糖酵解誘導(dǎo)腫瘤靶向藥物耐藥的相關(guān)分子及機(jī)制研究進(jìn)展

趙亞，付靖，張鈞碩，王韜，仝玉陽(yáng)，倉(cāng)順東

鄭州大學(xué)人民醫(yī)院 河南省人民醫(yī)院腫瘤科，鄭州 450000

數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)惡性腫瘤發(fā)病率及病死率仍持續(xù)上升［1］。靶向治療是多種腫瘤的主要治療手段。目前常用的靶向藥物包括小分子靶向藥（抗EGFR、ALK、MET等抑制劑）、多靶點(diǎn)的多激酶抑制劑、單克隆抗體（抗CD20 的利妥昔單抗，抗HER2 的曲妥珠單抗等）及免疫抑制劑［2］。但大部分患者在治療一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)耐藥，如何克服耐藥性已成為當(dāng)前抗腫瘤藥物研究面臨的主要問(wèn)題。腫瘤細(xì)胞特征性的糖酵解是影響靶向藥物耐藥的重要因素之一［3］。正常情況下，機(jī)體攝入的葡萄糖經(jīng)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT）1 進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后首先通過(guò)糖酵解途徑產(chǎn)生丙酮酸，隨后經(jīng)過(guò)三羧酸循環(huán)最終產(chǎn)生大量ATP 為機(jī)體供能，當(dāng)機(jī)體供氧不足時(shí)，細(xì)胞則通過(guò)無(wú)氧糖酵解產(chǎn)生大量乳酸以維持能量供應(yīng)。腫瘤細(xì)胞為滿足快速增殖需要，即使在氧氣充足的情況下，仍優(yōu)先進(jìn)行糖酵解［4-5］。糖酵解過(guò)程的中間產(chǎn)物也有助于腫瘤細(xì)胞快速增殖［6］。多項(xiàng)研究表明，腫瘤糖酵解活性增強(qiáng)可引起乳酸脫氫酶（LDH）水平升高，導(dǎo)致抗腫瘤免疫抑制劑效果減弱［7］。糖酵解過(guò)程中的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、關(guān)鍵限速酶及代謝產(chǎn)物等可通過(guò)不同機(jī)制影響腫瘤進(jìn)展及耐藥產(chǎn)生，其中主要包括抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞上皮—間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）、誘導(dǎo)自噬等。本綜述討論了糖酵解途徑中誘導(dǎo)耐藥產(chǎn)生的相關(guān)分子，并介紹糖酵解誘導(dǎo)腫瘤靶向藥物耐藥的相關(guān)機(jī)制，為腫瘤靶向藥物的基礎(chǔ)研究和臨床治療研究提供參考。

1 糖酵解過(guò)程中參與腫瘤靶向藥物耐藥的相關(guān)分子

糖酵解過(guò)程是復(fù)雜的酶促反應(yīng)鏈，涉及多個(gè)反應(yīng)步驟及限速酶，并產(chǎn)生大量的中間代謝產(chǎn)物。其中參與誘導(dǎo)腫瘤耐藥的分子包括GLUT、糖酵解酶及糖酵解代謝產(chǎn)物等。這些分子與腫瘤細(xì)胞復(fù)雜的信號(hào)通路相互作用，在調(diào)控腫瘤的生長(zhǎng)代謝及誘導(dǎo)腫瘤靶向藥物耐藥方面發(fā)揮重要作用。

1.1 GLUT 人體編碼GLUT 的基因包括編碼鈉非依賴性GLUT 蛋白的SLC2A 基因，編碼鈉依賴性GLUT 蛋白的SLC5A 基因和編碼葡萄糖單向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的SLC50A 基因［8］。研究發(fā)現(xiàn)，GLUT1、GLUT3、GLUT4 和GLUT5 可誘導(dǎo)抗腫瘤靶向藥物產(chǎn)生耐藥性。長(zhǎng)鏈非編碼RNA SLC2A1-AS1是抑制GLUT1表達(dá)的重要因子。SLC2A1-AS1 可與轉(zhuǎn)錄因子STAT3競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，使肝癌細(xì)胞中的FOXM1/GLUT1 軸失活，通過(guò)負(fù)調(diào)控GLUT1表達(dá)來(lái)抑制肝癌細(xì)胞糖酵解。而SHANG等［9］研究發(fā)現(xiàn)，SLC2A1-AS1在肝癌組織中表達(dá)下調(diào)，其失活肝癌細(xì)胞中FOXM1/GLUT1 軸的能力減弱，促使肝癌細(xì)胞中GLUT1表達(dá)增高，誘導(dǎo)細(xì)胞對(duì)靶向藥物產(chǎn)生耐藥性。

1.2 糖酵解關(guān)鍵酶 糖酵解途徑的關(guān)鍵酶包括己糖激酶、磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶及LDH 等，其中前三者是糖酵解途徑中重要的限速酶。YOO等［10］研究發(fā)現(xiàn)，肝細(xì)胞癌中過(guò)表達(dá)的己糖激酶2 可抑制索拉非尼誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞凋亡，且己糖激酶2的表達(dá)和活性與肝癌細(xì)胞對(duì)索拉非尼耐藥有關(guān)，己糖激酶2抑制劑聯(lián)合索拉非尼可增強(qiáng)體內(nèi)抗腫瘤作用。在糖酵解過(guò)程中，磷酸果糖激酶-2/果糖-2，6-二磷酸酶（PFKFB）合成果糖-2，6-二磷酸，后者是磷酸果糖激酶1的變構(gòu)激活劑。研究表明，抑制PFKFB3的表達(dá)可顯著增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)厄洛替尼的敏感性［11］。丙酮酸激酶負(fù)責(zé)催化糖酵解途徑的最后一步反應(yīng)，它可將磷酸烯醇式丙酮酸和ADP 轉(zhuǎn)化為丙酮酸和ATP［12］。丙酮酸激酶包括紅細(xì)胞/肝型丙酮酸激酶和肌肉型丙酮酸激酶（PKM），其中PKM 有兩種同工酶，分別為PKM1 和PKM2，PKM2 通常以低活性的二聚體形式廣泛存在于腫瘤細(xì)胞中，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。研究表明，PKM2 與EGFR-TKI 耐藥相關(guān)，PKM2 能夠促進(jìn)乳腺癌和肺癌組織中熱休克蛋白90 表達(dá)，后者可通過(guò)維持突變的EGFR 構(gòu)象促進(jìn)T790M 突變的腫瘤細(xì)胞耐藥［13］。LDH 可將丙酮酸轉(zhuǎn)化成乳酸，在LDH的兩種亞型中，LDHA在腫瘤細(xì)胞中廣泛表達(dá)，其不僅可以促進(jìn)糖酵解過(guò)程，還可促進(jìn)乳酸產(chǎn)生，重塑腫瘤微環(huán)境，抑制免疫系統(tǒng)，促進(jìn)免疫逃逸。有學(xué)者對(duì)比了西妥昔單抗治療敏感和耐藥的尤因肉瘤細(xì)胞中LDHA 的表達(dá)水平，結(jié)果顯示耐藥組腫瘤細(xì)胞LDHA mRNA 及蛋白表達(dá)上調(diào)，該研究從腫瘤細(xì)胞代謝角度揭示了西妥昔單抗耐藥的機(jī)制，有助于新型抗腫瘤藥物的研發(fā)［14］。

除上述直接參與糖酵解的酶外，一些間接對(duì)糖酵解有影響的其他酶也與腫瘤耐藥有關(guān)。糖酵解與線粒體氧化磷酸化之間的一個(gè)關(guān)鍵限速步驟是丙酮酸脫氫酶復(fù)合物（PDHC）將丙酮酸脫羧為乙酰輔酶A，乙酰輔酶A 進(jìn)入線粒體中的三羧酸循環(huán)。丙酮酸脫氫酶激酶作為PDHC 的上游負(fù)調(diào)節(jié)因子，可通過(guò)磷酸化Ser293、Ser300、Ser232上的PDHE1而降低PDHC活性。有研究報(bào)道，丙酮酸脫氫酶激酶1過(guò)表達(dá)與不同類(lèi)型惡性腫瘤耐藥的發(fā)生有關(guān)［15］。因此，抑制PDHC 表達(dá)或過(guò)表達(dá)丙酮酸脫氫酶激酶可促進(jìn)糖酵解，進(jìn)而誘導(dǎo)耐藥性產(chǎn)生［16-18］。

1.3 糖酵解代謝物 糖酵解代謝物中的丙酮酸、乳酸及ATP 本身就與耐藥性有關(guān)。丙酮酸是糖酵解過(guò)程中重要的中間體。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移需要丙酮酸驅(qū)動(dòng)細(xì)胞外基質(zhì)的膠原蛋白羥基化。具體機(jī)制為攝入丙酮酸促使α-酮戊二酸產(chǎn)生，后者通過(guò)增加膠原蛋白脯氨酰-4-羥化酶A 活性以激活膠原蛋白羥基化。抑制丙酮酸代謝可抑制膠原蛋白羥基化過(guò)程，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移灶的生長(zhǎng)［19］。乳酸最早被認(rèn)為是機(jī)體代謝產(chǎn)生的廢物，隨著研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)，乳酸能在各種條件下作為能源物質(zhì)被使用，當(dāng)腫瘤細(xì)胞快速增殖消耗大量葡萄糖時(shí)，乳酸能夠?yàn)槠涔┠?。高濃度乳酸形成的pH 6.0 ～ 6.6的酸性環(huán)境對(duì)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、血管生成、耐藥性的產(chǎn)生都非常重要。有研究表明，乳酸能促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，亦可作為關(guān)鍵調(diào)控分子影響腫瘤細(xì)胞對(duì)靶向藥物治療產(chǎn)生耐受［20］。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，連續(xù)或長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用EMT 抑制劑+EGFR-TKI 治療會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞中的Warburg 代謝加劇，釋放大量乳酸，導(dǎo)致肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子產(chǎn)生，激活腫瘤細(xì)胞中的MET 擴(kuò)增，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對(duì)EGFR-TKI耐藥［21］。

2 糖酵解誘導(dǎo)腫瘤靶向藥物耐藥的機(jī)制

2.1 抑制腫瘤細(xì)胞凋亡 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡是腫瘤靶向藥物的主要治療機(jī)制。腫瘤細(xì)胞抗凋亡作用主要通過(guò)幾種方式實(shí)現(xiàn)。首先是DNA損傷修復(fù)。腫瘤靶向藥物可直接或間接損傷腫瘤細(xì)胞的DNA，當(dāng)基因組出現(xiàn)損傷時(shí)，DNA 的損傷修復(fù)能力決定了腫瘤細(xì)胞對(duì)靶向藥物的敏感程度。研究表明，腫瘤細(xì)胞受到遺傳毒性刺激時(shí)，糖酵解增強(qiáng)，通過(guò)非同源染色體末端連接促進(jìn)DNA 修復(fù)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活［22］。其次是預(yù)防DNA損傷。細(xì)胞的氧化磷酸化通常伴隨著大量的活性氧（ROS）產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致DNA 損傷，ROS在超過(guò)一定閾值時(shí)可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［23］。研究表明，糖酵解中間產(chǎn)物進(jìn)入磷酸戊糖途徑，產(chǎn)生的核糖-5-磷酸用于核苷酸合成，并再生成還原型輔酶Ⅱ以提供谷胱甘肽和硫氧還原蛋白的還原能力，后兩者都能夠清除ROS 以避免DNA 損傷［24］。此外，丙酮酸還可直接清除自由基，發(fā)揮抗凋亡作用［25-26］。最后，糖酵解也可以通過(guò)直接影響凋亡過(guò)程中的單個(gè)因子來(lái)抑制細(xì)胞凋亡。例如，PKM2通過(guò)調(diào)節(jié)B細(xì)胞特大淋巴瘤因子轉(zhuǎn)錄來(lái)影響細(xì)胞存活［27］。己糖激酶2 也可以通過(guò)直接插入線粒體外膜來(lái)抑制促凋亡蛋白（如Bax）誘導(dǎo)的線粒體功能障礙和細(xì)胞死亡［28］。

2.2 促進(jìn)EMT 在EMT 期間，腫瘤細(xì)胞通過(guò)抑制上皮E-鈣黏蛋白表達(dá)和獲取間充質(zhì)標(biāo)志物而失去細(xì)胞間的黏性，從而達(dá)到遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的目的。EMT 是腫瘤轉(zhuǎn)移和靶向耐藥的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，如EGFR 突變型肺腺癌向小細(xì)胞肺癌的表型轉(zhuǎn)化被認(rèn)為是EGFR抑制劑耐藥的機(jī)制之一［29］。EMT 過(guò)程還賦予腫瘤細(xì)胞耐藥性及腫瘤干細(xì)胞樣特性［30］。LEE等［31］建立了吉非替尼耐藥的PC9 和HCC827 細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)它們沒(méi)有EGFR-T790M 突變和MET 擴(kuò)增，但出現(xiàn)了EMT 表型。利用EMT 誘導(dǎo)劑使上述細(xì)胞系中EMT表型增加，可促進(jìn)它們對(duì)吉非替尼的耐藥性。另有學(xué)者研究了肺癌微環(huán)境中氧氣感受器與低氧信號(hào)通路和EMT 之間的聯(lián)系，結(jié)果顯示，脯氨酸羥化酶3（PHD3）是EMT 的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，PHD3 缺失可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞中EMT 的發(fā)生。有研究表明，降低PHD3的表達(dá)可導(dǎo)致非小細(xì)胞肺癌患者對(duì)厄洛替尼治療產(chǎn)生耐受，患者預(yù)后更差。而在肺癌細(xì)胞中重新表達(dá)PHD3 能夠抑制肺癌細(xì)胞的EMT 及轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)肺癌細(xì)胞對(duì)厄洛替尼治療的敏感性［32］。研究發(fā)現(xiàn)，糖酵解可以誘導(dǎo)EMT，從而誘發(fā)耐藥表型產(chǎn)生［33］。在腫瘤細(xì)胞EMT 期間，PKM2易位到細(xì)胞核，可直接與結(jié)腸癌細(xì)胞中TGF-β 誘導(dǎo)的因子同源盒2 相互作用，招募組蛋白脫乙?；? 以抑制E-鈣黏蛋白轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移［34］。

2.3 誘導(dǎo)自噬 自噬誘導(dǎo)也是糖酵解促進(jìn)腫瘤對(duì)靶向藥物耐藥的機(jī)制。自噬是一種細(xì)胞自我消化和分解代謝的過(guò)程，為細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)，以便在遇到禁食或其他形式的刺激（包括抗腫瘤藥物誘導(dǎo)的應(yīng)激）期間維持重要的細(xì)胞功能［35］。在自噬過(guò)程中，線粒體和破碎細(xì)胞器中未折疊的蛋白被自噬相關(guān)蛋白清除，自噬相關(guān)蛋白也可以通過(guò)調(diào)節(jié)糖酵解關(guān)鍵酶表達(dá)以調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞糖酵解過(guò)程。當(dāng)自噬活性受損時(shí)，腫瘤細(xì)胞可通過(guò)增加糖酵解來(lái)存活［36］。研究者發(fā)現(xiàn)，自噬可促進(jìn)HER2 陽(yáng)性乳腺癌細(xì)胞對(duì)拉帕替尼的耐藥性［37］。另有研究表明，自噬已成為EGFRTKI 治療的腫瘤細(xì)胞獲得性耐藥的潛在機(jī)制之一。EGFR-TKI 和EGFR 單克隆抗體治療可誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞自噬，包括膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、外陰鱗癌、結(jié)直腸腺癌和非小細(xì)胞肺癌等，導(dǎo)致腫瘤對(duì)EGFR-TKI 治療產(chǎn)生耐藥性［38］。研究表明，糖酵解可通過(guò)不同方式誘導(dǎo)自噬，從而誘導(dǎo)自噬相關(guān)耐藥的產(chǎn)生。己糖激酶2 被證實(shí)可與mTOR 相互作用并抑制后者在乳腺癌MCF-7 細(xì)胞中的活性［39］。mTOR 是自噬的負(fù)調(diào)節(jié)劑［35］，通過(guò)己糖激酶2降低其活性可增強(qiáng)自噬，從而使腫瘤細(xì)胞對(duì)雌激素受體拮抗劑他莫昔芬產(chǎn)生耐藥。Beclin-1 是參與自噬體形成的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，LDHA 通過(guò)與Beclin-1 相互作用并激活Beclin-1 來(lái)促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞自噬，進(jìn)而導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞對(duì)他莫昔芬產(chǎn)生耐藥性［40］。

腫瘤細(xì)胞對(duì)靶向藥物耐藥的產(chǎn)生機(jī)制十分復(fù)雜，是各種因素相互作用的結(jié)果，但具體機(jī)制尚未完全闡明。越來(lái)越多的證據(jù)表明，腫瘤細(xì)胞糖酵解過(guò)程與靶向藥物耐藥密切相關(guān)。腫瘤細(xì)胞異常的糖酵解過(guò)程有助于其快速增殖以適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)受限的條件并形成耐藥性表型。未來(lái)抗腫瘤治療研究中，可將靶向糖酵解的藥物與現(xiàn)有的抗腫瘤靶向藥物聯(lián)合應(yīng)用，可能有助于克服腫瘤耐藥性，對(duì)提高治療效果具有重要意義。