脂肪酸及其代謝物與膀胱癌生物學行為關系研究進展

徐文楷，黃應龍，王 僑，王劍松，王海峰

(昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院泌尿外科，云南省泌尿系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學中心，云南昆明 650101)

膀胱癌是世界上最常見的惡性腫瘤之一，2020年全球估計有573 278例新發(fā)病例導致212 536人死亡，發(fā)病率以及死亡率均逐年上升[1]。同樣，膀胱癌也是我國泌尿外科臨床上最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和病死率在我國部分地區(qū)仍位于泌尿系統(tǒng)腫瘤的第1 位，2014年中國膀胱癌的總發(fā)病率為5.71/105，總死亡率為2.35/105[2]，并且近年來我國膀胱癌發(fā)病率呈上升趨勢[3]。腫瘤增殖及遷移能力強大，不僅需要充足的能量供給，腫瘤細胞結(jié)構的完整性及腫瘤內(nèi)血管生成還需要大量的生物原料，因此腫瘤細胞與細胞代謝的關系十分密切。探討腫瘤細胞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)和能量的代謝對于揭示腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有十分重要的意義。近年來有關腫瘤的物質(zhì)代謝，特別是脂肪酸以及脂肪酸代謝相關酶的研究在膀胱癌的早期診斷和治療中也展現(xiàn)出巨大的潛力。故此，本文針對近年來膀胱癌的脂肪酸代謝進行綜述。

1 脂肪酸的分類及其在膀胱癌中的作用

脂質(zhì)包括脂肪和類脂，其合成和氧化代謝產(chǎn)物不僅為癌細胞增殖提供充足的能量，同時也提供了充足的生物原料，以及作為第二信使、激素在信號傳導中發(fā)揮重要作用。脂肪酸是脂質(zhì)氧化和合成的代謝樞紐物質(zhì)，根據(jù)結(jié)構可分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，前者是指不含不飽和雙鍵的脂肪酸，后者根據(jù)含不飽和雙鍵的數(shù)量又可分為單不飽和與多不飽和脂肪酸，其中飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸目前在膀胱癌中的研究較少，本文主要就多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)在膀胱癌中的作用進行歸納。

PUFA按照甲基端開始第1個雙鍵的位置不同，分為omega-3(ω-3)、omega-6(ω-6)、 omega-7(ω-7)、 omega-9(ω-9)PUFA。其中ω-7與ω-9PUFA與膀胱癌發(fā)生發(fā)展的相關性還未被證實。而omega-3與omega-6PUFA及其衍生代謝物對于包括膀胱癌在內(nèi)的腫瘤血管生成均具有重要的調(diào)控作用[4]。

omega-6 PUFA中最具代表性的脂肪酸為花生四烯酸(arachidonic acid，AA)，其可經(jīng)不同酶系催化成多種活性物質(zhì)。如AA可在環(huán)氧合酶2(cyclooxygenases 2, COX2)催化下經(jīng)一系列反應生成前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)、前列環(huán)素(epoprostenol,PGI2)等物質(zhì)，PGE2、PGI2被認為均是參與調(diào)節(jié)血管生成的重要PG類物質(zhì)，并且PGE2在炎癥和細胞增殖中發(fā)揮重要作用。KASHIWAGI等[5]發(fā)現(xiàn)前列腺素E2受體2(prostaglandin receptors type 2,EP2)在膀胱癌細胞中表達明顯高于正常尿路上皮組織，在EP2高表達的膀胱癌細胞中抑癌基因PTEN下調(diào)，使PTEN對PI3K的抑制能力下降，活化的PI3K可進一步活化AKT/mTOR途徑，從而促進腫瘤細胞的增殖。并且實驗中還發(fā)現(xiàn)EP2的高表達與順鉑的耐藥性也有關，利用EP2選擇性拮抗劑和塞來昔布能有效抑制膀胱腫瘤細胞活力和遷移，并逆轉(zhuǎn)和增強腫瘤抑制因子PTEN的表達，增加順鉑的敏感性。因此，研究調(diào)節(jié)omega-6PUFA的含量可為膀胱癌的治療提供新途徑。

Omega-3PUFA不僅可調(diào)節(jié)膜的流動性，其在腫瘤微環(huán)境中還具有調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)和免疫細胞，調(diào)控細胞信號轉(zhuǎn)導中關鍵蛋白的活性等作用，并且omega-3PUFA在腫瘤細胞中還能抑制血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)刺激的新生血管生成[6]。人體最主要的兩種omega-3PUFA分別為二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)。DHA可以減少細胞膜AA的含量，從而降低三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate, GTP)酶激活蛋白(GTP ase-activating protein，GAP)活性，然后降低GTP活性依賴的Ras蛋白活性，最后抑制MAPK/EPK信號通路介導的細胞增殖，并促進細胞凋亡[7]。BEN等[8]通過大樣本的臨床數(shù)據(jù)證實，EPA和DHA與尿路上皮癌低風險有關，可能對膀胱癌的發(fā)展具有抑制作用。在膀胱癌大鼠模型中也證實omega-3脂肪酸具有抗炎、抗氧化、抗增殖和抗血管生成的特性，并且能夠抑制膀胱癌腫瘤細胞的生長[9]。腫瘤血管生成是驅(qū)動腫瘤生長超過擴散限制大小并增強轉(zhuǎn)移的基本過程[10]，而omega-3PUFA可以通過抑制腫瘤血管生成及細胞增殖，促進細胞凋亡，增強抗腫瘤免疫力和預防腫瘤轉(zhuǎn)移來進一步發(fā)揮抗癌作用[7, 11]；故進一步研究omega-3PUFA在膀胱癌的作用分子機制有助于抗膀胱癌的治療。

2 脂肪酸細胞內(nèi)合成和細胞外攝取途徑相關酶在膀胱癌中的作用

脂肪酸的來源途徑有以下幾種：以葡萄糖或氨基酸為原料合成、乳糜微粒(chylomicron, CM)或極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein, VLDL)中的脂肪分解產(chǎn)生、食物脂肪經(jīng)消化吸收提供。目前研究已證實，正常人類細胞對于脂肪酸的攝取主要依靠外源性食物，腫瘤細胞則主要依靠內(nèi)源性從頭合成。另有研究證實，阻斷脂肪酸合成途徑可抑制膀胱癌的增殖、遷移和促進癌細胞的凋亡[12]。

2.1 脂肪酸合成酶系在膀胱癌中的功能脂肪酸合成酶復合物(fatty acid synthase system, FASN)是催化乙酰輔酶A(acetyl coenzyme A, CoA)和丙二酰輔酶A從頭合成長鏈脂肪酸的關鍵酶，在多種癌癥中存在FASN水平升高導致的脂肪酸合成增加, 并且與癌癥的不良預后有密切相關性。FASN在膀胱移行細胞癌(bladder transitional cell carcinoma， BTCC)中高表達，其高表達可促進膀胱癌的增殖， 使用FASN抑制劑淺藍菌素，可下調(diào)蛋白激酶B(protein kinase B, AKT)的活化以及細胞周期蛋白D1(cyclin D1， CCND1)的表達，并通過抑制PI3K/AKT信號通路及其下游基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloprotein-9， MMP-9)的激活，直接抑制膀胱癌細胞的增殖和遷徙能力，并促進凋亡[13-14]。在LIAO等[15]的研究中，應用FASN抑制劑沒食子酸(gallic acid, GA)同樣通過PI3K/AKT信號通路活性的下調(diào),最終抑制膀胱癌的遷移和侵襲；GA還可下調(diào)細胞周期檢測點激酶2(cell cycle checkpoint kinase 2, CHK2)介導的細胞分裂周期蛋白25同源蛋白C(cell division cyclin 25 homolog C, CDC25C)磷酸化，導致膀胱癌G2/M期阻滯，抑制膀胱癌細胞的增殖。脂肪酸合成酶的合成受轉(zhuǎn)錄因子固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(sterol regulatory element binding proteins, SREBPs)及其護航蛋白SREBPs裂解激活蛋白(SREBP cleavage activating protein， SCAP)的調(diào)控。LI等[12]研究發(fā)現(xiàn)SCAP在膀胱癌組織中上調(diào)，SCAP的敲除抑制了細胞的增殖、侵襲和遷移。更重要的是，SCAP的下調(diào)可能削弱雌激素對膀胱癌的促癌作用。FASN抑制劑對膀胱癌的增殖、遷移均具有很好的治療效果，同時FASN也參與膀胱癌的耐藥性[16]，因此加深FASN以和其抑制劑在膀胱癌的作用機制研究，可為膀胱癌的治療以及抗耐藥性提供新的途徑。

2.2 脂肪酸去飽和酶在膀胱癌中的功能不飽和脂肪酸是腫瘤細胞生存必不可少的養(yǎng)分，從頭合成的飽和脂肪酸經(jīng)過脫飽和酶作用后才生成不飽和脂肪酸。硬脂酰輔酶A去飽和酶(stearoyl-coa desaturase, SCD)可將飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化為油酸(一種單不飽和脂肪酸)，在乳腺癌和前列腺癌細胞中，可檢測到SCD表達升高，并與腫瘤分級有關，通過沉默前列腺癌的SCD基因可以有效地阻止腫瘤生長并顯著提高動物存活率[17]。SCD與膀胱癌的進展以及不良預后有著重要相關性，通過SCD抑制可引起膀胱癌細胞周期阻滯，同時神經(jīng)酸(一種單不飽和脂肪酸)含量顯著降低，從而有效的抑制膀胱癌增殖能力[18]。脂質(zhì)去飽和是癌細胞存活的必要過程，研究SCD以及其抑制劑在膀胱癌中的作用機制也可為膀胱癌的治療提供新的靶點。

FA:脂肪酸;Fatty acyl CoA:脂酰輔酶A;CPT1:肉堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶1;FAO:脂肪酸氧化;Acetyl CoA:乙酰輔酶A;ACL:APP檸檬酸合酶;ACC:乙酰輔酶A羧化酶;malonyl CoA:丙二酰輔酶A;FASN:脂肪酸合成酶復合物;cerulenin:淺藍菌素;GA:沒食子酸;Saturated fatty acid: 飽和脂肪酸;Unsaturated fatty acid:不飽和脂肪酸;SCD:硬脂酰輔酶A去飽和酶;AA:花生四烯酸;PGE2:前列腺素E2;EP2:前列腺素E2受體2;DHA:二十二碳六烯酸;EPA:二十碳五烯酸;GAP:三磷酸鳥苷酶激活蛋白;MMP:基金金屬蛋白酶。圖1 脂肪酸以及脂肪酸代謝過程與膀胱癌關系

2.3 其他脂肪酸合成相關酶在膀胱癌中的潛在功能脂肪酸合成所需的乙酰CoA不能自由透過線粒體膜進入胞質(zhì)參與合成反應，需經(jīng)過檸檬酸-丙酮酸循環(huán)才能轉(zhuǎn)運出線粒體進一步發(fā)揮生物學作用。ATP檸檬酸合酶(ATP-citrate lyase, ACL)作為該反應的關鍵酶，已被證實在肺癌、前列腺癌、乳腺癌等多種類型的癌細胞中高表達。且MIGITA等[19]的研究證明了抑制ACL的表達可使前列腺癌細胞(LNCaP)過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferators-activated receptors, PPAR)和長鏈脂肪酸延長酶6(elongation of very long chain fatty acids 6, ELOVL6)下調(diào)，進而阻止甘油三酯(triglyceride, TG)中脂肪酸鏈的延長，同時減少脂肪酸氧化，造成細胞內(nèi)脂肪酸積累，并抑制腫瘤的生長。

乙酰輔酶A羧化酶(acetyl coa carboxylase, ACC)主要功能是催化兩分子乙酰輔酶A羧化成丙二酰輔酶A，后者才是脂肪酸合成的基本單位。BRUSSELMANS等[20]研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)ACC可誘發(fā)含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinly aspartate specific proteinase, caspase)介導的前列腺癌LNCaP細胞凋亡，caspase活化后可促進凋亡蛋白酶的級聯(lián)反應，最終導致細胞不可逆地凋亡，用caspase抑制劑z-VAD-fmk進行干預則成功抑制了細胞凋亡。同樣有研究證實，ACC的抑制可直接導致脂肪酸合成的阻斷，并起到抑制腫瘤增殖的作用[21]。盡管ACC在膀胱癌中高表達，并且ACC的上調(diào)可以促進膀胱腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[22]，但ACC在膀胱癌中的作用機制仍有待進一步研究。

當癌細胞從增殖為主轉(zhuǎn)換到遷移行為為主時，對脂肪酸的需求增加會提高外源性脂質(zhì)攝取的能力。溶質(zhì)載體家族27A4(solute carrier 27 member 4, SLC27A4)，又被稱為脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白4(fatty acid transport protein 4, FATP4), FATP4是體內(nèi)主要轉(zhuǎn)運長鏈脂肪酸的蛋白質(zhì)[23]。在KIM等[24]的研究中發(fā)現(xiàn)，腎透明細胞癌組織FATP4和CD36的膜性表達高于正常組織，上調(diào)的FATP4和CD36促使癌細胞脂肪酸跨細胞膜轉(zhuǎn)運增加，并與腎癌的不良預后相關。脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白是腫瘤細胞獲取脂肪酸的備用途徑，故研究膀胱癌細胞從外周環(huán)境攝取外源性脂肪酸的能力及機制對于腫瘤的生存及遷徙仍具有重要意義。上述三種酶在多種實體瘤得到廣泛研究，且均被證實與腫瘤的增殖、遷移以及侵襲性有關，但在膀胱癌中的研究很少或未見提及，加強對上述酶系與膀胱癌的惡性行為關系研究，可為抗膀胱癌的惡性行為提供新的機制。

3 脂肪酸氧化(fatty acid oxidation, FAO)相關酶在膀胱癌中的作用

脂肪酸氧化不僅能為癌細胞生存提供充足的能量，同時也可以為膀胱癌合成膽固醇提供原料，脂肪酸氧化受阻，導致膽固醇合成受阻可抑制膀胱癌的增殖[25]，脂肪酸活化為脂酰CoA后在線粒體內(nèi)經(jīng)β氧化徹底分解，短鏈脂酰CoA可直接進入線粒體，但長鏈脂酰CoA需在位于線粒體外膜上的肉堿棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶1(carnitine palmityl transferase 1, CPT1)催化下，才能轉(zhuǎn)運至線粒體基質(zhì)。

已知CPT1有3種亞型，CPT1A、CPT1B 和CPT1C[26]，肝同種型CPT1A存在于除棕色脂肪和骨骼肌細胞的全身其他細胞線粒體中，以肝、腎、小腸等具有較高的脂肪酸合成速率的組織為主[27]，CPT1B同工酶主要在心臟和骨骼肌中被發(fā)現(xiàn)[28]。CPT1C主要存在于神經(jīng)元的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，在睪丸、乳腺癌、肺癌中也檢測到了表達[29-30]。ISABEL等[31]的研究證實使用CPT1抑制劑Etomoxir可下調(diào)前列腺癌細胞LNCaP的AKT/mTOR信號通路，從而導致LNCaP細胞的凋亡。CPT1是FAO的驅(qū)動力以及膀胱癌所需能量供應的關鍵酶，其下調(diào)或者抑制后可以明顯降低FAO效率，同時抑制膀胱癌的增殖和遷移。但也有研究發(fā)現(xiàn)，在高級別膀胱癌中CPT1B低表達和低FAO活性，考慮和活躍的細胞增殖對膜結(jié)構和信號脂質(zhì)需求量大相關，過表達CPTIB明顯抑制膀胱癌細胞的生長和轉(zhuǎn)移，CPT1B是高級別膀胱癌的顯著特征[32]。因此，進一步探究CPT1不同亞型在膀胱癌中的作用機制，可為提高膀胱癌的治療與診斷敏感性。

4 總結(jié)與展望

膀胱癌細胞的惡性生物行為可通過代謝改變而得以實現(xiàn)，隨著代謝組學的發(fā)展，脂質(zhì)在不同分級、分期的膀胱癌細胞代謝中產(chǎn)生的相關生物標記物(如肉堿棕櫚酰基轉(zhuǎn)移酶1、脂肪酸合成酶等)的作用及代謝網(wǎng)正逐步完善，但其代謝通路調(diào)控的分子機制仍存在很多空白。相比于癌基因檢測，脂質(zhì)代謝產(chǎn)物(肉堿、脂肪酸結(jié)合蛋白、乙酰輔酶A)的檢測具有安全、方便、低成本、敏感等優(yōu)勢，但是腫瘤的體內(nèi)代謝是一個多物質(zhì)、多方式的復雜性和關聯(lián)性的過程，因此尋找一個高敏感性、特異性以及高效性的脂代謝治療和檢測靶點可大大提高膀胱癌的治療和診斷率。