腫瘤中甲硫氨酸代謝及其相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控

趙 祎， 王 萌， 楊 洋

(北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與生物物理系， 北京 100191)

在腫瘤發(fā)生過程中，腫瘤細(xì)胞常發(fā)生一系列細(xì)胞代謝變化，稱為代謝重編程。甲硫氨酸(methionine)是人體必需氨基酸之一，其功能多樣，除參與蛋白質(zhì)合成外，還可參與一碳單位代謝、葉酸循環(huán)，以及多胺、谷胱甘肽、半胱氨酸和核苷酸等多種物質(zhì)合成。在腫瘤細(xì)胞的生長代謝中，甲硫氨酸有著重要作用。1959年，Sugimura等[1]對(duì)攜帶惡性腫瘤的大鼠分別喂食缺乏某種必需氨基酸的飲食，發(fā)現(xiàn)甲硫氨酸、異亮氨酸和纈氨酸缺乏可明顯抑制大鼠體內(nèi)腫瘤生長。1976年，Hoffman等[2]發(fā)現(xiàn)，大鼠惡性腫瘤細(xì)胞及2種轉(zhuǎn)化的人類細(xì)胞系均在細(xì)胞培養(yǎng)過程中表現(xiàn)出對(duì)外源性甲硫氨酸的依賴性，這種特性被稱為Hoffman效應(yīng)。自此之后，腫瘤細(xì)胞中的甲硫氨酸代謝重編程被大量研究，在肝癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌等多種腫瘤細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)甲硫氨酸代謝的變化以及甲硫氨酸代謝相關(guān)酶基因表達(dá)的改變[3-6]。本文將從甲硫氨酸代謝出發(fā)，總結(jié)腫瘤細(xì)胞中甲硫氨酸代謝的變化及甲硫氨酸代謝相關(guān)酶的基因表達(dá)調(diào)控，為腫瘤的治療提供思路。

1 甲硫氨酸代謝

甲硫氨酸是人體必需氨基酸，主要通過食物獲得。在細(xì)胞中，其主要通過甲硫氨酸循環(huán)代謝。甲硫氨酸循環(huán)可產(chǎn)生甲基供體S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine, SAM)，參與細(xì)胞甲基化反應(yīng)，并與葉酸代謝、多胺代謝、谷胱甘肽合成、核苷酸合成及轉(zhuǎn)硫途徑等多個(gè)代謝通路相關(guān)，具有廣泛的生理功能[7]。在甲硫氨酸循環(huán)中，甲硫氨酸在甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶(methionine adenosyltransferase, MAT)的催化下，與ATP反應(yīng)生成SAM。SAM是體內(nèi)最重要的甲基供體，經(jīng)甲基轉(zhuǎn)移酶(methyltransferase)催化，參與甲基化反應(yīng)，SAM失甲基生成S-腺苷同型半胱氨酸(S-adenosylhomocysteine, SAH)，后者經(jīng)同型半胱氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶(adenosylhomocysteinase, AHCY)催化失腺苷生成同型半胱氨酸。同型半胱氨酸是甲硫氨酸循環(huán)中的重要物質(zhì)，主要有2個(gè)去路，其一可經(jīng)甲硫氨酸合成酶(methionine synthase, MS)催化，與維生素B12和葉酸循環(huán)中的5-甲基-四氫葉酸反應(yīng)，重新生成甲硫氨酸。同型半胱氨酸可經(jīng)轉(zhuǎn)硫途徑生成半胱氨酸及谷胱甘肽等。此外，甲硫氨酸還可經(jīng)補(bǔ)救合成途徑生成，該途徑與多胺代謝密切相關(guān)。甲硫氨酸代謝產(chǎn)生SAM參與多胺合成，同時(shí)多胺合成副產(chǎn)物甲硫腺苷(methylthioadenosine, MTA)可在甲硫腺苷磷酸化酶(methylthioadenosine phosphorylase，MTAP)催化下重新生成甲硫氨酸，該過程同時(shí)有腺嘌呤生成 (見Fig.1)。

Fig.1 The Methionine cycle and related metabolism pathways In vivo, methionine is metabolized through methionine cycle, which is linked to a variety of metabolic pathways, including the folate cycle, the transsulfuration pathway and the methionine salvage pathway. It affects the nucleotide synthesis, glutathione synthesis, methylation reactions and polyamine metabolism. MAT, methionine adenosyltransferase; SAM, S-adenosylmethionine; MT, methyltransferase; SAH, S-adenosylhomocysteine; AHCY, adenosylhomocysteinase; MS, methionine synthase; VB12, vitamin B12; THF, tetrahydrofolate; GSH, reduced glutathione; GSSG, oxidized glutathione; AMD1, adenosylmethionine decarboxylase 1; MTA, methylthioadenosine; MTAP, methylthioadenosine phosphorylase; MTR, methylthioribose

2 腫瘤的甲硫氨酸依賴性

腫瘤生長對(duì)甲硫氨酸依賴性的相關(guān)研究，最早見于1959年Sugimura等[1]報(bào)道，其發(fā)現(xiàn)了飲食中的甲硫氨酸限制能夠抑制大鼠體內(nèi)腫瘤生長。腫瘤細(xì)胞增殖對(duì)外源甲硫氨酸的依賴性由Hoffman等[2]在1976年發(fā)現(xiàn)，其在研究中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)過程中的甲硫氨酸由同型半胱氨酸替代后，腫瘤細(xì)胞出現(xiàn)增殖受限。自此之后，出現(xiàn)了大量關(guān)于腫瘤細(xì)胞對(duì)于甲硫氨酸依賴性的研究。目前，常將腫瘤細(xì)胞對(duì)外源性甲硫氨酸的依賴性稱為Hoffman效應(yīng)。

Hoffman效應(yīng)的相關(guān)機(jī)制，一直存在諸多假設(shè)。早期發(fā)現(xiàn)正常細(xì)胞在甲硫氨酸缺陷時(shí)可出現(xiàn)甲硫氨酸合成酶活性升高，而腫瘤細(xì)胞中無此現(xiàn)象[8]。因而認(rèn)為，Hoffman效應(yīng)源于腫瘤細(xì)胞中同型半胱氨酸轉(zhuǎn)化為甲硫氨酸的障礙。但Hoffman等研究發(fā)現(xiàn)，在類似條件下，腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞具有相似的內(nèi)源性甲硫氨酸生成速率，提示腫瘤細(xì)胞中的外源性甲硫氨酸和內(nèi)源性甲硫氨酸存在本質(zhì)區(qū)別，但相關(guān)機(jī)制尚不明確[9]。此外，也有觀點(diǎn)認(rèn)為，相關(guān)依賴性是由于同型半胱氨酸轉(zhuǎn)化途徑的改變。在乳腺癌MDA-MB468細(xì)胞系的研究中發(fā)現(xiàn)，在甲硫氨酸被同型半胱氨酸替代的條件下，同型半胱氨酸在腫瘤細(xì)胞中主要經(jīng)轉(zhuǎn)硫途徑代謝，較少參與SAM生成，細(xì)胞生長受限依然存在[10]。此時(shí)，給予外源性SAM能夠解除細(xì)胞的生長受限。該效應(yīng)與甲基化反應(yīng)、細(xì)胞周期阻滯等機(jī)制相關(guān)[11, 12]。此外，PIK3CA(phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha)基因的突變也可參與腫瘤甲硫氨酸依賴性的形成，其作用機(jī)制為該基因突變抑制胱氨酸-谷氨酰胺逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體，減少細(xì)胞胱氨酸攝取，從而代償性加強(qiáng)半胱氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)硫途徑代謝[4]。近期又有研究發(fā)現(xiàn)，甲硫氨酸能夠抑制腫瘤干細(xì)胞的細(xì)胞自噬，其可能成為Hoffman效應(yīng)的又一機(jī)制[13]。

腫瘤對(duì)外源性甲硫氨酸的依賴性還可發(fā)生逆轉(zhuǎn)。在甲硫氨酸缺乏的條件下，培養(yǎng)具有外源性甲硫氨酸依賴性的腫瘤細(xì)胞，經(jīng)一段時(shí)間可篩選出甲硫氨酸非依賴細(xì)胞，這些細(xì)胞常丟失腫瘤相關(guān)特征，例如非錨定依賴性生長等[14]，但其機(jī)制尚不明確，可能與染色體異?；虮碛^遺傳學(xué)改變相關(guān)。

3 腫瘤中甲硫氨酸代謝相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控

腫瘤中的甲硫氨酸代謝的改變，常伴隨甲硫氨酸代謝酶的基因表達(dá)異常，其中以MAT相關(guān)的基因表達(dá)改變及MTAP基因的缺失最為常見。

3.1 甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶

3.1.1 MAT概述 MAT催化甲硫氨酸與ATP反應(yīng)，是SAM生成的關(guān)鍵酶。在人體細(xì)胞中，MAT由MAT1A、MAT2A及MAT2B三個(gè)基因編碼。前兩者編碼催化活性亞單位MATα1和MATα2，常形成同源二聚體或同源四聚體；后者編碼調(diào)節(jié)亞單位MATβ，MATα與MATβ結(jié)合可形成MATαβ復(fù)合體[15]。近期研究發(fā)現(xiàn)，MATβ主要有2種剪切方式，形成MATβV1和MATβV2，二者均可與MATα2結(jié)合，形成復(fù)合體[16, 17]。此外，也有MATβV2a和MATβV2b剪切形成復(fù)合體[17](見Fig.2)。

Fig.2 MAT enzymes consisted of different oligomers of MAT gene expression products MAT is encoded by MAT1A, MAT2A and MAT2B. MAT1A and MAT2A encode catalytic subunit MATα1 and MATα2, which can form homodimers and homotetramers. MAT2B encodes regulatory subunit MATβ with four splice variants, MATβV1, MATβV2, MATβV2a, MATβV2b. MATβV1 and MATβV2 can combine with MAT (α2)4, forming two kinds of MATα2β, MAT (α2)4(βV1)2 and MAT (α2)4(βV2)2

在人體內(nèi)，MAT1A主要在肝細(xì)胞中表達(dá)，在膽管上皮細(xì)胞及胰腺腺泡細(xì)胞中也有表達(dá)[18, 19]。MAT2A在肝內(nèi)非實(shí)質(zhì)細(xì)胞內(nèi)及所有肝外組織中表達(dá)。MATβV1可見于肺、腦、甲狀腺、腎上腺、前列腺及嬰兒肝組織，而MATβV2在骨骼肌和心血管中表達(dá)[17]。在細(xì)胞中，MAT最初定位于細(xì)胞質(zhì)，參與SAM生成，隨后發(fā)現(xiàn)其可在細(xì)胞核中分布，參與組蛋白H3K27甲基化[20]。此外，在線粒體基質(zhì)中，MATα1可抑制細(xì)胞色素P4502E1(CYP2E1)的表達(dá)，調(diào)控線粒體功能[21]。

MAT不同亞型之間的催化活性存在差異?？傮w而言，MATα1比MATα2活性更高，二者活性差異與其對(duì)底物調(diào)控作用的反應(yīng)性相關(guān)。對(duì)于甲硫氨酸和ATP的米氏常數(shù)Km，均有MATα1大于MATα2[22]。此外，SAM作為MAT反應(yīng)的產(chǎn)物，對(duì)MAT活性存在抑制作用，且對(duì)于不同種類的MAT，其50%抑制濃度(IC50)存在差異，MATα2的IC50最小，為60 μmol/L，與生理情況下肝內(nèi)SAM濃度接近；而MATα1的IC50為400～500 μmol/L[23]。綜上所述，MATα1相較于MATα2，催化能力更強(qiáng)，且更不易受產(chǎn)物的抑制，因而具有更高的活性。MATα1較高的催化活性差異對(duì)于細(xì)胞內(nèi)SAM穩(wěn)態(tài)的維持和肝內(nèi)SAM的生成至關(guān)重要。

3.1.2 腫瘤中的MAT1A、MAT2A基因表達(dá)紊亂 在腫瘤中，MAT1A和MAT2A的表達(dá)常發(fā)生紊亂，表現(xiàn)為MAT1A表達(dá)的下調(diào)及MAT2A表達(dá)上升，被稱為MAT1A/MAT2A轉(zhuǎn)換。MAT1A/MAT2A轉(zhuǎn)換可引起細(xì)胞內(nèi)MAT酶總體活性降低，甲硫氨酸代謝能力下降，細(xì)胞內(nèi)SAM生成減少。在肝硬化進(jìn)展及肝癌發(fā)生過程中，這種基因表達(dá)紊亂尤為常見。在肝硬化病人中，這種效應(yīng)可能是引起病人高甲硫氨酸血癥的原因之一[24]；在肝細(xì)胞癌中，MAT1A/MAT2A比例改變可影響DNA甲基化水平，與細(xì)胞生長、基因組不穩(wěn)定性負(fù)相關(guān)，其降低提示腫瘤惡性程度高[25]。

近年來，MAT1A和MAT2A基因表達(dá)改變?cè)诟瓮饨M織腫瘤中的作用也逐漸得到重視。在結(jié)直腸癌中，有研究發(fā)現(xiàn)，MAT1AmRNA表達(dá)的升高，提示預(yù)后不良[26]；在乳腺癌中，MAT1A和MAT2A表達(dá)上調(diào)，提示腫瘤侵襲性較強(qiáng)，預(yù)后不佳[27]；MAT1A還被認(rèn)為與乳腺癌放療的皮膚反應(yīng)嚴(yán)重程度相關(guān)[28]；在膀胱癌中，有研究發(fā)現(xiàn)，MAT1A上調(diào)參與膀胱癌對(duì)化療藥物的抗性形成[29]。在一項(xiàng)細(xì)胞研究中，MAT1α與蛋白14-3-3ζ的相互作用與鼠膽管癌及肝癌發(fā)生相關(guān)，并可促進(jìn)肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲[30]。

MAT1A和MAT2A基因表達(dá)改變的原因復(fù)雜，涉及基因表達(dá)的各個(gè)環(huán)節(jié)，SAM也被認(rèn)為作為甲基供體參與MAT1A/MAT2A比例的轉(zhuǎn)換與維持[31]。本文將集中于基因轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，介紹MAT1A和MAT2A基因表達(dá)在腫瘤中的改變。

3.1.3MAT1A的基因表達(dá)調(diào)控MAT1A基因的啟動(dòng)子區(qū)域含有多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合區(qū)域，可與肝細(xì)胞核因子(hepatocyte nuclear factor, HNF)、CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(CCAAT enhancer binding protein, C/EBP)、c-Myc以及糖皮質(zhì)激素等結(jié)合[32]。除作為轉(zhuǎn)錄因子參與MAT1A基因表達(dá)調(diào)控外，C/EBP-β表達(dá)還可被短發(fā)卡RNA抑制，降低MAT1A啟動(dòng)子活性，下調(diào)MAT1A基因表達(dá)[33]。c-Myc參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的機(jī)制在近年被闡明。研究者發(fā)現(xiàn)，在膽管癌細(xì)胞中，c-Myc，轉(zhuǎn)錄因子MafG(muscular aponeurotic fibrosarcoma transcription factor G)及c-Maf(cellular muscular aponeurotic fibrosarcoma)過表達(dá)，結(jié)合于MAT1A啟動(dòng)子抑制性E-box元件，下調(diào)MAT1A表達(dá)[18]。此外，Prohibitin1(PHB1)可在肝細(xì)胞中和MAX形成異二聚體，抑制c-Myc、MafG及c-Maf表達(dá)，從而抑制E-box，上調(diào)MAT1A。在肝細(xì)胞癌和膽管細(xì)胞癌中，PHB1表達(dá)常下調(diào)[34]。

在mRNA水平，MAT1A基因表達(dá)主要受非編碼RNA及RNA結(jié)合因子的調(diào)控。富含AU的RNA結(jié)合因子(AU-rich RNA binding factor, AUF1)可與MAT1AmRNA的3′非翻譯區(qū)(3′-untranslated region,3′-UTR)結(jié)合，降低mRNA穩(wěn)定性，下調(diào)MAT1A基因表達(dá)。在體外誘導(dǎo)大鼠肝細(xì)胞去分化，可見AUF1表達(dá)上調(diào)。在人肝癌細(xì)胞中，有AUF1高表達(dá)，其敲低可使MAT1AmRNA水平升高。這些研究結(jié)果顯示，AUF1與MAT1A基因表達(dá)存在密切關(guān)聯(lián)[35]。在人肝細(xì)胞癌中，miRNA-485-4p、miRNA-495及miRNA-664可誘導(dǎo)癌蛋白LIN28B高表達(dá)，抑制抑癌基因Let-7的功能，并下調(diào)MAT1A基因表達(dá)；MAT1A表達(dá)下調(diào)可引起SAM合成減少。LIN28B啟動(dòng)子區(qū)低甲基化，引起LIN28B表達(dá)升高，形成正反饋[36]。一項(xiàng)近期研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA LINC00662可引起MAT1AmRNA水平下調(diào)，及AHCY蛋白水平下調(diào)，參與細(xì)胞基因組低甲基化形成及肝癌進(jìn)展[37]。

MAT1A表達(dá)下調(diào)的影響是可恢復(fù)的。在Huh7細(xì)胞系中，MAT1A基因的過表達(dá)能夠穩(wěn)定地促進(jìn)SAM水平升高，誘導(dǎo)抑癌基因表達(dá)，下調(diào)血管生成相關(guān)基因的表達(dá)，抑制細(xì)胞生長并促進(jìn)其凋亡[38]。這為MAT1A作為靶向治療的靶點(diǎn)提供了支持。

3.1.4MAT2A的基因表達(dá)調(diào)控 與MAT1A類似，MAT2A表達(dá)也受到多種轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控。腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)可通過NF-κB和啟動(dòng)子區(qū)AP-1元件，誘導(dǎo)MAT2A啟動(dòng)子，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄[39]。與此類似，轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor β1, TGF-β1)也可經(jīng)NF-κB誘導(dǎo)啟動(dòng)子活性，促進(jìn)肝星狀細(xì)胞MAT2A基因表達(dá)[40]。近期有研究發(fā)現(xiàn)，異染色質(zhì)蛋白1(heterochromatin protein, HP1)參與MAT2A基因表達(dá)調(diào)控。在HepG2細(xì)胞中滅活HP1α，可促進(jìn)細(xì)胞增殖，該效應(yīng)與MAT1A/MAT2A比例改變有關(guān)。在HP1α缺失的細(xì)胞中重新誘導(dǎo)HP1α表達(dá)，可恢復(fù)細(xì)胞MAT2A水平，該效應(yīng)與HP1α參與MAT2A啟動(dòng)子調(diào)控有關(guān)[41]。

過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome-proliferator activated receptors, PPAR)參與肝星狀細(xì)胞MAT2A基因表達(dá)調(diào)控。PPAR的2個(gè)亞型PPARβ和PPARγ在MAT2A啟動(dòng)子中占據(jù)相同位點(diǎn)，但其效應(yīng)相反，PPARγ下調(diào)MAT2A轉(zhuǎn)錄，而PPARβ誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄；在肝纖維化進(jìn)展過程中，可有PPARβ表達(dá)上調(diào)，引起肝星狀細(xì)胞MAT2A表達(dá)相應(yīng)升高[42]。

人RNA結(jié)合蛋白(human RNA-binding protein, HuR)可調(diào)節(jié)MAT2AmRNA的穩(wěn)定性。HuR存在甲基化形式methyl-HuR，二者共同調(diào)節(jié)mRNA穩(wěn)定性，HuR可提高mRNA穩(wěn)定性，methyl-HuR可降低mRNA穩(wěn)定性；在肝細(xì)胞去分化及肝細(xì)胞癌中，HuR被誘導(dǎo)表達(dá)增加，而methyl-HuR減少，這種變化可引起HuR與MAT2AmRNA結(jié)合增加，mRNA穩(wěn)定性增強(qiáng)[35]。

miRNA可抑制MAT2A表達(dá)。在HepG2細(xì)胞中，miRNA-21-3p可下調(diào)MAT2A和MAT2BmRNA的穩(wěn)定性，抑制細(xì)胞生長，引起細(xì)胞凋亡，miRNA-21-3p可在藥物誘導(dǎo)下產(chǎn)生。此外，具有腫瘤抑制效應(yīng)的miRNA-34a及miRNA-34b可直接作用于MAT2A，降低其表達(dá)，但在包括肝細(xì)胞癌在內(nèi)的多種腫瘤中表達(dá)下調(diào)[43]。

3.2 甲硫腺苷磷酸化酶

MTAP是甲硫氨酸補(bǔ)救合成途徑中甲硫腺苷轉(zhuǎn)化為甲硫核糖(methylthioribose, MTR)的關(guān)鍵酶，其參與嘌呤合成，其基因與表達(dá)腫瘤抑制因子p16的CDKN2A基因在位置上非常接近，二者常同時(shí)發(fā)生缺失。然而，有研究發(fā)現(xiàn)，除與CDKN2A基因共同缺失外，腫瘤中也存在MTAP啟動(dòng)子高甲基化及自身的純合缺失，引起MTAP基因表達(dá)的改變[44]，提示MTAP的表達(dá)與腫瘤發(fā)生存在相關(guān)性。

在腫瘤細(xì)胞中，MTAP的缺失影響廣泛。作為MTA代謝酶，其缺失可引起MTA在細(xì)胞中的堆積[45]。此外，MTAP可作為腫瘤代謝缺陷的調(diào)節(jié)因子發(fā)揮作用。部分早期研究發(fā)現(xiàn)，MTAP缺失的細(xì)胞對(duì)嘌呤從頭合成通路抑制劑的敏感性升高[46]。近期有研究發(fā)現(xiàn)，MTA對(duì)蛋白精氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶5(protein arginine N-methyltransferase 5, PRMT5)的SAM結(jié)合區(qū)域有較高親和力，故MTA可抑制PRMT5的活性，而其活性對(duì)于某些MTAP缺陷細(xì)胞系細(xì)胞的生長是必需的[45, 47]；在MTAP正常表達(dá)的細(xì)胞中，給予MTA補(bǔ)充，也可介導(dǎo)細(xì)胞對(duì)PRMT5受抑制的敏感性升高，這提示MTAP缺失對(duì)細(xì)胞代謝缺陷敏感性的影響與MTA堆積相關(guān)。在MTAP缺失腫瘤細(xì)胞中，有研究發(fā)現(xiàn)，MAT2A缺失可導(dǎo)致PRMT5活性降低，引起腫瘤細(xì)胞生長受限。該效應(yīng)與SAM生成減少、PRMT5甲基化水平降低相關(guān)[48]；另一研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用MAT2A抑制劑可干擾PRMT5依賴的mRNA剪接，并介導(dǎo)腫瘤DNA損傷，揭示了PRMT5活性下調(diào)抑制腫瘤生長的機(jī)制[49]。盡管MTAP缺失在腫瘤細(xì)胞中較為多見，但其是否應(yīng)當(dāng)作為靶向治療靶點(diǎn)尚存爭(zhēng)議。有研究發(fā)現(xiàn)，MTAP缺失無法預(yù)測(cè)細(xì)胞對(duì)甲硫氨酸、絲氨酸、胱氨酸限制的反應(yīng)性，且僅通過甲硫氨酸限制即可清除細(xì)胞中MTA堆積，使其與表達(dá)MTAP的細(xì)胞水平一致[50]；在人體膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，MTAP的純合缺失并不引起體內(nèi)MTA堆積，這與基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的MTAP發(fā)揮代謝功能相關(guān)，提示了體內(nèi)外細(xì)胞代謝的差異[51]。這些研究使得靶向治療的必要性存疑。也有研究報(bào)道，PRMT5抑制劑能夠抑制CD8+T細(xì)胞的正常功能，從而抑制機(jī)體抗腫瘤的細(xì)胞免疫反應(yīng)[52]?？傮w而言，MTAP相關(guān)的靶向治療思路是否可行，仍需要更多的研究來論證，以可得到更為準(zhǔn)確的結(jié)論。

4 甲硫氨酸與腫瘤治療

根據(jù)甲硫氨酸在腫瘤中的代謝特點(diǎn)，目前甲硫氨酸相關(guān)的腫瘤治療方法主要集中于甲硫氨酸限制療法和靶向治療兩個(gè)方向。

4.1 甲硫氨酸限制療法

從甲硫氨酸的代謝特點(diǎn)來看，甲硫氨酸限制療法的理論依據(jù)主要有兩點(diǎn)。首先，甲硫氨酸是人體必需氨基酸，因而甲硫氨酸攝入的限制能夠降低體內(nèi)甲硫氨酸水平。其次，腫瘤細(xì)胞對(duì)外源性甲硫氨酸存在依賴性，甲硫氨酸的缺乏能夠抑制腫瘤生長與增殖。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，有研究發(fā)現(xiàn)，甲硫氨酸限制療法對(duì)惡性腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移具有良好的效果[53]。除單獨(dú)發(fā)揮抗腫瘤作用外，甲硫氨酸還與5-氟尿嘧啶等多種化療藥物存在協(xié)同作用[54]。除了限制甲硫氨酸攝入，口服重組甲硫氨酸酶是甲硫氨酸限制療法的又一方法，并已在晚期前列腺癌、乳腺癌、耐藥骨肉瘤、膀胱癌等多種惡性腫瘤治療中取得進(jìn)展[55-58]。

盡管甲硫氨酸限制療法獲得一定的研究結(jié)果支持，但其距離廣泛臨床應(yīng)用還存在諸多問題。一項(xiàng)在小鼠中進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，飲食中的甲硫氨酸對(duì)于正常腸道菌群的調(diào)節(jié)是必需的[59]。此外，近期研究發(fā)現(xiàn)，T細(xì)胞分化及Th細(xì)胞正常表觀遺傳狀態(tài)的維持需要甲基化反應(yīng)的參與，因而甲硫氨酸限制可能影響T細(xì)胞功能。在一些臨床研究中，甲硫氨酸限制引發(fā)了較強(qiáng)的不良反應(yīng)。參與者攝入不含甲硫氨酸的飲食持續(xù)24 h，即引起機(jī)體的毒性反應(yīng)[60]?？傮w而言，盡管甲硫氨酸限制在理論上具有良好的抗腫瘤效應(yīng)，但在其臨床應(yīng)用過程中，如何避免甲硫氨酸缺乏對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的不可接受的毒性，以及明確甲硫氨酸限制潛在的副作用，都是必須進(jìn)一步研究解決的問題。此外，也有文獻(xiàn)報(bào)道，甲硫氨酸增補(bǔ)在細(xì)胞研究中亦可降低肝癌細(xì)胞侵襲性，這可能為甲硫氨酸的飲食治療提供新的方向[61]。

4.2 甲硫氨酸靶向治療

在腫瘤發(fā)生過程中，甲硫氨酸代謝酶的基因表達(dá)調(diào)控常發(fā)生各種改變，恢復(fù)這些酶的正常功能，有望成為相關(guān)腫瘤治療的又一方案。在此，主要介紹MAT1A、MAT2A和MTAP的相關(guān)研究。

由于MAT1A常在肝癌細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，因而目前對(duì)于MAT1A靶向治療的研究，主要集中于解除miRNA對(duì)MAT1A表達(dá)的抑制。在肝細(xì)胞癌模型中發(fā)現(xiàn)，作用于miRNA-485-3p、miRNA-495及miRNA-664等3種miRNA的si-RNA可促進(jìn)MAT1A的基因表達(dá)上調(diào)，抑制肝細(xì)胞癌的生長[36]。

不同于MAT1A，MAT2A的靶向治療主要集中于抑制蛋白質(zhì)功能。20世紀(jì)70年代，即有學(xué)者建議將甲硫氨酸類似物作為一種競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑應(yīng)用于腫瘤化療[62]。近年來，相關(guān)藥物主要有MATα2天然抑制劑及別構(gòu)調(diào)節(jié)劑等[63, 64]。近期，MATα2別構(gòu)抑制劑AG-270在動(dòng)物體內(nèi)研究中成功抑制了MTAP缺失的腫瘤的生長，并且耐受性良好，即將開展Ⅰ期臨床實(shí)驗(yàn)[64]。此外，還有作用于MAT2A基因表達(dá)調(diào)控的藥物報(bào)道，IFC-305是一種腺苷衍生物，具有肝的保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn)，其可在肝癌細(xì)胞中促進(jìn)MAT1A表達(dá)，下調(diào)MAT2A表達(dá)，改善MAT1A/MAT2A比例。其機(jī)制與HuR參與的基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)，并最終抑制多胺途徑和甲硫氨酸循環(huán)，改善腫瘤化療的效果[65]。

MTAP催化MTA生成甲硫氨酸的過程，伴隨著腺嘌呤的合成，其缺失可導(dǎo)致細(xì)胞將MTA轉(zhuǎn)化為嘌呤的障礙，因而嘌呤合成是MTAP缺失腫瘤的一個(gè)重要治療靶點(diǎn)，這一治療思路主要通過應(yīng)用腺嘌呤類似物抑制核苷酸合成過程的重要中間產(chǎn)物形成[66]。然而，目前該領(lǐng)域尚未在臨床研究中取得成功進(jìn)展，可能還需要更多相關(guān)臨床前研究，以提供更為精準(zhǔn)的藥物設(shè)計(jì)方向。

5 問題與展望

甲硫氨酸作為人體必需氨基酸，具有廣泛的生理功能。在腫瘤發(fā)生過程中，常伴隨甲硫氨酸代謝的紊亂和其代謝通路關(guān)鍵酶基因表達(dá)的異常。腫瘤細(xì)胞中，甲硫氨酸代謝紊亂常表現(xiàn)為Hoffman效應(yīng)。Hoffman效應(yīng)相關(guān)的研究為腫瘤的診斷、治療策略提供了理論基礎(chǔ)。甲硫氨酸代謝酶的基因表達(dá)異常，主要見于MAT1A和MAT2A，其受到多個(gè)方面的影響，包括轉(zhuǎn)錄因子、mRNA結(jié)合蛋白的調(diào)節(jié)及非編碼RNA的參與等。但各調(diào)節(jié)通路相互之間的關(guān)系尚不夠明確，仍需進(jìn)一步的挖掘。MTAP也常在腫瘤中表達(dá)異常，過去認(rèn)為其與編碼腫瘤抑制因子p16的CDKN2A共缺失而發(fā)揮作用。而近年來，MTAP獨(dú)立于CDKN2A的缺失發(fā)揮作用也越發(fā)得到重視，其效應(yīng)被認(rèn)為與MTA的堆積相關(guān)，但體內(nèi)外的研究結(jié)果之間仍存在一定的矛盾，體外研究中對(duì)其機(jī)制的進(jìn)一步探索和體內(nèi)研究的驗(yàn)證可能是該領(lǐng)域未來工作的目標(biāo)。由甲硫氨酸的代謝改變和代謝酶的基因表達(dá)異常，分別衍生出兩種不同的治療策略，即甲硫氨酸限制和靶向治療。然而，這兩個(gè)治療思路尚存在各自的問題，諸如甲硫氨酸限制療法中的短期及長期副作用、靶向治療中的藥物開發(fā)和臨床試驗(yàn)中遇到的困難，都有待于在未來的研究中進(jìn)一步解決?？傮w而言，盡管甲硫氨酸代謝相關(guān)的研究距離臨床實(shí)踐仍存在一定的差距，但該領(lǐng)域具有良好研究和應(yīng)用前景，其在腫瘤的診斷、治療、預(yù)后預(yù)測(cè)中，均表現(xiàn)出巨大的潛力。