn)A動態(tài)平衡的中心是肝臟和脂肪組織，并根據(jù)飲食的不同，可以將過量的碳轉(zhuǎn)化為FA，以便儲存或分配到全身。

正常前列腺上皮細胞自身從頭合成FA的能力及產(chǎn)脂酶的表達均較低，需要從循環(huán)中獲得所需的大部分FA，并在雄激素受體(androgen receptor, AR)的調(diào)節(jié)下通過糖酵解產(chǎn)生絕大部分能量。正常的前列腺上皮細胞內(nèi)存在著鋅聚集，通過抑制間烏頭酸酶，從而限制檸檬酸的氧化并使其積累，當正常積累鋅的檸檬酸產(chǎn)生細胞向失去積累鋅的檸檬酸氧化細胞轉(zhuǎn)化時，鋅濃度降低，喪失了對間烏頭酸酶的抑制作用，間烏頭酸酶允許檸檬酸通過Krebs循環(huán)氧化，從而用作從頭生成脂肪的底物即乙酰輔酶A或為脂肪生成提供能量[7-9]。

膽固醇作為維持正常細胞穩(wěn)態(tài)所必需的脂質(zhì)，不僅是類固醇激素的前體，形成雄激素促使PCa細胞增殖；也是質(zhì)膜的重要組成部分，在維持膜的完整性和流動性、形成膜的微結構以及細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導中起著關鍵作用[10]。正常人體組織的膽固醇來源主要有兩個途徑，一是外源性攝取，即飲食；二是內(nèi)源性原位合成，即在肝臟中由初始的乙酰輔酶A經(jīng)過甲羥戊酸途徑等一系列的酶反應最終合成膽固醇，并在低密度脂蛋白及受體幫助下轉(zhuǎn)運至細胞膜或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，該過程受甾醇調(diào)節(jié)元件結合蛋白(sterol regulatory element binding protein, SREBP)尤其是SREBP-2的調(diào)節(jié)。大多數(shù)與膽固醇合成相關的酶，包括3-羥基-3-甲基戊二酸輔酶A還原酶，也都受到SREBP的直接調(diào)控[11-13]。升高的膽固醇可以通過氧化轉(zhuǎn)化為氧甾醇，或以膽固醇酯(cholesterol ester, CEs)的形式儲存在脂滴中[14]；而在腎上腺和睪丸等產(chǎn)生類固醇的組織中，膽固醇又可以轉(zhuǎn)化為類固醇激素。過量的膽固醇則可通過受肝X受體直接調(diào)控的三磷酸腺苷結合盒轉(zhuǎn)運體A-1(ATP-binding cassette transporter A1, ABCA1)運輸?shù)窖褐衃15]。

三、早期PCa細胞中脂質(zhì)代謝改變

腫瘤的類型和病因雖千差萬別，但腫瘤細胞代謝異常的屬性決定了其紊亂的生長和增殖過程需要核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等細胞構件，而構件的來源就是異常代謝中不斷累積的中間產(chǎn)物。腫瘤細胞中最開始被提出的代謝異常是Warburg效應，這是一種對葡萄糖新陳代謝產(chǎn)生能量使用上的改變，在這種變化中，腫瘤細胞使用葡萄糖中的碳來構建其他分子，而不是完全將它們氧化成二氧化碳[16]。另一種常見的腫瘤代謝改變是谷氨酰胺代謝增加。在哺乳動物細胞中，α-酮戊二酸通過進入克雷布斯循環(huán)產(chǎn)生ATP，而谷氨酰胺是代謝產(chǎn)生α-酮戊二酸的主要能量底物[17]。最后一種是本文所提及的在腫瘤細胞中脂質(zhì)代謝的改變。

正常人體組織會優(yōu)先使用外源性脂質(zhì)，即膳食來合成新的結構脂質(zhì)，而從頭(內(nèi)源性)FA合成途徑通常被抑制，合成途徑中產(chǎn)脂酶的表達也維持在較低水平。在PCa細胞發(fā)生的早期，F(xiàn)A合成酶(fatty acid synthase, FASN)基因拷貝數(shù)增加，以致FASN蛋白合成增加，前列腺上皮增生和上皮內(nèi)腫瘤的發(fā)生概率也隨之增加[18]。泛素特異性蛋白酶-2a被認為是PCa干預的潛在靶點[19]，對于穩(wěn)定的FASN蛋白，增加PCa中的FA合成有著重要意義。而該酶的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子是SREBP-1c。雄激素和表皮生長因子可以刺激PCa細胞中SREBP-1c的表達，而AR的表達又受SREBP-1c的調(diào)控，增加生脂酶的表達，從而形成一個正反饋回路，促進FASN的表達。有研究在PCa細胞的AR基因中發(fā)現(xiàn)了SREBP-1轉(zhuǎn)錄因子的結合位點，過表達SREBP-1會增加PCa細胞的致瘤性和侵襲性[20-21]。這些結果表明雄激素信號與FA合成的激活密切相關，兩者協(xié)同促進PCa的發(fā)生和發(fā)展。

膽固醇代謝異常也與早期PCa發(fā)生密不可分，甲羥戊酸途徑合成膽固醇過程中酶的轉(zhuǎn)錄受激活的SREBP-2轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控。Freeman等[22]發(fā)現(xiàn)在膽固醇合成過程中，甲羥戊酸途徑產(chǎn)生幾種用作蛋白質(zhì)修飾劑的代謝中間產(chǎn)物，如類異戊二烯、香葉基焦磷酸酯和法尼基焦磷酸酯，這些中間產(chǎn)物均可以使Ras和Rho等癌基因蛋白提前甲基化，從而調(diào)節(jié)PCa細胞的增殖、遷移和侵襲。膽固醇本身也可以在翻譯后修飾促癌蛋白，如Sonic hedgehog促進去分化、腫瘤細胞的生長和轉(zhuǎn)移[23-24]。PCa細胞生存的關鍵信號是通過脂筏傳遞的，膽固醇作為質(zhì)膜脂筏微域的主要成分，它可以介導致癌蛋白信號復合體的形成，維持早期PCa細胞穩(wěn)定而不發(fā)生細胞凋亡[25]?？傊?，甲羥戊酸途徑產(chǎn)生的脂質(zhì)分子所具有的生物學功能包括翻譯后修飾、脂筏形成和類固醇合成，這些都能夠影響早期PCa的發(fā)生和發(fā)展。

四、進展期PCa細胞中脂質(zhì)代謝改變

脂質(zhì)代謝異常改變誘導PCa細胞發(fā)生后，一方面雄激素信號介導癌癥進展，另一方面PCa細胞中異常脂質(zhì)代謝繼續(xù)發(fā)揮著重要作用。SREBP作為脂質(zhì)代謝的關鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，不僅在早期PCa細胞中發(fā)揮作用，在進展期PCa細胞中同樣重要。AR介導的mTOR活化促進SREBP的加工、活化[26]。與正常或良性前列腺增生組織相比，SREBP蛋白在人類前列腺腫瘤組織中普遍高表達，特別是SREBP1的表達與疾病進展和Gleason分級呈正相關。此外，mRNA數(shù)據(jù)集揭示了SREBP在前列腺腫瘤中的表達相比較于正常前列腺組織有著顯著增加，隨著SREBP激活，F(xiàn)ASN高表達，癌細胞中脂質(zhì)開始合成，生成FA。生成的FA通過以下3個方面在進展期PCa細胞的發(fā)展及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用：①長鏈飽和FA如棕櫚酸酯能夠順利進入線粒體進行氧化，則必須通過棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1(carnitine palmitoyltransferase 1, CPT1)酶解從而轉(zhuǎn)化為可以穿過線粒體外膜的酰基肉堿，F(xiàn)A通過在PCa中高表達的CPT1進行氧化分解來釋放能量；②通過?；o酶A膽固醇?；D(zhuǎn)移酶1儲存在脂滴中，反饋作用于脂質(zhì)的從頭生成；③轉(zhuǎn)化為磷脂結合到細胞膜中，新合成的磷脂與膽固醇一起，形成一種膜微區(qū)，即脂筏，充當著磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)途徑或AKT途徑等多種信號轉(zhuǎn)導的平臺[27]。由于信號通路的激活依賴于脂筏的完整性，可以使用膽固醇合成抑制劑(他汀類)來降低膽固醇含量，從而破壞信號通路，減少癌細胞的增殖。重組人FA結合蛋白-5(fatty acid-binding protein 5, FABP5)作為細胞內(nèi)脂質(zhì)伴侶蛋白，作用是協(xié)助FA運輸，上調(diào)FABP5在促進PCa細胞增殖和生長中至關重要，機制可能是通過增加細胞內(nèi)受體PPARb/d的活性，以促進腫瘤的生長[28]。

膽固醇的異常代謝不僅在進展期PCa細胞中發(fā)揮主要作用，同時也是組成脂滴的最主要成分。膽固醇積聚作為癌組織的普遍特征，在組織癌變過程中發(fā)揮重要作用。目前研究最多的膽固醇代謝調(diào)節(jié)是PTEN/AKT/mTORC1通路和p53基因。PTEN缺失、AKT和mTORC1的異常激活促進SREBP-2的表達和轉(zhuǎn)錄活性[22,29-32]，使膽固醇在乙酰輔酶A乙酰轉(zhuǎn)移酶1的幫助下，增加在脂滴中的攝取和儲存，從而形成了一個正反饋回路，維持PI3K/AKT/mTOR/SREBP呈高活性狀態(tài)[33]。SREBP-2又可以調(diào)控HMG-CoA還原酶的表達，使得在PCa細胞中，膽固醇穩(wěn)態(tài)被破壞，脂質(zhì)不斷從頭合成導致膽固醇的積聚[32]。同時，膽固醇外排途徑受到抑制，正常膽固醇外排與ATP結合ABCA1有關。Lee等[15]研究表明ABCA1表達的缺失導致細胞內(nèi)膽固醇滯留，癌特異性ABCA1高甲基化和蛋白表達的缺失直接導致細胞內(nèi)膽固醇水平升高。此外，ABCA1高甲基化僅在中、高級別PCa中被檢測到，這表明ABCA1的失活與PCa的進展有關。Moon等[34]研究發(fā)現(xiàn)，PCa組織中ABCA1蛋白的表達水平明顯降低，表明ABCA1在PCa中普遍失活，允許細胞內(nèi)膽固醇積累從而為PCa的進展提供了有利的環(huán)境。同時還發(fā)現(xiàn)p53可以通過誘導小鼠肝臟中ABCA1的表達來抑制SREBP-2的激活，從而抑制膽固醇的合成。此外，p53還可以促進Lipin1的表達以抑制SREBP-2的轉(zhuǎn)錄活性，并阻斷乙酰輔酶A的產(chǎn)生，而乙酰輔酶A是膽固醇合成的重要原料[34-36]，從而間接抑制膽固醇的合成。但膽固醇超載會導致細胞毒性，此時通過?；o酶A膽固醇?；D(zhuǎn)移酶發(fā)生酯化，形成PCa細胞中的CEs，不僅避免了過量游離膽固醇所帶來的毒性，也可以作為能量代謝的原料和雄激素合成的前體。CEs的積累是PCa發(fā)生轉(zhuǎn)移的代謝標志，這一結論已得到部分認同。

Lee等[37]的研究表明異常的Wnt/β-catenin信號與PCa進展有關。β-catenin可與AR形成復合物，增強PCa細胞的AR信號轉(zhuǎn)導，β-catenin甚至還與PTEN丟失協(xié)同促進腫瘤侵襲。Wnt活性受到脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)，在轉(zhuǎn)移性PCa中，高水平的脂質(zhì)合成或攝取為Wnt酰化提供FA底物(即棕櫚酸和棕櫚油酸)，從而促進PCa細胞遷移和侵襲。當使用?；o酶A膽固醇?；D(zhuǎn)移酶抑制劑抑制膽固醇酯化，通過負反饋環(huán)下調(diào)SREBP，使脂肪生成途徑被抑制，從而限制Wnt酰化所需游離FA的可用性來抑制PCa的轉(zhuǎn)移。這表明了可以通過抑制膽固醇酯化，從而限制Wnt酰化，最終延緩PCa的進展。

五、去勢抵抗性前列腺癌細胞中脂質(zhì)代謝改變

PCa經(jīng)過內(nèi)分泌治療后，大部分患者病情可緩解，然而，在經(jīng)過中位生存時間18～24個月后，幾乎所有患者都會進展為去勢抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer, CRPC)。進展到CRPC后，PCa組織中AR的mRNA和蛋白質(zhì)水平并不發(fā)生顯著變化，經(jīng)雄激素剝奪治療后，血清中雄激素可降低到去勢水平，而PCa細胞內(nèi)雄激素仍然保持較高水平并能夠激活AR及其下游通路，這一階段內(nèi)的脂質(zhì)代謝變化與之有著密不可分的聯(lián)系。

FASN不僅促使早期PCa細胞初始增殖，也會促進其進展到CRPC。FASN與AR-V7共同作用于CRPC的癌細胞，加速其發(fā)展，當FASN激活時，會顯著增加依賴AR的c-Myc及c-Myc調(diào)控的轉(zhuǎn)錄信號的表達，而c-Myc過表達又會誘導雄激素非依賴性合成增加。Antonarakis等[38]發(fā)現(xiàn)通過抑制FASN會使CRPC代謝體重新調(diào)整，誘導內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，導致AR-FL/AR-V7下調(diào)，抑制CRPC階段癌細胞生長。氧化應激在CRPC癌細胞中可以通過以依賴PLK1的方式激活細胞中的PI3K-AKT-mTOR通路和AR信號從而誘導癌細胞增殖。PLK1自身也通過SREBP途徑調(diào)節(jié)來促進PCa中CEs的積累，從而促進CRPC中癌細胞增殖[39]。

FA的合成依賴于檸檬酸三磷酸腺苷裂解酶(ATP-citrate lyase, ACLY)，并抑制AMPK激活來達到CRPC癌細胞的能量穩(wěn)態(tài)，從而維持AR活性、癌細胞存活和促進增殖。抑制ACLY使AMPK激活，使CRPC中癌細胞對AR拮抗反應敏感，同時抑制ACLY和AR可抑制癌細胞增殖和誘導凋亡，特別是在雄激素低水平的情況下，通過ACLY-AMPK-AR途徑影響CRPC癌細胞的代謝依賴性從而潛在地提高AR靶向治療的有效性[40]。FA的分解通過CPT1A為PCa細胞增殖提供能量，CPT1A也可以為組蛋白乙?；峁┮阴；约凹涌煨奂に氐挚惯^程使其快速進入CRPC[41]。

Pandey等[42]認為CRPC癌細胞可以從頭合成雄激素，來補充因雄激素剝奪治療導致的外源性喪失，這源于清道夫受體b型1在CRPC細胞中表達和活性升高，促使膽固醇在CRPC細胞中積累。

脂質(zhì)代謝異常改變與PCa發(fā)生、進展密切相關，F(xiàn)A、膽固醇作為脂質(zhì)的主要代表成分，對于PCa的影響已毋庸置疑。在PCa各個時期均可發(fā)現(xiàn)FA氧化代謝活躍及從頭合成，這被認為是惡性腫瘤普遍具有的特異性之一。FA合成和FA氧化組成FA代謝循環(huán)，Menendez等[43]發(fā)現(xiàn)抑制FA合成或FA氧化代謝中的任一關鍵酶均能抑制體內(nèi)外PCa細胞生長，延緩疾病進程，提示FA代謝為PCa生長增殖所必需。同樣，在PCa發(fā)生過程中觀察到能量代謝變化和膽固醇代謝重編程，膽固醇代謝異常發(fā)生在PCa的各個階段，PCa組織中膽固醇維持在較高水平，Hager等[44]研究發(fā)現(xiàn)PCa細胞中補充膽固醇能夠增加腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲能力，通過靶向降低膽固醇，能夠誘導PCa細胞凋亡。細胞內(nèi)膽固醇的代謝受到轉(zhuǎn)錄因子SREBP和雄激素的調(diào)節(jié)，與CRPC的發(fā)生關系密切。而細胞通過蓄積大量的CEs可以持續(xù)不斷地維持膽固醇水平，促進PCa的生長和進展。SREBP作為脂質(zhì)代謝中的關鍵蛋白，通過誘導FA、膽固醇的生成，促使PCa的發(fā)生、發(fā)展。隨著對脂質(zhì)代謝的深入研究，靶向脂質(zhì)代謝如FA、膽固醇及關鍵蛋白的代謝過程，有助于PCa的早期輔助診斷或?qū)τ谶M展有著監(jiān)測作用，并有可能發(fā)現(xiàn)針對PCa尤其是CRPC的有效治療靶點。